JPH0812857B2 - Semiconductor manufacturing apparatus and semiconductor device manufacturing method - Google Patents
Semiconductor manufacturing apparatus and semiconductor device manufacturing methodInfo
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- JPH0812857B2 JPH0812857B2 JP62264110A JP26411087A JPH0812857B2 JP H0812857 B2 JPH0812857 B2 JP H0812857B2 JP 62264110 A JP62264110 A JP 62264110A JP 26411087 A JP26411087 A JP 26411087A JP H0812857 B2 JPH0812857 B2 JP H0812857B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明は半導体製造装置及び半導体装置の製造方法、
特に、半導体、金属及び絶縁物などをエッチングするプ
ラズマエッチング装置と、そのプラズマを発生させる起
動方法に関し、 低周波電源と高周波電源との間の相互干渉と、高周波
電力は定常値に引き上げるためのインピーダンス整合時
間の遅延と防止して、始動からプラズマの安定状態に達
するまでの立ち上がり時間を短縮することを目的とし、 その第１の製造装置は、プラズマを発生させる真空チ
ャンバと、その真空チャンバ内に設けられたイオン加速
用の電極及びプラズマ励起用の電極と、そのイオン加速
用の電極に低周波電力を供給する低周波電源と、そのプ
ラズマ励起用の電極に高周波電力を供給する高周波電源
と、その低周波電源を先に起動し該低周波電源の起動に
遅れて高周波電源を起動する起動制御手段とを備えるこ
とを含み構成し、 第２の製造装置は、先の低周波電源の立ち上がり時間に
比べて高周波電源の立ち上がり時間を長く設定する立ち
上がり時間設定回路を設けていることを含み構成する。DETAILED DESCRIPTION [Outline] The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus and a semiconductor device manufacturing method,
In particular, regarding the plasma etching device that etches semiconductors, metals and insulators, and the startup method that generates that plasma, the mutual interference between the low frequency power source and the high frequency power source, and the impedance for raising the high frequency power to a steady value. The purpose of the first manufacturing apparatus is to provide a vacuum chamber for generating plasma and a vacuum chamber in which the plasma is generated. An electrode for accelerating ions and an electrode for plasma excitation provided, a low-frequency power supply for supplying low-frequency power to the electrode for ion acceleration, and a high-frequency power supply for supplying high-frequency power to the electrode for plasma excitation, Start control means for starting the low frequency power source first and starting the high frequency power source after the start of the low frequency power source. Was observed structure, the second production apparatus constitutes comprises that provided the rise time setting circuit for setting a long rise time of the high-frequency power as compared with the rise time of the previous low-frequency power source.
本発明は半導体製造装置及び半導体装置の製造方法に
関するものであり、更に詳しく言えば半導体、金属及び
絶縁物などをエッチングするプラズマエッチング装置
と、プラズマの発生させる起動方法に関するものであ
る。The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus and a semiconductor device manufacturing method, and more particularly to a plasma etching apparatus for etching semiconductors, metals, insulators and the like, and a starting method for generating plasma.
第３図は従来例に係る説明図である。 FIG. 3 is an explanatory diagram according to a conventional example.
同図（ａ）は、本発明者らが以前特許出願（特公昭56
−22367）したトライオード型のプラズマエッチング装
置の構成図である。In the same figure (a), the present inventors applied for a patent (Japanese Patent Publication No.
-22367) is a block diagram of a triode type plasma etching apparatus.
図において、１は半導体ウエハであり、不図示のシリ
コン基板上の酸化膜等がプラズマエッチングされる。２
はプラズマ発生容器であり、プラズマ励起用の高周波電
圧を印加する対向電極5a,5bと、イオン加速用の低周波
電圧を印加する対向電極6a,6bと、ガス導入口３と、排
気口４により構成している。なお、プラズマエッチング
される半導体ウエハ１は、対向電極2dにセットされる。In the figure, 1 is a semiconductor wafer, and an oxide film or the like on a silicon substrate (not shown) is plasma-etched. Two
Is a plasma generating container, and is composed of counter electrodes 5a and 5b for applying a high frequency voltage for plasma excitation, counter electrodes 6a and 6b for applying a low frequency voltage for ion acceleration, a gas inlet port 3 and an exhaust port 4. I am configuring. The semiconductor wafer 1 to be plasma-etched is set on the counter electrode 2d.
５は高周波電源（周波数13.56MHZ,出力800W程度）で
あり、高周波電力を対向電極5a,5bに供給し、ガス導入
口３により導入される不活性ガス等を励起してプラズマ
を発生させる電源である。5 is a high frequency power supply (frequency 13.56MHZ, output about 800W), which supplies high frequency power to the counter electrodes 5a, 5b and excites the inert gas introduced through the gas inlet 3 to generate plasma. is there.
