JPH03130370A - Device and method for plasma treatment - Google Patents

Device and method for plasma treatment

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JPH03130370A
JPH03130370A JP2049810A JP4981090A JPH03130370A JP H03130370 A JPH03130370 A JP H03130370A JP 2049810 A JP2049810 A JP 2049810A JP 4981090 A JP4981090 A JP 4981090A JP H03130370 A JPH03130370 A JP H03130370A
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Abstract

PURPOSE:To simultaneously satisfy the treating condition and desired various working characteristics by providing a DC bias voltage impressing means and a means for synchronizing and mixing RF and DC voltages to a surface treating device for impressing an RF bias voltage on a substrate to be treated. CONSTITUTION:A pulse microwave from its generator 17 is introduced into a plasma producing chamber 3 through a waveguide 1, and the gas supplied is converted to plasma by its resonance effect and an exciting solenoid 6 and forced out into a treating chamber 9 to treat the surface of a substrate 11. A DC generator 32 for impressing a DC bias voltage, a means 40 for synchronizing the generating times of the microwave and RF and DC voltages and a mixing means 41 for impressing both voltages on the substrate 11 without interference are provided to the device. The floating potential generated on the substrate is optionally controlled by independently adjusting the magnitude of the RF and DC voltages. Consequently, the treating condition when a thin film is formed on the substrate or the substrate is etched can be widely changed, and the substrate is treated under optimum conditions.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体装置の製造などでマイクロ波プラズ
マを利用してドライエツチングあるいはCV D  (
Chemical Vapor Deposition
)による薄膜形成などの表面処理を行うプラズマ処理装
置およびプラズマ処理方法に関し、特にRFバイアス電
圧を処理基板に印加して表面処理を行うプラズマ処理装
置およびプラズマ処理方法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention applies dry etching or CVD (CVD) using microwave plasma in the manufacture of semiconductor devices.
Chemical Vapor Deposition
The present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method that perform surface treatment such as forming a thin film using the method (1), and particularly relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method that perform surface treatment by applying an RF bias voltage to a processing substrate.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

半導体装置を製造するために、基板にエンチングあるい
は薄膜形成を行うプラズマ処理装置において、エツチン
グの際には、エツチングの異方性。
In plasma processing equipment that etches or forms thin films on substrates in order to manufacture semiconductor devices, etching anisotropy is important during etching.

基板表面へのダメージ、エツチングの加工速度を、また
薄膜形成の際には、原子間の結合状態等の膜の組成、i
3水性等の膜質、膜に与えられるストレス、段差被覆性
(ステップカバレージ)を、それぞれ任意に制御するこ
とが要求される。しかしながら、これらの各条件を同時
に満足する性能を有する装置を実現することは容易では
ない、近年、これらの条件を満たす可能性を有する装置
の一つとして、E CR(Electron Cycr
otron Re5onance)プラズマを用いたマ
イクロ波プラズマ処理装置が注目されている。ECRプ
ラズマとは、磁場とマイクロ波との共鳴効果を用いて電
子を加速し、この電子の運動エネルギーを用いてガスを
電離してプラズマを発生させる原理に基づくものである
Damage to the substrate surface, etching processing speed, and when forming a thin film, the composition of the film such as the bonding state between atoms, etc.
3. It is required to arbitrarily control the film quality such as aqueous property, the stress applied to the film, and the step coverage. However, it is not easy to realize a device with performance that satisfies each of these conditions at the same time.In recent years, one device that has the possibility of satisfying these conditions is the ECR (Electron Cycler).
Microwave plasma processing apparatuses using Otron Re5onance plasma are attracting attention. ECR plasma is based on the principle of accelerating electrons using the resonance effect of a magnetic field and microwaves, and using the kinetic energy of the electrons to ionize gas to generate plasma.

マイクロ波に励振された電子は磁力線の周りを円運動し
、その際、遠心力とローレンツ力とがバランスする条件
を、ECR条件と呼んでいる。遠心力をsrω8.ロー
レンツ力を−qrωBで表わすと、これらがバランスす
る条件は、ω/ B = q / mである。ここでω
はマイクロ波の角周波数、Bは磁束密度、q/mは電子
の比電荷である。マイクロ波周波数は工業的に認められ
ている2、45GHzが一般に用いられ、その場合の共
鳴磁束密度は875ガウスである。
Electrons excited by microwaves move circularly around magnetic lines of force, and the condition where centrifugal force and Lorentz force are balanced is called the ECR condition. The centrifugal force is srω8. When the Lorentz force is expressed as -qrωB, the condition for their balance is ω/B = q/m. Here ω
is the angular frequency of the microwave, B is the magnetic flux density, and q/m is the specific charge of the electron. The industrially accepted microwave frequency of 2.45 GHz is generally used, and the resonant magnetic flux density in that case is 875 Gauss.

ECR型のプラズマエンチング、CVD装置においては
、プラズマの高密度化をはかり、効率のよいエツチング
もしくは薄膜形成を行うためには、プラズマを発生させ
るためにプラズマ生成室に導入するマイクロ波を、ピー
ク電力の大きいパルス状にして加える必要がある。さら
に、エツチングにおいて、異方性の高い加工を行うため
には被加工基板とプラズマとの間にRFバイアス電圧を
印加することが行われる。なおRFとはRadio F
requencyのことであり、この分野では高周波と
も呼ばれ、はぼ50KHzないし数+MH2の範囲の周
波数である。また薄膜形成においてもエツチングの場合
と同様にRFバイアス電圧を印加することにより、基板
表面の溝、穴などを緻密な膜で均一に埋めることができ
、また基板表面に段差がある場合にも段差をなくし平坦
な表面にすることが可能となる。
In ECR type plasma etching and CVD equipment, in order to increase the density of plasma and perform efficient etching or thin film formation, the microwaves introduced into the plasma generation chamber to generate plasma must be adjusted to a peak level. It is necessary to apply it in the form of a large power pulse. Furthermore, in etching, in order to perform highly anisotropic processing, an RF bias voltage is applied between the substrate to be processed and the plasma. Furthermore, RF is Radio F.
It is also referred to as high frequency in this field, and is a frequency in the range of approximately 50 KHz to several + MH2. Furthermore, in thin film formation, by applying an RF bias voltage in the same way as in the case of etching, it is possible to uniformly fill grooves and holes on the substrate surface with a dense film. It is possible to eliminate this and create a flat surface.

その理由は、プラズマが発生しているとき、基板表面(
もしくは基板表面に形成された薄膜の表面)には、プラ
ズマ中に存在する電子とイオンとの移動度の相違により
、いわゆる浮動電位が発生するが、RFバイアス電圧を
印加すると、この浮動電位の大きさを制御することがで
き、従って基板表面、薄膜表面に向かうイオンのエネル
ギーを制御できることにある。また、RFバイアス電圧
を印加した場合、基板に対して垂直方向の電界だけでな
く横方向にも電界が生じ、これが膜形成に効果的に作用
すること、また電界の集中により基板表面のとがった部
分が削れ易くなることも、理由の一つとして考えられて
いる。
The reason is that when plasma is generated, the substrate surface (
(or the surface of a thin film formed on a substrate surface), a so-called floating potential is generated due to the difference in mobility between electrons and ions present in the plasma, but when an RF bias voltage is applied, the magnitude of this floating potential is Therefore, the energy of ions directed toward the substrate surface and thin film surface can be controlled. In addition, when an RF bias voltage is applied, an electric field is generated not only perpendicularly to the substrate but also horizontally, and this effectively acts on film formation. One of the reasons is thought to be that the parts become easier to scrape off.

