JPH08172081A - Plasma surface treater - Google Patents

Plasma surface treater

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JPH08172081A
JPH08172081A JP21838395A JP21838395A JPH08172081A JP H08172081 A JPH08172081 A JP H08172081A JP 21838395 A JP21838395 A JP 21838395A JP 21838395 A JP21838395 A JP 21838395A JP H08172081 A JPH08172081 A JP H08172081A
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JP
Japan
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gas
surface treatment
plasma
vacuum chamber
pressure
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Pending
Application number
JP21838395A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Keizo Suzuki
敬三 鈴木
Takeshi Ninomiya
健 二宮
Shigeru Nishimatsu
茂 西松
Sadayuki Okudaira
定之 奥平
Osami Okada
修身 岡田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To make it possible to obtain the surface treatment characteristics, which are impossible to obtaining by a conventional plasma surface treater, of a wafer by a method wherein a plasma surface treater is provided with a means, which changes the kind, composition and concentration of discharge gas one time only, a plurality of times or periodically in the middle of a surface treatment of the wafer. CONSTITUTION: The air in a vacuum chamber 6 is exhausted to a high vacuum state and a prescribed amount of discharge gas is fed in the chamber 6. For example, SF6 , N2 , He and H2 gases are respectively set at 5×10<-4> Torr, 5×10<-5> Torr, 5×10<-5> Torr and 2.5×10<-5> Torr at the partial pressure of the discharge gas in the camber 6. Then, microwave discharge from a microwave oscillator 1 is generated. An etching is proceeded by the physical and chemical reaction of active particles (F<+> ions and an F radical) generated during the discharge with the surface of an Si wafer. Here the flow rate of the SF6 gas in the middle of the etching is changed. This change in the flow rate of the gas is automatically made by a controller 18 and a needle valve 8a.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はプラズマを用いた表面処
理装置に係り、特に半導体集積回路の製造用に用いられ
るプラズマエッチング装置やプラズマデポジション(プ
ラズマCVD(Chemical Vapour Deposition))装置に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface treatment apparatus using plasma, and more particularly to a plasma etching apparatus and a plasma deposition (plasma CVD) apparatus used for manufacturing a semiconductor integrated circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】プラズマを用いた表面処理装置が工業的
に活発に用いられている。このプラズマ表面処理装置
は、真空室、該真空室内を排気する手段、上記真空室内
にガスを導入する手段、上記真空室内(またはその一部
内)にプラズマを発生する手段、および表面処理される
べき試料を上記真空室内に保持する手段から構成され
る。プラズマ表面処理の特性は、プラズマ発生用ガス
(放電ガス)の種類,組成,濃度によって極端に変化す
る。表面処理の目的によっては、放電ガスの種類,組
成,濃度を処理期間の途中で一定時間(周期的に)変化
させ、特定の処理特性を強調することが必要となる場合
がある。しかし、従来装置ではガス導入手段にガスの種
類,組成,濃度を変化させる機能はなく、処理期間全体
に渡って一定の特性の処理しか行なうことができなかっ
た。
2. Description of the Related Art A surface treatment apparatus using plasma is actively used industrially. This plasma surface treatment apparatus should have a vacuum chamber, a means for exhausting the vacuum chamber, a means for introducing a gas into the vacuum chamber, a means for generating plasma in the vacuum chamber (or a part thereof), and a surface treatment. It comprises means for holding the sample in the vacuum chamber. The characteristics of plasma surface treatment are:
It changes extremely depending on the type, composition, and concentration of (discharge gas). Depending on the purpose of the surface treatment, it may be necessary to change the type, composition, and concentration of the discharge gas for a certain period of time (periodically) during the treatment period to emphasize specific treatment characteristics. However, in the conventional apparatus, the gas introduction means does not have the function of changing the type, composition, and concentration of the gas, and only the processing with a certain characteristic can be performed throughout the processing period.