６は低周波電力を対向電極6a,6bに供給する低周波電
源（周波数100K Hz、出力250W程度）であり、直流電源
による場合もある。Reference numeral 6 denotes a low frequency power supply (frequency 100 KHz, output 250 W) that supplies low frequency power to the counter electrodes 6a and 6b, and may be a DC power supply.
なお、７は高周波電力等によって変化するプラズマイ
ンピータンスの反射現象を防止するために自動的に出力
インピーダンスを整合する自動整合器であり、高周波電
力を対向電極2a,2bに徐々に供給するためのインダクタ
ンスＬと静電容量Ｃとを組み合わせた。例えばπ型の整
合器である。また、8a,8bは保護回路であり、高周波電
源５と低周波電源６との相互干渉から各電源を保護した
り、高周波電力の急激なパワーアップに伴う反射現象に
よる出力真空管やトランジスタの損傷を保護する機能を
有している。In addition, 7 is an automatic matching device that automatically matches the output impedance in order to prevent the reflection phenomenon of plasma impedance that changes due to high-frequency power or the like, and is used to gradually supply high-frequency power to the counter electrodes 2a, 2b. The inductance L and the capacitance C are combined. For example, it is a π-type matching device. Further, 8a and 8b are protection circuits, which protect each power source from mutual interference between the high frequency power source 5 and the low frequency power source 6, and protect the output vacuum tube and the transistor from damage due to the reflection phenomenon accompanying the rapid power up of the high frequency power. Has the function of protecting.
これ等によりトライオード型プラズマエッチング装置
を構成する。A triode type plasma etching apparatus is constituted by these components.
同図（ｂ）はプラズマの起動方法に係る説明図であ
り、図において、縦軸は、高周波電源５や低周波電源６
の出力P0〔Ｗ〕を示し、横軸は安定なプラズマを持続す
るために要する立ち上がり時間（ランピングタイム）Ｔ
〔秒〕を示している。なお、T1はプラズマ不安定期間で
あり、その期間はプラズマ発生容器内を中途半端な励起
状態にし、容器内を汚染したり、半導体ウエハ１上をエ
ッチングしたり、成長したりする共存状態である。ま
た、10はプラズマを励起する過程の高周波電源の起動特
性を示し、９は同様に、低周波電源の起動特性を示して
いる。FIG. 2B is an explanatory diagram relating to the plasma starting method, in which the vertical axis represents the high frequency power source 5 and the low frequency power source 6.
Output P 0 [W] of which the horizontal axis represents the rising time (ramping time) T required to maintain stable plasma
[Second] is shown. It should be noted that T 1 is a plasma instability period, and during that period, the plasma generation container is in a halfway excited state, and the inside of the container is contaminated, the semiconductor wafer 1 is etched, or grown in a coexisting state. is there. Further, 10 shows the starting characteristic of the high frequency power source in the process of exciting the plasma, and 9 shows the starting characteristic of the low frequency power source similarly.
従来の構成ではT1を８秒程度必要とし、それ以上短か
くすると低周波の立上がりによる見かけのインピーダン
スの変化に高周波の自動整合器が追従できず、整合がと
れなくなり反射が大きくなるので保護回路が働き、正常
に動作することができなかった。In the conventional configuration, T 1 is required for about 8 seconds, and if it is made shorter than this, the high-frequency automatic matching device cannot follow the apparent impedance change due to the rise of the low frequency, and the matching becomes impossible and the reflection becomes large. Was unable to work properly.
ところで従来例のトライオード型プラズマエッチング
装置によれば、高周波電源５と、低周波電源６とを共
に、半導体ウエハ１を設置した対向電極6bに印加するた
め、該二つの電源の相互干渉びプラズマ状態の発生に要
する高周波の整合という問題がある。このため同図
（ｂ）に示すように反射現象から電源を保護するための
立ち上がり時間Ｔを長くとり、序々に出力P0を供給する
必要がある。例えば、高周波電源の出力を800W、低周波
電源の出力を250Wで安定なプラズマを持続する装置に要
する立ち上がり時間は、該二つの電源を同時にONしてか
ら８〔秒〕程度を要し、それ以下による電源制御では保
護回路８が作動し、プラズマを発生することができな
い。By the way, according to the conventional triode type plasma etching apparatus, both the high frequency power source 5 and the low frequency power source 6 are applied to the counter electrode 6b on which the semiconductor wafer 1 is installed. There is a problem of matching the high frequency required for the occurrence of Therefore, it is necessary to increase the rising time T for protecting the power supply from the reflection phenomenon and gradually supply the output P 0, as shown in FIG. For example, the rise time required for a device that sustains stable plasma at a high-frequency power output of 800 W and a low-frequency power output of 250 W requires about 8 seconds after the two power sources are turned on at the same time. In the power supply control according to the following, the protection circuit 8 operates and plasma cannot be generated.
