JP2842908B2 - Plasma process equipment - Google Patents

Plasma process equipment

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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 この発明は、半導体製造プロセスにおけるプラズマCV
D等に好適なプラズマプロセス装置に関し、 制御性・信頼性の高いプラズマプロセス装置を提供す
ることを目的とし、 原料ガスの充填された反応室内において、一対の電極
間に放電を起こして前記原料ガスをプラズマ化し、該プ
ラズマ化されたガスを用いて半導体プラズマプロセスを
行うようにしたプラズマプロセス装置において、前記一
対の電極間に印加される電圧を放電維持電圧よりもやや
低く設定するとともに、該電圧印加状態にある原料ガス
の放電開始を所定の短波長光線の照射により制御するよ
うに構成する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Overview] The present invention relates to a plasma CV in a semiconductor manufacturing process.
With respect to a plasma process apparatus suitable for D, etc., an object of the present invention is to provide a highly controllable and highly reliable plasma process apparatus. In a plasma processing apparatus in which a semiconductor plasma process is performed using the gas that has been converted into plasma, a voltage applied between the pair of electrodes is set to be slightly lower than a discharge sustaining voltage, and The discharge start of the source gas in the applied state is controlled by irradiation of a predetermined short-wavelength light beam.

〔産業上の利用分野〕[Industrial applications]

この発明は、半導体製造プロセスにおけるプラズマCV
D等に好適なプラズマプロセス装置に関する。
The present invention relates to a plasma CV in a semiconductor manufacturing process.
The present invention relates to a plasma processing apparatus suitable for D or the like.

プラズマプロセス装置は、半導体製造プロセスにおけ
るプラズマCVD等に広く用いられているが、昨今LSIの微
細化に伴い、その制御性および信頼性の向上が要望され
ている。
2. Description of the Related Art Plasma process apparatuses are widely used for plasma CVD and the like in a semiconductor manufacturing process. However, with recent miniaturization of LSIs, controllability and reliability thereof have been demanded.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

プラズマプロセス装置は、原料ガスの充填された反応
室内において、一対の電極間に放電を起こして前記原料
ガスをプラズマ化し、該プラズマ化されたガスを用いて
例えばプラズマCVD等の半導体プラズマプロセスを行う
ものである。
A plasma processing apparatus generates a discharge between a pair of electrodes in a reaction chamber filled with a raw material gas to convert the raw material gas into plasma, and performs a semiconductor plasma process such as plasma CVD using the plasmaized gas. Things.

従来、プラズマプロセス装置におけるプラズマの発生
は、一対の電極間にプラズマ臨界電圧以上の電圧を与
え、原料ガスを自己放電させることにより制御されてい
た。
Conventionally, generation of plasma in a plasma processing apparatus has been controlled by applying a voltage equal to or higher than a plasma critical voltage between a pair of electrodes and causing a source gas to self-discharge.

このため、放電の開始条件や放電経路は装置の幾何学
的構造に大きく依存し、従来より経験と試行錯誤により
プロセスの制御性、信頼性の確保が成されてきた。
For this reason, the discharge starting conditions and the discharge path greatly depend on the geometric structure of the apparatus, and the controllability and reliability of the process have been conventionally ensured by experience, trial and error.

しかしながら、昨今LSIの微細化が進むにつれて、最
早このような経験と勘に頼る方法をもってしては、プロ
セス側の要求に追従できなくなりつつある、 一方、プラズマプロセスに変わる技術としては、光励
起プロセス等が注目され開発が急がれているが、今だ実
用化には至っていない。
However, with recent advances in LSI miniaturization, methods that rely on such experience and intuition are no longer able to follow the demands of the process side. Although attention has been paid to its development, it has not yet been put to practical use.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

上述のように、従来プラズマプロセス装置におけるプ
ラズマの発生は、一対の電極間に印加される電圧をプラ
ズマ臨界電圧以上に上昇させることにより制御されてお
り、このため放電の開始条件や放電経路は装置の幾何学
的構造に依存し、経験と試行錯誤によってプロセスの制
御性・信頼性の確保が成されてきており、これでは昨今
のLSIの微細化の要望に追従できなくなりつつある。
As described above, the generation of plasma in a conventional plasma process apparatus is controlled by increasing the voltage applied between a pair of electrodes to a level equal to or higher than the plasma critical voltage. The controllability and reliability of the process have been ensured through experience, trial and error, and it has become impossible to follow the recent demand for finer LSIs.