【0003】図1と図2に従来のプラズマを用いたエッ
チング装置(プラズマエッチング装置)の構成例を示し
てある(菅野卓雄編「半導体プラズマプロセス技術」,
産業図書株式会社,1980 ,pp101〜 164)。図1は有
磁場マイクロ波放電を用いた装置であり、図2はRF放
電を用いた装置である。有磁場マイクロ波放電を発生さ
せる手段は、マイクロ波発振器1(通常マグネトロ
ン)、マイクロ波発振器用電源2、導波管3、放電管
4、電磁石5、永久磁石12により構成される。電磁石
5と永久磁石12は必ずしも両方は必要でなく、どちら
か片方だけでも良い。RF放電を発生させる手段は、R
F電源15、コンデンサー16およびRF電極13,1
4より構成される。下部RF電極14は絶縁物17によ
り電気的に絶縁保持されている。図2では、RF電極1
3,14は真空室6内に設置されているが、場合によっ
てはRF電極13,14を真空室外に設置する場合もあ
る。
FIG. 1 and FIG. 2 show an example of the structure of a conventional plasma etching apparatus (plasma etching apparatus) (Semino Plasma Process Technology, edited by Takuo Sugano,
Sangyo Tosho Co., Ltd., 1980, pp101-164). FIG. 1 shows an apparatus using magnetic field microwave discharge, and FIG. 2 shows an apparatus using RF discharge. The means for generating a microwave with a magnetic field includes a microwave oscillator 1 (usually a magnetron), a microwave oscillator power supply 2, a waveguide 3, a discharge tube 4, an electromagnet 5, and a permanent magnet 12. Both the electromagnet 5 and the permanent magnet 12 are not necessarily required, and only one of them may be used. The means for generating the RF discharge is R
F power supply 15, condenser 16 and RF electrodes 13, 1
It is composed of 4. The lower RF electrode 14 is electrically insulated and held by an insulator 17. In FIG. 2, the RF electrode 1
Although 3 and 14 are installed in the vacuum chamber 6, the RF electrodes 13 and 14 may be installed outside the vacuum chamber in some cases.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】プラズマエッチング装
置を半導体素子製造プロセスに適用するためには、次の
ことが重要な課題となる。 (1) エッチング速さが大きいこと。 (2) 図3(a)に示す被エッチング物質24を、マスク2
5を用いて、図3(c)のようにアンダーカットのない垂
直エッチング(マスク通りのエッチング)を行なうことが
が可能なこと。即ち、微細加工性が良いこと。 エッチング速さを大きくするためには、例えば、被エッ
チング物質24がSi(または poly −Si)である場合
には、SF6またはF2を放電ガスとして用いると良い。
しかし、これらの放電ガスは図3(b)のようにアンダー
カット26が大きく 上記の条件(2)が満足されない。後
に示すごとく本発明を用いて放電ガスの組成を周期的に
変化させることによって、上記の条件(1),(2)を同時に
満足させることが可能となる。
In order to apply the plasma etching apparatus to the semiconductor element manufacturing process, the following are important issues. (1) The etching speed is high. (2) The material to be etched 24 shown in FIG.
5 can be used to perform vertical etching (etching according to the mask) without undercut as shown in FIG. That is, the fine workability is good. In order to increase the etching rate, for example, when the material to be etched 24 is Si (or poly-Si), SF 6 or F 2 may be used as the discharge gas.
However, these discharge gases have large undercuts 26 as shown in FIG. 3B, and the above condition (2) is not satisfied. As described later, by periodically changing the composition of the discharge gas using the present invention, it becomes possible to simultaneously satisfy the above conditions (1) and (2).