上記のようなECRプラズマエツチング、CVD装置と
して、例えば第9図に示すものが知られている。この装
置の構成および動作の概要を以下に説明する。まず、プ
ラズマ生成室3.処理室9を図示しない排気手段により
真空排気しておき、ガス供給手段4から例えばNtガス
をプラズマ生成室3に流したところへ、マイクロ波発生
器17で発生したパルス状のマイクロ波を、その伝達手
段である導波管lを介してプラズマ生成室3へ導入する
。前記導波管1とプラズマ生成室3との間には、大気圧
下にある導波管1側と真空排気されたプラズマ生成室3
とを気密に隔離するための真空窓2を設けである。プラ
ズマ生成室3の下部には中心に大口径の開ロアを有する
金属板が取り付けられており、この金属板とプラズマ生
成室3とで半開放のマイクロ波共振器を構成している。
As an ECR plasma etching and CVD apparatus as described above, the one shown in FIG. 9, for example, is known. The configuration and operation of this device will be outlined below. First, plasma generation chamber 3. The processing chamber 9 is evacuated by an evacuation means (not shown), and pulsed microwaves generated by the microwave generator 17 are supplied to the plasma generation chamber 3 through which Nt gas, for example, is supplied from the gas supply means 4. The plasma is introduced into the plasma generation chamber 3 via a waveguide l which is a transmission means. Between the waveguide 1 and the plasma generation chamber 3, there is a side of the waveguide 1 under atmospheric pressure and a side of the plasma generation chamber 3 that is evacuated.
A vacuum window 2 is provided to airtightly isolate the A metal plate having a large-diameter open lower center is attached to the lower part of the plasma generation chamber 3, and this metal plate and the plasma generation chamber 3 constitute a semi-open microwave resonator.

この共振器の外部には励磁用ソレノイド6が配置され、
共振器内にECR条件を満たす磁場を生じせしめて、共
振器内にプラズマを発生する。このプラズマが磁力線が
形成する移送路13に沿って処理室9内に押し出され、
基板台10に向う空間内にガス供給手段12から例えば
モノシランガス(SiH◆)を供給して、このガスを前
記プラズマにより活性化すると、活性種が、R1発生器
20によりRFバイアス電圧を印加された被加工試料で
ある基板11と反応して基板表面に薄膜が形成される。
An excitation solenoid 6 is arranged outside this resonator,
A magnetic field that satisfies the ECR conditions is generated within the resonator to generate plasma within the resonator. This plasma is pushed into the processing chamber 9 along the transfer path 13 formed by magnetic lines of force,
When monosilane gas (SiH◆), for example, is supplied from the gas supply means 12 into the space facing the substrate table 10 and activated by the plasma, activated species are generated by applying an RF bias voltage by the R1 generator 20. A thin film is formed on the surface of the substrate by reacting with the substrate 11, which is the sample to be processed.

なお基板11にRFバイアス電圧を印加するための配線
は接地電位のシールドで覆われており、基板11の周面
ば接地電位のシールドで囲まれている。
Note that the wiring for applying an RF bias voltage to the substrate 11 is covered with a shield having a ground potential, and the peripheral surface of the substrate 11 is surrounded by a shield having a ground potential.

なおガス供給手段4からN3ガスの代りにエツチング用
ガスを供給することにより、この装置は基板のエツチン
グ加工用にも使用可能となる。
By supplying etching gas from the gas supply means 4 instead of N3 gas, this apparatus can also be used for etching substrates.

従来のこの種のECRプラズマエ、チング、CVD装置
における問題点は次のとおりである。すなわち、プラズ
マが発生するのはマイクロ波がプラズマ生成室に導入さ
れている時のみである。従ってマイクロ波のパルス周期
のうちマイクロ波が発生していない時はプラズマも発生
しない、RFバイアス電圧を印加する際、プラズマが発
生している時はプラズマが負荷となるのでインピーダン
スの整合がとれ、基板上に適切な電圧を印加することが
可能である。しかしながらマイクロ波が発生しておらず
プラズマも発生していない時は、R1発生器20からみ
て無負荷状態となり、整合もとれない、一方プラズマが
発生している時に整合がとれるようにRFバイアス電圧
を調整しておくとプラズマの発生していない時は必然的
に不整合となり、基板上に高電圧が印加される。この高
電圧は約IKVになる場合もあり、基板表面で放電が起
き、基板表面にクレータ−が生じ破損する問題があった
(第1の問題点)。
Problems with conventional ECR plasma etching, etching, and CVD apparatuses of this type are as follows. That is, plasma is generated only when microwaves are introduced into the plasma generation chamber. Therefore, when microwaves are not being generated during the microwave pulse period, no plasma is generated.When applying an RF bias voltage, when plasma is being generated, the plasma acts as a load, so impedance matching can be achieved. It is possible to apply appropriate voltages on the substrate. However, when microwaves are not being generated and plasma is not being generated, there is no load from the R1 generator 20's perspective, and matching cannot be achieved.On the other hand, when plasma is being generated, the RF bias voltage is If this is adjusted, a mismatch will inevitably occur when plasma is not generated, and a high voltage will be applied to the substrate. This high voltage may reach about IKV, which causes discharge to occur on the substrate surface, causing a crater on the substrate surface and causing damage (first problem).

また、プラズマ発生中には、前述のように基板表面には
浮動電位が発生するが、この浮動電位はRFバイアス電
圧により制御されると共に、RFバイアス電圧が印加さ
れている場合はプラズマのインピーダンス (供給され
るマイクロ波の電力によりほぼ定まる)にも依存する。
Furthermore, during plasma generation, a floating potential is generated on the substrate surface as described above, but this floating potential is controlled by the RF bias voltage, and when the RF bias voltage is applied, the plasma impedance ( (approximately determined by the power of the microwave supplied).

従って、あるマイクロ波電力の下で、プラズマ中のイオ
ンによる基板表面処理を行うにあたって、最適な浮動電
位の値(時間的平均値、プラズマ中のイオンは高周波で
あるRFには追従し難いので、RFバイアスが印加され
ている場合は、浮動電位の時間的平均値が問題となる。
Therefore, when performing substrate surface treatment with ions in plasma under a certain microwave power, the optimal value of floating potential (temporal average value), since ions in plasma are difficult to follow the high frequency RF, When an RF bias is applied, the temporal average value of the floating potential becomes a problem.

)を得ようとすると、RFバイアス電圧の値(ピーク値
)が、一義的にある値に定められてしまう、一方、各種
の処理において、このRFバイアス電圧によって制御さ
れる浮動電位の最適値(平均値〉と、その値をもたらす
ためのRFバイアス電圧自身の最適値(ピーク値)とは
、一致しない場合がある。即ち、RFバイアス電圧のピ
ーク値を、最適な平均値としての浮動電位を生じる値と
すると、RFバイアス電圧のピーク値自身は不適切な値
となる場合がある。その結果、エツチングあるいはCV
Dを行う際の処理条件を、所望の各種加工特性を同時に
満足するものとすることが困難で、処理の結果を制御し
難いという処理があった (第2の問題点)。例えば、
薄膜形成において、膜質に対しては、RFバイアス電圧
のピーク値が最適値であっても、膜に加わるストレスが
大きくなり過ぎる場合があり、またエツチングにおいて
も同様に、異方性を向上させるために最適なRFバイア
ス電圧のピーク値であっても、プラズマ中のイオンのス
パツクによる基板表面へのダメージが大きくなるという
場合がある。
), the value (peak value) of the RF bias voltage is uniquely determined to a certain value.On the other hand, in various processes, the optimal value (peak value) of the floating potential controlled by this RF bias voltage is The average value and the optimal value (peak value) of the RF bias voltage itself to bring about that value may not match.In other words, the peak value of the RF bias voltage is determined by the floating potential as the optimal average value. The peak value of the RF bias voltage itself may be an inappropriate value.As a result, etching or CV
There was a process in which it was difficult to set the processing conditions when performing D to satisfy various desired processing characteristics at the same time, and it was difficult to control the results of the process (second problem). for example,
In thin film formation, even if the peak value of the RF bias voltage is the optimum value for film quality, the stress applied to the film may become too large. Similarly, in etching, in order to improve anisotropy, Even if the peak value of the RF bias voltage is optimal for this purpose, the substrate surface may be seriously damaged by ion spatter in the plasma.