この発明は上述の問題点に鑑み成されたものであり、
その目的とするところは、制御性・信頼性の高いプラズ
マプロセス装置を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems,
An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus having high controllability and high reliability.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

この発明は、上記の目的を達成するために、原料ガス
の充填された反応室内において、一対の電極間に放電を
起こして前記原料ガスをプラズマ化し、該プラズマ化さ
れたガスを用いて半導体プラズマプロセスを行うように
したプラズマプロセス装置において、前記一対の電極間
に印加される電圧を放電維持電圧よりもやや低く設定す
るとともに、該電圧印加状態にある原料ガスの放電開始
を所定の短波長光線の照射により制御することを特徴と
するものである。
According to the present invention, in order to achieve the above object, in a reaction chamber filled with a source gas, a discharge is caused between a pair of electrodes to convert the source gas into a plasma, and a semiconductor plasma is formed by using the plasma-converted gas. In the plasma processing apparatus configured to perform the process, the voltage applied between the pair of electrodes is set to be slightly lower than the discharge sustaining voltage, and the start of discharge of the source gas in the voltage applied state is determined by a predetermined short-wavelength light. Is controlled by the irradiation of light.

〔作用〕[Action]

このような構成によれば、放電は光が照射されている
期間にのみ生じ、光の遮断と共に消失するとともに、放
電は光路を中心に電極間にのみ生ずる。更に、放電開始
電圧・放電維持電圧は、従来装置の数分の1以下に低下
する。
According to such a configuration, the discharge occurs only during the period of light irradiation, and disappears with the interruption of the light, and the discharge occurs only between the electrodes around the optical path. Further, the discharge starting voltage / discharge sustaining voltage is reduced to a fraction of that of the conventional device.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明の第1実施例の構成を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment of the present invention.

この実施例は、アノード電極にウェハーをおくように
した通常の平行平板型プラズマプロセス装置に本発明を
適応したものである。
In this embodiment, the present invention is applied to an ordinary parallel plate type plasma processing apparatus in which a wafer is placed on an anode electrode.

同図に示されるように、原料ガスの充填された反応室
内には一対の平行平板上電極であるアノード電極1とカ
ソード電極2が設けられており、アノード電極1上には
例えばプラズマCVDの対象となるウェハー3が載置され
ている。尚、図において4は電気力線を示すものであ
る。
As shown in FIG. 1, an anode electrode 1 and a cathode electrode 2, which are a pair of parallel flat electrodes, are provided in a reaction chamber filled with a raw material gas. Is placed on the wafer 3. In the drawing, reference numeral 4 denotes the lines of electric force.

これら一対の電極1、2間には直流電源5が印加され
ている。この直流電源5の印加電圧の値は、後述する短
波長光線が存在しない状態における放電開始電圧、放電
維持電圧よりも低く設定されている。
A DC power supply 5 is applied between the pair of electrodes 1 and 2. The value of the applied voltage of the DC power supply 5 is set lower than the discharge starting voltage and the discharge sustaining voltage in a state where no short-wavelength light described later exists.

反応室内の一側には光源6が設けられており、この光
源6からの光線7は、両電極1、2間の空間を、電極と
平行に通過するように設定されている。
A light source 6 is provided on one side of the reaction chamber, and a light beam 7 from the light source 6 is set so as to pass through a space between the electrodes 1 and 2 in parallel with the electrodes.

また、光線7としては、原料ガスを電離できるよう
に、紫外線よりも波長の短い短波長光線が用いられる。
Further, as the light beam 7, a short-wavelength light beam having a shorter wavelength than ultraviolet light is used so that the source gas can be ionized.

又、光源6としては、ランプ、レーザ、放射光等適宜
なものが使用される。
Further, as the light source 6, an appropriate light source such as a lamp, a laser, and a radiation light is used.

以上の構成によれば、一対の電極1、2間に直流電源
5を印加し、その状態で光源6から光線7を照射する
と、両電極1、2間においては光線7の光路を中心とし
て原料ガスの放電が発生してプラズマ8が生じ、又この
放電状態は光線7の遮断とともに消失する。
According to the above configuration, when the DC power supply 5 is applied between the pair of electrodes 1 and 2 and the light source 7 irradiates the light 7 in this state, the material The discharge of the gas generates a plasma 8 and this discharge state disappears with the interruption of the light beam 7.