【0005】図1,図2の装置は、放電ガスの種類を変
えることによってプラズマデポジション装置(プラズマ
CVD装置)として使うこともできる。例えば、図1,
図2の装置で放電ガスとしてSiH4 とNH3 の混合ガ
スを用いると試料表面にSiとNの混合膜(窒化シリコ
ン(Si−N)膜)が形成され、半導体素子の保護膜とし
て用いることができる。しかし、この窒化シリコン膜中
には多量(原子密度比で10%以上)の水素が混入し、
素子特性を劣下させる( R. B. Fair et al.;IEEE, ED
−28, 83−94 (1981))。また、図1の装置で放電ガスと
してSiF4 とN2 の混合ガスを用いると上記同様に窒
化シリコン膜を形成することができる。しかし、この場
合では膜中に混入する弗素が問題となる。本発明により
放電ガスの組成を周期的に変化させることによって、上
記した水素または弗素の混入量を極めて微量に抑えるこ
とが可能となる。
The apparatus shown in FIGS. 1 and 2 can also be used as a plasma deposition apparatus (plasma CVD apparatus) by changing the type of discharge gas. For example, in Figure 1,
When a mixed gas of SiH 4 and NH 3 is used as a discharge gas in the apparatus of FIG. 2, a mixed film of Si and N (silicon nitride (Si—N) film) is formed on the sample surface and used as a protective film of a semiconductor element. You can However, a large amount (10% or more in atomic density ratio) of hydrogen is mixed in this silicon nitride film,
Inferior device characteristics (RB Fair et al .; IEEE, ED
−28, 83−94 (1981)). When a mixed gas of SiF 4 and N 2 is used as the discharge gas in the apparatus shown in FIG. 1, a silicon nitride film can be formed in the same manner as above. However, in this case, fluorine mixed into the film poses a problem. By periodically changing the composition of the discharge gas according to the present invention, it becomes possible to suppress the above-mentioned amount of hydrogen or fluorine mixed in to an extremely small amount.

【0006】従って、本発明の目的は、上記した従来の
プラズマ表面処理装置では不可能であった表面処理特性
を実現することにある。
Therefore, it is an object of the present invention to realize surface treatment characteristics which are not possible with the conventional plasma surface treatment apparatus described above.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記の目的は、プラズマ
表面処理装置において、放電ガスの種類,組成,濃度
を、表面処理途中で、1回のみ、または複数回、または
周期的に変化させる手段を設けることによって達成され
る。
Means for Solving the Problems The above-mentioned object is a means for changing the type, composition, and concentration of discharge gas only once or a plurality of times or periodically in a plasma surface treatment apparatus during surface treatment. It is achieved by providing.

【0008】[0008]

【作用】プラズマを発生させるための放電ガスの種類,
組成,濃度はプラズマ表面処理特性を最も有効に変化さ
せ得るパラメータである。従って、上記した放電ガスの
種類,組成,濃度を表面処理の途中で変化させることに
よって、特定の表面処理特性を強調することが可能とな
る。
[Function] Type of discharge gas for generating plasma,
Composition and concentration are parameters that can change the plasma surface treatment characteristics most effectively. Therefore, by changing the kind, composition, and concentration of the above-mentioned discharge gas during the surface treatment, it becomes possible to emphasize a specific surface treatment characteristic.

【0009】[0009]

