JPH03204925A - Plasma processor - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野コ
本発明は、各種のプラズマプロセス、例えばリアクティ
ブイオンエツチング（ＲＩＥ）、プラズマ化学気相堆積
（ＰＣＶＤ）等を行うために用いられる装置に関するも
のである。Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to an apparatus used for performing various plasma processes, such as reactive ion etching (RIE), plasma chemical vapor deposition (PCVD), etc. It is.
［従来の技術］
近年、低温で各種プロセスを進行させるために、減圧さ
れた容器内でプラズマを発生させ、該プラズマ雰囲気中
で集積回路の基板等の被！Ａ理物の各種プロセスを行う
ようにした装置技術が多く開発されている。例えば、集
積回路の各種薄膜（Ａｕ、Ｗ、Ｔａ等の導電性薄膜、ｐ
ｏｌｙ−３ｉ。[Prior Art] In recent years, in order to proceed with various processes at low temperatures, plasma is generated in a reduced pressure container, and integrated circuit substrates and the like are coated in the plasma atmosphere. A: Many equipment technologies have been developed to perform various physical processes. For example, various thin films of integrated circuits (conductive thin films such as Au, W, Ta, p
oly-3i.
Ｓｔ等の半導体薄膜、あるいはＳｉＯ２，５Ｌ３Ｎ ４
．Ａ １１２０３等の絶縁薄膜）を、異方性をもたせて
エツチングするようにしたＲ Ｉ Ｅ （Ｒｅａｃｔｉ
ｖｅＩｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法、その他Ａｎ （ＣＨ
ｓ ）３ 、 ＡｎＨ（ＣＨ３）２等を原料ガスとし、
これをプラズマ中にてＡｌｌ （ＣＨｓ ）２やＡＪ２
（ＣＨ３）に分解し、これを基板に吸着させた後、表
面反応によりＡｆｌを堆積させるｐＣＶＤ成膜等がある
。Semiconductor thin film such as St, or SiO2, 5L3N 4
．． RIE (Reacti
veIon Etching) method, other An (CH
s)3, AnH(CH3)2 etc. as a raw material gas,
All (CHs)2 and AJ2 in plasma
There is a pCVD film formation method in which Afl is decomposed into (CH3), adsorbed onto a substrate, and then Afl is deposited by a surface reaction.
前記ＲＩＥ法とは、真空容器内に励起活性種を生成する
もの、例えば、ＣＦ４ Ｆ２ 、ＣＣｊ２４Ｃρ２ 、
ＣＦ２ ＣＲ２等のガス（以下、励起活性種源ガスとい
う）を導入し、基体の保持手段としてのサセプタに直流
または高周波電力を加え、グロー放電を起こさせてプラ
ズマを発生させ、プラズマ中に生成したイオンと励起活
性種とを同時に被エツチング面に作用せしめ、物理的か
つ化学的にエツチングを行なう方法であり、この方法に
よればマスク材料であるホトレジストとの選択比を大き
く保ちながら異方性エツチングを実現できる。The RIE method is one that generates excited active species in a vacuum container, such as CF4F2, CCj24Cρ2,
A gas such as CF2 CR2 (hereinafter referred to as excited active species source gas) is introduced, and direct current or high frequency power is applied to the susceptor as a means for holding the substrate to cause a glow discharge to generate plasma, and the generated plasma is generated in the plasma. This is a method in which ions and excited active species are simultaneously applied to the surface to be etched to perform physical and chemical etching.This method allows anisotropic etching while maintaining a high selectivity with respect to the photoresist, which is the mask material. can be realized.
高周波入力によるグロー放電でも、基体表面はプラズマ
に対し直流的には負にバイアス（これを自己バイアスと
いう）されるが、この自己バイアス電圧とプラズマ電位
の差の電位によって加速されたイオンが基体表面に衝突
して基体表面に吸着している励起活性種との作用により
基体の表面をエツチングする。Even in glow discharge caused by high-frequency input, the substrate surface is negatively biased (this is called self-bias) with respect to the plasma in terms of direct current, but ions accelerated by the potential difference between this self-bias voltage and the plasma potential are released onto the substrate surface. The surface of the substrate is etched by the action of the excited active species adsorbed on the surface of the substrate.
第５図は、従来用いられている代表的なりアクティブイ
オンエツチング装置の断面構造の模式図を示すものであ
る。５０３は被エツチング面を有する基体、例えば半導
体ウェーハあるいはガラス、石英、金属等から成る基体
、５０４はサセプタ電極である。サセプタ電極５０４に
は整合回路を介して高周波電力が供給されており、真空
容器（チャンバ）５０５は通常安全のためにアースされ
ている。ここで、高周波電源（ＲＦ電源）は、その出力
周波数が１３．５６ＭＨｚのものを用いるのが普通であ
る。なお、サセプタ電極５０４の上方に対向させて平板
状電極を設けた構造のものも多い。FIG. 5 shows a schematic diagram of the cross-sectional structure of a typical active ion etching apparatus used conventionally. 503 is a substrate having a surface to be etched, such as a semiconductor wafer or a substrate made of glass, quartz, metal, etc., and 504 is a susceptor electrode. High frequency power is supplied to the susceptor electrode 504 via a matching circuit, and the vacuum container (chamber) 505 is normally grounded for safety. Here, a high frequency power source (RF power source) having an output frequency of 13.56 MHz is normally used. Note that there are many structures in which a flat electrode is provided above and opposite to the susceptor electrode 504.
実際の装置では、上記構成以外に、真空容器５０５内の
真空引き用及びガス排気用の排気ユニット、真空容器５
０５内へのガスの導入口、基体５０３の出し入れのため
の機構等を備えているが、同図では説明を簡略にするた
め省略されている。In the actual device, in addition to the above configuration, an exhaust unit for evacuation and gas exhaust in the vacuum container 505,
Although it is provided with an inlet for gas into the interior of 05, a mechanism for taking in and taking out the base 503, etc., these are omitted in the figure to simplify the explanation.
半導体ウェーハ等の基体５０３及びサセプタ電極５０４
の表面は、サセプタ電極５０４に加えられたＲＦ電力の
ためにプラズマに対し直流的に負の自己バイアスがかか
り、この電圧で加速されたイオンが基体表面に作用し表
面反応を促進して基体の被エツチング面がエツチングさ
れる。Base body 503 such as a semiconductor wafer and susceptor electrode 504
Due to the RF power applied to the susceptor electrode 504, the surface of the susceptor electrode 504 is subjected to a direct negative self-bias with respect to the plasma, and ions accelerated by this voltage act on the surface of the substrate, promoting surface reactions, and causing a reaction on the substrate. The surface to be etched is etched.
［発明が解決しようとする課題］
上記ＲＩＥ装置の場合、一般に、エツチング速度を高め
る場合には、高周波電力を大きくすることによりプラズ
マ密度を高める必要がある。[Problems to be Solved by the Invention] In the case of the RIE apparatus described above, in general, when increasing the etching rate, it is necessary to increase the plasma density by increasing the high frequency power.
しかし、従来の装置においては、高周波電力を大きくす
ると、電極の自己バイアスも大きくなり、同時にプラズ
マ電位も高くなる。その結果、基板には、この大きな自
己バイアスとプラズマ電位の差の電圧によって加速され
た大きなエネルギーを有するイオンが照射される。従っ
て、下記のような問題を生じさせる。However, in conventional devices, when the radio frequency power is increased, the self-bias of the electrode is also increased, and at the same time, the plasma potential is also increased. As a result, the substrate is irradiated with ions having large energy that are accelerated by the voltage difference between the large self-bias and the plasma potential. Therefore, the following problems arise.
■照射イオンエネルギーが大きくなるとレジストのエツ
チングをも行フてしまい、パターン寸法の変化をもたら
し、その結果、微細加工が正確に行えなくなってしまう
。特に、レジストの厚さが、０．５μｍ程度あるいはそ
れ以下となるような今後の高集積化素子においてかかる
現象は顕著に表われる。(2) If the irradiated ion energy increases, the etching of the resist will also fail, causing a change in pattern dimensions, and as a result, accurate microfabrication will no longer be possible. In particular, this phenomenon will be noticeable in future highly integrated devices in which the thickness of the resist will be approximately 0.5 μm or less.
■大きなエネルギーをもったイオンが照射されるため、
下地材料に損傷（ダメージ）を与え、かかかる材料によ
り構成された素子の性能及び信頼性の低下を招来させる
。特に、リーク電流増大、耐圧劣化といった重大な障害
を引き起こすことになる。■Because ions with high energy are irradiated,
This damages the underlying material, leading to a decline in the performance and reliability of devices made of such material. In particular, this will cause serious problems such as increased leakage current and deterioration of withstand voltage.
■プラズマ電位が通常＋５０〜１００■程度となるため
、チャンバ内表面にプラズマ電位で決まるイオンが衝突
することになり、この高いエネルギーのイオン衝突によ
り、チャンバ内表面がスパッタされ、チャンバ構成材料
、たとえばＦｅ。■Since the plasma potential is usually around +50 to +100■, ions determined by the plasma potential collide with the inner surface of the chamber.This high-energy ion collision causes sputtering of the inner surface of the chamber, and the material forming the chamber, e.g. Fe.
Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ等が基板表面を汚染する。すなわち、
高エネルギーイオン衝突による、チャンバ構成材料の基
板表面汚染である。基板表面がこうした重金属で汚染さ
れると、次の高温工程で基板表面に欠陥を生じたり、リ
ーク電流を大キ＜シたりするため、デバイスの特性を著
しく劣化させる。Ni, Cr, Cu, etc. contaminate the substrate surface. That is,
This is contamination of the substrate surface of the chamber constituent materials due to high-energy ion collisions. If the substrate surface is contaminated with such heavy metals, defects may occur on the substrate surface during the next high-temperature process, or leakage current may increase, resulting in a significant deterioration of device characteristics.
また、従来の装置では高周波電源の周波数として１３．
５６ＭＨｚのものを使用しているが、１３．５６ＭＨｚ
というようにプラズマ励起周波数が低いと、チャンバ内
ガス圧力や高周波電力が一定でも電極に生じる直流の自
己バイアスは、負で大きくなる。第３図（ａ）は、対向
する電極間隔を３ｃｍ、円板電極直径を１０ｃｍ、Ａｒ
ガス圧力を５ｘｌＯ”３Ｔｏｒｒ、高周波電力を５０Ｗ
としたときにおける、電流・電圧特性を示すものである
。同図において横軸は電極に印加する直流負電圧、縦軸
は電極に流れる電流である。電流が負の値であることは
、電子が電極に流れ込むことを意味し、電流が正である
ことは、正のイオンが電極に流れ込んでいることを意味
する。電流がＯのときの負電圧が、電極の自己バイアス
に相当する。これは、通常、電極にはコンデンサを介し
て高周波電力が（＃給され、直流電流は流れないからで
ある。In addition, in the conventional device, the frequency of the high frequency power source is 13.
I am using a 56MHz one, but 13.56MHz
When the plasma excitation frequency is low, the self-bias of the direct current generated at the electrode becomes negative and large even if the chamber gas pressure and high-frequency power are constant. Figure 3(a) shows an Ar
Gas pressure: 5xlO”3 Torr, high frequency power: 50W
This shows the current/voltage characteristics when In the figure, the horizontal axis represents the negative DC voltage applied to the electrode, and the vertical axis represents the current flowing through the electrode. A negative value of the current means that electrons are flowing into the electrode, and a positive current means that positive ions are flowing into the electrode. The negative voltage when the current is O corresponds to the self-bias of the electrode. This is because high frequency power is normally supplied to the electrodes via a capacitor and no direct current flows through them.
第３図（ａ）から理解できるように、電極の自己バイア
スは、高周波電力の周波数が１４ＭＨｚ４０．６８ＭＨ
ｚ、１００ＭＨｚのときに、夫々、−４００Ｖ、−２６
０Ｖ、−９０Ｖとなる。As can be understood from Figure 3(a), the self-bias of the electrode is determined by the frequency of the high-frequency power being 14MHz to 40.68MHz.
-400V and -26 when z and 100MHz, respectively.
0V, -90V.
すなわち、電極構造やガス圧力及び電力が一定に保たれ
ても、電極の負の自己バイアスは周波数が高くなるにつ
れて、次第に小さくなっていく。That is, even if the electrode structure, gas pressure, and power are held constant, the negative self-bias of the electrode becomes progressively smaller as the frequency increases.
第３図（ｂ）はその詳細を示したものである。FIG. 3(b) shows the details.
すなわち、チャンバ内のＡｒガス圧力が７×１０り丁ｏ
ｒｒ、高周波電力が１００Ｗ、電極間隔が３ｃｍ％電極
直径が１０ｃｍのときに、プラズマ励起の高周波電力の
高周波を１０ＭＨｚから２１０ＭＨｚまで変化させた場
合、電極の自己バイアスがどのように変化するかを示し
たものであり、周波数が高くなると、負の自己バイアス
は急激に小さくなる。第３図（ｂ）には、プラズマ電位
も同時に示されており、このプラズマ電位は、周波数が
１０ＭＨｚ〜２１０ＭＨｚと変っても、はとんど＋２０
Ｖに保たれている。That is, the Ar gas pressure in the chamber is 7×10
rr, shows how the self-bias of the electrode changes when the high frequency of the high frequency power for plasma excitation is changed from 10 MHz to 210 MHz when the high frequency power is 100 W, the electrode spacing is 3 cm%, and the electrode diameter is 10 cm. As the frequency increases, the negative self-bias decreases rapidly. In FIG. 3(b), the plasma potential is also shown, and even if the frequency changes from 10 MHz to 210 MHz, this plasma potential almost always increases by +20 MHz.
It is maintained at V.
ＬＳＩの超微細化・超高集積化が進むと、コンタクトホ
ールやヴイアホールのアスペクト比は次第に大きくなっ
て行く。すなわち、細くて深い穴を制御性よくかつ再現
性よくエツチングすることが要求される。エツチング室
のガス圧力を低く（例えば、１０−’Ｔｏｒｒ台）設定
して、分子の平均自由行程を長くすることが必要である
。ガス圧力が低くなった状態でも、十分に高濃度のプラ
ズマを生成しスルーブツトを高くするためには、放電励
起の周波数は高い方が望ましい。ただし、サセプタ電極
５０４の直径に比べて放電励起の周波数の波長が短くな
ることは望ましくない。高次モードの放電が起フて、電
極内に均一な密度のプラズマが励起されず均一なエツチ
ング性能が得られないからである。As LSIs become ultra-fine and highly integrated, the aspect ratios of contact holes and via holes gradually increase. That is, it is required to etch thin and deep holes with good controllability and good reproducibility. It is necessary to set the gas pressure in the etching chamber low (eg, on the order of 10-' Torr) to lengthen the mean free path of the molecules. In order to generate sufficiently high-concentration plasma and increase throughput even when the gas pressure is low, it is desirable that the frequency of discharge excitation be high. However, it is not desirable that the wavelength of the discharge excitation frequency be shorter than the diameter of the susceptor electrode 504. This is because higher-order mode discharge occurs, and plasma with a uniform density is not excited within the electrode, making it impossible to obtain uniform etching performance.