そこで、前記第1の問題点および第2の問題点のうち、
第1の問題点を解決するECRプラズマエンチング、C
VD装置として、第10図に示す構成の装置を同じ出願
人より特願昭63−275786に提案している。この
装置の構成および動作の概要を以下に説明する。
Therefore, among the first problem and the second problem,
ECR plasma enching that solves the first problem, C
As a VD device, a device having the configuration shown in FIG. 10 was proposed by the same applicant in Japanese Patent Application No. 63-275786. The configuration and operation of this device will be outlined below.

なお第9図と同一の部材には同一の符号を付し、その説
明を省略する。
Note that the same members as in FIG. 9 are designated by the same reference numerals, and their explanations will be omitted.

第1O図に示す装置においては、基板11へのRFバイ
アス電圧の印加は、同期パルス発生回路22により、マ
イクロ波のパルスと同期して行われ、マイクロ波のパル
ス周期のうち、マイクロ波が発生していない時間区間で
はRFバイアス電圧は基板に印加されない。
In the apparatus shown in FIG. 1O, the RF bias voltage is applied to the substrate 11 by a synchronous pulse generation circuit 22 in synchronization with the microwave pulse, and the microwave is generated within the microwave pulse period. No RF bias voltage is applied to the substrate during the time period during which no RF bias voltage is applied.

よってこの装置によれば、前記の第9図の装置における
問題、即ち、基板上にw1続的に高電圧が印加され、基
板表面で放電が起き、基板表面にクレータが生じ破損す
るという第1の問題点を解決することができる。
Therefore, this device solves the first problem in the device shown in FIG. 9, that is, a high voltage is continuously applied to the substrate, discharge occurs on the substrate surface, and a crater is formed on the substrate surface, resulting in damage. problems can be solved.

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

しかしながら、第10図のECRプラズマエツチング、
CVD装置によっては、前記した第9図の装置における
第2の問題点を解決できない、この第2の問題点につき
、さらに詳細に説明する。
However, the ECR plasma etching in FIG.
This second problem, which cannot be solved by some CVD apparatuses in the apparatus shown in FIG. 9, will be explained in more detail.

前述のように、プラズマが発生するのはマイクロ波がプ
ラズマ生成室に導入されている時のみであるので、マイ
クロ波のパルス周期のうち、プラズマが発生している時
のみRFバイアス電圧を印加して、プラズマを負荷とす
るインピーダンス整合をとり、基板に適切な電圧を印加
する。しかし、第10図の装置では、このときのRFバ
イアス電圧印加の時間幅はマイクロ波パルスの時間幅と
同一でかつ大きさも一定としており、所望の膜質を得る
ために例えば基板に印加するRFバイアス電圧を大きく
しようとすると、マイクロ波パルスと同一の時間幅RF
発生器から高い電圧を出力しなければならない、しかし
ながら、前述したように、RFバイアス電圧によって制
御される浮動電位の平均値としての最適値と、その値を
生じせしめるためのRFバイアス電圧自身の最適のピー
ク値とは一致しない場合がある。そのため、第1O図に
示す装置のように、単にマイクロ波パルスと同一時間幅
一定の大きさのRFバイアス電圧を発生する構成では、
所定の浮動電位を生じるためには最適でもそれ自身最適
値以上の大きさのピーク値を有するRFバイアス電圧を
、必要以上に長時間印加せねばならなくなり、その結果
所望の各種加工特性を同時に満足することができない、
その具体的な一例を、以下に説明する。
As mentioned above, plasma is generated only when microwaves are introduced into the plasma generation chamber, so the RF bias voltage is applied only when plasma is generated during the microwave pulse period. Then, impedance matching is performed using the plasma as a load, and an appropriate voltage is applied to the substrate. However, in the apparatus shown in FIG. 10, the time width of the RF bias voltage application at this time is the same as the time width of the microwave pulse, and the magnitude is also constant.For example, the RF bias voltage applied to the substrate is If you try to increase the voltage, the time width RF is the same as the microwave pulse.
A high voltage must be output from the generator, however, as mentioned above, there is an optimum value as the average value of the floating potential controlled by the RF bias voltage, and an optimum value of the RF bias voltage itself to produce that value. may not match the peak value of Therefore, in a configuration that simply generates an RF bias voltage with the same duration and constant magnitude as the microwave pulse, as in the device shown in Figure 1O,
In order to generate a predetermined floating potential, an RF bias voltage having a peak value greater than the optimum value must be applied for a longer time than necessary, and as a result, various desired processing characteristics can be simultaneously satisfied. Can not do it,
A specific example thereof will be explained below.

基板上に薄膜を形成する場合、例えば基板表面の段差部
におけるステップカバレージを改善するためには、印加
するRFバイアス電圧を大きくし、基板上に生じる浮動
電位の大きさをあるしきい値以上とし、イオンによるス
パッタ効果によって段差部側壁に’fig膜を堆積させ
る必要がある。しかしながら、RFバイアス電圧によっ
て制御され、イオンに対してスパッタ現象を促す浮動電
位の値は、前述のように時間的な平均値であって、これ
に対し実際に基板上に現れる電圧は、比較的大きな振幅
 (ピーク)を有する。このため、マイクロ波パルスと
同一の時間幅一定の大きさで印加されるRFバイアス電
圧のピーク値を、スパッタ効果を生じるために十分な浮
動電位の値(平均値)を生じるように大きな値とすると
、プラズマと基板表面との間に存在するいわゆるシース
内では、電子。
When forming a thin film on a substrate, for example, in order to improve step coverage at a stepped portion on the substrate surface, it is necessary to increase the applied RF bias voltage so that the magnitude of the floating potential generated on the substrate exceeds a certain threshold. , it is necessary to deposit the 'fig film on the sidewalls of the stepped portion by the sputtering effect of ions. However, the value of the floating potential that is controlled by the RF bias voltage and that promotes the sputtering phenomenon for ions is a temporal average value as described above, whereas the voltage that actually appears on the substrate is relatively Has a large amplitude (peak). For this reason, the peak value of the RF bias voltage applied with the same time width and constant magnitude as the microwave pulse is set to a large value that produces a floating potential value (average value) sufficient to produce the sputtering effect. Then, within the so-called sheath that exists between the plasma and the substrate surface, electrons.

イオンの加速、減速がその時間幅中連続して繰り返され
、膜質や膜に加わるストレスの大きさが変化する。従っ
て、必要以上の長時間、大きな振幅のRFバイアス電圧
を印加すると、膜質、 II*に加わるストレスが適切
なものにならない場合が生じる。特に、窒化シリコンの
薄膜を形成する場合には、膜のストレスが過大になりや
すい。
Acceleration and deceleration of ions are repeated continuously during the time span, and the quality of the film and the amount of stress applied to the film change. Therefore, if an RF bias voltage with a large amplitude is applied for a longer time than necessary, the stress applied to the film quality, II*, may not be appropriate. In particular, when forming a thin film of silicon nitride, stress on the film tends to become excessive.

この発明の第1の目的は、加工される基板表面に生しる
浮動電位の平均値を所望の値に幅広く制御することがで
き、薄膜形成においては膜の組成。
The first object of the present invention is to be able to widely control the average value of the floating potential generated on the surface of a substrate to be processed to a desired value, and to control the composition of the film when forming a thin film.

膜質、膜に加わるストレスを任意に制御可能で、またエ
ツチングにおいては異方性、膜に対するダメージ、加工
速度を任意に制御可能なプラズマ処理装置を提供するこ
とにある。
It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus that can arbitrarily control film quality and stress applied to the film, and in etching, can arbitrarily control anisotropy, damage to the film, and processing speed.