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図4は本
発明によるプラズマエッチング装置の一構成例である。
プラズマ発生手段としては有磁場マイクロ波放電を用
い、被エッチング物質としてはSi(または poly -Si)
の例を示してある。ガス供給手段以外は図1の装置と同
じである。ガス供給手段は、SF6,N2,He,H2
4種類のガス源9a,9b,9c,9d、各ガス源につ
けられたガス流量調整用ニードルバルブ8a,8b,8
c,8d、およびガス配管7から構成される。ただし、
SF6 のニードルバルブ8aによるガス供給量がコント
ローラ18によって電気的に制御されるようになってい
ることが本発明の特徴である。本実施例では、まず真空
室6を高真空(約 1×10~6 Torr)に排気し、次に放
電ガスを所定量供給する。例えば、真空室6内の分圧で
SF6が5×10~4 Torr、N2が5×10~5 Torr、H
eが5×10~5 Torr、H2が2.5×10~5 Torr が一
例である。しかし、各分圧を広範囲(1×10~5 〜 5
×10~3 Torr 程度)に変えても本発明の効果は変わら
ない。次に、電磁石5により放電管4部に磁場を形成
し、マイクロ波発振器(マグネトロン)1からのマイク
ロ波(周波数=1〜10GHz、通常は 周波数=2.4
5GHz)を放電管4内に導入すると有磁場マイクロ波
放電が発生する。すると、放電中で発生した活性な粒子
(例えば、F+ イオンやFラジカル)とSi表面との物
理・化学反応により、エッチングが進行する。本実施例
の特徴は、エッチング途中のSF6ガスの流量を 図5に
示すごとく変化させることである。このガス流量の変化
は、コントローラ18とニードルバルブ8aにより自動
的に行う。SF6 ガスの真空室への供給は、τ1の時間
はQ1なるガス流量で行なわれ、次いでτ2の時間だけQ
2なるガス流量で行なわれる。Q1,Q2の値は任意であ
るが、一例としては Q1は5×10~4 Torr の分圧を与
えるに必要なガス流量(通常の排気系を用いる場合はQ
1=1〜10 SCC/min)であり Q2=0とすることがで
きる。τ1,τ2を決定する条件は後に述べるが、一例と
してτ1=25sec,τ2=5secを選ぶことができる。こ
のようにすることにより、SF6ガスによる高速エッチ
ング(エッチング速さ>200nm/min)がアンダー
カットなく実現される。このような、高速,垂直エッチ
ングが本発明により初めて可能となったことを以下に述
べる。
Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 4 is a structural example of a plasma etching apparatus according to the present invention.
Microwave discharge with magnetic field is used as plasma generation means, and Si (or poly -Si) is used as the material to be etched.
An example of is shown. The apparatus is the same as the apparatus shown in FIG. 1 except for gas supply means. Gas supply means, SF 6, N 2, He , H 2 of 4 kinds of gas sources 9a, 9b, 9c, 9d, the gas flow rate adjusting needle valve 8a attached to the gas source, 8b, 8
c, 8d, and the gas pipe 7. However,
A feature of the present invention is that the gas supply amount of the SF 6 needle valve 8a is electrically controlled by the controller 18. In this embodiment, the vacuum chamber 6 is first evacuated to a high vacuum (about 1 × 10 to 6 Torr), and then a predetermined amount of discharge gas is supplied. For example, SF 6 is 5 × 10 to 4 Torr, N 2 is 5 × 10 to 5 Torr, H
For example, e is 5 × 10 to 5 Torr and H 2 is 2.5 × 10 to 5 Torr. However, the partial pressures wide (1 × 10 ~ 5 ~ 5
The effect of the present invention does not change even if it is changed to (× 10 to 3 Torr). Next, a magnetic field is formed in the discharge tube 4 by the electromagnet 5, and the microwave (frequency = 1 to 10 GHz, usually frequency = 2.4) from the microwave oscillator (magnetron) 1 is generated.
(5 GHz) is introduced into the discharge tube 4 to generate a magnetic field microwave discharge. Then, etching proceeds due to a physical / chemical reaction between active particles (for example, F + ions or F radicals) generated in the discharge and the Si surface. The feature of this embodiment is that the flow rate of SF 6 gas during etching is changed as shown in FIG. This change in gas flow rate is automatically performed by the controller 18 and the needle valve 8a. The SF 6 gas is supplied to the vacuum chamber at a gas flow rate of Q 1 during τ 1 and then Q during τ 2.
The gas flow rate is 2 . The values of Q 1 and Q 2 are arbitrary, but as an example, Q 1 is a gas flow rate required to give a partial pressure of 5 × 10 to 4 Torr (Q when using an ordinary exhaust system).
Can be 1 = 1~10 SCC / min) a and Q 2 = 0. The conditions for determining τ 1 and τ 2 will be described later, but as an example, τ 1 = 25 sec and τ 2 = 5 sec can be selected. By doing so, high-speed etching with SF 6 gas (etching speed> 200 nm / min) is realized without undercut. It will be described below that such high-speed, vertical etching is possible for the first time by the present invention.