これにより、起動時のプラズマ不安定期間T1が長くな
り、プラズマ容器内の汚染と、半導体ウエハ上のエッチ
ング、デポジションというプロセス上の問題がある。As a result, the plasma instability period T 1 at the time of startup becomes long, and there are problems in the process such as contamination in the plasma container and etching and deposition on the semiconductor wafer.
本発明は、かかる従来例の問題に鑑み創作されたもの
であり、低周波電源と高周波電源との間の相互干渉と、
高周波電力を定常値に引き上げるためのインピーダンス
整合時間の遅延とを防止して、始動からプラズマの安定
状態に達するまでの立ち上がり時間を短縮することを可
能とする半導体製造装置及び半導体装置の製造方法の提
供を目的とする。The present invention has been created in view of the problems of the conventional example, mutual interference between the low frequency power supply and the high frequency power supply,
(EN) A semiconductor manufacturing apparatus and a method for manufacturing a semiconductor device, which prevent delay of impedance matching time for raising high-frequency power to a steady value and shorten the rising time from starting to reaching a stable state of plasma. For the purpose of provision.
本発明の半導体製造装置及び半導体装置の製造方法
は、その一実施例を第1,第２図に示すように、第１の製
造装置が、プラズマを発生させる真空チャンバと、前記
真空チャンバ内に設けられたイオン加速用の電極及びプ
ラズマ励起用の電極と、前記イオン加速用の電極に低周
波電力を供給する低周波電源と、前記プラズマ励起用の
電極に高周波電力を供給する高周波電源と、前記低周波
電源を先に起動し該低周波電源の起動に遅れて高周波電
源を起動する起動制御手段とを備えることを特徴とす
る。As shown in FIGS. 1 and 2, an embodiment of the semiconductor manufacturing apparatus and semiconductor device manufacturing method of the present invention is that a first manufacturing apparatus includes a vacuum chamber for generating plasma and a vacuum chamber for generating plasma. An electrode for accelerating ions and an electrode for plasma excitation provided, a low-frequency power source for supplying low-frequency power to the electrode for ion acceleration, and a high-frequency power source for supplying high-frequency power to the electrode for plasma excitation. Startup control means for starting the low-frequency power supply first and starting the high-frequency power supply after the start of the low-frequency power supply is provided.
本発明の第２の製造装置は第１の製造装置において、
好ましくは、前記低周波電源の立ち上がり時間に比べて
高周波電源の立ち上がり時間を長く設定する立ち上がり
時間設定回路を設けていることを特徴とする。The second manufacturing apparatus of the present invention is the same as the first manufacturing apparatus,
Preferably, a rise time setting circuit for setting the rise time of the high frequency power supply longer than the rise time of the low frequency power supply is provided.
本発明の半導体装置の第１の製造方法は、プラズマ励
起用の高周波電源とイオン加速用の低周波電源を使用し
て真空チャンバ内にプラズマを生成し、前記プラズマに
よって半導体基板をエッチング又は成膜する方法であっ
て、前記真空チャンバ内に半導体基板を配置する工程
と、前記低周波電源を先に起動し該低周波電源の起動に
遅れて高周波電源を起動する工程と、前記高周波電源の
出力インピーダンスと前記プラズマの等価インピーダン
スとを整合する工程とを有することを特徴とする。A first method of manufacturing a semiconductor device of the present invention uses a high frequency power source for plasma excitation and a low frequency power source for ion acceleration to generate plasma in a vacuum chamber, and the semiconductor substrate is etched or formed into a film by the plasma. A step of arranging a semiconductor substrate in the vacuum chamber, activating the low frequency power source first and then activating the high frequency power source after the activation of the low frequency power source, and outputting the high frequency power source. Matching the impedance with the equivalent impedance of the plasma.
本発明の第２の製造方法は、前記低周波電源の立ち上
がり時間に比べて高周波電源の立ち上がり時間を長く設
定することを特徴とし、上記目的を達成する。The second manufacturing method of the present invention is characterized in that the rising time of the high frequency power supply is set longer than the rising time of the low frequency power supply, and the above object is achieved.
本発明の第１の装置の動作を説明する。まず、起動制
御手段が低周波電源を先に起動すると、低周波電源から
イオン加速用の電極へ低周波電力が供給され、低周波電
源の出力が先に定常値に到達するので、低周波電源の出
力インピーダンスが先に固定する。これによって、真空
チャンバ内にプラズマ発生のための下地雰囲気が完成す
る。The operation of the first device of the present invention will be described. First, when the start control means starts the low frequency power supply first, the low frequency power is supplied from the low frequency power supply to the electrodes for ion acceleration, and the output of the low frequency power supply reaches the steady value first. The output impedance of is fixed first. As a result, a base atmosphere for generating plasma is completed in the vacuum chamber.