この発明の第2の目的は、薄膜形成もしくはエツチング
において上記各特性を制御可能なプラズマ処理方法を提
供することにあり、特に薄膜形成において、膜の組成、
膜質、膜に加わるストレスを適切なものにした上で、か
つ良好なステップカバレージを実現可能とするに好適な
、プラズマ処理方法を提供することにある。
A second object of the present invention is to provide a plasma processing method that can control each of the above characteristics in thin film formation or etching.
It is an object of the present invention to provide a plasma processing method suitable for optimizing the film quality and the stress applied to the film and realizing good step coverage.

(!!lI%Ilを解決するための手段〕上記第1の目
的を達成するために、この発明によれば、パルス状のマ
イクロ波発生手段であるマイクロ波発生器と、該マイク
ロ波の伝達手段である導波管と、該導波管と結合されて
前記マイクロ波が導入されるとともに、ガス供給手段を
介して供給されたガスを前記マイクロ波との共鳴効果に
よりプラズマ化して活性な原子1分子またはイオンを生
ぜしめるための磁力線を発生する励磁用ソレノイドを備
え、かつ軸線が該ソレノイドが生じる磁力線束の中心軸
と一致する開口を前記マイクロ波を伝達する導波管と対
向する側に有するプラズマ生成室と、該プラズマ生成室
と前記開口を介して結合され該開口から前記磁力線に沿
って流出する前記活性な原子1分子またはイオンにより
表面にエツチングが施されまたは薄膜形成される基板が
配される処理室と、該基板にRFバイアス電圧を印加す
るためのRF発生手段であるRF発生器と、前記プラズ
マ生成室と前記処理室との排気を行う真空排気系とを備
えたプラズマ処理装置において、該プラズマ処理装置に
さらに、前記RFバイアス電圧に加えてDCバイアス電
圧を印加するためのDC発生手段と、前記パルス状のマ
イクロ波と前記RFバイアス電圧ならびに前記DCバイ
アス電圧の発生時期を同期させるための同期手段と、前
記RFバイアス電圧と前記DCバイアス電圧とを干渉な
く基板に印加するための混合手段とを備えしめるものと
する。
(Means for Solving !!lI%Il) In order to achieve the above first object, the present invention provides a microwave generator which is a pulsed microwave generating means, and a microwave transmission means for transmitting the microwave. A waveguide is coupled with the waveguide to introduce the microwave, and the gas supplied through the gas supply means is turned into plasma by the resonance effect with the microwave to generate active atoms. An excitation solenoid that generates magnetic lines of force for generating one molecule or ions is provided, and an opening whose axis coincides with the central axis of the magnetic flux generated by the solenoid is provided on the side opposite to the waveguide that transmits the microwaves. a plasma generation chamber having a plasma generation chamber, and a substrate whose surface is etched or a thin film is formed by the active atom molecule or ion which is coupled to the plasma generation chamber through the opening and flows out from the opening along the lines of magnetic force. Plasma processing comprising: a processing chamber arranged in the substrate; an RF generator serving as an RF generating means for applying an RF bias voltage to the substrate; and a vacuum evacuation system for evacuating the plasma generation chamber and the processing chamber. In the apparatus, the plasma processing apparatus further includes a DC generating means for applying a DC bias voltage in addition to the RF bias voltage, and a generation timing of the pulsed microwave, the RF bias voltage, and the DC bias voltage. The apparatus includes a synchronizing means for synchronizing, and a mixing means for applying the RF bias voltage and the DC bias voltage to the substrate without interference.

また、上記第2の目的を達成するために、この発明によ
れば、直流磁界が生じている真空容器内にパルス状のマ
イクロ波を導入して前記直流磁界と前記マイクロ波との
共鳴効果により前記真空容器内に導入されたガスをプラ
ズマ化し、該プラズマを前記直流磁界に沿って移送しつ
つ、該移送路に配されRFバイアス電圧が印加される基
板にエツチングを施しあるいは薄膜を形成するプラズマ
処理方法において、前記パルス状のマイクロ波に同期し
て前記基板に前記RFバイアス電圧を印加するとともに
、前記マイクロ波のパルス幅内で前記RFバイアス電圧
の大きさを予め設定された時間変化に従って変化させつ
つ表面処理を行うものとする。
Further, in order to achieve the second object, according to the present invention, pulsed microwaves are introduced into a vacuum container in which a DC magnetic field is generated, and a resonance effect between the DC magnetic field and the microwaves is generated. A plasma that converts gas introduced into the vacuum container into plasma, and while transporting the plasma along the DC magnetic field, etches or forms a thin film on a substrate arranged in the transport path and to which an RF bias voltage is applied. In the processing method, the RF bias voltage is applied to the substrate in synchronization with the pulsed microwave, and the magnitude of the RF bias voltage is varied according to a preset time change within the pulse width of the microwave. The surface treatment shall be performed while

〔作用〕[Effect]

基板に対し、RFバイアス電圧とDCバイアス電圧とを
同時に印加することにより、処理条件を所望の条件に一
致させることができるばかりでなく、処理条件の幅を広
げることも可能になる。すなわち、基板はバイアス電圧
を印加された場合、基板上の電荷の総量が零になるよう
な電位を示す。
By simultaneously applying an RF bias voltage and a DC bias voltage to the substrate, it is possible not only to match the processing conditions to desired conditions, but also to widen the range of processing conditions. That is, when a bias voltage is applied to the substrate, the substrate exhibits a potential such that the total amount of charge on the substrate becomes zero.

そこで、まず、基板にRFバイアス電圧のみを印加した
場合、基板に到達する正電荷粒子と負電荷粒子との移動
度の差により基板上に74.(tzが蓄積されようとし
ても、基板の振動電位波形の中心がこの蓄積を零とする
ように移動する。この中心電位。
Therefore, first, when only an RF bias voltage is applied to the substrate, 74. (Even if tz is about to accumulate, the center of the oscillating potential waveform of the substrate moves so that this accumulation becomes zero. This center potential.

即ち浮動電位はRFバイアス電圧の大きさにより異なり
、またRFバイアス電圧が印加されているのでプラズマ
のインピーダンスにも依存する。このようにして浮動電
位が決まる基板に対し、さらにDCバイアス電圧を印加
すると、このDCバイアス電圧がかかった状態で蓄積電
荷が零となるように基板電位がさらに移動する。従って
、DCバイアス電圧、RFバイアス電圧それぞれの大き
さを独立に変えることにより浮動電位の値を幅広くI制
御可能となり、その結果、底膜あるいはエツチング時の
処理条件を拡げることができる。
That is, the floating potential varies depending on the magnitude of the RF bias voltage, and since the RF bias voltage is applied, it also depends on the impedance of the plasma. When a DC bias voltage is further applied to the substrate whose floating potential is determined in this way, the substrate potential further moves so that the accumulated charge becomes zero while this DC bias voltage is applied. Therefore, by independently changing the magnitudes of the DC bias voltage and the RF bias voltage, it is possible to control the value of the floating potential over a wide range of I, and as a result, the processing conditions for bottom film or etching can be expanded.

即ち、RFバイアス電圧によって浮動電位を制・御した
場合、基板の処理に携わるイオンが感じる浮動電位は時
間的平均値であるが、基板表面には、例えば大きな振幅
(ピーク)を有するRFバイアス電圧が印加されている
。各種の加工特性に対し、前述したように、RFバイア
ス電圧の最適値(ピーク値)とRFバイアス電圧の印加
による浮動電位の最適値(平均値)とは一致しない場合
があるので、この大きなピークを有するRFバイアス電
圧のために、膜質等が悪影響を受ける場合がある。
In other words, when the floating potential is controlled by an RF bias voltage, the floating potential felt by ions involved in processing the substrate is a temporal average value, but when the floating potential is sensed by the ions involved in processing the substrate, for example, an RF bias voltage with a large amplitude (peak) is applied to the substrate surface. is applied. As mentioned above, for various processing characteristics, the optimum value (peak value) of the RF bias voltage and the optimum value (average value) of the floating potential due to the application of the RF bias voltage may not match, so this large peak The film quality etc. may be adversely affected by the RF bias voltage having .