すなわち、従来の装置においては、プラズマ密度、すな
わちイオン照射量及び照射イオンエネルギーを夫々独立
にかつ直接的に制御することができず、前記励起活性種
源ガスの圧力、流量、高周波電力等の条件を適宜組合せ
て間接的に制御せざるを得ない。That is, in the conventional apparatus, it is not possible to independently and directly control the plasma density, that is, the ion irradiation amount and irradiation ion energy, and the conditions such as the pressure, flow rate, and high frequency power of the excited active species source gas cannot be controlled. It is necessary to control the situation indirectly by combining them appropriately.
さらに、プラズマ中で被処理物以外に損傷を与えること
なく高速度で被処理物の処理を行い得るように構成すべ
き装置としては、上記ＲＩＥ装置以外に、ＰＣＶＤ装置
、０２プラズマレジストアッシャ−、ドライ洗浄装置等
が挙げられるが、従来、これらの装置は基本的な部分で
共通の使用条件を有するにも拘らず、各別に設計され生
産されていた。同時に、前述した■、■、■の欠点を有
していた。Furthermore, in addition to the above-mentioned RIE apparatus, devices that should be configured to be able to process objects to be processed at high speed without causing damage to objects other than the objects to be processed in plasma include a PCVD apparatus, 02 plasma resist asher, Examples include dry cleaning equipment, but in the past, these equipment had been individually designed and produced, even though their basic parts had common usage conditions. At the same time, it also had the disadvantages of (1), (2), and (3) mentioned above.
上記問題点は本発明者によって見い出されたものであり
、本発明者は、従来の装置に生ずる上記問題点を解決す
べく鋭意研究を行ない、その解決手段を見い出すに至っ
た。The above-mentioned problems were discovered by the present inventor, and the present inventor conducted extensive research to solve the above-mentioned problems occurring in conventional devices, and finally found a solution.
本発明は、基板（基体）に損傷や表面汚染を与えること
なく、基板のエツチングや基板上への成膜が行え、しか
も、チャンバや電極等の構造は同一であるにも拘らず、
導入するガスやプラズマ励起周波数を変えることにより
、エツチングや成膜にも応用可能であり、生産性に優れ
るとともに、低価格で高性能なプラズマプロセス用装置
を提供することを目的とする。The present invention allows substrate etching and film formation on the substrate without damaging or surface contaminating the substrate (substrate), and even though the structures such as chambers and electrodes are the same,
By changing the gas introduced and the plasma excitation frequency, the present invention can be applied to etching and film formation, and the purpose is to provide a low-cost, high-performance plasma processing device with excellent productivity.
［課題を解決するための手段］
本発明は、上記損傷及び表面汚染の回避、高速処理を図
りつつ、各種プラズマプロセスに適用可能な汎用性のあ
る装置の提供を行なうべく、減圧可能な容器内に設置さ
れた二枚の対向する電極間にプラズマを発生させ、該プ
ラズマ中で被処理物の処理を行うように構成されたプラ
ズマプロセス用装置において、
前記容器内に対向するように設けられ夫々平板状に形成
された第１及び第２の電極と、少くとも前記プラズマに
対して安定な材料から成り前記第１の電極上を覆うよう
に設けられる保護部材と、前記第２の電極上に被処理物
を取り付けるための保持手段と、前記第１の電極に接続
される第１の高周波電源と、前記第２の電極に接続され
る第２の高周波電源と、前記容器内に所望のガスを導入
するためのガス供給手段とを少くとも備え、前記第１の
高周波電源の周波数が前記第２の高周波電源の周波数よ
り高く設定されたことを特徴とする。[Means for Solving the Problems] The present invention aims to provide a versatile device that can be applied to various plasma processes while avoiding the damage and surface contamination described above and achieving high-speed processing. In a plasma processing apparatus configured to generate plasma between two opposing electrodes installed in the container and to process a workpiece in the plasma, first and second electrodes formed in a flat plate shape, a protective member made of a material stable at least against the plasma and provided to cover the first electrode, and a protective member provided on the second electrode. a holding means for attaching the object to be processed; a first high-frequency power source connected to the first electrode; a second high-frequency power source connected to the second electrode; and a desired gas in the container. The first high frequency power source is characterized in that the frequency of the first high frequency power source is set higher than the frequency of the second high frequency power source.
［作用］
例えば、ＲＩＥ装置に用いる場合には、被処理物として
の例えば被エツチング薄膜を形成した基板を容器内の第
２の電極上に取付け、該容器内を減圧して所定のガス供
給手段から前記被エツチング薄膜に応じ、塩素系ガス、
フッ素系ガス、これらの混合ガス等を導入する。そして
、第１の電極には第１の周波数（１００〜２５０ＭＨｚ
）の高周波電力を供給して電極間にプラズマを発生させ
、前記第２の電極には前記第１の周波数より低い第２の
周波数（１０〜５０ＭＨｚ）の高周波電力を供給し、第
２の電極の自己バイアスを制御する。すなわち、第１の
電極に供給される第１の周波数の高周波電力により、発
生するプラズマ密度や基板に照射されるイオン照射量を
制御する。[Function] For example, when used in an RIE apparatus, a substrate on which a thin film to be etched is formed as an object to be processed is mounted on a second electrode in a container, and the pressure in the container is reduced and a predetermined gas supply means is applied. Depending on the thin film to be etched, chlorine gas,
Introduce fluorine gas, mixed gas, etc. The first frequency (100 to 250 MHz) is applied to the first electrode.
) is supplied to generate plasma between the electrodes, and the second electrode is supplied with high frequency power at a second frequency (10 to 50 MHz) lower than the first frequency. control self-bias. That is, the generated plasma density and the amount of ion irradiation applied to the substrate are controlled by the high frequency power of the first frequency supplied to the first electrode.
一方、第２の電極に供給される第２の周波数の高周波電
力によりその自己バイアスにより、基板表面に入射する
イオンのエネルギーを制御する。On the other hand, the energy of ions incident on the substrate surface is controlled by the self-bias of the high-frequency power of the second frequency supplied to the second electrode.
第１の電極に供給される高周波電力はプラズマを発生さ
せる役割を担うからその電力は通常大きい。しかし、周
波数を高くしであるから第１０電極の負の自己バイアス
は十分小さくできる。したがって、第１の電極に照射さ
れるイオンエネルギーは十分小さくなって、表面がスパ
ッタされることがなく、基板表面は汚染されない。第２
の電極に誘起される負の自己バイアスは、基板表面に照
射されるイオンエネルギーを最適値に制御するから、損
傷、汚染の問題はもちろん伴なわない。Since the high frequency power supplied to the first electrode plays a role in generating plasma, the power is usually large. However, since the frequency is increased, the negative self-bias of the tenth electrode can be made sufficiently small. Therefore, the ion energy irradiated to the first electrode is sufficiently small so that the surface is not sputtered and the substrate surface is not contaminated. Second
Since the negative self-bias induced in the electrode controls the ion energy irradiated onto the substrate surface to an optimal value, there are of course no problems with damage or contamination.
また、ＰＣＶＤ装置に用いる場合には、被処理物たる堆
積膜を形成すべき基板を前記第２の電極上に保持させる
。前記第１の周波数と第２の周波数との大小関係は前記
ＲＩＥ装置の場合と同様に設定するが、容器内に導入さ
れるガスは、例えばＳｉ成膜の場合、ＳｉＨ４，５ｉ）
１２Ｃｌ１２゜５ｉ２Ｈ，等を、５ｉｎ２成膜の場合Ｓ
ｉ Ｈ４と０２あるいはＳｉ２Ｈ６と０２との混合ガ
ス等を導入する。この場合も、ＲＩＥについて記述した
のと同様な理由で被処理物の基板の損傷回避や被処理物
の汚染等を防止できる。When used in a PCVD apparatus, a substrate on which a deposited film is to be formed is held on the second electrode. The magnitude relationship between the first frequency and the second frequency is set in the same manner as in the RIE apparatus, but the gas introduced into the container is, for example, in the case of Si film formation, SiH4,5i).
12Cl12゜5i2H, etc., in the case of 5in2 film formation S
i A mixed gas of H4 and 02 or Si2H6 and 02 is introduced. In this case as well, damage to the substrate to be processed and contamination of the processed object can be prevented for the same reasons as described for RIE.
さらに、従来技術では基板表面の損傷、汚染の問題が不
可避であるレジストアッシャ−にも適用できる。例えば
、微細パターン加工に不可欠のホトレジストは、通常Ｈ
ｚＳＯ４とＨ，ｏ２の混合液を用いたウェット工程でｓ
ＩＩｍされるが、イオン注入用のマスク材として使用さ
れたときには高エネルギーイオン照射を受けてレジスト
が硬化するため、通常のウェット工程では剥離できない
。そのため、０２プラズマを用いて０３や０ラジカルを
発生させ、イオンエネルギーを利用してイオン注入され
たレジストを除去する必要があった。Furthermore, the present invention can also be applied to resist ashers, where problems of damage and contamination of the substrate surface are unavoidable in conventional techniques. For example, photoresists essential for fine pattern processing are usually H
zS in a wet process using a mixture of SO4, H, and O2
However, when used as a mask material for ion implantation, the resist is hardened by high-energy ion irradiation, so it cannot be removed by a normal wet process. Therefore, it was necessary to generate 03 and 0 radicals using 02 plasma and remove the ion-implanted resist using ion energy.
レジストアッシャ−に用いる場合、先のＲＩＥやＰＣＶ
Ｄの説明でも触れたように、基板を第２電極に設置し、
第２の周波数の高周波電力により第２電極の自己バイア
スを制御すれば、基板表面に損傷や汚染を与えることな
くレジストの剥離が行える。When used as a resist asher, the previous RIE or PCV
As mentioned in the explanation of D, place the substrate on the second electrode,
By controlling the self-bias of the second electrode using high-frequency power at the second frequency, the resist can be removed without damaging or contaminating the substrate surface.
このように、使用時に若干の条件設定の変更はあるもの
の、各種のプラズマプロセス用の装置に広く適用できる
。As described above, although the condition settings may be slightly changed during use, it can be widely applied to various plasma processing devices.
［実施例］ 以下、図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。[Example] Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第１図（ａ）は本発明を基板表面をエツチングするだめ
のＲＩＥ装置に適用した場合における第１の実施例を示
すものである。ここでは、半導体基板上に形成された薄
膜をエツチングする場合について説明する。FIG. 1(a) shows a first embodiment in which the present invention is applied to an RIE apparatus for etching the surface of a substrate. Here, a case will be described in which a thin film formed on a semiconductor substrate is etched.
真空容器（チャンバ）１０５内には、上方の平板状電極
１０７と下方の平板状サセプタ電極１０４とが対向する
ように配設されており、該真空容器１０５は金属から成
りアースに接続されている。真空容器１０５の内表面は
、フッ素系あるいは塩素系等の腐食性ガスのプラズマに
対して安定なもの、すなわち該プラズマに晒されても腐
食されないよう酸化膜、チッ化膜あるいはフッ化膜で覆
われている。前記電極１０７は、導電性材料からなる母
材１０２と母材１０２の表面に形成された５ｉＯｚ 、
Ｓｉ３ Ｎ４．ＡＪ２２０３ 、Ａｊ２Ｎなどからなる
保護部材としての保護層１０１とにより構成されている
。In a vacuum container (chamber) 105, an upper flat electrode 107 and a lower flat susceptor electrode 104 are arranged to face each other, and the vacuum container 105 is made of metal and is connected to ground. . The inner surface of the vacuum container 105 is made of a material that is stable against plasma of corrosive gases such as fluorine-based or chlorine-based gases, that is, coated with an oxide film, nitride film, or fluoride film to prevent corrosion even when exposed to the plasma. It is being said. The electrode 107 includes a base material 102 made of a conductive material, 5iOz formed on the surface of the base material 102,
Si3 N4. A protective layer 101 as a protective member made of AJ2203, Aj2N, or the like.
該保護層１０１は放電により生じたプラズマにより母材
１０２がエツチングされることを防止するためのもので
あり、例えば、Ｓｉ、５ｉｎ２、石英、ＳｉＣ，Ｓｉ、
Ｎａ 、ＡＡ２０３．ＡＩＩＮその他の材料から成る。The protective layer 101 is for preventing the base material 102 from being etched by plasma generated by discharge, and is made of, for example, Si, 5in2, quartz, SiC, Si,
Na, AA203. Made of AIIN and other materials.
また、略化学量論比を満足するフッ化物よりなる不動態
膜により構成してもよいにの不動態膜は、優れた耐エツ
チング特性を示し、その不動態膜の形成は例えば次のよ
うに行えばよい。すなわち、母材（例えばステンレス、
ニッケル、ニッケル合金、アルミニウム合金その他の金
属あるいは合金よりなる母材）を、電解研磨技術などに
より表面を加工変質層を伴なわない鏡面に仕上げた後、
高純度不活性雰囲気中において所定の温度でベーキング
し、吸着している水分を脱離する。ベーキング後、高純
度フッ素にて所定の温度でフッ化処理し、フッ化処理後
高純度不活性雰囲気中においてフッ化時の温度よりやや
高い温度で熱処理を行うと略化学量論組成比を満たす不
動態膜が母材上に形成される。Furthermore, a passive film that may be composed of a fluoride having a substantially stoichiometric ratio exhibits excellent etching resistance, and the formation of the passive film can be performed, for example, as follows. Just go. That is, the base material (e.g. stainless steel,
After finishing the surface of the base material (made of nickel, nickel alloy, aluminum alloy, or other metal or alloy) using electrolytic polishing technology, etc., to a mirror-like finish without any process-altered layer,
Baking is performed at a predetermined temperature in a high-purity inert atmosphere to remove adsorbed water. After baking, fluoride with high-purity fluorine at a predetermined temperature, and then heat-treat in a high-purity inert atmosphere at a temperature slightly higher than the temperature during fluorination to satisfy approximately stoichiometric composition. A passive film is formed on the base material.