その後、起動制御手段が低周波電源よりも遅れて高周
波電源を起動すると、高周波電源からプラズマ励起用の
電極へ高周波電力が供給される。このときに高周波電力
の供給前にすでに低周波電源の出力インピーダンスが安
定しているので、高周波電源の出力インピーダンスと低
周波電源の出力インピーダンスとは干渉しなくなり、高
周波電源の出力が安定して定常値に到達する。これによ
って、予め、下地雰囲気が完成された真空チャンバ内に
プラズマを発生させることができる。After that, when the activation control means activates the high frequency power supply with a delay from the low frequency power supply, the high frequency power is supplied from the high frequency power supply to the electrodes for plasma excitation. At this time, the output impedance of the low-frequency power supply is already stable before supplying the high-frequency power, so the output impedance of the high-frequency power supply and the output impedance of the low-frequency power supply do not interfere, and the output of the high-frequency power supply is stable and steady. Reach the value. As a result, plasma can be generated in the vacuum chamber in which the base atmosphere is completed in advance.
また、本発明の第２の装置では励起制御手段が低周波
電源と高周波電源を同時に起動した場合であっても、立
ち上がり時間設定回路によって高周波電源の立ち上がり
時間が低周波電源の立ち上がり時間に比べて長く設定さ
れるため、高周波電源の全出力がプラズマ励起用の電極
に供給される前に、低周波電源の出力が先に定常値に到
達するので、第１の装置と同様に、低周波電源の出力イ
ンピーダンスが先に固定する。これにより、高周波電源
の全出力が供給される前に、すでに低周波電源の出力イ
ンピーダンスが安定しているので、低周波電源と高周波
電源との間の出力インピーダンスの相互干渉が防止でき
る。Further, in the second device of the present invention, even when the excitation control means simultaneously activates the low frequency power source and the high frequency power source, the rise time of the high frequency power source is compared with the rise time of the low frequency power source by the rise time setting circuit. Since it is set to be long, the output of the low-frequency power source first reaches a steady value before the entire output of the high-frequency power source is supplied to the electrodes for plasma excitation. The output impedance of is fixed first. As a result, the output impedance of the low-frequency power supply is already stable before the full output of the high-frequency power supply is supplied, so that mutual interference of the output impedance between the low-frequency power supply and the high-frequency power supply can be prevented.
このように本発明の第１及び第２の装置では、高周波
電源の出力が定常値に到達する前に、低周波電源の出力
が定常値に到達することによって、低周波電源と高周波
電源との間の出力インピーダンスの相互干渉が防止でき
るので、高周波電源とプラズマ励起用の電極間での反射
が低減できる。これにより、プラズマ不安定期間を短く
できるので、エッチング異常やデバイス損傷が防止でき
る（本願発明の第１及び第２の製造方法）。As described above, in the first and second devices of the present invention, the output of the low-frequency power supply reaches the steady value before the output of the high-frequency power supply reaches the steady value. Since mutual interference of output impedance between the two can be prevented, reflection between the high frequency power source and the electrode for plasma excitation can be reduced. As a result, the plasma instability period can be shortened, and etching abnormalities and device damage can be prevented (first and second manufacturing methods of the present invention).
また、第１及び第２の装置において、起動制御手段が
低周波電源及び高周波電源を一旦起動すると、プラズマ
の生成途中で電源停止を伴うことがないので、インピー
ダンス変動が抑えられる。また、低周波電源の出力イン
ピーダンスが固定しているので、高周波電源の出力イン
ピーダンスのみ整合を採って高周波出力を立ち上げるこ
とが可能となる。Further, in the first and second devices, once the activation control means activates the low frequency power supply and the high frequency power supply, the power supply is not stopped during the generation of plasma, so that the impedance variation can be suppressed. Further, since the output impedance of the low frequency power source is fixed, it is possible to raise the high frequency output by matching only the output impedance of the high frequency power source.
次に図を参照しながら本発明の実施例について説明す
る。Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
第１図は本発明の実施例に係る半導体製造装置の構成
図であり、同図（ａ）はトライオード型プラズマエッチ
ング装置を示している。FIG. 1 is a configuration diagram of a semiconductor manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1A shows a triode type plasma etching apparatus.
図において、11はプラズマエッチングされる半導体ウ
エハであり、被エッチング対象には半導体、金属及び絶
縁物等も可能である。12はプラズマ発生容器であり、排
気口14から不図示の真空ポンプ等により排気され、真空
状態を維持する。13はプラズマ化されるガス等のガス導
入口であり、そのガスはCl2,Br2,CF4,C2ClF5,BCl3,SiCl
4,CBrF3等を用いる。In the figure, reference numeral 11 denotes a semiconductor wafer to be plasma-etched, and a semiconductor, a metal, an insulator, or the like can be an object to be etched. Reference numeral 12 denotes a plasma generation container, which is evacuated from an exhaust port 14 by a vacuum pump (not shown) or the like to maintain a vacuum state. Reference numeral 13 is a gas introduction port for a gas to be turned into plasma, which gas is Cl 2 , Br 2 , CF 4 , C 2 ClF 5 , BCl 3 , SiCl
4 , CBrF 3 etc. are used.