しかし、DCバイアス電圧をも同時に印加すれば、DC
バイアス電圧独自の作用により、上記浮動電位の平均値
をRFバイアス電圧とは独立してシフトすることができ
る。よって、RFバイアス電圧としてピークの小さな値
のものを印加するだけで、大きなピークを有するRFバ
イアス電圧を印加した場合と同等な浮動電位(平均値)
を生じせしめることができる。また逆に、大きなピーク
値を有するRFバイアス電圧を印加したいときに、浮動
電位の値(平均値)を小さくすることもできる。
However, if a DC bias voltage is also applied at the same time, the DC
Due to the unique effect of the bias voltage, the average value of the floating potential can be shifted independently of the RF bias voltage. Therefore, by simply applying an RF bias voltage with a small peak value, a floating potential (average value) equivalent to that when applying an RF bias voltage with a large peak value can be obtained.
can be caused. Conversely, when it is desired to apply an RF bias voltage having a large peak value, it is also possible to reduce the value (average value) of the floating potential.

従って、浮動電位の平均値とRFバイアス電圧のピーク
値との両方を、同時に、最適値とすることができる。
Therefore, both the average value of the floating potential and the peak value of the RF bias voltage can be set to optimal values at the same time.

さらに、パルス状マイクロ波との同期をRFバイアス電
圧のみとし、DCバイアス電圧を連続して基板に印加し
た場合には、プラズマが発生していないとき、RFバイ
アス電圧を印加した場合と同様、基板電位が移動し、D
Cバイアス電圧の大きさによって基板表面の破損もあり
うる。このため、基板に印加するDCバイアス電圧の大
きさが制限され、処理条件の幅が小さくなるという問題
が生じるが、本発明においては、RFバイアス電圧とD
Cバイアス電圧とを共にパルス状のマイクロ波と同期し
て印加し、プラズマ生成室内にプラズマが存在していな
いときにはRFバイアス電圧もDCバイアス電圧も基板
には印加されないので、基板表面が破損することがない
Furthermore, if synchronization with the pulsed microwave is made only with the RF bias voltage and a DC bias voltage is continuously applied to the substrate, when plasma is not generated, the substrate The potential moves and D
The substrate surface may be damaged depending on the magnitude of the C bias voltage. For this reason, there arises a problem that the magnitude of the DC bias voltage applied to the substrate is limited and the range of processing conditions is narrowed. However, in the present invention, the RF bias voltage and the
Both the RF bias voltage and the DC bias voltage are applied in synchronization with pulsed microwaves, and when there is no plasma in the plasma generation chamber, neither the RF bias voltage nor the DC bias voltage is applied to the substrate, so there is no possibility that the substrate surface will be damaged. There is no.

次に、基板に印加するRFバイアス電圧をパルス状のマ
イクロ波に同期して発生させるとともに、マイクロ波の
パルス幅内でRFバイアス電圧の大きさを予め設定され
た時間変化に従って変化させつつ表面処理を行う表面処
理方法とすることにより、基板上の放電を防止しつつ処
理条件の幅を広げることができる。すなわち、底膜など
のときに、十分な浮動電位(平均値)を得るためにピー
クの大きいRFバイアス電圧を供給したくとも、RFバ
イアス電圧印加可能な条件では十分な浮動電位が得られ
ず、求める膜質が得られない場合がでてくる。このよう
なとき、マイクロ波のパルス幅よりもピーク値の時間幅
が短いRFバイアス電圧を印加すると、平均電力を大き
くすることなくピーク値の高いRFバイアス電圧を印加
することができ、例えばサブミクロン幅の溝の側面への
緻密な膜形成を妨げている。溝の入口を塞ぐように溝入
口の面に堆積している薄膜物質を溝内へスパッタし、R
F発生器からの平均電力を増大させることなく膜質を向
上させることができる。
Next, an RF bias voltage to be applied to the substrate is generated in synchronization with the pulsed microwave, and the surface is treated while changing the magnitude of the RF bias voltage according to a preset time change within the pulse width of the microwave. By using a surface treatment method that performs the following, it is possible to widen the range of treatment conditions while preventing discharge on the substrate. In other words, even if it is desired to supply an RF bias voltage with a large peak in order to obtain a sufficient floating potential (average value) for a bottom film, etc., a sufficient floating potential cannot be obtained under conditions where the RF bias voltage can be applied. There may be cases where the desired film quality cannot be obtained. In such a case, if you apply an RF bias voltage whose peak value is shorter than the microwave pulse width, you can apply an RF bias voltage with a high peak value without increasing the average power. This prevents the formation of a dense film on the sides of the width groove. A thin film material deposited on the groove entrance surface is sputtered into the groove so as to close the groove entrance, and R
Film quality can be improved without increasing the average power from the F generator.

即ち、前述したように、溝内の側面、即ち段差部側壁に
も薄膜をステップカバレージを良好に堆積させるために
は、印加するRFバイアス電圧をピークの大きなものと
し、浮動電位の時間的平均値を大きくして、イオンによ
るスパッタ効果を増大せしめる必要がある。しかし、ス
パッタ効果は、あるしきい値以上の加速電圧(この場合
では浮動電位が加速電圧に相当する)で加速されたイオ
ンでなければ生しない。このしきい値電圧はスパッタさ
れる物質によっても異なるが、数十V程度である。この
スパッタ効果が十分に期待できる大きさのRFバイアス
電圧を連続して基板に印加した場合には、膜に加わるス
トレスが問題となってくる場合がある。しかしながら、
上記のように、RFバイアス平均電力を低く押え、短時
間のみその短時間の浮動電位の時間的平均値が大きくな
るように、RFバイアス電圧のピーク値を大きくすれば
、ストレスの問題を生じることなく、十分な六バッタ効
果を実現することができる。
That is, as described above, in order to deposit a thin film on the side walls of the groove, that is, the side walls of the stepped portion, with good step coverage, the applied RF bias voltage should have a large peak, and the temporal average value of the floating potential should be adjusted. It is necessary to increase the sputtering effect by ions by increasing the amount of ions. However, the sputtering effect does not occur unless ions are accelerated at an acceleration voltage equal to or higher than a certain threshold (in this case, the floating potential corresponds to the acceleration voltage). This threshold voltage varies depending on the material to be sputtered, but is approximately several tens of volts. If an RF bias voltage of such a magnitude that this sputtering effect can be sufficiently expected is continuously applied to the substrate, the stress applied to the film may become a problem. however,
As mentioned above, if the RF bias average power is kept low and the peak value of the RF bias voltage is increased so that the temporal average value of the short-term floating potential increases only for a short time, stress problems may occur. It is possible to achieve a sufficient six-butter effect.

このようにして、この発明の方法によれば、基板表面を
破損することなく、またRF電力平均値を増大させるこ
となく膜質を自由に制御することができ、処理条件の最
適化が容易に可能となる。
In this way, according to the method of the present invention, the film quality can be freely controlled without damaging the substrate surface or increasing the average RF power value, and processing conditions can be easily optimized. becomes.