なお、前記保護層１０１をＳｒにより構成しておけは、
保護層１０１がエツチングされてもサセプタ電極１０４
上の基板１０３にはＳｔが混入することとなるので、該
基板１０３に与える影響を最小限にすることかできる。Note that if the protective layer 101 is made of Sr,
Even if the protective layer 101 is etched, the susceptor electrode 104
Since St will be mixed into the upper substrate 103, the influence on the substrate 103 can be minimized.
サセプタ電極１０４には整合回路１０８を介して第２の
周波数ｆ２の高周波電力を出力する高周波電源１１０が
接続されている。本実施例では１００ＭＨｚの高周波電
力を供給する例を示している。サセプタ電極１０４の電
位制御には、望ましくは、前記第２の周波数ｆ２は１０
〜５０ＭＨｚが適している。また、電極１０７には整合
回路１０９を介して、サセプタ電極１０４に供給される
前記周波数ｆ２より大きな周波数である第１の周波数ｆ
１の高周波電力を出力する高周波電源１１１が接続され
ている。本実施例では２５０ＭＨｚの高周波電力を加え
た例を示している。なお、後に詳述するが二つの前記周
波数ｆ＋、ｆ２は整数倍の関係にないことが望ましい。A high frequency power source 110 that outputs high frequency power at a second frequency f2 is connected to the susceptor electrode 104 via a matching circuit 108. This embodiment shows an example in which high frequency power of 100 MHz is supplied. For potential control of the susceptor electrode 104, the second frequency f2 is preferably 10
~50MHz is suitable. Further, the electrode 107 is supplied with a first frequency f which is a higher frequency than the frequency f2 supplied to the susceptor electrode 104 via a matching circuit 109.
A high frequency power source 111 that outputs one high frequency power is connected. This embodiment shows an example in which high frequency power of 250 MHz is added. Note that, as will be described in detail later, it is desirable that the two frequencies f+ and f2 are not in an integral multiple relationship.
さらに、電極１０７およびサセプタ電極１０４にはそれ
ぞれ第１の高周波（本例では２５０ＭＨｚ）、第２の高
周波（本例では１００ＭＨｚ）のみがそれぞれ人力され
多ようにバンドエリミネータ−（Ｂａｎｄ Ｅｌｉｍｆ
ａｔｏｒ） １１２． １１３が設けられている。すな
わち、第１の高周波ｆ１はサセプタ電極１０４において
はアースに短絡されており、第２の高周波ｆ２は電極１
０２においてアースに短絡されている。前記電極１０７
及び１０４に用いられる前記バンドエリミネータ−１１
２゜１１３は、基本的には、例えば第１図（ｂ）に示す
タンク回路１０２ｂのような構成にすればよい、Ｌ、、
ＣＩの並列回路は、ｆ、＝ （１／２π（ｒ＝−で］）
の共振周波数でインピーダンスが最大となり（第１図（
Ｃ））、それ以外の周波数に対しては、はとんど短絡と
なるため、所定の周波数（この場合はｆ＋＝２５０ＭＨ
ｚ）の高周波のみ選択して電極に供給することができる
。Furthermore, only the first high frequency (250 MHz in this example) and the second high frequency (100 MHz in this example) are manually applied to the electrode 107 and the susceptor electrode 104, respectively.
ator) 112. 113 is provided. That is, the first high frequency wave f1 is short-circuited to the ground in the susceptor electrode 104, and the second high frequency wave f2 is short-circuited to the ground at the susceptor electrode 104.
It is shorted to ground at 02. The electrode 107
and the band eliminator 11 used in 104
2° 113 can basically have a configuration like the tank circuit 102b shown in FIG. 1(b), L, .
The parallel circuit of CI is f, = (1/2π(at r=-))
The impedance reaches its maximum at the resonant frequency (Figure 1 (
C)), other frequencies are almost always short-circuited, so the predetermined frequency (in this case f+=250MH
Only the high frequency of z) can be selected and supplied to the electrodes.
ここに示した第１図（ｂ）の構成はあくまでも基本的な
原理を示すものであり種々の改善のための変更を加えて
もよいことはいうまでもない。例えば、第１図（ｄ）は
改善の一例である。It goes without saying that the configuration of FIG. 1(b) shown here merely shows the basic principle and may be modified for various improvements. For example, FIG. 1(d) is an example of an improvement.
前記回路１０２ｂはインダクタンスＬ１を介して直流的
には接地となっているが、これを直流的に浮遊状態（ｆ
ｌｏａｔｉｎｇ）としたい場合には、例えば第１図（ｄ
）の１０２ｄのようにコンデンサＣ１を付加し、直流成
分をカットすればよい。この場合、回路１０２ｄの共振
周波数が周波数ｆ１からずれないようにＣ，の値は
ｆ、・Ｌ＋＞１／ｆｌＣ−
を満たすよう十分大きな値とする必要がある。The circuit 102b is grounded in terms of direct current through the inductance L1, but it is placed in a floating state (f) in terms of direct current.
For example, if you want to use
) It is sufficient to add a capacitor C1 as shown in 102d to cut the DC component. In this case, the value of C needs to be a sufficiently large value to satisfy f,.L+>1/flC- so that the resonant frequency of the circuit 102d does not deviate from the frequency f1.
この場合、ｔｏ ＝ （ｘ／２ｒｃ（π７でて）の周波
数に対し、Ｌ、、Ｃ，の直列回路はインピーダンスがＯ
となり、周波数ｆ。の高周波に対し短絡となる。この周
波数ｆ０をサセプタ電極１０４に加えられる周波数ｆ２
に等しくしておくと、電極１０７に周波数ｆ２の高周波
が重畳するのを有効に防止することができる。すなわち
、サセプタ電極１０４に入る高周波電力の電界が、サセ
プタ電極１０４から電極１０７に゛垂直に終端するよう
にしても、電極１０７は周波数ｆ２の高周波に対しては
アースに短絡されているから、電極１０７の電圧が周波
数ｆ２の電力で変動することはない。In this case, for the frequency to = (x/2rc (at π7)), the impedance of the series circuit of L, , C, is O.
So, the frequency is f. A short circuit occurs due to high frequency. This frequency f0 is applied to the susceptor electrode 104 at a frequency f2
By setting it equal to , it is possible to effectively prevent the high frequency of frequency f2 from being superimposed on the electrode 107. That is, even if the electric field of the high-frequency power entering the susceptor electrode 104 is vertically terminated from the susceptor electrode 104 to the electrode 107, the electrode 107 is short-circuited to the ground for the high frequency of frequency f2. The voltage of 107 does not vary with the power of frequency f2.
以上はバンドエリミネータ−１１２について述べたが、
バンドエリミネータ−１１３についても同様な構成とす
れば、サセプタ電極１０４の電圧が、電極１０７に供給
される周波数ｆ、によって変動することがない。すなわ
ち、第１図（（１）の回路において、インダクタンスＬ
ｌをインダクタンスＬ２．コンデンサＣＩをコンデンサ
Ｃ２＋ コンデンサＣ５をコンデンサＣ８２として、プ
ラズマを形成するイオンの生成を行うべく、真空容器１
０５に導入される前記励起活性種源ガスの放電は周波数
ｆ１の高周波により行なわれる。The above was about Band Eliminator-112, but
If the band eliminator 113 has a similar configuration, the voltage of the susceptor electrode 104 will not vary depending on the frequency f supplied to the electrode 107. That is, in the circuit of FIG. 1 ((1), the inductance L
l is the inductance L2. In order to generate ions to form plasma, capacitor CI is used as capacitor C2+ and capacitor C5 is used as capacitor C82.
The discharge of the excited active species source gas introduced at step 05 is performed by a high frequency wave having a frequency f1.
イオン密度を濃くするために、周波数ｆ＋の電力を大計
＜シても、サセプタ電極１０４の電圧に影響を与えるこ
とはない。Even if the power at the frequency f+ is increased in order to increase the ion density, the voltage of the susceptor electrode 104 will not be affected.
同様のことが、サセプタ電極１０４に供給する周波数ｆ
２の高周波電力に関してもいえる。周波数ｆ２の高周波
電力を変化させても、ｆ２の電力は電Ｆｉ１０７におい
てはアースに短絡されているからである。Similarly, the frequency f supplied to the susceptor electrode 104
The same can be said about the high frequency power in item 2. This is because even if the high frequency power of frequency f2 is changed, the power of f2 is short-circuited to the ground in electric Fi 107.
その−例が第１図（ｅ）に示されており、同図には、第
１の電極と第２の電極の間隔が３ｃｍ。An example thereof is shown in FIG. 1(e), in which the distance between the first and second electrodes is 3 cm.
その直径が１００ｍ、ガス圧力が７Ｘ１０−３Ｔ。Its diameter is 100m and the gas pressure is 7X10-3T.
ｒｒの状態で、ｆ、＝１００ＭＨｚ、その人力電力を１
５０Ｗに一定に保ち、ｆ２＝３０．４０゜５０ＭＨｚと
して、その電力を変えたときの、第１の電極及び第２の
電極の直流の自己バイアスがプロットされている。第１
の電極の自己バイアスは、約−２５Ｖ？第２の電極に供
給される周波数及び電力に影響されない。第２の電極の
電位は、高周波入力がないときは、約１０Ｖであるが、
周波数ｆ２の高周波電力が大きくなるにつれ、直線的に
低下し、ある電力以上では負電圧になる。周波数ｆ２が
低いほど、同じ電力変化に対する自己バイアス電圧の変
化は大きい。いずれにしろ、対向する電極の電位にま９
たく影響を与えることなく、電極の直流電位（自己バイ
アス）を高周波電力及びその周波数により制御できるこ
とが、第１図（ｅ）で明白である。In the state of rr, f, = 100MHz, the human power is 1
The DC self-bias of the first electrode and the second electrode is plotted when the power is kept constant at 50 W and f2=30.40°50 MHz when the power is varied. 1st
The self-bias of the electrode is about -25V? It is independent of the frequency and power supplied to the second electrode. The potential of the second electrode is about 10V when there is no high frequency input, but
As the high frequency power of frequency f2 increases, it decreases linearly, and becomes a negative voltage above a certain power. The lower the frequency f2, the greater the change in self-bias voltage for the same power change. In any case, depending on the potential of the opposing electrodes,
It is evident in FIG. 1(e) that the DC potential (self-bias) of the electrodes can be controlled by the radio frequency power and its frequency without significantly affecting the electrode.
以上のような構成とすることにより、電極１０７、サセ
プタ電極１０４には、他方に供給させる高周波が重畳す
ることを有効に防止し、それぞれに供給させるべき高周
波のみを供給することができるので、自己バイアスプラ
ズマ密度、及び照射されるイオンエネルギーの制御を容
易かつ正確に行うことが可能となる。With the above configuration, the electrode 107 and the susceptor electrode 104 can effectively prevent the high frequency waves to be supplied to the other from being superimposed, and can supply only the high frequency waves that should be supplied to each. It becomes possible to easily and accurately control the bias plasma density and the irradiated ion energy.
なお、電極１０７の裏面に設けられた円筒状磁石１０６
により電極１０７の表面に略々平行な磁界が生じ、電子
はこの磁界にまきついてサイクロトロン運動をする。前
記画電極１０７，１０４の間に垂直な高周波電界が存在
すると、このサイクロトロン運動する電子に有効にエネ
ルギーが与えられ、高周波電力が有効に高密度プラズマ
を発生させる。したがって、本装置では、入力される二
つの高周波電力の電界が殆ど垂直に、それぞれサセプタ
電８ｉ１０４、電Ｆｉ１０７に終端するように設定され
ている。Note that the cylindrical magnet 106 provided on the back surface of the electrode 107
As a result, a magnetic field approximately parallel to the surface of the electrode 107 is generated, and the electrons are wrapped around this magnetic field and perform cyclotron motion. When a vertical high-frequency electric field exists between the picture electrodes 107 and 104, energy is effectively imparted to the cyclotron-moving electrons, and the high-frequency power effectively generates high-density plasma. Therefore, in this device, the electric fields of the two input high-frequency powers are set to be almost perpendicular and terminate at the susceptor electric field 8i104 and electric field Fi107, respectively.
なお、１０６はマグネトロン放電のための永久磁石であ
る。実際には、強磁性体を用いた電磁石の方が好ましい
。さらに装置には真空容器１０５内を真空に引く排気ユ
ニットや、ガスを導入する機構、ざらに基板１０３を出
し入れする機構が設けられているが、これらは説明を簡
略化するため省略しである。Note that 106 is a permanent magnet for magnetron discharge. In reality, electromagnets using ferromagnetic materials are preferred. Furthermore, the apparatus is provided with an exhaust unit that evacuates the inside of the vacuum container 105, a mechanism for introducing gas, and a mechanism for roughly loading and unloading the substrate 103, but these are omitted to simplify the explanation.
本実施例の装置では、従来の装置とは異なり、サセプタ
電極１０４の他に電極１０７を設けであるため、電極１
０７には電力の大きな高周波電源を供給することにより
高密度のプラズマを発生させることができ、ひいては高
速のエツチングを行うことができる。ただ、電力の大ぎ
な高周波を電極１０７に供給すると、自己バイアスも大
きくなり電極をスパッタエツチングするおそれが生ずる
。かかるエツチングを防止するためには、電極１０７に
供給する高周波電源１１１の周波数ｆ１を、周波数ｆ２
より大きくし自己バイアスを小さくする（周波数を大き
くすると自己バイアスは小さくなる。第３図（ｂ）参照
）と共に、電極１０７の母材１０２の表面には保護層１
０１を設けておく。In the device of this embodiment, unlike the conventional device, an electrode 107 is provided in addition to the susceptor electrode 104.
By supplying a high-frequency power source with high power to 07, high-density plasma can be generated, and high-speed etching can be performed. However, if a high frequency wave with a large amount of power is supplied to the electrode 107, the self-bias will also become large, and there is a risk that the electrode will be sputter-etched. In order to prevent such etching, the frequency f1 of the high frequency power supply 111 supplied to the electrode 107 should be changed to the frequency f2.
In addition, a protective layer 1 is applied to the surface of the base material 102 of the electrode 107.
01 is set.
一方、前記サセプタ電極１０４に生ずる自己バイアスは
、第１図（ｅ）に示すように前記高周波電源１１０の電
力および周波数により制御することができるので、被エ
ツチング薄膜の材料を勘案し、適宜高周波電源１１０の
電力、周波数を選択して、サセプタ電極１０４に供給す
ればよい。On the other hand, the self-bias generated in the susceptor electrode 104 can be controlled by the power and frequency of the high-frequency power source 110, as shown in FIG. 1(e). The power and frequency of 110 may be selected and supplied to the susceptor electrode 104.