このため、アノード電極1上のウェハー3に対しプラ
ズマCVDを行う場合には、プラズマ8の発生、消失を高
精度に制御することができ、これにより例えばVLSIプロ
セスへの対応も可能となる。
For this reason, when performing the plasma CVD on the wafer 3 on the anode electrode 1, the generation and disappearance of the plasma 8 can be controlled with high precision, thereby making it possible to cope with, for example, a VLSI process.

また、両電極1、2間に印加される直流電源5の値
は、放電開始電圧としてDC数百V以上若しくは高周波〜
マイクロ波数kv以上を印加せねばならなかった従来装置
に比べ、数分の1程度に低下させることができる。
The value of the DC power supply 5 applied between the electrodes 1 and 2 is several hundred volts DC or higher or a high frequency
This can be reduced to about several times lower than that of the conventional device which has to apply the microwave number kv or more.

また、プロセスの開始・終了は光のオンオフで制御さ
れるため、プラズマプロセス特有の初期・終了時不安定
性が除かれる。
Further, since the start and end of the process are controlled by turning on and off the light, the instability at the time of initial and end peculiar to the plasma process is eliminated.

また、放電源が外部照射光であるため、電極の汚れな
どに起因したプロセス条件の経時的変化もない。
Further, since the discharge power is external irradiation light, there is no change over time in the process conditions due to contamination of the electrodes.

更に、印加電圧が光なしでは放電を起こさない程度な
ので、反応室壁等へ放電が揺らぐ等の不安定性もない。
Further, since the applied voltage does not cause discharge without light, there is no instability such as fluctuation of discharge to the reaction chamber wall.

次に、第2図は本発明の第2実施例の構成を示す図で
ある。
Next, FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a second embodiment of the present invention.

尚、前記第1図の実施例と同一構成部分については同
符号を付して説明は省略する。
The same components as those in the embodiment of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

この第2実施例の特徴は、放電源である光線7をウェ
ハー3に対し垂直に照射することによって、光による基
板励起を同時に狙ったものである。
The feature of the second embodiment is that the substrate 7 is simultaneously excited by light by irradiating the wafer 3 with a light beam 7 as a discharge power source vertically.

次に、第3図は本発明の第3実施例の構成を示す図で
ある。
Next, FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a third embodiment of the present invention.

尚、同図において前記第1図の実施例と同一構成部分
については同符号を付して重複説明は省略する。
In the figure, the same components as those in the embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

この第3実施例の特徴は、MOCVD等で複数の原料ガス
を交互に供給する場合、特定の原料ガスの供給時にのみ
同期して放電を起こさせるものである。
The feature of the third embodiment is that when a plurality of source gases are alternately supplied by MOCVD or the like, a discharge is generated synchronously only when a specific source gas is supplied.

すなわち、原料ガス導入口9、10の前面にはシャッタ
11、12が設けられ、また光源6の前面にもシャッタ13が
設けられている。
That is, a shutter is provided in front of the raw material gas inlets 9 and 10.
11 and 12 are provided, and a shutter 13 is also provided on the front surface of the light source 6.

これらシャッタ11〜13は、同期回路14の制御によっ
て、原料ガス導入口9、10からの原料ガス噴出に合わせ
て適宜開閉制御される。
The shutters 11 to 13 are controlled to be opened and closed as appropriate in accordance with the source gas inlets 9 and 10 by the control of the synchronization circuit 14.

このような構成によれば、同一のプロセス条件下にお
いては十分に分解できないような原料の組み合わせであ
っても、光線7を適切に照射、遮断することによって所
期のプロセス運転が可能となる。
According to such a configuration, even if a combination of raw materials cannot be sufficiently decomposed under the same process conditions, a desired process operation can be performed by appropriately irradiating and blocking the light beam 7.

次に、第4図は本発明の第4実施例の構成を示す図、
第5図は、同第2実施例の作用説明図である。
Next, FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a fourth embodiment of the present invention,
FIG. 5 is an operation explanatory view of the second embodiment.

尚、同図において、前記第1図の実施例と同一構成部
分については同符号を付して説明は省略する。
In the figure, the same components as those in the embodiment of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description is omitted.

この第4実施例の特徴は、高周波プラズマプロセスに
おいて、印加交番電圧に同期して放電を起させるように
したものである。
The feature of the fourth embodiment is that a discharge is generated in synchronization with an applied alternating voltage in a high-frequency plasma process.