〔実施例〕〔Example〕

本発明に基づいて構成されるプラズマ処理装置であるE
 CR,型プラズマエツチング、CVD装置の一実施例
を第1図に示す、ここで従来の横戒例である第1O図と
同一の部材には同一の部番を付して説明を省略する0図
において、パルス状のマイクロ波とRFバイアス電圧な
らびにDCバイアス電圧の発生時期を同期させるための
同期手段40は、同期パルス発生回路22とパルス信号
伝達手段31とから戒っている。第2図に同期パルス発
生回路22のブロック図を示す0発振回路221で10
0 tl z程度の周波数で交流を発生させ、これをパ
ルス化回路222で矩形波にする。この矩形波を、電流
増幅機能を有しオペアンプやICからなる出力バッファ
223を通してパルス信号伝達手段31によりマイクロ
波発生器17に伝達してマイクロ波を発生させるととも
にこの矩形波をRFバイアス変調回路23およびDCバ
イアス変調回路33に人力し、これら変調回路22.3
3の出力により所望の波形、ここでは大きさを有するR
Fバイアス電圧およびDCバイアス電圧をそれぞれRF
発生器20およびDC発生器32から前記マイクロ波と
同時に出力させる。RFバイアス変調回路23とDCバ
イアス変調回路33とはいずれも第3図に示す回路構成
を有し、前記矩形波をトリガ回路27に入力することに
よりバイアス変調回路が起動され、設定回路28にあら
かじめ設定されたデータを変調回路29から電気信号と
して出力回路30を介してそれぞれ後段のRF発生器2
0およびDC発生器32に入力し、RF発生器20゜D
C発生器32からそれぞれ所望波形、ここでは所望の大
きさのバイアス電圧を前記マイクロ波と同時に発生させ
てRF−DCバイアス混合回路41に人力する。
E, which is a plasma processing apparatus constructed based on the present invention.
An embodiment of CR, type plasma etching, and CVD equipment is shown in FIG. 1. Here, the same parts as in FIG. In the figure, a synchronizing means 40 for synchronizing the generation timing of the pulsed microwave, the RF bias voltage, and the DC bias voltage is connected to a synchronizing pulse generating circuit 22 and a pulse signal transmitting means 31. FIG. 2 shows a block diagram of the synchronous pulse generation circuit 22.
An alternating current is generated at a frequency of approximately 0 tl z, and the pulse generator 222 converts this into a rectangular wave. This rectangular wave is transmitted to the microwave generator 17 by the pulse signal transmission means 31 through the output buffer 223 which has a current amplification function and consists of an operational amplifier and an IC to generate a microwave, and this rectangular wave is transmitted to the RF bias modulation circuit 23. and DC bias modulation circuit 33, these modulation circuits 22.3
3 outputs R with the desired waveform, here the magnitude.
RF bias voltage and DC bias voltage, respectively.
The generator 20 and the DC generator 32 output the microwave simultaneously. Both the RF bias modulation circuit 23 and the DC bias modulation circuit 33 have the circuit configuration shown in FIG. The set data is sent as an electrical signal from the modulation circuit 29 to the RF generator 2 at the subsequent stage via the output circuit 30.
0 and DC generator 32, RF generator 20°D
Bias voltages of desired waveforms, here desired magnitudes, are generated from the C generators 32 at the same time as the microwaves, and are input to the RF-DC bias mixing circuit 41 .

RF−DCバイアス混合回路41は例えば第4図(+1
)に示すような、入力端の端子41aがDC発生器32
の出力端子に接続され出力側の端子41bがこの回路の
入力端子41cを介してRF発生器20の出力端子に接
続されるインダクタンスしいあるいはインダクタンスし
、の代わりに、例えば同図(blに示すように、RF波
の周波数と共振する。インダクタンスL8とコンデンサ
C8とからなる並列共振回路として構成され、DCバイ
アス電圧とRFバイアス電圧とを干渉なく基板に導く役
目を果たしている。
The RF-DC bias mixing circuit 41 is, for example, shown in FIG.
), the input end terminal 41a is connected to the DC generator 32.
The output terminal 41b is connected to the output terminal of the RF generator 20 through the input terminal 41c of this circuit. It resonates with the frequency of the RF wave.It is configured as a parallel resonant circuit consisting of an inductance L8 and a capacitor C8, and serves to guide the DC bias voltage and the RF bias voltage to the substrate without interference.

上記の構成を採用した結果、本実施例のプラズマ処理装
置におていは、RFバイアス電圧トDCバイアス電圧と
を独立に制御可能となり、RFバイアス電圧のピーク値
とは独立に浮動電位の平均値を制御することができる。
As a result of adopting the above configuration, in the plasma processing apparatus of this embodiment, the RF bias voltage and the DC bias voltage can be controlled independently, and the average value of the floating potential can be controlled independently of the peak value of the RF bias voltage. can be controlled.

次に第5図に本発明のプラズマ処理方法を可能にするマ
イクロ波プラズマ処理装置構成の一実施例を示す、第5
図において第10図と同一の部材には同一符号を付して
説明を省略する。
Next, FIG. 5 shows an embodiment of the configuration of a microwave plasma processing apparatus that enables the plasma processing method of the present invention.
In the figure, the same members as in FIG. 10 are given the same reference numerals, and their explanations will be omitted.

基板11へのRFバイアス電圧の印加を、パルス状マイ
クロ波と同期させるための同期パルス発生回路22は、
第2図と同様の構成を有しており、矩形波を出力バッフ
ァ223を通してマイクロ波発生器17とRFバイアス
変調回路23とに伝達し、RFバイアス変調回路23か
らは大きさが予め設定された時間変化に従って変化する
電圧を出力してRF発生器20に入力し、RF発生器2
0から、入力された時間変化に従って大きさが変化する
。変調されたRF雷電圧出力させる。RFバイアス変調
回路23は、第6図のブロック図に示すように、トリガ
回路27と、変調信号発生回路28aと、変調回路29
と、出力回路30とからなり、前記同期パルス発生回路
22から出力された矩形波をトリガ回路27に入力する
ことにより変調信号発生回路28aがマイクロ波パルス
と同期して起動され、大きさが予め設定された時間変化
に従って変化する信号電圧が変調回路29に人力され、
変調回路29で底形された波形が電流増幅機能を持つ出
力回路30を介してRF発生器20に人力され、RF発
生器20から前記マイクロ波のパルスと同期して大きさ
が予め設定された時間変化に従って変化するRF雷電圧
出力される。なお、第6図に示したRFバイアス変調回
路は、第3図に示したものとは多少異なっており、変調
信号発生回路28aの機能により、RF雷電圧波形をよ
り復雑なものにすることができる。
A synchronization pulse generation circuit 22 for synchronizing the application of an RF bias voltage to the substrate 11 with pulsed microwaves includes:
It has a configuration similar to that shown in FIG. 2, and transmits a rectangular wave to the microwave generator 17 and the RF bias modulation circuit 23 through the output buffer 223, and from the RF bias modulation circuit 23, a signal having a preset magnitude is transmitted. A voltage that changes according to time changes is outputted and inputted to the RF generator 20, and the RF generator 2
The size changes from 0 according to the input time change. Outputs a modulated RF lightning voltage. As shown in the block diagram of FIG. 6, the RF bias modulation circuit 23 includes a trigger circuit 27, a modulation signal generation circuit 28a, and a modulation circuit 29.
and an output circuit 30. By inputting the rectangular wave output from the synchronous pulse generation circuit 22 to the trigger circuit 27, the modulation signal generation circuit 28a is activated in synchronization with the microwave pulse. A signal voltage that changes according to a set time change is inputted to the modulation circuit 29,
The waveform shaped by the modulation circuit 29 is input to the RF generator 20 via the output circuit 30 having a current amplification function, and the magnitude is set in advance from the RF generator 20 in synchronization with the microwave pulse. An RF lightning voltage is output that changes with time. The RF bias modulation circuit shown in FIG. 6 is somewhat different from the one shown in FIG. 3, and the RF lightning voltage waveform can be made more complicated by the function of the modulation signal generation circuit 28a. Can be done.

第7図および第8図にRF発生器20からマイクロ波パ
ルスと同期して出力されるRF電力の時間変化の例を示
す。
FIGS. 7 and 8 show examples of temporal changes in RF power output from the RF generator 20 in synchronization with microwave pulses.