結局、本実施例の装置を用いれば、電極１０７に供給さ
れる高周波電力により高密度のプラズマを発生させると
ともに（プラズマ密度、すなわちイオン密度は電力によ
り制御される）、基板表面に照射されるイオンエネルギ
ーをサセプタ電極１０４に供給する周波数ｆ２の高周波
電力により所望の値に制御することができるため、基板
１０３等への損傷を防ぎつつ高速のＲＩＥを行うことが
できることとなる。After all, if the apparatus of this embodiment is used, high-density plasma is generated by the high-frequency power supplied to the electrode 107 (plasma density, that is, ion density is controlled by the power), and ions are irradiated onto the substrate surface. Since the energy can be controlled to a desired value by the high frequency power of frequency f2 supplied to the susceptor electrode 104, high-speed RIE can be performed while preventing damage to the substrate 103 and the like.
次に、電極１０７およびサセプタ電極１０４に供給され
る高周波電力と周波数の影響について述べる。Next, the influence of the high frequency power and frequency supplied to the electrode 107 and the susceptor electrode 104 will be described.
第２図は、第１図に示す装置を用いて電Ｆｉ１１０４の
電流、電圧特性を測定する回路構成を示すものである。FIG. 2 shows a circuit configuration for measuring the current and voltage characteristics of the electric Fi 1104 using the apparatus shown in FIG.
前記室８ｉ１０４に接続される高周波フィルタ２０３は
、例えば第１図（ｂ）に示したバンドエリミネータ−１
０２ｂのように、サセプタ電極１０４に供給される高周
波の周波数ｆ２の点でだけインピーダンスが高く、その
周波数からずれた周波数に対してはほとんど短絡となる
ように構成されており、該高周波フィルタ２０３には直
流電源２０１、電流計２０２が直列に接続されている。The high frequency filter 203 connected to the chamber 8i104 is, for example, the band eliminator 1 shown in FIG. 1(b).
02b, the impedance is high only at the frequency f2 of the high frequency supplied to the susceptor electrode 104, and it is configured so that it is almost short-circuited for frequencies that deviate from that frequency. A DC power supply 201 and an ammeter 202 are connected in series.
そして、高周波フィルタ２０３と電流計２０２との接続
点には、直流電源２０１及び電流計２０２を高周波的に
は短絡するために、並列にコンデンサ２０６が接続され
ている。A capacitor 206 is connected in parallel to the connection point between the high frequency filter 203 and the ammeter 202 in order to short-circuit the DC power supply 201 and the ammeter 202 in terms of high frequency.
かかる状態で、例えばＡｒガスを真空容器１０５内に５
ｘｌＯ−’Ｔｏｒｒの圧力で導入し、５０Ｗの高周波電
力で放電を起し、電極１０４に印加する直流電圧Ｖとそ
の結果流れる電流の関係をグラフにしたものが第３図（
ａ）である。この場合、高周波電源１１０の周波数は可
変とし、例えは１４ＭＨｚ、４０．６８ＭＨｚ及び１０
０Ｍ）（２の３つの周波数に変化させている。なお、正
電荷を有するイオンが電極１０４に流れ込む電流を正の
値としている。In this state, for example, Ar gas is introduced into the vacuum container 105 for 50 minutes.
Figure 3 shows a graph of the relationship between the DC voltage V applied to the electrode 104 and the resulting current flowing when the voltage is introduced at a pressure of
a). In this case, the frequency of the high frequency power source 110 is variable, for example, 14 MHz, 40.68 MHz, and 10 MHz.
The frequency is changed to three frequencies: 0M) (2). Note that the current through which positively charged ions flow into the electrode 104 is taken as a positive value.
例えば、１００ＭＨｚの特性をみると、前記直流電圧Ｖ
が約−９５■（この値を自己バイアス電圧ＶＳａとする
）のとき、直流電流Ｉ＝Ｏとなり、Ｖ＞ＶＳＢではＩ
＜ Ｏ、Ｖ ＜ Ｖ ｓａテはＩ〉０となフている。前
記自己バイアス電圧ＶｓＢは、電極１０４がフローティ
ング状態で高周波放電させたときに発生する直流バイア
ス電圧である。すなわち、電極１０４がこの電位にある
ときは、プラズマから電極１０４に流れ込むイオンと電
子の数が相等しくなるため互いに打ち消し合い直流電流
がＯとなる。For example, looking at the characteristics of 100MHz, the DC voltage V
is about -95■ (this value is taken as the self-bias voltage VSa), the DC current I=O, and when V>VSB, I
< O, V < V sate is written as I>0. The self-bias voltage VsB is a DC bias voltage generated when high-frequency discharge is performed while the electrode 104 is in a floating state. That is, when the electrode 104 is at this potential, the numbers of ions and electrons flowing into the electrode 104 from the plasma are equal, so they cancel each other out, and the DC current becomes O.
他方、外部から印加した直流バイアス電圧により電極１
０４の電位を制御すると電流が流れる。On the other hand, due to the externally applied DC bias voltage, electrode 1
When the potential of 04 is controlled, a current flows.
例えば前記直流電圧■と自己バイアス電圧ＶＳＢとの間
に、Ｖ ＞ Ｖ ｓ ｓの関係が成立するとより多くの
電子が流れ込み■〈Ｏとなる。For example, if the relationship of V > V s s is established between the DC voltage (2) and the self-bias voltage VSB, more electrons will flow, resulting in (2) <O.
一方、ＶくＶ、ｓＢの関係の場合、電子に対するポテン
シャルバリヤが高くなって電子の流入数が減少するため
イオン電流の方が大きくなり正の電流か流れる。さらに
、直流電圧Ｖを負の方に大きくすると、Ｖ＝ｖｏで電流
値は飽和し、はぼ一定値となる。これはイオンのみの電
流値に等しい。On the other hand, in the case of the relationship of V x V, sB, the potential barrier to electrons increases and the number of electrons flowing in decreases, so the ionic current becomes larger and a positive current flows. Furthermore, when the DC voltage V is increased in the negative direction, the current value is saturated when V=vo, and becomes an approximately constant value. This is equal to the current value for ions only.
以上のことから、Ｖ＝ＶｓＢ近辺におけるＩ−Ｖ特性曲
線の傾きは電子のエネルギー分布の巾に対応している。From the above, the slope of the IV characteristic curve near V=VsB corresponds to the width of the electron energy distribution.
すなわち、傾きが大きいことは電子のエネルギーの分布
の巾が狭いことを意味している。第３図（ａ）から明ら
かなように１４ＭＨｚに比べ、１００ＭＨｚの場合はエ
ネルギー分布が約１／１０程度に小さくなっている。一
方、イオンのエネルギー分布の巾を△Ｅ１゜。とし、電
子のエネルギー分布の巾を△Ｅ、とじたとき両者の間に
は略々比例関係があるので、イオンのエネルギー分布の
巾も同様に約１／１０に減少しているといえる。In other words, a large slope means that the width of the electron energy distribution is narrow. As is clear from FIG. 3(a), the energy distribution at 100 MHz is about 1/10 smaller than that at 14 MHz. On the other hand, the width of the ion energy distribution is △E1°. When the width of the electron energy distribution is ΔE, there is a substantially proportional relationship between the two, so it can be said that the width of the ion energy distribution is similarly reduced to about 1/10.
さらに、ｖ５！ｌの値も同じ５０Ｗの高周波電力である
のに１４ＭＨｚの場合の一４００Ｖに対し１００ＭＨｚ
では約−９５Ｖと絶対値で１／４以下に小さくなってい
る。ｔｏＯＭＨｚ放電で電力を５Ｗまで下げると、ＶＳ
ａの値は、−２５Ｖに減少する。すなわち、周波数と電
力を制御することにより、自己バイアスは広範囲に制御
できるのである。Furthermore, v5! Although the value of l is the same high frequency power of 50W, it is 100MHz compared to 400V in the case of 14MHz.
In this case, the absolute value is about -95V, which is less than 1/4. When the power is lowered to 5W with toOMHz discharge, VS
The value of a decreases to -25V. In other words, by controlling frequency and power, self-bias can be controlled over a wide range.
従来のＲＩＥ法では、下地基板に損傷が生じ、デバイス
の特性が劣化していたが、これは次の理由による。In the conventional RIE method, the underlying substrate is damaged and the characteristics of the device are deteriorated, and this is due to the following reasons.
従来例では、電極１０７を低い周波数１３．５６ＭＨｚ
で放電させティたため、ｌｖ、、ｂｌ＝４００Ｖ〜５ｏ
ｏｏｖとなり、この高電圧で加速されたイオンが基板に
衝突していた。In the conventional example, the electrode 107 has a low frequency of 13.56 MHz.
Due to the discharge tee, lv,,bl=400V~5o
oov, and the ions accelerated by this high voltage collided with the substrate.
しかるに、本発明の第１実施例では、電極１゜７には２
５０ＭＨｚの高周波を用いて放電を行っているため、従
来の１３．５６ＭＨｚの場合にくらべて△Ｅｌｏ。は１
／２０以下と小さくすることができる。本発明の装置で
は放電は電極１０７に加えられる周波数ｆ、の高周波電
力により維持され、これにより高密度のプラズマを発生
させると共に、供給する周波数をサセプタ電極１０４に
供給する周波数ｆ２より大きな周波数ｆ、（２５０ＭＨ
ｚ）としているため、発生した高密度プラズマ中のイオ
ンエネルギーの分布幅も小さく（平均エネルギーの値と
は差のあるエネルギーを有するイオンの数が少なく）な
っている。さらに、後述するように、電極に平行な方向
の磁界強度を可能な限り強くなるように磁気回路が設計
されているので、５０Ｗの高周波電力の入力で自己バイ
アス電圧は一３０Ｖ以下であり、プラズマ密度が略々１
０倍以上に改善されている。第１図（ｅ）によれば、高
周波電力を１００Ｗとし、ｆ＋＝２１０ＭＨｚで自己バ
イアスは一１０Ｖ程度であるから、ｆ１工２５０ＭＨｚ
では、自己バイアスは＝５Ｖ以下である。However, in the first embodiment of the present invention, the electrode 1°7 has 2
Since the discharge is performed using a high frequency of 50MHz, ΔElo is lower than the conventional case of 13.56MHz. is 1
/20 or less. In the device of the present invention, the discharge is maintained by high-frequency power at a frequency f, which is applied to the electrode 107, thereby generating a high-density plasma, and at a frequency f, which is higher than the frequency f2 which is supplied to the susceptor electrode 104. (250MH
z), the ion energy distribution width in the generated high-density plasma is also small (the number of ions having energy different from the average energy value is small). Furthermore, as will be explained later, the magnetic circuit is designed to make the magnetic field strength in the direction parallel to the electrodes as strong as possible, so the self-bias voltage is less than -30V when 50W of high-frequency power is input, and the plasma Density is approximately 1
It has been improved by more than 0 times. According to Fig. 1(e), when the high frequency power is 100W and the self-bias is about -10V at f+=210MHz, f1 is 250MHz.
Then, the self-bias is less than =5V.
電極１０７の自己バイアスが、−５Ｖ以下と低いうえに
、保護層１０１を有するので電極１０７の母材１０２は
まったくスパッタされない。したがって、サセプタ電極
１０４に印加する高周波の電力ないし周波数ｆ２を、自
己バイアスが基板に損傷を与えない程度に小さく制御す
ることがきわめて容易となり、かつ所望のエツチング速
度が得られるように周波数ｆ、の電力を設定しておけば
基板表面に損傷を与えるような大きなエネルギーを有す
るイオンが照射されることがなくなり、薄膜、レジスト
膜あるいは下地基板への損傷を生ずることなく高速かつ
選択性の高いエツチングを行うことが可能となる。The self-bias of the electrode 107 is as low as −5 V or less, and since it has the protective layer 101, the base material 102 of the electrode 107 is not sputtered at all. Therefore, it is extremely easy to control the high-frequency power or frequency f2 applied to the susceptor electrode 104 to a level so that the self-bias does not damage the substrate, and the frequency f can be adjusted so as to obtain the desired etching rate. By setting the power, ions with high energy that would damage the substrate surface will not be irradiated, and high-speed and highly selective etching can be performed without damaging the thin film, resist film, or underlying substrate. It becomes possible to do so.
すなわち、前記自己バイアス電圧ＶＳａは高周波電源の
周波数が高くなるほどまた、高周波電力が小さくなるほ
ど低くなる。したがって、薄膜ないし下地基板の品質を
損傷せずに、かつ、高速エツチングに必要なイオンエネ
ルギー及びイオン照射量になるように周波数および電力
をサセプタ電極１０４に供給するように選択すればよい
。That is, the self-bias voltage VSa becomes lower as the frequency of the high-frequency power source increases and as the high-frequency power decreases. Therefore, the frequency and power to be supplied to the susceptor electrode 104 may be selected to provide the ion energy and ion dose necessary for high-speed etching without damaging the quality of the thin film or underlying substrate.
一方、前記電極１０２には周波数２５０ＭＨｚの高周波
電力が加えられているため、小さな自己バイアス電圧が
生じており、また、保護層１０１が形成されているため
母材１０２がエツチングされるのを防止できる。さらに
、第１図の実施例では永久磁石１０６が装着されている
が、これにより、電極１０７の近傍でマグネトロン放電
（電子が磁力線に巻きついてサイクロトロン運動しなが
ら高周波電界からエネルギーを受けて中性の励起活性種
源ガス分子を効率よくイオン化する）が起り、イオン濃
度が高まってさらにエツチング速度を犬きくできる。On the other hand, since high-frequency power with a frequency of 250 MHz is applied to the electrode 102, a small self-bias voltage is generated, and since the protective layer 101 is formed, the base material 102 can be prevented from being etched. . Furthermore, in the embodiment shown in FIG. 1, a permanent magnet 106 is attached, which causes a magnetron discharge near the electrode 107 (electrons wind around magnetic lines of force and move in a cyclotron, receiving energy from a high-frequency electric field and generating a neutral The excited active species source gas molecules are efficiently ionized), increasing the ion concentration and further increasing the etching rate.
以上述べたように本発明による２周波励起ＲＩＥ装置に
よれば、大きなエツチング速度を維持しつつ、基板に損
傷を生じない高品質な薄膜や基板のエツチングが高選択
比で可能となった。As described above, according to the dual frequency excitation RIE apparatus according to the present invention, it is possible to etch high-quality thin films and substrates with high selectivity without causing damage to the substrate while maintaining a high etching rate.