【0010】エッチング開始後最初のτ1の期間では プ
ラズマ中に多量の活性な粒子(例えばF+ イオンとFラ
ジカル)が発生してエッチングが進行する。試料10は
プラズマに対して負の浮遊電位V(V=約 −20V)に
なっており、F+イオンは試料表面に垂直に入射する。
したがって F+イオンによるエッチングは試料表面に垂
直となりアンダーカットを発生しない。一方、Fラジカ
ルは電気的に中性であるため試料表面に等方的に入射し
アンダーカットを発生させる。ところが、SF6ガスに
よるエッチングでは、F+ イオンによる効果よりもFラ
ジカルによる効果の方が大きくエッチング形状は図6
(a)に示すごとく等方的となる。即ち τ1の間に表面に
垂直に深さd1だけエッチングされると、横方向にも約
1のアンダーカット26が発生している。次いで SF
6ガスの供給を停止するとプラズマ中のF+ イオンやF
ラジカルは排気されてなくなり、N2 とHe,H2 のみ
の放電となる。この放電中で発生したN+ イオンやNラ
ジカルによって図6(b)に示すようにSi表面(水平面
と側面の両方)が窒化される(表面に窒化シリコン膜2
7が形成される)。SF6ガスの供給をストップしたの
は、F+イオンやFラジカルが存在していてエッチング
が進行していると強固な(緻密な)窒化シリコン膜が形
成されないからである。Heガスを混入しているのは、
以下の理由による。即ち、SF6ガスの供給を停止する
と、N2 の分圧(5×10~5 Torr)のみでは安定な放電
が維持されない。化学的に不活性なHeを混入して放電
ガス圧(全圧)を大きくすることによって放電を安定化
させることができるからである。従って、HeをNe,
Ar,Kr,Xe等の他の希ガスに置き替えても同様の
効果が得られる。また、H2ガスを混入しているのはS
6ガス供給時でのFラジカル濃度を適当に減少させる
ためである。さて、次に再びSF6 ガスを供給すると試
料表面にF+ イオン,Fラジカルが入射してくる。しか
し、Fラジカルだけでは窒化シリコン膜27はほとんど
エッチングされないため、窒化シリコン膜27で覆われ
た側面のエッチングは行なわれず、垂直方向のエッチン
グと新たに現われた側面のエッチングが行なわれる。こ
の時のアンダーカットの大きさは やはりd1である。即
ち、図6(c)のようになる。これをくり返すことによっ
て図6(d)に示すような断面形状をしたエッチングが行
なわれる。τ0=τ1+τ2 を1周期としてSF6ガス供
給の断続をn回くり返したとすると、全エッチング時間
ε
During the first period of τ 1 after the start of etching, a large amount of active particles (for example, F + ions and F radicals) are generated in the plasma and the etching proceeds. The sample 10 has a negative floating potential V (V = about −20 V) with respect to the plasma, and the F + ions are vertically incident on the sample surface.
Therefore, the etching by F + ions is perpendicular to the sample surface and no undercut occurs. On the other hand, since the F radical is electrically neutral, it isotropically enters the surface of the sample and causes an undercut. However, in etching with SF 6 gas, the effect of F radicals is larger than the effect of F + ions, and the etching shape is as shown in FIG.
It becomes isotropic as shown in (a). That is, when the surface is etched by a depth d 1 perpendicular to the surface during τ 1 , an undercut 26 of about d 1 also occurs in the lateral direction. Then SF
6 When the gas supply is stopped, F + ions and F in the plasma
The radicals are not exhausted and are discharged only by N 2 , He, and H 2 . As shown in FIG. 6B, the Si surface (both horizontal and side surfaces) is nitrided by the N + ions and N radicals generated during this discharge (the silicon nitride film 2 is formed on the surface).
7 is formed). The supply of SF 6 gas was stopped because a strong (dense) silicon nitride film cannot be formed when F + ions and F radicals are present and etching is in progress. He gas is mixed in
For the following reasons. That is, when the supply of SF 6 gas is stopped, stable discharge cannot be maintained only by the partial pressure of N 2 (5 × 10 to 5 Torr). This is because the discharge can be stabilized by increasing the discharge gas pressure (total pressure) by mixing chemically inert He. Therefore, He is Ne,
The same effect can be obtained by substituting another rare gas such as Ar, Kr, or Xe. Also, it is S that contains H 2 gas.
This is to appropriately reduce the concentration of F radicals at the time of supplying F 6 gas. Now, when SF 6 gas is supplied again, F + ions and F radicals enter the surface of the sample. However, since the silicon nitride film 27 is hardly etched by only the F radicals, the side surface covered with the silicon nitride film 27 is not etched, but the vertical etching and the newly appearing side surface are etched. The size of the undercut at this time is also d 1 . That is, it becomes as shown in FIG. By repeating this, etching having a sectional shape as shown in FIG. 6D is performed. If the intermittent supply of SF 6 gas is repeated n times with τ 0 = τ 1 + τ 2 as one cycle, the total etching time t ε is