第7図は、効率のよいエツチングあるいは*H影形成た
めの、ピーク電力の大きいパルス状マイクロ波と同期し
て、マイクロ波パルス1周期中のマイクロ波の発生して
いる時間区間、所定の底膜レートに必要なRF電力のベ
ース部分P、が短時間ピーク電力P1に変化する電力を
RF発生器20(第5図)から出力して基板表面に薄膜
を形成する場合を示す、波高値の高いピーク電力PI 
(スパッタ効果を生じうる樋〉が出力されると、基板1
1には高いRFバイアス電圧が印加され、よってピーク
電力P、ガ出力されている時間内においては基板上の浮
動電位も大となる。これにより、基板表面に段差すなわ
ち凹凸があり、例えば凸部の面で横方向に張り出して堆
積した薄膜物質が、プラズマ中に含まれるイオンもしく
はイオンに促されて加速された活性種によりスパッタさ
れ、っづく凹部および側壁部への底膜が凸部の堆積物質
に妨げられることなく行われ、RF発生器20から出力
される平均電力を増大させることなく凹凸部および側壁
部の全面に膜厚が均一でステップカバレージが良好な薄
膜を形威することができる。即ち、スパッタ効果が十分
に期待できる浮動電位を生じせしめるRFバイアス電圧
を、連続して基板に印加した場合に、膜に加わるストレ
スの問題が特に顕著だった窒化シリコンIt! nai
lの一つであり、パフシベーシッン膜などとして用いら
れる)の形成も、本発明の方法を採用した結果、容易に
可能となる。
Figure 7 shows the time period during which microwaves are generated during one period of microwave pulses, and a predetermined bottom, in synchronization with pulsed microwaves with large peak power for efficient etching or *H shadow formation. The peak value of the peak value shows the case where a thin film is formed on the substrate surface by outputting power from the RF generator 20 (Fig. 5) in which the base portion P of the RF power required for the film rate changes to the peak power P1 for a short time. High peak power PI
(Gutter that can cause sputtering effect) is output, the substrate 1
1, a high RF bias voltage is applied, and therefore, the floating potential on the substrate also becomes large during the time when the peak power P is being output. As a result, when the substrate surface has steps or irregularities, for example, a thin film material deposited laterally protruding from the surface of the convex portion is sputtered by ions contained in the plasma or active species accelerated by the ions. The bottom film is applied to the concave portions and side walls without being hindered by the deposited material on the convex portions, and the film thickness is increased over the entire surface of the concave and convex portions and side walls without increasing the average power output from the RF generator 20. A uniform thin film with good step coverage can be formed. That is, when an RF bias voltage that generates a floating potential at which a sufficient sputtering effect can be expected is continuously applied to the substrate, the problem of stress applied to the film was particularly noticeable. nai
As a result of employing the method of the present invention, it is also possible to easily form a material (one of the methods of the present invention, which is used as a puffy basin film, etc.).

また、基板11へのRFバイアス電圧の印加は、マイク
ロ波が発生している時間区間内で行われるから、RF発
生器側とプラズマ側とのインピーダンス不整合に基づく
高電圧が基板表面に現れることはなく、基板表面の放電
も発生しないため基板表面の破損が生じることもない。
Furthermore, since the application of the RF bias voltage to the substrate 11 is performed within the time period in which microwaves are being generated, a high voltage may appear on the substrate surface due to impedance mismatch between the RF generator side and the plasma side. Since no electrical discharge occurs on the substrate surface, no damage to the substrate surface occurs.

第8図は、マイクロ波パルス1周期中マイクロ波が発生
している時間幅内で発生させるRF電力が傾斜して立上
がり、時間とともに緩やかに減衰する時間変化とした場
合を示す、このような時間変化とすることにより、第5
図には特に図示していないが、基板台10とRF発生器
20との間に介在するDCカット用のコンデンサによる
時間変化のだれ等に起因するRFバイアス電圧の不均一
性を防ぎ、ばらつきのない成膜条件で底膜することがで
きる。
Figure 8 shows a time change in which the RF power generated within the time width of microwave generation during one period of a microwave pulse rises at an angle and gradually decays over time. By making a change, the fifth
Although not particularly shown in the figure, the DC cut capacitor interposed between the substrate table 10 and the RF generator 20 prevents non-uniformity in the RF bias voltage caused by changes in time, etc. The bottom film can be formed under different film formation conditions.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上に述べたように、本発明によれば、ECR型プラズ
マエツチング、CVD装置の構成を、RFバイアス電圧
に加えてDCバイアス電圧を印加するためのDC発生手
段と、パルス状のマイクロ波とRFバイアス電圧ならび
にDCバイアスの発生時期を同期させるための同期手段
と、RFバイアス電圧とDCバイアス電圧とを干渉なく
基板に印加するための混合手段とを備えた構成とし、基
板に対し、RFバイアス電圧とDCバイアス電圧とをパ
ルス状マイクロ波と同期して印加するようにしたので、
RFバイアス電圧、DCバイアス電圧共に、マイクロ波
がプラズマ生成室に導入されていてプラズマが発生して
いるときにのみ基板に印加され、基板表面の破損が防止
されるとともに、RFバイアス電圧とDCバイアス電圧
とのそれぞれの大きさを独立に調整することにより基板
に生じる浮動電位を任意に制御することができ、基板に
薄膜を形威し、あるいはエツチングを施すときの処理条
件を幅広く変えることが可能になり、最適条件での基板
処理が可能となる効果が得られる。
As described above, according to the present invention, the configuration of an ECR type plasma etching and CVD apparatus includes a DC generating means for applying a DC bias voltage in addition to an RF bias voltage, a pulsed microwave and an RF The configuration includes a synchronizing means for synchronizing the generation timing of the bias voltage and the DC bias, and a mixing means for applying the RF bias voltage and the DC bias voltage to the substrate without interference, and the RF bias voltage is applied to the substrate. and a DC bias voltage were applied in synchronization with the pulsed microwave, so
Both the RF bias voltage and the DC bias voltage are applied to the substrate only when microwaves are introduced into the plasma generation chamber and plasma is being generated. By independently adjusting the magnitude of each voltage, the floating potential generated on the substrate can be arbitrarily controlled, making it possible to widely change the processing conditions when forming a thin film on the substrate or performing etching. This results in the effect that substrate processing can be performed under optimal conditions.

よって薄膜形成においては、膜の組成、膜質、膜に加わ
るストレス等を、同時に所望の特性に制御できる。また
エツチングにおいては、異方性、膜に加わるダメージ、
加工速度を、同時に任意に制御できる。
Therefore, in forming a thin film, the film composition, film quality, stress applied to the film, etc. can be simultaneously controlled to desired properties. In addition, in etching, anisotropy, damage to the film,
Processing speed can be controlled arbitrarily at the same time.

また、本発明によれば、直流磁界が生じている真空容器
内にパルス状のマイクロ波を導入して直流磁界とマイク
ロ波との共鳴効果により真空容器内に導入されたガスを
プラズマ化し、このプラズマを直流磁界に沿って移送し
つつ、移送路に配さ、t’LRFバイアス電圧が印加さ
れる基板にエンチングを施しあるいは薄膜を形成するプ
ラズマ処理を、パルス状のマイクロ波に同期して基板に
RFバイアス電圧を印加するとともに、マイクロ波のパ
ルス幅内でRFバイアス電圧の大きさを予め設定された
時間変化に従って変化させつつ表面処理を行うプラズマ
処理方法としたので、基板表面に継続的に高電圧が印加
されることがなくなり、最適なRFバイアス電圧を基板
に印加してエツチングあるいは薄膜形成を行うことが可
能となり、また、RF発生器から出力される平均電力を
増大させることなく、目的とする膜質形成に対応した時
間変化のRFバイアス電圧を基板に印加して膜質制御を
幅広く行うことのできる表面処理が可能となる。
Further, according to the present invention, pulsed microwaves are introduced into a vacuum container in which a DC magnetic field is generated, and the gas introduced into the vacuum container is turned into plasma by the resonance effect between the DC magnetic field and the microwaves. While transporting plasma along a DC magnetic field, plasma processing is performed to etch or form a thin film on a substrate placed in a transport path and to which a t'LRF bias voltage is applied, in synchronization with pulsed microwaves. This plasma processing method performs surface treatment while applying an RF bias voltage to the substrate surface and changing the magnitude of the RF bias voltage within the microwave pulse width according to a preset time change. This eliminates the need for high voltages to be applied, making it possible to apply an optimal RF bias voltage to the substrate to perform etching or thin film formation, and without increasing the average power output from the RF generator. By applying a time-varying RF bias voltage corresponding to the desired film quality formation to the substrate, it becomes possible to perform surface treatment in which film quality can be controlled over a wide range.