また、第２図に示すようにサセプタ電極１０４に直流バ
イアス電圧を加えることによってサセプタ電極１０４に
流入するイオンのエネルギーを制御することも可能であ
る。かかる直流バイアス電圧を印加してサセプタ電極１
０４の電位を制御し、結果として基板の表面電位を制御
する方法は、エツチングする薄膜や基板（基体）が導電
性材料である場合に有効である。It is also possible to control the energy of ions flowing into the susceptor electrode 104 by applying a DC bias voltage to the susceptor electrode 104 as shown in FIG. By applying such a DC bias voltage, the susceptor electrode 1
The method of controlling the potential of 04 and, as a result, the surface potential of the substrate, is effective when the thin film or substrate (substrate) to be etched is a conductive material.
以上、電極１０７及びサセプタ電極１０４に供給する高
周波電力の周波数を夫々１００ＭＨｚ、２５０ＭＨｚに
設定する場合についてのみ述べたが、周波数の選定はこ
れに限られないことは言うまでもない。Above, only the case where the frequencies of the high-frequency power supplied to the electrode 107 and the susceptor electrode 104 are set to 100 MHz and 250 MHz, respectively, has been described, but it goes without saying that the frequency selection is not limited to this.
要するに、ＲＩＥ装置の場合、電極１０７に供給される
第１の周波数ｆ１をサセプタ電極１０４に供給される第
２の周波数ｆ２に比べて高くすればよい。実際の値はそ
れぞれの目的に応じて異るものであり、必要とすべきエ
ツチング速度や形成された膜の段差部での被覆形状等を
考慮して決めればよい。また、エツチングすべき材料も
絶縁物に限ることなく、導電性材料でもよい。In short, in the case of the RIE apparatus, the first frequency f1 supplied to the electrode 107 may be higher than the second frequency f2 supplied to the susceptor electrode 104. The actual value differs depending on the purpose, and may be determined by taking into account the required etching rate, the shape of the formed film covering the stepped portion, etc. Further, the material to be etched is not limited to an insulating material, and may be a conductive material.
また、電極１０７の裏面に設置した磁石１０６は第１図
に示した構成に限られるものではない。Further, the structure of the magnet 106 installed on the back surface of the electrode 107 is not limited to that shown in FIG.
例えば第４図（ａ）は、本発明の第２の実施例を示すも
のであるが、本実施例の場合、強力な競争路形磁石４０
９を設け、磁界の均一性を上げるために走査を行なう構
成にしている。この場合、６五石４０９の走査系４１０
を真空容器１０５の外部に設けておけば、反応系が機械
的な動作から生じる発塵により汚染されるのを防ぐこと
ができて好都合である。For example, FIG. 4(a) shows a second embodiment of the present invention, and in the case of this embodiment, a strong raceway magnet 40
9 is provided to perform scanning in order to improve the uniformity of the magnetic field. In this case, the scanning system 410 of 65 stones 409
It is advantageous to provide the reaction system outside the vacuum vessel 105 to prevent the reaction system from being contaminated by dust generated from mechanical operations.
さらに、サセプタ電極１０４側にも磁石を設置してＲＩ
Ｅの効率を上げるようにしてもよい。また、ここで使う
磁石は、第１図に示す磁石１０６のように静止して取り
付けられていてもよく、また、前記走査系４１０に取付
られた磁石４０９のように６動可能なものであってもか
まわない。Furthermore, a magnet is also installed on the susceptor electrode 104 side to perform RI.
The efficiency of E may be increased. Further, the magnet used here may be fixedly attached like the magnet 106 shown in FIG. 1, or it may be movable like the magnet 409 attached to the scanning system 410. It doesn't matter.
また、基板１０３への損傷をさらに小さくするため例え
ば次のような方法をとることも可能である。例えば、Ｓ
ｉなどの基板１０３の表面に形成されたＳ ｉ Ｏ２な
どの絶Ｍ膜をエツチングする場合、まず数μｍ程度の膜
が形成されている間はサセプタ電極１０４に供給するＲ
Ｆ電力を大きくして高速でエツチングし、基板１０３の
表面が露出し始める寸前から、ＲＦ電力を小さく切りか
える方式である。こうすれば基板１０３が露出し始めて
からは十分に低い自己バイアス状態でエツチングを行え
るため基板表面への損傷をほとんどＯとすることが可能
である。Further, in order to further reduce damage to the substrate 103, it is also possible to take the following method, for example. For example, S
When etching an absolute M film such as S i O 2 formed on the surface of the substrate 103 such as i, firstly, while the film of about several μm is being formed, the R supplied to the susceptor electrode 104 is etched.
In this method, the RF power is increased to perform high-speed etching, and the RF power is decreased just before the surface of the substrate 103 begins to be exposed. In this way, after the substrate 103 begins to be exposed, etching can be performed in a sufficiently low self-bias state, so that damage to the substrate surface can be reduced to almost zero.
基板１０３の表面に照射するイオンの運動エネルギーが
大きすぎれば如何なる材料でも損傷を生じる。材料に損
傷が生じ始めるのは、各材料の原子間結合力に関連して
決まる損傷発生の臨界エネルギーに比べ照射イオンの運
動エネルギーが若干大きくなったときである。原子間結
合力は、通常絶縁物の方が半導体より大きい。基板１０
３や、絶縁物の材料の性質を考慮した上で照射イオンの
エネルギーを決めればよい。If the kinetic energy of the ions irradiated onto the surface of the substrate 103 is too large, any material will be damaged. Damage begins to occur in the material when the kinetic energy of the irradiated ions becomes slightly larger than the critical energy for damage generation, which is determined in relation to the interatomic bonding force of each material. The bonding force between atoms is usually greater in insulators than in semiconductors. Substrate 10
The energy of the irradiated ions may be determined in consideration of 3 and the properties of the insulating material.
第４図（ｂ）は第３の実施例を示すもので基板１０３へ
の損傷を無くし、且つ基板１０３の表面に照射するイオ
ンのエネルギーを自由に選択できる方法を示している。FIG. 4(b) shows a third embodiment, which shows a method in which damage to the substrate 103 is eliminated and the energy of ions irradiated onto the surface of the substrate 103 can be freely selected.
第１図（ａ）の第１の実施例と比較して異る点は、サセ
プタ電極１０４に対し、ｆ２．ｆ３という２つの異る周
波数を切り換えて人力できるようになっている点であり
、それに応じてバンドエリミネータ−４０１も変更して
構成されている。４０２及び４０３はＬＣの共振回路で
あり、それぞれｆ２．ｆｓの共振周波数を有している。The difference from the first embodiment shown in FIG. 1(a) is that f2. The difference is that it is possible to manually switch between two different frequencies called f3, and the band eliminator 401 is also changed accordingly. 402 and 403 are LC resonance circuits, each with f2. It has a resonant frequency of fs.
ｆ２＝１／（２πＦ丁７で７）
ｆｓ ＝１／ （２ｙｒＦｒ７でＴ）
２つの共振回路４０２，４０３を直列に接続したバンド
エリミネータ−４０１は、ｆ２．ｆ３の２つの周波数に
対してのみインピーダンスが大きくなり、これ以外の周
波数に対しては実質的に短絡となっているため、これら
２種類の高周波に対してのみ選択的にサセプタ電極１０
４に電力を供給する機能をもっている。f2=1/(7 at 2πF7) fs=1/(T at 2yrFr7) The band eliminator 401 in which two resonant circuits 402 and 403 are connected in series has f2. Since the impedance is large only for the two frequencies of f3 and is substantially short-circuited for other frequencies, the susceptor electrode 10 is selectively connected only to these two types of high frequencies.
It has the function of supplying power to 4.
例えば、ｆ １＝ ２５０ Ｍ Ｈｚとし、ｆ２＝１０
０ Ｍ Ｈｚ 、 ｆ ３ ＝ ４０ Ｍ Ｈｚとす
る。そして、例えばまず最初の数０．５〜１μｍ程度の
膜が形成されている間は、サセプタ電極１０４に加える
高周波の周波数をｆ３ （４０ＭＨｚ）とすると、自
己バイアスは第１図（ｅ）に示すようにＯ〜−１００Ｖ
と大きくなり、大きなエツチング効果が得られる。表面
が１００人程度になった時点で周波数をｆ、（１００Ｍ
Ｈｚ）に切り換えて薄し）膜（例えば１０人〜１００人
）をエツチングする。このようにすれば基板表面が露出
し始めたときは１００ＭＨｚに対応する小さな自己バイ
アス値（約−１０〜−２０Ｖ）で基板表面をイオンが照
射するため基板の損傷はほとんど生じない。For example, let f 1 = 250 MHz and f 2 = 10
0 MHz, f3 = 40 MHz. For example, during the initial formation of a film of about 0.5 to 1 μm, if the frequency of the high frequency wave applied to the susceptor electrode 104 is f3 (40 MHz), the self-bias will be as shown in FIG. 1(e). Like O~-100V
, and a great etching effect can be obtained. When there are about 100 people on the surface, change the frequency to f, (100M
Hz) to etch a thin (eg, 10 to 100) film. In this way, when the substrate surface begins to be exposed, the substrate surface is irradiated with ions at a small self-bias value (approximately -10 to -20 V) corresponding to 100 MHz, so that almost no damage to the substrate occurs.
このような方法は、ＲＩＥ法により堆積した薄膜の表面
形状の平坦度をコントロールする場合特に重要になって
くる。なぜなら周波数を変化させることにより最も有効
なエツチング用のイオンのエネルギーをコントロールで
き、最適のエネルギー値で基板１０３の損傷を生じさせ
ることなく選べるからである。Such a method becomes particularly important when controlling the flatness of the surface shape of a thin film deposited by the RIE method. This is because by changing the frequency, the most effective etching ion energy can be controlled, and the optimum energy value can be selected without causing damage to the substrate 103.
ここではｆ２．ｆ３の２つの異る周波数の場合について
のみ述べたが、例えばｆ２．ｆ３．ｆ。Here f2. Although only the case of two different frequencies of f3 has been described, for example, f2. f3. f.
という３つの値を用いてもよいことはいうまでもない。It goes without saying that these three values may be used.
ただし、この場合、最初に印加する周波数ｆ４はｆ４＞
ｆｚ、ｆａとして、後になるほど最も高周波のものを用
い損傷を小さくすることが重要である。However, in this case, the first applied frequency f4 is f4>
As for fz and fa, it is important to use the ones with the highest frequencies later on to minimize damage.
また、複数の周波数を用いる場合、これらは放電励起用
の周波数ｆ＋も含め、ｆ＋ 、ｆ２． ｆ３゜・・・・
は互いに高調波の関係にないように選ぶのが望ましい。In addition, when using a plurality of frequencies, these include the discharge excitation frequency f+, f+, f2. f3゜・・・・
It is desirable to select them so that they do not have a harmonic relationship with each other.
放電空間は非線型であり、従ってｆ＋、ｆ２．ｆｓ、
・・・・の高調波が放電条件によっては全く違った状
態で重畳してしまうことがあり条件の設定が一義的でな
くなるからである。The discharge space is nonlinear, so f+, f2 . fs,
This is because the harmonics of ... may be superimposed in a completely different state depending on the discharge conditions, and the setting of the conditions is no longer unique.
なお、第４図（ｂ）における共振回路４０２゜４０３に
代えて、第４図（Ｃ）に示す共振回路を用いても同様の
作用をもたらすことができる。ただ、第４図（Ｃ）にお
いては
Ｃｓ ＞ Ｃ２、Ｃｓ
とする必要がある。Note that the same effect can be achieved by using a resonant circuit shown in FIG. 4(C) in place of the resonant circuits 402 and 403 in FIG. 4(b). However, in FIG. 4(C), it is necessary to satisfy Cs > C2, Cs.
次に、上述したＲＩＥ装置の基本的構成部分である対向
する平行平板電極間にプラズマを作フて行う、各種のプ
ロセスにも共通する高性能化の概念を説明する。Next, the concept of high performance, which is common to various processes and is performed by creating plasma between opposing parallel plate electrodes, which is a basic component of the above-mentioned RIE apparatus, will be explained.
放電プラズマプロセス高性能化の必要条件は、（１）基
体表面にダメージ（損傷）を与えないこと、（２）真空
容器や電極材料のスパッタによる基板表面への汚染がな
いことの２要件である。もちろん、そのほかにも高速エ
ツチング、高速成膜が行えること、できるだけ少ない高
周波電力で、できるだけ高密度のプラズマを実現するこ
と等、具体的なエツチング、成膜高性能化の要求がある
ことはいうまでもない。The two requirements for improving the performance of the discharge plasma process are (1) no damage to the substrate surface, and (2) no contamination of the substrate surface due to sputtering of the vacuum vessel or electrode material. . Of course, there are other specific requirements for high-performance etching and film-forming, such as high-speed etching and high-speed film formation, and the realization of high-density plasma with as little high-frequency power as possible. Nor.
要件（１）、 （２）が実現されるためには、放電によ
り形成されるプラズマのプラズマ電位が、真空容器や電
極材料がスパッタされない程度の値、すなわち＋３０Ｖ
以下、望ましくは＋２０Ｖ以下であることが要求される
。真空容器は通常接地された状態で使用されるが、真空
容器内表面に入射するイオンのエネルギーは、プラズマ
電位程度のエネルギーになる。電極１０２やサセプタ電
極１０４は、通常高周波電力の供給により直流的には負
電圧が加わるので、正電荷を持ったイオンが入射するが
、そのエネルギーはそれぞれ所要の目的を持ったエネル
ギー値に制御される。いずれにしても、対向電極間に形
成されるプラズマ電位が＋５〜＋２０Ｖ程度の範囲に抑
え込まれていることが不可欠の条件になる。基板表面を
照射する個々のイオンのエネルギーには、エツチング、
成膜の目的に応して基板表面材料に対してそれぞれ最適
値が存在する。個々のイオンエネルギーをそれぞれの材
料の最適値に調整するのは、サセプタ電極１０４に供給
される周波数ｆ２の高周波電力を調整して、サセプタ電
極１０４の自己バイアス電圧−Ｖ、（Ｖ）を、ｖｏ、＝
ｖ、＋Ｖｓとなるように設定すればよい。プラズマから
基板表面の間でイオンが衝突しなければ、基板表面照射
イオンエネルギーは、プラズマ電位と基板表面電位の差
のポテンシャルで決まるからである。In order to realize requirements (1) and (2), the plasma potential of the plasma formed by discharge must be at a value that does not sputter the vacuum container or electrode material, that is, +30V.