【数1】 tε =nτ0 ………………… (1) であり、垂直方向のエッチング深さdP 、および水平方
向のエッチング量(アンダーカット量)dV
## EQU1 ## t ε = nτ 0 (1), and the vertical etching depth d P and the horizontal etching amount (undercut amount) d V are

【数2】 dP =nd1 ………………… (2)[Formula 2] d P = nd 1 ………………… (2)

【数3】 dV =d1 ………………… (3) である。垂直エッチングとしては、一般にdP /dV
10が必要であるから
## EQU00003 ## d V = d 1 (3) For vertical etching, generally d P / d V >
I need 10

【数4】 n > 10 ………………… (4) が必要である。ただし、SF6 ガスが低ガス圧力であ
り、アンダーカット量の少ないエッチングが可能な場合
には、nの値は小さくてもよい。また、SF6 ガス供給
を停止して残りのF+イオンやFラジカルが排気される
に要する時間をτrとすると
(4) n> 10 …………………… (4) is required. However, if SF 6 gas has a low gas pressure and etching with a small amount of undercut is possible, the value of n may be small. Further, when the time required for stopping the supply of SF 6 gas and exhausting the remaining F + ions and F radicals is τ r

【数5】 τ2 ≫ τr ………………… (5) であることが必要である。τr は真空室内に存在するガ
ス分子,原子の滞在時間であり、真空室の体積をV
(l)とし 排気系の排気速さをS(l/sec)とすると
τr =V/Sである。通常の装置では V=約20l,
S=約1000l/secであるため、τr ≒0.02sec
=20msecである。従って、(5)式より
(5) τ 2 >> τ r …………………… (5) is required. τ r is the residence time of gas molecules and atoms existing in the vacuum chamber, and the volume of the vacuum chamber is V
If (l) and the exhaust speed of the exhaust system is S (l / sec), then τ r = V / S. In a normal device, V = about 20 l,
Since S = approximately 1000 l / sec, τ r ≈0.02 sec
= 20 msec. Therefore, from equation (5)

【数6】 τ2 ≫ 20msec ………………… (6) である必要がある。また、実験によれば、τ1 の間にエ
ッチングされる垂直方向のエッチング深さは200nm
以下であることが必要であった。これ以上τ1 を大きく
すると、一旦形成された側壁の窒化シリコン膜がエッチ
ングされてアンダーカットが大きくなるからである。即
ち、最終的な垂直方向のエッチング速さをε(nm/mi
n)とすると
[Equation 6] τ 2 >> 20 msec …………………… (6) must be satisfied. Also, according to the experiment, the vertical etching depth during τ 1 is 200 nm.
It needed to be: This is because if τ 1 is made larger than this, the silicon nitride film on the sidewall once formed is etched and the undercut becomes large. That is, the final vertical etching speed is ε (nm / mi
n)

【数7】 τ1 < (200/ε)×60 ………………… (7) である必要がある。例えば ε=200nm/minとする
とτ1<60secが必要である。また、τ2 の間ではエッ
チングが行なわれないからτ2≪τ1も実用的には必要と
なる。以上の条件により、前述では、τ1=25sec,τ
2=5secの結果を述べたが、τ1=5〜60secで τ2
(1/5〜1/50)×τ1 としても同様の効果(即
ち、Siのエッチング速さε≒200nm/min で、ア
ンダーカットが殆どないエッチング)が得られることを
実験的に確認している。
(7) τ 1 <(200 / ε) × 60 …………………… (7) must be satisfied. For example, if ε = 200 nm / min, τ 1 <60 sec is required. Further, since etching is not performed during τ 2 , τ 2 << τ 1 is also practically necessary. Under the above conditions, in the above, τ 1 = 25 sec, τ
Mentioned results 2 = 5 sec, but τ 1 = 5~60sec τ 2 =
It was experimentally confirmed that the same effect (that is, etching with Si etching speed ε≈200 nm / min and almost no undercut) can be obtained even with (1/5 to 1/50) × τ 1. There is.