また、15a,15bはプラズマ励起用の高周波電圧を印加
する対向電極、16a,16bはイオン加速用の低周波電圧を
印加する対向電極である。なお、対向電極15a,16bは、
円板形状であり、対向電極15b,16aはプラズマ発生容器1
2の壁面部分を共通（アース）にしている。また、対向
電極は平行平板型の改良型として、円筒状やコイルを用
いたものもある。なお、被エッチング対象である半導体
ウエハ11等は対向電極16b上にセットされる。Further, 15a and 15b are counter electrodes to which a high frequency voltage for plasma excitation is applied, and 16a and 16b are counter electrodes to which a low frequency voltage for ion acceleration is applied. The counter electrodes 15a and 16b are
It has a disk shape, and the counter electrodes 15b and 16a are plasma generating chambers 1
The wall surface of 2 is common (earth). Further, as the counter electrode, there is a parallel plate type which is an improved type and uses a cylindrical shape or a coil. The semiconductor wafer 11 or the like to be etched is set on the counter electrode 16b.
15は高周波電源（周波数13.56M Hz、出力800W程度）
であり、高周波電力を対向電力15a,15bに供給し、ガス
導入口13より導入されるガスを励起し、プラズマを発生
させるための電源である。15 is a high frequency power supply (frequency 13.56MHz, output about 800W)
Is a power supply for supplying high-frequency power to the counter powers 15a and 15b, exciting the gas introduced from the gas inlet 13 and generating plasma.
16は、低周波電源（周波数100K Hz、出力250W程度）
であり、低周波電力を対向電極16a,16bに供給し、プラ
ズマ化したガス中のイオンを加速する電源である。なお
低周波電源16は直流電源を使用する場合もある。また、
プラズマエッチング装置に用いる電源の周波数は、1M H
zを境にして、低周波、高周波の区別をしている。16 is a low frequency power supply (frequency 100KHz, output about 250W)
Is a power source that supplies low-frequency power to the counter electrodes 16a and 16b to accelerate the ions in the gas turned into plasma. The low frequency power supply 16 may use a DC power supply. Also,
The frequency of the power supply used in the plasma etching system is 1M H
With z as the boundary, low frequency and high frequency are distinguished.
17は自動整合器であり、プラズマ励起と共に変化する
プラズマ発生容器内のプラズマインピーダンスと電源イ
ンピーダンスとの整合をとりながら最大電力を供給する
ための整合器である。なお、その整合器はインダクタン
スＬや静電容量Ｃによるπ形整合器等により構成する。Reference numeral 17 denotes an automatic matching device, which is a matching device for supplying maximum electric power while matching the plasma impedance in the plasma generation container that changes with plasma excitation and the power source impedance. The matching unit is composed of a π-type matching unit having an inductance L and a capacitance C.
18a,18bは保護回路であり、プラズマの安定な励起に
無効となる高周波電源15と低周波電源16との相互干渉か
ら各電源を保護したり、高周波電力の急激なパワーアッ
プに伴う対向電極15aと高周波電源15との間に生ずる反
射現象から出力真空管やトランジスタの損傷を保護する
機能を有している。18a and 18b are protection circuits, which protect each power supply from mutual interference between the high-frequency power supply 15 and the low-frequency power supply 16, which are invalid for stable excitation of plasma, and the counter electrode 15a associated with a rapid increase in high-frequency power. It has a function of protecting the output vacuum tube and the transistor from damage from the reflection phenomenon that occurs between the high frequency power supply 15 and the high frequency power supply 15.
ここまでは従来例によるトライオード型プラズマエッ
チング装置と同様であるが、さらに本発明では、プラズ
マの起動を制御する起動制御手段19を設けている。Up to this point, it is similar to the triode type plasma etching apparatus according to the conventional example, but in the present invention, a start control means 19 for controlling the start of plasma is provided.
同図（ｂ）は起動制御手段19の構成図である。図にお
いて、91は低周波電源16又は高周波電源15の出力電圧を
制御し、対向電極15a,15b,16a,16bに印加する電圧を制
御する印加電圧制御回路であり、92は高周波電源15の投
入するタイミングを遅らせる電源投入遅延回路である。
なお93は該二つの電源の出力の立ち上がり時間を設定す
る立ち上がり時間設定回路である。94は立ち上がり時間
と電源投入のタイミングにより、自動整合器17と印加電
圧制御回路91と、保護回路18a,18bとを制御する制御回
路である。FIG. 3B is a block diagram of the activation control means 19. In the figure, 91 is an applied voltage control circuit that controls the output voltage of the low-frequency power supply 16 or the high-frequency power supply 15, and controls the voltage applied to the counter electrodes 15a, 15b, 16a, 16b, and 92 is the input of the high-frequency power supply 15. This is a power-on delay circuit that delays the timing to perform.