Hereinafter, the voltage is desirably required to be +20V or less. Although a vacuum container is normally used in a grounded state, the energy of ions incident on the inner surface of the vacuum container is equivalent to the plasma potential. Normally, a negative DC voltage is applied to the electrode 102 and the susceptor electrode 104 by the supply of high-frequency power, so positively charged ions are incident, but their energy is controlled to an energy value with a desired purpose. Ru. In any case, it is an essential condition that the plasma potential formed between the opposing electrodes be suppressed to a range of about +5 to +20V. The energy of each individual ion irradiating the substrate surface has the following effects: etching,
There are optimum values for each substrate surface material depending on the purpose of film formation. The individual ion energy is adjusted to the optimum value for each material by adjusting the high frequency power of frequency f2 supplied to the susceptor electrode 104, and by adjusting the self-bias voltage -V, (V) of the susceptor electrode 104, vo ,=
v, +Vs. This is because if ions do not collide between the plasma and the substrate surface, the ion energy irradiated onto the substrate surface is determined by the potential difference between the plasma potential and the substrate surface potential.
ただし、■。Ｐ：イオンの最適照射電位、Ｖｐ：プラズ
マ電位、 −ＶＳ ＋サセプタ電極の自己バイアスで
ある。However, ■. P: optimal ion irradiation potential, Vp: plasma potential, -VS + self-bias of the susceptor electrode.
なお、かかる設定条件は、対向電極間に形成されるプラ
ズマの電位が低い正電圧に抑えられているときに限り適
用できる。すなわち、ＶＰ ＜Ｖ。Ｐが成立していなけ
ればならない。サセプタ電極１０４に高周波電力を印加
して実現される自己バイアスは常に負電圧方向に作用す
るからである。Note that such setting conditions can be applied only when the potential of the plasma formed between the opposing electrodes is suppressed to a low positive voltage. That is, VP<V. P must hold true. This is because the self-bias realized by applying high frequency power to the susceptor electrode 104 always acts in the negative voltage direction.
従フて、Ｖｓｐ＞Ｖｐ 、Ｖｏｐ＞Ｖｐが満足されるよ
うな、低い正電圧にプラズマ電位ＶＰを設定するのであ
る。ただし、Ｖｇｐは真空容器や電極材料のスパッタ開
始電圧である。Therefore, the plasma potential VP is set to a low positive voltage such that Vsp>Vp and Vop>Vp are satisfied. However, Vgp is the sputtering start voltage of the vacuum container and electrode material.
上述の結論として、プラズマ応用装置の高性能化は、プ
ラズマ電位を低い正電圧（Ｖｓｐ＞Ｖｐ。As a conclusion from the above, improving the performance of plasma application equipment requires lowering the plasma potential to a lower positive voltage (Vsp>Vp).
Ｖ ｏｐ＞ Ｖ ｐ ）に設定することにある。プラズ
マ電位が正電圧で高くなる理由は、主としてプラズマ空
間から、質量がイオンにくらべて軽い負電荷を持った電
子が逃げてしまい、正電荷を持ったイオンが過剰になり
、プラズマが正電荷を持つことに依存する。換言すれば
、プラズマ電位を正の低い電位に保つには、プラズマ空
間から電子ができるだけ逃げないようにする必要がある
。同時に、高周波電力によりできるだけ有効に放電・イ
オン化が起ることが重要である。V op > V p ). The reason why the plasma potential increases with positive voltage is mainly that negatively charged electrons, whose mass is lighter than ions, escape from the plasma space, and positively charged ions become excessive, causing the plasma to become positively charged. Depends on what you have. In other words, in order to maintain the plasma potential at a low positive potential, it is necessary to prevent electrons from escaping from the plasma space as much as possible. At the same time, it is important that the high-frequency power causes discharge and ionization to occur as effectively as possible.
次に、こうした条件を実現する直流磁場分布及び高周波
電界分布について、第６図を用いて説明する。第６図（
ａ）は、対向する平板状電極１０７、サセプタ電極１０
４に対する直流磁界分布６０１（点線）、高周波電界分
布（実線）６０２を示す。第６図（ａ）には、理想状態
の一例が示されている。すなわち、対向する画電極１０
７．１０４の極板に平行に直流磁界が存在し、極板間に
垂直に高周波電界が存在する。極板間に存在する電子は
、直流磁界に巻きついて円運動（サイクロトロン運動）
する。円運動する電子の運動方向に高周波電界が存在す
るから、電界から効率よく電子の運動へエネルギーが変
換される。エネルギーを得た電子は、極板間にサイクロ
トロン運動することによって閉じ込められているから、
中性の分子や原子と効率よく衝突し、その分子や原子を
イオン化する。電極１０７．サセプタ電極１０４は高周
波入力により、通常自己バイアスは負電圧となる。した
がって、負電荷を持った電子は画電極に入射することは
ない。したがって、垂直方向に対しては電子は両電極間
に閉じ込められることになる。しかし、画電極の平行な
方向の端部は隼なる空間であるから、該端部からは電子
が外部に流れ出す、この横方向の電子の逃げを抑えるに
は、第６図（ｂ）のように直流磁界Ｂの強度を分布させ
ればよい。すなわち、直流磁界Ｂの強度は極板の中心か
ら極板端部近傍までは距離ｒに対し一定になるようにし
、端部近傍で磁界強度を強くする。これにより、磁界強
度が強くなった部分で、電子は反射されて、一定磁界強
度部分に閉じ込められるのである。Next, the DC magnetic field distribution and high frequency electric field distribution that realize these conditions will be explained using FIG. 6. Figure 6 (
a) shows a flat electrode 107 and a susceptor electrode 10 facing each other.
A DC magnetic field distribution 601 (dotted line) and a high-frequency electric field distribution (solid line) 602 for 4 are shown. FIG. 6(a) shows an example of an ideal state. That is, the opposing picture electrodes 10
7. A DC magnetic field exists parallel to the pole plates of 104, and a high frequency electric field exists perpendicularly between the pole plates. Electrons existing between the pole plates are wrapped around a DC magnetic field and move in a circular motion (cyclotron motion).
do. Since a high-frequency electric field exists in the direction of the circularly moving electrons, energy is efficiently converted from the electric field to the movement of the electrons. Since the energized electrons are trapped by cyclotron movement between the electrode plates,
It efficiently collides with neutral molecules and atoms and ionizes them. Electrode 107. Due to high frequency input, the susceptor electrode 104 normally has a self-bias of a negative voltage. Therefore, negatively charged electrons do not enter the picture electrode. Therefore, electrons are confined between the two electrodes in the vertical direction. However, since the parallel ends of the picture electrode are a space, electrons flow out from the ends.In order to suppress the escape of electrons in the lateral direction, the method shown in Fig. 6(b) is required. The strength of the DC magnetic field B may be distributed as follows. That is, the strength of the DC magnetic field B is made constant with respect to the distance r from the center of the pole plate to the vicinity of the end of the pole plate, and the magnetic field strength is increased near the end. As a result, electrons are reflected in areas where the magnetic field strength is strong and are confined in areas with a constant magnetic field strength.
第７図は、第６図に示された考え方を適用した第４の実
施例を示すものである。なお、第１図に示す第１の実施
例の構成部分と同一のものは同じ番号を付して重複した
説明を省略する。FIG. 7 shows a fourth embodiment to which the concept shown in FIG. 6 is applied. Components that are the same as those of the first embodiment shown in FIG. 1 are given the same numbers and redundant explanations will be omitted.
電極間に放電を励起させるための周波数ｆ、の高周波電
力は、同軸コネクタ７１０を通して供給される。７１６
は電極１０２まで高周波電力を導く内導体であり、７１
２はテーバ状に形成された同軸ケーブルの外導体であり
Ａ１合金、ステンレス、Ｔｉ等の金属製真空客器１０５
に接続されている。第１図に示す第１の実施例では、直
流磁界は永久磁石１０６により形成させていたが、第７
図の第２実施例では電磁石により形成させている。７１
５は、電磁石を構成する透磁率μ及び飽和磁束密度の高
い磁性体、７１４は直流電流を供給する電線である。電
磁石は、内導体７１６と電極の母材１０２により完全に
囲われているため、高周波の周波数ｆ１の電界や磁界に
晒されることはない。High frequency power at frequency f for exciting a discharge between the electrodes is supplied through coaxial connector 710. 716
is an inner conductor that guides high frequency power to the electrode 102, and 71
2 is the outer conductor of the coaxial cable formed in a tapered shape, and is a vacuum conductor 105 made of metal such as A1 alloy, stainless steel, Ti, etc.
It is connected to the. In the first embodiment shown in FIG. 1, the DC magnetic field was formed by the permanent magnet 106, but the
In the second embodiment shown in the figure, it is formed by an electromagnet. 71
Reference numeral 5 indicates a magnetic material having a high magnetic permeability μ and high saturation magnetic flux density and constitutes the electromagnet, and 714 indicates an electric wire for supplying direct current. Since the electromagnet is completely surrounded by the inner conductor 716 and the electrode base material 102, it is not exposed to the electric field or magnetic field of the high frequency f1.
サセプタ電極１０４の自己バイアスを制御する周波数ｆ
２の高周波電力は、同軸コネクタ７１１を介して供給さ
れる。７１７は同軸ケーブルの内導体、７１３は外導体
である。なお、インダクタンスＬ、及びコンデンサＣ２
の直列回路、インダクタンスＬ２及びコンデンサＣ２の
直列回路は、夫々周波数ｆ＋、ｆ２の高周波を短絡する
ための回路である。Frequency f that controls the self-bias of the susceptor electrode 104
The high frequency power of No. 2 is supplied via the coaxial connector 711. 717 is an inner conductor of the coaxial cable, and 713 is an outer conductor. In addition, inductance L and capacitor C2
The series circuit of inductance L2 and capacitor C2 is a circuit for short-circuiting high frequencies of frequencies f+ and f2, respectively.
７０８．７０９は、これら短絡回路を構成する絶縁物基
板であり、例えばテフロン含浸絶縁物から成る。内導体
７１６．７１７と外導体７１２．７１３を短絡する回路
は、円筒同軸の構成に適合するように、円錐状に形成さ
れている。第８図（ａ）、（ｂ）は前記短絡回路の例を
示すものである。前記短絡回路１．２は、中央部に内導
体７１６．７１７を挿通するための穴８０５．８０６を
設け、基板はテフロン含浸絶縁物により円板状に形成さ
れている。第８図に示す例では、４個の直列共振回路が
互いに９０度の角度間隔で放射状に配置された例が示さ
れている。８０１，８０３はインダクタンス、８０２，
８０４は積層セラミックなどの高周波コンデンサである
。斜線部は前記絶縁物の基板に残されたＣｕ薄膜である
。該薄膜は、通常３５〜７０μｍ程度の厚さである。絶
縁物基板の厚さは、高周波電力にもよるが、１〜３ｍｍ
程度である。第８図（ａ）では、インダクタンス８０１
は直線の線を有するインダクタンスが使われており、コ
ンデンサはチップコンデンサである。第８図（ｂ）では
、インダクタンス８０３は電線を所要巻数だけ巻回して
成るコイルが用いられ、コンデンサ８０４は平板コンデ
ンサを用いている。708 and 709 are insulating substrates constituting these short circuits, and are made of, for example, Teflon-impregnated insulators. The circuit that short-circuits the inner conductors 716, 717 and the outer conductors 712, 713 is formed in a conical shape to match the cylindrical coaxial configuration. FIGS. 8(a) and 8(b) show examples of the short circuit. The short circuit 1.2 has a hole 805, 806 in the center thereof for inserting the inner conductor 716, 717, and the substrate is formed into a disk shape from a Teflon-impregnated insulator. In the example shown in FIG. 8, four series resonant circuits are arranged radially at angular intervals of 90 degrees. 801, 803 are inductances, 802,
804 is a high frequency capacitor such as a multilayer ceramic. The shaded area is the Cu thin film left on the insulator substrate. The thin film usually has a thickness of about 35 to 70 μm. The thickness of the insulating substrate is 1 to 3 mm, depending on the high frequency power.
That's about it. In FIG. 8(a), the inductance 801
An inductance with a straight line is used, and the capacitor is a chip capacitor. In FIG. 8(b), the inductance 803 uses a coil formed by winding an electric wire the required number of turns, and the capacitor 804 uses a flat plate capacitor.
説明を第７図に戻す。高周波電力、特に電極間に放電を
形成する周波数ｆ１の電力が、効率よく電極間に閉し込
められるために、電極１０２．サセプタ電極１０４は絶
縁物のセラミック７０６．７０７により、夫々真空容器
１０５から浮いた状態で構成されている。電極間隔に比
し電極から真空容器までの距離は遠く離間している。こ
れは電極１０２に入射した周波数ｆ、の高周波電力の電
界を、殆どサセプタ電８ｉ１０４に終端させるためであ
る９周波数ｆ、の高周波電流は、サセプタ電極１０４に
終端した後、内導体７１７．短絡回路（Ｌｌ 、 ＣＩ
）、真空容器１０５を介して外導体７１２に流れ出す
。The explanation returns to FIG. 7. Since high-frequency power, especially power at frequency f1 that forms a discharge between the electrodes, is efficiently confined between the electrodes 102. The susceptor electrodes 104 are made of insulating ceramics 706 and 707, respectively, floating from the vacuum container 105. The distance from the electrodes to the vacuum container is far compared to the electrode spacing. This is to terminate most of the electric field of the high-frequency power of frequency f incident on the electrode 102 at the susceptor electrode 8i104.9 After the high-frequency current of frequency f terminates at the susceptor electrode 104, the electric field of the high-frequency power of frequency f, which is incident on the electrode 102, is terminated at the inner conductor 717. Short circuit (LL, CI
), flows out to the outer conductor 712 via the vacuum vessel 105.
電極間隔は、ガス圧力にもよるが通常２〜１０ｃｍ程度
である。電極面積は、基板１０３より大きく設定される
から、基板１０３としてのウニへの直径が６インチ、８
インチ、１０インチであれば、少なくとも、電極の直径
は夫々２０ｃｍ。The electrode spacing is usually about 2 to 10 cm, although it depends on the gas pressure. Since the electrode area is set larger than the substrate 103, the diameter of the sea urchin as the substrate 103 is 6 inches and 8 inches.
inch, 10 inches, the diameter of each electrode is at least 20 cm.