よって本発明のプラズマ処理方法によれば、膜質や膜に
加わるストレスを所望の特性を確保した上で、スパッタ
効果によって、良好なステップカバレージを有する薄膜
を形成することができる。
Therefore, according to the plasma processing method of the present invention, a thin film having good step coverage can be formed by the sputtering effect while ensuring desired film quality and stress applied to the film.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例になるDC発生器同期手段等
を備えたプラズマ処理装置の構成図、第2図は同期手段
を構成する同期プラズマ発生回路の構成を示すブロック
図、第3図はRFバイアス変調回路、DCバイアス変調
回路の回路構成を示すブロック図、第4図はRF−DC
バイアス混合回路の構成例を示す回路図、第5図は本発
明のプラズマ処理方法を可能にするマイクロ波プラズマ
処理装置構成の一実施例を示す装置構成図、第6図は第
5図におけるRFバイアス変調回路の回路構成を示すブ
ロック回路図、第7図および第8図はそれぞれパルス状
マイクロ波と同期してRF発生器から出力されるRF電
力の時間変化を例示する線図、第9図は従来のRFバイ
アス電圧印加型プラズマ処理装置の構成国、第10図は
本願出暉人が先に提案しているマイクロ波プラズマ処理
装置の装置構tc図である。 1:導波管(マイクロ波伝達手段)  3:プラズマ生
成室、6:励磁用ソレノイド、9:処理室、ll:基板
、13:移送路、17:マイクロ波発生器(マイクロ波
発生手段)、20:RF発生器(RF発生手段)、22
:同期パルス発生回路、23:RFバイアス変調回路、
32:DC発生器(DC発生手段)、33:DCバイア
ス変調回路、41−:RF−DCバイアス混合回路 (混合手段) 夷 閃 男 □□□ 葛4 図 ドr 蜀 乙 図
FIG. 1 is a block diagram of a plasma processing apparatus equipped with DC generator synchronization means and the like according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a synchronous plasma generation circuit constituting the synchronization means, and FIG. The figure is a block diagram showing the circuit configuration of the RF bias modulation circuit and the DC bias modulation circuit, and Figure 4 is the RF-DC
A circuit diagram showing an example of the configuration of a bias mixing circuit, FIG. 5 is an apparatus configuration diagram showing an example of the configuration of a microwave plasma processing apparatus that enables the plasma processing method of the present invention, and FIG. 6 is an RF A block circuit diagram showing the circuit configuration of the bias modulation circuit, FIGS. 7 and 8 are diagrams illustrating temporal changes in RF power output from an RF generator in synchronization with pulsed microwaves, and FIG. 9 respectively. 10 is the configuration of a conventional RF bias voltage application type plasma processing apparatus, and FIG. 10 is a diagram of the apparatus structure of a microwave plasma processing apparatus previously proposed by the applicant of the present application. 1: Waveguide (microwave transmission means) 3: Plasma generation chamber, 6: Excitation solenoid, 9: Processing chamber, 11: Substrate, 13: Transfer path, 17: Microwave generator (microwave generation means), 20: RF generator (RF generation means), 22
: synchronous pulse generation circuit, 23: RF bias modulation circuit,
32: DC generator (DC generation means), 33: DC bias modulation circuit, 41-: RF-DC bias mixing circuit (mixing means)

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)パルス状のマイクロ波発生手段と、該マイクロ波の
伝達手段と、該マイクロ波伝達手段と結合されて前記マ
イクロ波が導入されるとともに、ガス供給手段を介して
供給されたガスを前記マイクロ波との共鳴効果によりプ
ラズマ化して活性な原子,分子またはイオンを生ぜしめ
るための磁力線を発生する励磁用ソレノイドを備え、か
つ軸線が該ソレノイドが生じる磁力線束の中心軸と一致
する開口を前記マイクロ波伝達手段と対向する側に有す
るプラズマ生成室と、該プラズマ生成室と前記開口を介
して結合され該開口から前記磁力線に沿って流出する前
記活性な原子、分子またはイオンにより表面にエッチン
グが施されまたは薄膜が形成される基板が配される処理
室と、該基板にRFバイアス電圧を印加するためのRF
発生手段と、前記プラズマ生成室と前記処理室との排気
を行う真空排気手段とを備えたプラズマ処理装置におい
て、前記RFバイアス電圧に加えてDCバイアス電圧を
印加するためのDC発生手段と、前記パルス状のマイク
ロ波と前記RFバイアス電圧ならびに前記DCバイアス
電圧の発生時期を同期させるための同期手段と、前記R
Fバイアス電圧と前記DCバイアス電圧とを干渉なく前
記基板に印加するための混合手段とを備えることを特徴
とするプラズマ処理装置。 2)直流磁界が生じている真空容器内にパルス状のマイ
クロ波を導入して前記直流磁界と前記マイクロ波との共
鳴効果により前記真空容器内に導入されたガスをプラズ
マ化し、該プラズマを前記直流磁界に沿って移送しつつ
、該移送路に配されRFバイアス電圧が印加される基板
にエッチングを施しあるいは薄膜を形成するプラズマ処
理方法において、前記パルス状のマイクロ波に同期して
前記基板に前記RFバイアス電圧を印加するとともに、
前記マイクロ波のパルス幅内で前記RFバイアス電圧の
大きさを予め設定された時間変化に従って変化させつつ
表面処理を行うことを特徴とするプラズマ処理方法。
[Scope of Claims] 1) A pulsed microwave generating means, a means for transmitting the microwave, and a device coupled to the microwave transmitting means to which the microwave is introduced and supplied via a gas supply means. an excitation solenoid that generates magnetic lines of force for generating active atoms, molecules or ions by converting the gas into plasma by a resonance effect with the microwave, and the axis thereof is the central axis of the magnetic line of force generated by the solenoid. a plasma generation chamber having a matching aperture on the side opposite the microwave transmission means; and the active atoms, molecules or ions coupled to the plasma generation chamber via the aperture and flowing out from the aperture along the magnetic field lines. a processing chamber in which a substrate whose surface is etched or a thin film is formed is disposed, and an RF chamber for applying an RF bias voltage to the substrate;
A plasma processing apparatus comprising a generation means and a vacuum evacuation means for evacuating the plasma generation chamber and the processing chamber, the DC generation means for applying a DC bias voltage in addition to the RF bias voltage; synchronizing means for synchronizing generation timings of the pulsed microwave and the RF bias voltage and the DC bias voltage;
A plasma processing apparatus comprising a mixing means for applying an F bias voltage and the DC bias voltage to the substrate without interference. 2) Pulsed microwaves are introduced into the vacuum vessel in which a DC magnetic field is generated, and the gas introduced into the vacuum vessel is turned into plasma by the resonance effect of the DC magnetic field and the microwaves, and the plasma is converted into plasma. In a plasma processing method that etches or forms a thin film on a substrate arranged in a transfer path and to which an RF bias voltage is applied while being transferred along a DC magnetic field, etching is performed on the substrate in synchronization with the pulsed microwave. While applying the RF bias voltage,
A plasma processing method characterized in that surface treatment is performed while changing the magnitude of the RF bias voltage according to a preset time change within the pulse width of the microwave.
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