Reference numeral 93 is a rise time setting circuit for setting rise times of the outputs of the two power supplies. Reference numeral 94 is a control circuit that controls the automatic matching unit 17, the applied voltage control circuit 91, and the protection circuits 18a and 18b according to the rising time and the power-on timing.
これ等によりトライオード型プラズマエッチング装置
を構成する。A triode type plasma etching apparatus is constituted by these components.
第２図は、本発明の実施例の半導体製造装置の起動方
法に係る起動特性図であり、同図（ａ）はその第１の起
動方法を説明する図である。FIG. 2 is a start-up characteristic diagram relating to the start-up method of the semiconductor manufacturing apparatus of the embodiment of the present invention, and FIG. 2A is a diagram explaining the first start-up method thereof.
図において、横軸は立ち上がり時間Ｔ〔秒〕を示し、
始動（電源ON）からプラズマが安定するまでの時間を示
している。また縦軸は高周波電源15や低周波電源16の出
力P0〔Ｗ〕を示している。なお、20は高周波電源15の起
動特性を示し、21は低周波電源16の起動特性を示してい
る。T2はスイッチ投入時間差を示している。In the figure, the horizontal axis represents the rise time T [second],
It shows the time from startup (power ON) to plasma stabilization. The vertical axis represents the output P 0 [W] of the high frequency power supply 15 and the low frequency power supply 16. In addition, 20 shows the starting characteristic of the high frequency power supply 15, and 21 shows the starting characteristic of the low frequency power supply 16. T 2 indicates the switch closing time difference.
すなわち、第１の起動方法は第１図を参照しながら説
明すると、まず対向電極16a,16bに先に低周波電源16と
印加電圧制御回路91とを介して低周波電圧を印加して、
低周波電力を供給し、次に電源投入遅延回路92を介して
スイッチ投入時間差T2〔秒〕後に高周波電源15の高周波
電圧を印加し、高周波電力を自動整合器17を介して対向
電極15a,15bに供給し、プラズマを発生させる。That is, the first starting method will be described with reference to FIG. 1. First, a low frequency voltage is first applied to the counter electrodes 16a and 16b via the low frequency power supply 16 and the applied voltage control circuit 91,
Low-frequency power is supplied, then a high-frequency voltage of the high-frequency power supply 15 is applied after a switch-on time difference T 2 (seconds) via the power-on delay circuit 92, and the high-frequency power is supplied via the automatic matching device 17 to the counter electrode 15a, It is supplied to 15b to generate plasma.
例えば、高周波電源（13.56M Hz、定格出力800W）1
5、低周波電源（100K Hz、定格出力250W）16と、直径24
0mmφの対向電極15aと、直径180mmφの対向電極16bと定
在比（SWR）を４にセットした保護回路18とを設けたト
ライオード型プラズマエッチング装置に、使用ガスとし
てCBrF3を5Sccm、圧力0.3Torrを用いて半導体ウエハ11
のエッチングを行ったところ、T2＝0.9秒とすると同時
（ａ）に示すように、両者共に立ち上がり時間２〔秒〕
で安定したプラズマ状態が得られ、プラズマ不安定期間
T1＝2.9秒で両電源共に定格出力状態となった。なお半
導体ウエハ11のプラズマエッチングには、20秒〜５分程
度の処理時間を要する。For example, high frequency power supply (13.56MHz, rated output 800W) 1
5, low frequency power supply (100KHz, rated output 250W) 16, diameter 24
A triode type plasma etching apparatus provided with a counter electrode 15a having a diameter of 0 mmφ, a counter electrode 16b having a diameter of 180 mmφ, and a protection circuit 18 having a standing ratio (SWR) set to 4 was used as a gas, CBrF 3 was 5 Sccm, and pressure was 0.3 Torr. Using semiconductor wafer 11
When T 2 was set to 0.9 seconds, both of them had a rise time of 2 seconds as shown in (a).
A stable plasma state can be obtained at
Both power supplies were in the rated output state at T 1 = 2.9 seconds. The plasma etching of the semiconductor wafer 11 requires a processing time of about 20 seconds to 5 minutes.
同図（ｂ）は本発明の実施例の半導体製造装置の第２
の起動方法に係る起動特性図である。図において、第１
の起動方法に係る起動特性図と同様に横軸に立ち上がり
時間を示し、縦軸に出力P0を示している。なお第１の起
動方法による起動特性に比べ、第２の起動方法による起
動特性では高周波電源15と低周波電源16とは同時に電源
を投入している。FIG. 2B shows the second semiconductor manufacturing apparatus according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a starting characteristic diagram according to the starting method of FIG. In the figure, the first
Similarly to the startup characteristic diagram related to the startup method, the horizontal axis represents the rise time and the vertical axis represents the output P 0 . It should be noted that, compared to the start-up characteristic of the first start-up method, in the start-up characteristic of the second start-up method, the high-frequency power supply 15 and the low-frequency power supply 16 are turned on at the same time.