２５ｃｍ、３０ｃｍより大きなものにする必要がある。It needs to be larger than 25cm or 30cm.
第９図は、第５の実施例を示すもので比較的実際の構造
に近いものである。本実施例の場合、画電極１０７．１
０４０間隔が狭くなっているので、高周波電界の殆どが
対向する電極間に閉じ込められることになる。FIG. 9 shows a fifth embodiment, which is relatively close to the actual structure. In the case of this embodiment, the picture electrode 107.1
Since the 040 spacing is narrow, most of the high frequency electric field is confined between the opposing electrodes.
サセプタ電極１０４に供給される周波数ｆ、の高周波電
力に対する短絡が不十分な場合には、第１０図に示す第
６の実施例のように、サセプタ電極１０４と真空容器１
０５との間に直接的に短絡回路を設ければよい。本実施
例の構成の要点は、対向する２枚の電極間に、可能な限
り強い磁界を設ける点にある。If the short circuit for the high frequency power of the frequency f supplied to the susceptor electrode 104 is insufficient, as in the sixth embodiment shown in FIG.
A short circuit may be provided directly between the 05 and 05. The key point of the configuration of this embodiment is to provide as strong a magnetic field as possible between two opposing electrodes.
第９図、第１０図に示す実施例のように、コイル７２２
と磁性体７１５で構成される電磁石であると、その磁力
線分布は第１１図に示すように下方向に拡がった分布に
なる。As in the embodiment shown in FIGS. 9 and 10, the coil 722
In the case of an electromagnet composed of the magnetic material 715 and the magnetic material 715, the distribution of magnetic lines of force becomes a distribution that spreads downward as shown in FIG.
第１２図に示す第７の実施例のように、画電極１０４．
１０７の裏面にそれぞれ完全反磁性を示す超伝導体ある
いは超伝導薄膜７３１，７３２を設けると、磁力線はこ
の超伝導体７３１，７３２の外側には漏れないから、両
電極間にのみ存するようになる。As in the seventh embodiment shown in FIG. 12, the picture electrode 104.
If superconductors or superconducting thin films 731 and 732 exhibiting perfect diamagnetic properties are provided on the back surface of 107, magnetic lines of force will not leak outside of these superconductors 731 and 732, and will exist only between the two electrodes. .
基板１０３を冷却する必要があるとぎは、例えば液体窒
素温度で超伝導現象を示す酸化物超伝導体を電極裏面に
１μｍ程度以上スパッタ成膜等でコーティングすること
により極めて大きな磁界閉じ込め効果を生じさせ得る。When it is necessary to cool the substrate 103, for example, an extremely large magnetic field confinement effect can be produced by coating the back surface of the electrode with an oxide superconductor that exhibits a superconducting phenomenon at a liquid nitrogen temperature to a thickness of about 1 μm or more by sputtering. obtain.
第１３図に示す第８の実施例はかかるｂｎ磁界閉込め効
果を示すものである。The eighth embodiment shown in FIG. 13 shows such a bn magnetic field confinement effect.
同様に、両電極間に磁界を閉じ込めて強い平行方向の磁
界を発生させるには、電極１０２側だけてはなく、サセ
プタ電１１０４側にもまったく同様に電磁石（７２１，
７２３）を設ければよい。Similarly, in order to confine the magnetic field between both electrodes and generate a strong parallel magnetic field, the electromagnets (721, 721,
723) may be provided.
第１４図はかかる原理に基づいて構成された第９の実施
例を示すものである。電磁石（７１５゜７２２）、（７
２１，７２３）は、いずれも高周波電力供給用の内導体
７１６．７１７により実質的に囲われている。コイル７
２２，７２３に電流を供給するための電線は、内導体７
１６，７１７を貫通して外部に引き出されている。FIG. 14 shows a ninth embodiment constructed based on this principle. Electromagnet (715°722), (7
21, 723) are both substantially surrounded by inner conductors 716, 717 for high frequency power supply. coil 7
The wire for supplying current to 22,723 is the inner conductor 7
16,717 and is drawn out to the outside.
末弟９の実施例において、電極１０２，１０４に完全反
磁性体の超伝導体をコーティングすればさらに好ましい
ものになる。本実施例は放電プラズマが形成される真空
容器は、容器本体７０６．７０７がセラミックにて形成
され、外部容器１０５゛が金属で形成されている。外部
容器１０５゜は、アースと高周波電流を流す役割をはた
す。このように構成すれば、第１．９．１０図に示す各
実施例の装置に見られた、電極１０２と真空容器間の放
電が無くなり、高周波電力は電、ｉｌ Ｏ２゜１０４間
に殆ど閉じ込められることになり、少ない高周波電力で
高密度のプラズマを電極間に形成することができる。In the youngest embodiment 9, it would be even more preferable if the electrodes 102 and 104 were coated with a completely diamagnetic superconductor. In this embodiment, in the vacuum vessel in which discharge plasma is formed, the vessel main bodies 706 and 707 are made of ceramic, and the outer vessel 105' is made of metal. The outer container 105° serves to ground and conduct high frequency current. With this configuration, the discharge between the electrode 102 and the vacuum vessel, which was observed in the apparatus of each embodiment shown in Fig. 1.9.10, is eliminated, and the high frequency power is almost confined between the electric current, the il O2, and the 104. As a result, high-density plasma can be formed between the electrodes with a small amount of high-frequency power.
内導体７１６．７１７に囲われる電磁石を永久磁石によ
り形成して差し支ないことはいうまでもない。永久磁石
を構成する材料は通常比透磁率が低く、４〜５以下であ
る。It goes without saying that the electromagnets surrounded by the inner conductors 716 and 717 may be formed by permanent magnets. The material constituting the permanent magnet usually has a low relative magnetic permeability of 4 to 5 or less.
したがって、第１４図に示す第９の実施例で、コイル７
２２，７２３を除去し、第１５図に示す第１０実施例の
ようにドーナツ状の完全反磁性超伝導体７５１，７５２
をはめ込むとよい。この場合、超伝導体７５１，７５２
をはめ込んだ磁性体７１５ ７２１は永久磁石から成る
。Therefore, in the ninth embodiment shown in FIG.
22, 723 are removed to form donut-shaped perfect diamagnetic superconductors 751, 752 as in the 10th embodiment shown in FIG.
It is a good idea to insert it. In this case, superconductors 751, 752
The magnetic bodies 715 and 721 fitted with the magnetic bodies 715 and 721 are made of permanent magnets.
以上、チャンバ材料のスパッタ汚染を完全に抑え、基板
にいっさい損傷を生じないＲＩＥ装置について説明した
が、真空容器内に導入されるガスは、エツチングされる
材料によって異り、塩素系（Ｃｊ２２ 、 Ｓ Ｉ
Ｃ１１ａ 、 ＣＨｔ Ｃ１１２、ＣＣｆｌ ４等）、
フッ素系（Ｆ２ 、ＣＨ２Ｆ２ 、ＣＦ４ 、ＳｔＦ、
等）および混合ガス系（ＣＦｚＣｕ２等）が用いられ、
キャリアガスＡｒ、Ｈｅ、ｍ加ガスＨ２，０２が加えら
れる。The above has described an RIE apparatus that completely suppresses sputter contamination of the chamber material and causes no damage to the substrate. I
C11a, CHt C112, CCfl 4, etc.),
Fluorine-based (F2, CH2F2, CF4, StF,
etc.) and mixed gas systems (CFzCu2 etc.) are used,
Carrier gases Ar, He, and m addition gases H2 and 02 are added.
高周波放電に使う高周波電源の出力周波数ｆ１の波長は
、少なくともウェーハの直径の２倍より大ぎいことが均
一エツチングの立場から要求される。望ましくは周波数
ｆ１は、１００ＭＨｚ（波長３ｍ） 〜ＩＧＨｚ（波長
３０ｃｍ）程度である。From the standpoint of uniform etching, the wavelength of the output frequency f1 of the high frequency power source used for high frequency discharge is required to be at least twice the diameter of the wafer. Preferably, the frequency f1 is about 100 MHz (wavelength 3 m) to IGHz (wavelength 30 cm).
しかし、例えば、２．４５ＧＨｚのようなマイクロ波を
用いたような場合には電磁波の波長が基板たるウェーハ
径にくらべて小さくなり、エツチング量のバラツキの原
因となることがあるため好ましくない。However, for example, when microwaves of 2.45 GHz are used, the wavelength of the electromagnetic waves becomes smaller than the diameter of the wafer serving as the substrate, which is not preferable because it may cause variations in the amount of etching.
以上本発明の実施例は主として５ｉｎ２やＳｉ膜のエツ
チングについて述べてきたが、これに限る必要はもちろ
んない。例えば、ＰＳＧ膜、ＢＰＳＧ膜、ＡＳＧ膜、シ
リコン窒化膜、へρ２０３膜、ＡρＮ膜、Ａｕ、Ｗ、Ｍ
ｏ、Ｔａ、Ｔｉあるいはこれらの合金等よりなる膜及び
基板のエツチングに用いてもよい。Although the embodiments of the present invention have been described above mainly regarding etching of 5in2 and Si films, it is of course not necessary to limit the invention to this. For example, PSG film, BPSG film, ASG film, silicon nitride film, ρ203 film, AρN film, Au, W, M
It may also be used for etching films and substrates made of O, Ta, Ti, or alloys thereof.
また、励起活性種源ガスは被エツチング薄膜の種類に応
じて適宜選択すればよい。例えば、ｐｏｌｙ−３ｉ薄膜
の場合、Ｃｆ２２ 、ＣＣｆ：１４．ＣＣｆ２２Ｆ２．
ＣＩＬ２等を、Ｓｉ薄膜の場合、Ｃｆ２２．ＣＣｌ２Ｆ
３．ＣＦ４等を、５ｉｎ２薄膜の場合、ＣＦ４ ／Ｈ２
、Ｃ２Ｆ６等を、Ａｎ薄膜の場合、ＣＣｆ１ａ 、Ｓ
ｉ Ｃｆ１４．ＢＣＩＩｓ 、Ｃｌ１２等を、ＭＯ薄膜
、Ｗ薄膜、Ｔｉ薄膜、Ｔａ薄膜等の場合はＦ２ 、Ｃｆ
１２ 、ＣＦ４等を適宜用いれはよい。Further, the excited active species source gas may be appropriately selected depending on the type of thin film to be etched. For example, in the case of poly-3i thin film, Cf22, CCf:14. CCf22F2.
CIL2 etc., in the case of Si thin film, Cf22. CCl2F
3. CF4 etc., in the case of 5in2 thin film, CF4 /H2
, C2F6, etc., in the case of An thin film, CCf1a, S
i Cf14. BCIIs, Cl12, etc., in the case of MO thin film, W thin film, Ti thin film, Ta thin film, etc., F2, Cf
12, CF4, etc. may be used as appropriate.
またｖ Ｎ２ 、ｏ、 、Ｎ２を添加ガスとして加える
ことも有効である。It is also effective to add v N2 , o, , N2 as an additive gas.
また、これらが形成される基板１０３も、絶縁性のもの
に限らず、導電性のものあるいは半導体でもよい。Further, the substrate 103 on which these are formed is not limited to an insulating material, but may be a conductive material or a semiconductor material.
さらに、例えばポリイミド膜やレジストなどの高分子材
料のエツチングについても適用できることはいうまでも
ない。また、エツチングを行なう基板も半導体ウェー八
に限らないことはいうまでもない。また、リアクティブ
イオンエツチング以外のスパッタエツチングにも利用で
きる。Furthermore, it goes without saying that the present invention can also be applied to etching polymeric materials such as polyimide films and resists. Furthermore, it goes without saying that the substrate to be etched is not limited to semiconductor wafers. It can also be used for sputter etching other than reactive ion etching.
次に、上記各実施例の構成を有する装置は、上記ＲＩＥ
だけではなく、ＰＣＶＤ、 ドライ洗浄、レジストア
ッシング、レジストのドライ現像等にも、使用条件の一
部の変更により容易に使用できる。Next, the apparatus having the configuration of each of the above embodiments is equipped with the above RIE
In addition, it can be easily used for PCVD, dry cleaning, resist ashing, resist dry development, etc. by changing some usage conditions.
まず、プラズマＣｖＤ（ＰＣＶＤ）であるが、５ｉｌｉ
膜には、ＳｉＨ４、Ｓｉ２ Ｈ６，５ｉＨ２Ｃｆ２等の
原料ガスをあるいはこれに、Ａｒ、Ｈｅ、８２等のガス
を加えて、Ａ１成膜には、Ｈ２＋Ａｌｌ （ＣＨ３）
３ 、 Ｈ２＋ＡＪ２ＨＣＣＨｓ ） ２等のガスを、
５ｉｎ２成膜には、Ｓ ｉ Ｈ４＋０２゜Ｓ ｉ Ｈ２
ＣＡ２ ＋０２等を、Ｓｉ３Ｎ４成膜には、Ｓ ｉ Ｈ
４＋ＮＨ，＋Ｈ２等のガスを供給する。第１．７，９，
１０，１２，１４．１５図に示す実施例で、こうした原
料ガスを高周波電源ｆ、により放電させプラズマ状態に
する。高密度のプラズマが電極間に形成されるが、高周
波ｆ。First, plasma CVD (PCVD) is 5ili
For the film, raw material gases such as SiH4, Si2 H6, 5iH2Cf2, etc. or gases such as Ar, He, 82, etc. are added to this, and for A1 film formation, H2+All (CH3)
3, H2+AJ2HCCHs) 2 etc. gas,
For 5in2 film formation, S i H4 + 02°S i H2
CA2 +02, etc., for Si3N4 film formation, S i H
4 Supply gases such as +NH and +H2. 1.7, 9,
In the embodiments shown in FIGS. 10, 12, 14, and 15, such raw material gas is discharged by a high frequency power source f and brought into a plasma state. A high-density plasma is formed between the electrodes, but at high frequency f.