この実施例によれば、光のオンオフによって数百Hzま
では放電の発生、消失を交番電圧に追従させることがで
き、カソード電極1が負電圧の時にのみ放電を起こせ
ば、ウェハー3への電子衝撃をなくせ、基板(ウェハー
3)の損傷を可及的に減少させることができる。
According to this embodiment, the generation and disappearance of the discharge up to several hundred Hz can be made to follow the alternating voltage by turning on and off the light. If the discharge is generated only when the cathode electrode 1 is at the negative voltage, the electron to the wafer 3 will The impact can be eliminated, and damage to the substrate (wafer 3) can be reduced as much as possible.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上の説明で明らかなように、この発明によれば、放
電源を外部からの照射光に求めるとともに、印加電圧を
光なしの場合の放電開始・放電維持電圧より低く保つよ
うにしたため、放電が生じる領域を光路と電極間にのみ
限定でき、不必要な場所で放電が生じることによる汚染
や損傷、不安定性を除くことができる。
As apparent from the above description, according to the present invention, the discharge power is determined from the external irradiation light, and the applied voltage is kept lower than the discharge start / discharge maintenance voltage in the absence of light. The region where the discharge occurs can be limited only between the optical path and the electrode, and contamination, damage, and instability due to discharge occurring in unnecessary places can be eliminated.

また、電極間隔等の幾何学配置についても、放電開始
・放電維持条件を満たす必要がないため、これらを自由
に選択することができる。
Also, the geometric arrangement such as the electrode spacing does not have to satisfy the discharge start / discharge maintenance conditions, and thus can be freely selected.

また、放電源を外部制御しているため安定であり、ま
た電極間電圧が低くなるため損傷が緩和され、さらに放
電のオンオフを速やかに且つ安定に行うことができる等
の優れた効果を有するものである。
In addition, it is stable because the discharge power is externally controlled, has a low inter-electrode voltage, alleviates damage, and has excellent effects such as being able to turn on and off discharge quickly and stably. It is.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は第1実施例の構成図、 第2図は第2実施例の構成図、 第3図は第3実施例の構成図、 第4図は第4実施例の構成図、 第5図は第4実施例の作用説明図である。 1……アノード電極 2……カソード電極 3……ウェハー 4……電気力線 5……直流電源 6……光源 7……光線 8……プラズマ 9……原料ガス導入口 10……原料ガス導入口 11……シャッタ 13……シャッタ 14……同期回路 15……高周波電源 16……同期回路 1 is a block diagram of the first embodiment, FIG. 2 is a block diagram of the second embodiment, FIG. 3 is a block diagram of the third embodiment, FIG. 4 is a block diagram of the fourth embodiment, FIG. The figure is a diagram for explaining the operation of the fourth embodiment. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Anode electrode 2 ... Cathode electrode 3 ... Wafer 4 ... Line of electric force 5 ... DC power supply 6 ... Light source 7 ... Light beam 8 ... Plasma 9 ... Source gas inlet 10 ... Source gas introduction Mouth 11 Shutter 13 Shutter 14 Synchronous circuit 15 High-frequency power supply 16 Synchronous circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 21/31 H01L 21/302 C (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C23C 16/00 - 16/56 C23F 4/00 - 4/04 H01L 21/205,21/31,21/302 H05H 1/46──────────────────────────────────────────────────の Continuation of front page (51) Int.Cl. 6 identification code FI H01L 21/31 H01L 21/302 C (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) C23C 16/00-16 / 56 C23F 4/00-4/04 H01L 21 / 205,21 / 31,21 / 302 H05H 1/46

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】原料ガスの充填された反応室内において、
一対の電極(1、2)間に放電を起こして前記原料ガス
をプラズマ化し、該プラズマ化されたガスを用いて半導
体プラズマプロセスを行うようにしたプラズマプロセス
装置において、 前記一対の電極間に印加される電圧を放電維持電圧より
もやや低く設定するとともに、該電圧印加状態にある原
料ガスの放電開始を所定の短波長光線(7)の照射によ
り制御することを特徴とするプラズマプロセス装置。
In a reaction chamber filled with a raw material gas,
In the plasma processing apparatus, a discharge is generated between the pair of electrodes (1, 2) to convert the raw material gas into plasma, and a semiconductor plasma process is performed using the plasma-converted gas. A plasma processing apparatus characterized in that the applied voltage is set slightly lower than the discharge sustaining voltage, and the start of discharge of the source gas in the voltage applied state is controlled by irradiation of a predetermined short-wavelength light beam (7).
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