すなわち第２の起動方法は、対向電極16a,16bに印加
する低周波電源の立ち上がり時間を立ち上がり時間設定
回路93により高周波電源の立ち上がり時間よりも短く設
定して、印加電圧制御回路91を介して低周波電源16を制
御し、その立ち上がり時間よりも長く高周波電源15を自
動整合器17を介して、対向電極15a,15bに供給する高周
波電力を制御し、プラズマを発生させる。That is, in the second activation method, the rise time of the low frequency power source applied to the counter electrodes 16a and 16b is set shorter than the rise time of the high frequency power source by the rise time setting circuit 93, and the low voltage is set via the applied voltage control circuit 91. The high frequency power supply 16 is controlled, and the high frequency power supply 15 is supplied to the counter electrodes 15a and 15b through the automatic matching device 17 for longer than the rising time thereof to generate plasma.
なお、第１の起動方法と同様のトライオード型のプラ
ズマエッチング装置において、低周波電源16の立ち上が
り時間を0.3〔秒〕に設定し、高周波電源15の立ち上が
り時間を２〔秒〕に設定して自動整合器17を介して対向
電極15a,15bに高周波電力を同時に供給したところプラ
ズマ不安定期間T1＝２秒で安定したプラズマを得ること
ができた。In the same triode type plasma etching apparatus as the first starting method, the low frequency power supply 16 is set to 0.3 [seconds] in rising time and the high frequency power supply 15 is set to 2 [seconds] in automatic time. When high-frequency power was simultaneously supplied to the counter electrodes 15a and 15b via the matching unit 17, stable plasma could be obtained in the plasma instability period T 1 = 2 seconds.
このようにして、印加電圧制御回路91、電源投入遅延
回路92、立ち上がり時間設定回路93及び制御回路94等よ
りなる起動制御手段19を設けることにより、プラズマ発
生容器12内の初期の状態を低周波電源16による交番電界
の雰囲気にしている。このため、先にプラズマ発生容器
12内の低周波による見かけ上のインピーダンスを固定化
しているので、その後に高周波電源15による交番電界を
重量してもその高周波による見かけ上のインピーダンス
の合成により生ずるプラズマのインピーダンスの変動を
抑制することが可能となる。In this way, by providing the activation control means 19 including the applied voltage control circuit 91, the power-on delay circuit 92, the rise time setting circuit 93, the control circuit 94, etc., the initial state in the plasma generation container 12 is set to a low frequency. The atmosphere of the alternating electric field generated by the power supply 16 is used. Therefore, the plasma generation container
Since the apparent impedance due to the low frequency in 12 is fixed, even if the alternating electric field from the high frequency power source 15 is weighted thereafter, the fluctuation of the plasma impedance caused by the combination of the apparent impedance due to the high frequency is suppressed. Is possible.
従って、該二つの電源15,16の相互干渉を防止するこ
とができ、また、自動整合器17に係るインピーダンス整
合時間等の応答速度を早くすることが可能となる。Therefore, mutual interference between the two power supplies 15 and 16 can be prevented, and the response speed such as the impedance matching time of the automatic matching device 17 can be increased.
以上説明したように、本発明の第１の半導体製造装置
では、低周波電源を先に起動し、その後、高周波電源を
起動しているので、高周波電源の出力が定常値に到達す
る前に、低周波電源の出力が定常値に到達することによ
って、低周波電源の出力インピーダンスが先に固定し、
低周波電源と高周波電源との間の出力インピーダンスの
相互干渉が防止できる。As described above, in the first semiconductor manufacturing apparatus of the present invention, the low frequency power source is started first, and then the high frequency power source is started, so that before the output of the high frequency power source reaches the steady value, When the output of the low frequency power supply reaches a steady value, the output impedance of the low frequency power supply is fixed first,
Mutual interference of output impedance between the low frequency power supply and the high frequency power supply can be prevented.
また、本発明の第２の装置では高周波電源の立ち上が
り時間が低周波電源の立ち上がり時間に比べて長く設定
されるため、低周波電源と高周波電源を同時に起動した
場合であっても、高周波電源の全出力がプラズマ励起用
の電極に供給される前に、低周波電源の出力が先に定常
値に到達するので、低周波電源の出力インピーダンスが
先に固定し、低周波電源と高周波電源との間の出力イン
ピーダンスの相互干渉が防止できる。これによって、高
周波電源の出力インピーダンスとプラズマの等価インピ
ーダンスとの整合時間が短縮できる。Further, in the second device of the present invention, since the rising time of the high frequency power supply is set longer than the rising time of the low frequency power supply, even when the low frequency power supply and the high frequency power supply are simultaneously activated, Since the output of the low-frequency power supply reaches a steady value before the entire output is supplied to the electrodes for plasma excitation, the output impedance of the low-frequency power supply is fixed first, and Mutual interference of output impedance between them can be prevented. As a result, the matching time between the output impedance of the high frequency power source and the equivalent impedance of plasma can be shortened.