が１５０〜２５０ＭＨｚと高く保たれているから、電極
１０２に現われる自己バイアスは、１０〜−２■と低く
電極がスパッタされることはない。さらに、成膜に必要
な基板表面照射イオンエネルギーは、ｆｌより低い周波
数ｔｚ （例えば、１０〜８０ＭＨｚ）の高周波電力
で制御される。照射イオンエネルギーは成膜に必要な最
適値にｆ２の電力により制御され、照射イオン密度は、
ｆｌの電力により制御される。例えば、Ｓｉ成膜の場合
、（Ａｒ＋Ｓ ｉ Ｈ４）を供給するガスとすると、Ａ
ｒと５ｆＨ４の混合比を調節することが重要である。特
に、室温から４００℃程度の低温で、高品質なＳｉ成膜
を行うためには、イオン照射によるＳｆ表面の活性化が
決め手になるからである。たとえば、１個のＳｔ原子が
正規の格子位置におさまる間に、最適のエネルギーを持
フた照射イオンの数が、通常１個以上は必要だからであ
る。たとえば、Ｓｉ原子１個に１０個のイオン照射ある
いは５０個のイオン照射ということになるからである。is maintained at a high frequency of 150 to 250 MHz, the self-bias appearing on the electrode 102 is as low as 10 to -2.sup., and the electrode is not sputtered. Further, the ion energy for irradiating the substrate surface necessary for film formation is controlled by high frequency power at a frequency tz (for example, 10 to 80 MHz) lower than fl. The irradiation ion energy is controlled by the power of f2 to the optimum value required for film formation, and the irradiation ion density is
It is controlled by the power of fl. For example, in the case of Si film formation, if the gas to be supplied is (Ar+S i H4), then A
It is important to adjust the mixing ratio of r and 5fH4. In particular, activation of the Sf surface by ion irradiation is a decisive factor in forming a high-quality Si film at a low temperature of about 400° C. from room temperature. For example, this is because one or more ions are usually required to be irradiated with optimal energy while one St atom is placed in a regular lattice position. For example, one Si atom is irradiated with 10 or 50 ions.
通常は、Ａｒ量の方がＳｉＨ４よりは十分多く設定され
る。他の成膜の時も、まったく同様である。基板表面を
照射するイオンは、成膜に直接寄与する原子あるいは分
子である必要はない。成膜に寄与する原子、分子と基板
表面照射イオンは、まったく別のものである方が、イオ
ンによる基板照射量と成膜速度を独立に制御できて、高
品質成膜に適している。Usually, the amount of Ar is set to be sufficiently larger than that of SiH4. The same applies to other film formations. The ions that irradiate the substrate surface do not need to be atoms or molecules that directly contribute to film formation. It is more suitable for high-quality film formation if the atoms and molecules that contribute to film formation are completely different from the ions irradiated on the substrate surface, since the amount of ion irradiation of the substrate and the film formation rate can be controlled independently.
方、レジスト！！！Ｊ離は上述したように通常は、混合
τ夜（Ｈ２ＳＯ４＋Ｈ２０２）を用いたウェットプロセ
スで行われるが、イオン注入工程を経たレジストは混合
液（Ｈ２Ｓｏ４＋Ｈ２Ｏ２）には溶解しない。そのため
、酸素（ｏ２）プラズマ中で、強力な酸化反応により除
去している。Oh, resist! ! ! As mentioned above, J separation is usually performed by a wet process using a mixed solution (H2SO4+H2O2), but the resist that has undergone the ion implantation process is not dissolved in the mixed solution (H2So4+H2O2). Therefore, it is removed by a strong oxidation reaction in oxygen (O2) plasma.
ただし、従来の装置では、高エネルギーイオン照射によ
る損傷、およびチャンバ内表面のスパッタによる基板表
面の金属汚染の問題が存在し、レジスト剥離を有名無実
化していた。However, conventional equipment suffers from damage caused by high-energy ion irradiation and metal contamination of the substrate surface due to sputtering on the inner surface of the chamber, making it impossible to remove the resist.
しかし、本発明の装置（第１．７，９，１０゜１２．１
４．及び１５図に示すもの）を適用すれば酸素プラズマ
を完全に制御で鮒、無損傷、金属汚染のない、レジスト
剥離が実現される。ｏ２中に若干のＣｌ１２を加えてお
けば、レジスト中に含まれる金属成分も同時に除去され
る。レジスト剥離時に、Ｓｉ表面が０２プラズマで薄く
酸化されるが、該薄い酸化膜は、Ｎ２．Ａｒ中に０．６
％程度のＨＦガスを混入させた気相エツチングで容易に
除去できる。酸化膜が除去されたＳｉ表面はフッ素によ
りターミネイトされているが、このフッ素は、２〜１０
ｅＶ程度に加速された（Ａｒ＋Ｈ２）プラズマで簡単に
除去される。However, the device of the present invention (No. 1.7, 9, 10° 12.1)
4. 15), it is possible to completely control the oxygen plasma to remove the resist without any damage or metal contamination. If a small amount of Cl12 is added to O2, the metal components contained in the resist will also be removed at the same time. When removing the resist, the Si surface is thinly oxidized by 02 plasma, but the thin oxide film is thinly oxidized by N2. 0.6 in Ar
It can be easily removed by vapor phase etching with HF gas mixed in at a concentration of about 1.5%. The Si surface from which the oxide film has been removed is terminated with fluorine.
It is easily removed by (Ar+H2) plasma accelerated to about eV.
次に、ドライ洗浄であるが、有機物汚染は１〜１５ｅＶ
程度に加速されたｏ２イオンやｏ３により洗浄される。Next is dry cleaning, but organic contamination is 1 to 15 eV.
It is cleaned by o2 ions and o3 which are accelerated to a certain degree.
ベア・シリコンの表面に形成される薄い酸化膜（ＳｉＯ
ｚ）は、前述したように、Ｎ２．Ａｒ中０．５〜０．６
％程度のＨＦガスで除去できる。金属成分は、１〜１５
ｅＶに加速されたＣ１１．２イオンにより除去できる。A thin oxide film (SiO
z), as mentioned above, is N2. 0.5-0.6 in Ar
% of HF gas. Metal component is 1 to 15
It can be removed by C11.2 ions accelerated to eV.
本発明の装置が十分適用できる。The device of the present invention is fully applicable.
［発明の効果コ
本発明によれば、減圧可能な容器内にプラズマを発生さ
せ、該プラズマ中で被処理物の処理を行うように構成さ
れたプラズマプロセス用装置において、前記容器内に対
向するように設けられ夫々平板状に形成された第１及び
第２の電極と、少くとも前記プラズマに対して安定な材
料から成り前記第１の電極上を覆うように設けられる保
護部材と、前記第２の電極上に被処理物を取り付けるた
めの保持手段と、前記第１の電極に接続される第１の高
周波電源と、前記第２の電極に接続される第２の高周波
電源と、前記容器内に所望のガスを導入するためのガス
供給手段とを少くとも備え、前記第１の高周波電源の周
波数が前記第２の高周波電源の周波数より高く設定され
たことを特徴とするもので、ＲＩＥ、プラズマ化学気相
堆積、レジストアッシャ−ドライ洗浄等の各種プラズマ
プロセスを、被処理物の基体等への損傷や汚染を与える
ことなく、また、処理雰囲気の汚染を生しさせることな
く行うことができ、高品質の半導体装置を提供できる。[Effects of the Invention] According to the present invention, in a plasma processing apparatus configured to generate plasma in a container that can be depressurized and to process a workpiece in the plasma, first and second electrodes each formed in a flat plate shape; a protective member made of a material stable at least against the plasma and provided to cover the first electrode; a holding means for attaching the object to be processed on the second electrode; a first high-frequency power source connected to the first electrode; a second high-frequency power source connected to the second electrode; and the container. and a gas supply means for introducing a desired gas into the RIE, and the frequency of the first high-frequency power source is set higher than the frequency of the second high-frequency power source. Various plasma processes such as plasma chemical vapor deposition, resist asher dry cleaning, etc. can be performed without damaging or contaminating the substrate of the processed object, and without contaminating the processing atmosphere. It is possible to provide high quality semiconductor devices.
また、構造上の基本的な構成部分は変更することなく、
特定の設定条件、例えば高周波電源の出力周波数の大き
さ、導入するガスの種類等わずかな仕様を変更するだけ
で各種プラズマプロセスの装置に通用できるので、各装
置の規格化が可能となり、半導体装置製造の一貫した統
一性のある操業の実現を可能にする。In addition, without changing the basic structural components,
By making slight changes to specific setting conditions, such as the output frequency of the high-frequency power source and the type of gas introduced, it can be applied to various plasma process equipment, making it possible to standardize each equipment and improving the quality of semiconductor devices. Enables consistent and uniform manufacturing operations.
さらに、各装置が共通の構成部分を有することにより、
構成部品の製造、管理、保守等が容易になると共に、装
置全体の高性能化に貢献できる。Furthermore, since each device has common components,
Manufacturing, management, maintenance, etc. of component parts becomes easier, and it can contribute to improving the performance of the entire device.
第１図（ａ）は、本発明の第１の実施例を示す装置の概
略構成模式図、第１図（ｂ）は、第１図のバンドエリミ
ネータの例を示す回路図、第１図（Ｃ）は、第１図（ｂ
）のバンドエリミネータの共振特性を示すグラフ、第１
図（ｃｌ）は、第１図（ｂ）のバンドエリミネータの他
の例を示す回路図、第１図（ｅ）は、第２の電極への高
周波電力に対する第１．第２の電極の電位の変化を示す
グラフ、第２図は、電極の電流電圧特性を測定するため
の装置を示す概略構成模式図、第３図（ａ）は、電極の
電流、電圧特性の実験例を示すグラフ、第３図（ｂ）は
、周波数の変化に対する自己バイアス電圧の変化を示す
グラフ、第４図（ａ）は、第２の実施例を示す概略構成
模式図、第４図（ｂ）は第３の実施例を示す概略構成模
式図、第４図（Ｃ）は、バンドエリミネータ−の他の例
を示す回路図である。
第５図は、従来例の概略構成を示す模式図である。
第６図は、平行平板電極構造と高周波電界及び直流磁界
の分布図、第７図は、本発明の第４の実施例を示す要部
断面図、第８図は、短絡回路の例を示す回路図、第９図
は、本発明の第５の実施例を示す断面図、第１０図は、
本発明の第６の実施例を示す断面図、第１１図は磁界分
布（磁力線）図、第１２図は、本発明の第７の実施例を
示す断面図、第１３図は、第８の実施例を示すもので電
極裏面に超伝導薄膜が設けた場合のられたときの磁力線
分布図、第１４図は本発明の第９の実施例を示す断面図
、第１５図は、本発明の第１０の実施例を示す断面図で
ある。
１０１・・・保護層（保護部材）、１０２・・・母材、
１０３・・・基板（被処理物）、１０４・・・サセプタ
電極（第２の電極）、１０５・・・真空容器、１０７・
・・電極（第１の電極）、１１０・・・第２の高周波電
源１１１・・・第１の高周波電源。
第
１
第
！
図（ａ）
図（ｄ）
尖
第
図（ｂ）
第
図（Ｃ）
第
図
第
３
図（ｂ）
周波数
（ＭＨｚｌ
パラメータ
高周波電力
Ａ「ガス圧力
００Ｗ
７Ｘ１０−３Ｔｏｒｒ
図（ｂ）
ｒ
第
図（Ｃ）
第
図（ａ）
第
図（ｂン
第
図
第
図
第
８
図（ａ）
短絡回路
第
図（ｂ）短絡回路
第
図
第
１１
図
第
２
図FIG. 1(a) is a schematic configuration diagram of a device showing a first embodiment of the present invention, FIG. 1(b) is a circuit diagram showing an example of the band eliminator shown in FIG. C) is shown in Figure 1(b)
) graph showing the resonance characteristics of the band eliminator, 1st
FIG. 1(cl) is a circuit diagram showing another example of the band eliminator shown in FIG. 1(b), and FIG. 1(e) shows the first. A graph showing changes in the potential of the second electrode, FIG. 2 is a schematic diagram of the configuration of an apparatus for measuring the current-voltage characteristics of the electrode, and FIG. A graph showing an experimental example, FIG. 3(b) is a graph showing a change in self-bias voltage with respect to a change in frequency, and FIG. 4(a) is a schematic configuration diagram showing a second example. (b) is a schematic configuration diagram showing the third embodiment, and FIG. 4(C) is a circuit diagram showing another example of the band eliminator. FIG. 5 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a conventional example. Fig. 6 is a distribution diagram of a parallel plate electrode structure and a high frequency electric field and a DC magnetic field, Fig. 7 is a sectional view of a main part showing a fourth embodiment of the present invention, and Fig. 8 shows an example of a short circuit. The circuit diagram, FIG. 9 is a sectional view showing the fifth embodiment of the present invention, and FIG.
11 is a magnetic field distribution (line of magnetic force) diagram, FIG. 12 is a sectional view showing the seventh embodiment of the present invention, and FIG. 13 is the eighth embodiment. 14 is a cross-sectional view showing the ninth embodiment of the present invention, and FIG. 15 is a diagram showing the distribution of magnetic lines of force when a superconducting thin film is provided on the back surface of the electrode. FIG. 7 is a sectional view showing a tenth embodiment. 101... Protective layer (protective member), 102... Base material,
103... Substrate (workpiece), 104... Susceptor electrode (second electrode), 105... Vacuum container, 107...
... Electrode (first electrode), 110... Second high frequency power source 111... First high frequency power source. 1st! Figure (a) Figure (d) Point diagram (b) Figure (C) Figure 3 Figure (b) Frequency (MHzl Parameter High frequency power A "Gas pressure 00W 7X10-3Torr Figure (b) r Figure (C) ) Figure (a) Figure (b Figure 8 Figure 8 (a) Short circuit diagram (b) Short circuit diagram Figure 11 Figure 2
Claims (1)
ズマ中で被処理物の処理を行うように構成されたプラズ
マプロセス用装置において、 前記容器内に対向するように設けられ夫々平板状に形成
された第１及び第２の電極と、少くとも前記プラズマに
対して安定な材料から成り前記第１の電極上を覆うよう
に設けられる保護部材と、前記第２の電極上に被処理物
を取り付けるための保持手段と、前記第１の電極に接続
される第１の高周波電源と、前記第２の電極に接続され
る第２の高周波電源と、前記容器内に所望のガスを導入
するためのガス供給手段とを少くとも備え、前記第１の
高周波電源の周波数が前記第２の高周波電源の周波数よ
り高いことを特徴とするプラズマプロセス用装置。(1) In a plasma processing apparatus configured to generate plasma in a container that can be depressurized and to process an object to be processed in the plasma, a plurality of flat plate-shaped devices are provided facing each other in the container. the first and second electrodes formed, a protective member made of a material that is stable at least against the plasma and provided to cover the first electrode, and a material to be processed on the second electrode. a first high-frequency power source connected to the first electrode, a second high-frequency power source connected to the second electrode, and a desired gas introduced into the container. 1. An apparatus for plasma processing, characterized in that the frequency of the first high-frequency power source is higher than the frequency of the second high-frequency power source.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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