【0011】図4に示した実施例では、有磁場マイクロ
波放電を用いた装置について述べているが、RF放電を
用いたプラズマエッチング装置に本発明を適用しても同
様の効果が得られる。また、図4の実施例では、SF6
+N2+He+H2 の混合ガスについて示したが、SF6
の代わりにF2、さらには他のハロゲン元素を含むガス
(例えば、Cnmガス(CF4,C26,C38,C4
8,C410 等),NF3ガス、Cl2ガス、CnClm
ス(CCl4,C2Cl6 等)、CnmClk(n,m,
k;整数)ガス、CnmClki(n,m,k,i;整
数)ガス、BClガス、その他BrやIを含むガス
等)を用いても効果は同様である。また、Nの代わり
にO2や C−H系化合物ガス、さらにはN,O,Cのう
ちいずれか一つ又は複数の元素を含むガスを用いても効
果は同様である(なぜなら、それにより得られる酸化シ
リコンやSiC膜は先の窒化シリコン膜と同様にFラジ
カルではエッチングされないからである)。ただし、O
2 を用いると、マスク材として用いる光レジストがエッ
チングされ易いという問題が発生する。また、SF6
ス分圧が適当な時には、H2 混入をやめても、本発明の
効果はかわらない。また、本実施例では被エッチング物
質がSi(または poly −Si)の場合について示した
が、被エッチング物質がMo,W,Alまたはこれらの
シリサイドであっても効果は同じである。また、図4の
実施例では、試料台および試料が放電管の下部に位置し
ているが、これらを放電管内に設置しても良い。こうす
ることによって試料表面に入射するF+ イオン,Fラジ
カルが増大してエッチング速さを増大させることができ
る。
The embodiment shown in FIG. 4 describes an apparatus using a magnetic field microwave discharge, but the same effect can be obtained by applying the present invention to a plasma etching apparatus using an RF discharge. Further, in the embodiment of FIG. 4, SF 6
+ N 2 + He + has been described mixed gas of H 2, SF 6
Gas containing F 2 and other halogen elements instead of (for example, C n F m gas (CF 4 , C 2 F 6 , C 3 F 8 , C 4 F
8 , C 4 F 10 etc.), NF 3 gas, Cl 2 gas, C n Cl m gas (CCl 4 , C 2 Cl 6 etc.), C n F m Cl k (n, m,
k; integers) gas, C n F m Cl k H i (n, m, k, i; an integer) gas, BCl 3 gas, even with a gas or the like) containing the other Br or I effects are the same. The same effect can be obtained by using O 2 or a C—H-based compound gas instead of N 2 and a gas containing one or more elements of N, O, and C (because of that, This is because the silicon oxide or SiC film obtained by (1) is not etched by F radicals like the above silicon nitride film). However, O
The use of 2 causes a problem that the photoresist used as the mask material is easily etched. Further, when the SF 6 gas partial pressure is appropriate, the effect of the present invention is not changed even if H 2 mixing is stopped. In addition, although the case where the substance to be etched is Si (or poly-Si) is shown in the present embodiment, the same effect is obtained even when the substance to be etched is Mo, W, Al or a silicide thereof. Further, in the embodiment of FIG. 4, the sample stage and the sample are located under the discharge tube, but they may be installed inside the discharge tube. By doing so, the F + ions and F radicals incident on the sample surface are increased and the etching rate can be increased.