これにより、プラズマの不安定期間T1を短くできるの
でプラズマ容器内の汚染や、半導体ウエハ上のエッチン
グ、デポジションというプロセスの問題を無くし、良好
なエッチングをすることが可能となる。As a result, the plasma instability period T 1 can be shortened, so that contamination in the plasma container, process problems such as etching and deposition on the semiconductor wafer can be eliminated, and good etching can be performed.
第１図は本発明の実施例に係る半導体製造装置の説明
図、 第２図は本発明の実施例の起動方法に係る説明図、 第３図は従来例に係る説明図である。 （符号の説明） 1,11……半導体ウエハ、 2,12……プラズマ発生容器、 3,13……ガス導入口、 4,14……排気口、 5,15……高周波電源、 5a,5b,5a,5b,15a,15b,16a,16b……対向電極、 6,16……低周波電源、 7,17……自動整合器、 8a,8b,18a,18b……保護回路、 9,21,23……低周波電源の起動特性、 10,20,22……高周波電源の起動特性、 19……起動制御手段、 91……印加電圧制御回路、 92……電源投入遅延回路、 93……立ち上がり時間設定回路、 94……制御回路、 T1……プラズマ不安定期間、 T2……スイッチ投入時間差、 Ｔ……立ち上がり時間、 P0……出力。FIG. 1 is an explanatory view of a semiconductor manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory view of a starting method of an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an explanatory view of a conventional example. (Explanation of symbols) 1,11 ... Semiconductor wafer, 2,12 ... Plasma generation container, 3,13 ... Gas inlet, 4,14 ... Exhaust port, 5,15 ... High frequency power supply, 5a, 5b , 5a, 5b, 15a, 15b, 16a, 16b …… Counter electrode, 6,16 …… Low frequency power supply, 7,17 …… Automatic matching device, 8a, 8b, 18a, 18b …… Protection circuit, 9,21 , 23 …… Low frequency power supply startup characteristics, 10,20,22 …… High frequency power supply startup characteristics, 19 …… Startup control means, 91 …… Applied voltage control circuit, 92 …… Power supply delay circuit, 93 …… rise time setting circuit, 94 ...... control circuit, T 1 ...... plasma instability period, T 2 ...... switch on time difference, T ...... rise time, P 0 ...... output.
Claims (4)
びプラズマ励起用の電極と、 前記イオン加速用の電極に低周波電力を供給する低周波
電源と、 前記プラズマ励起用の電極に高周波電力を供給する高周
波電源と、 前記低周波電源を先に起動し該低周波電源の起動に遅れ
て高周波電源を起動する起動制御手段とを備えることを
特徴とする半導体製造装置。1. A vacuum chamber for generating plasma, an electrode for ion acceleration and an electrode for plasma excitation, which are provided in the vacuum chamber, and a low-frequency power supply for supplying low-frequency power to the electrode for ion acceleration. And a high frequency power supply for supplying high frequency power to the plasma excitation electrode, and a start control means for starting the low frequency power supply first and starting the high frequency power supply after the start of the low frequency power supply. Semiconductor manufacturing equipment.
高周波電源の立ち上がり時間を長く設定する立ち上がり
時間設定回路を設けていることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の半導体製造装置。2. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, further comprising a rise time setting circuit for setting a rise time of the high frequency power supply longer than a rise time of the low frequency power supply.
用の低周波電源を使用して真空チャンバ内にプラズマを
生成し、前記プラズマによって半導体基板をエッチング
又は成膜する方法であって、 前記真空チャンバ内に半導体基板を配置する工程と、 前記低周波電源を先に起動し該低周波電源の起動に遅れ
て高周波電源を起動する工程と、 前記高周波電源の出力インピーダンスと前記プラズマの
等価インピーダンスとを整合する工程とを有することを
特徴とする半導体装置の製造方法。3. A method of generating plasma in a vacuum chamber using a high frequency power source for plasma excitation and a low frequency power source for ion acceleration, and etching or forming a film on a semiconductor substrate by the plasma, A step of disposing a semiconductor substrate in the chamber; a step of starting the low frequency power source first and then starting a high frequency power source after the low frequency power source is activated; and an output impedance of the high frequency power source and an equivalent impedance of the plasma. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
高周波電源の立ち上がり時間を長く設定することを特徴
とする特許請求の範囲第３項に記載の半導体装置の製造
方法。4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the rising time of the high frequency power supply is set longer than the rising time of the low frequency power supply.
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1987
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