【0012】図7に、本発明の他の一実施例を示す。図
4に示した実施例と異なる点は以下の通りである。 (1) 試料台11および試料10に電源15により外部電
圧を印加する手段が設けられている。外部電圧として
は、直流,交流のいずれでも良いが、試料10表面に電
気的に絶縁性の薄膜が存在する場合には交流電圧(高周
波電圧(RF電圧))の方が絶縁薄膜表面での帯電を防止
するために優れている。実験的では、高周波電圧の周波
数は100〜1000KHz、振幅は0〜200Vが適
当であった。 (2) 試料台11を冷却する機能(試料台冷却機構19)
が設けられている。 (3) N2とHe,H2ガス(場合によっては、N2と、H
e,H2のどちらか一つ)が、試料台11内部、試料台
11と試料10との間隙を通って真空室6内に導入され
る。 上記(2)と(3)の機能によってエッチング中での試料10
の温度上昇を防ぐことができる。これは、マスク材であ
る光レジストの変質防止に有効である。また、上記(1)
の機能により 試料に入射するイオンを加速できるた
め、エッチング速さの増大およびアンダーカットの減少
に有効である。外部電圧(高周波電圧)は、エッチング
中(表面処理中)常時印加していても構わない。しか
し、高周波電圧印加によってマスク材の変質消耗が加速
されるため、SF6 ガスの供給を停止する期間(即ち
図5のτ2の期間)内は高周波電圧印加を停止すること
がマスク材の変質,消耗防止に有効である。本実施例の
効果は、(1) 被エッチング物質をSi, poly −Si以
外の物質(Mo,W,Alおよびこれらのシリサイド
等)に代えても、(2) SF6 ガスを他のハロゲン元素を
含むガス(図4の実施例の説明欄参照)に代えても、
(3) Heガスを他の希ガスに代えても、(4) H2 ガスを
除いても、同様に有効である。また、試料台の冷却と試
料台を通してのガス導入の方法は、本発明を適用した他
のプラズマエッチング装置やプラズマ表面処理装置全搬
について有効である。また、高周波(RF)電圧を印加す
る方法は本発明を用いたプラズマ表面処理装置全搬に対
し有効である。
FIG. 7 shows another embodiment of the present invention. Differences from the embodiment shown in FIG. 4 are as follows. (1) A means for applying an external voltage to the sample table 11 and the sample 10 by the power supply 15 is provided. The external voltage may be either direct current or alternating current, but when an electrically insulating thin film is present on the surface of the sample 10, the alternating voltage (high frequency voltage (RF voltage)) is charged on the surface of the insulating thin film. Is excellent to prevent. Experimentally, it is suitable that the frequency of the high frequency voltage is 100 to 1000 KHz and the amplitude is 0 to 200V. (2) Function to cool the sample table 11 (Sample table cooling mechanism 19)
Is provided. (3) N 2 and He, H 2 gas (in some cases, N 2 and H
One of e and H 2 ) is introduced into the vacuum chamber 6 through the inside of the sample table 11 and the gap between the sample table 11 and the sample 10. Sample 10 during etching due to the functions of (2) and (3) above
Can prevent the temperature rise. This is effective in preventing alteration of the photoresist used as a mask material. Also, above (1)
This function is effective in increasing the etching speed and reducing undercuts because it can accelerate the ions entering the sample. The external voltage (high frequency voltage) may be constantly applied during etching (during surface treatment). However, since the deterioration and consumption of the mask material is accelerated by the application of the high frequency voltage, the period during which the supply of SF 6 gas is stopped (that is,
It is effective to prevent the deterioration and wear of the mask material by stopping the application of the high frequency voltage within the period of τ 2 in FIG. The effects of this embodiment are as follows: (1) Even if the material to be etched is replaced with a material other than Si or poly-Si (Mo, W, Al and their silicides), (2) SF 6 gas is replaced with another halogen element. Even if it is replaced with a gas containing (see the explanation column of the embodiment of FIG. 4),
Even if (3) He gas is replaced with other rare gas, or (4) H 2 gas is removed, it is similarly effective. Further, the method of cooling the sample table and introducing the gas through the sample table is effective for all other plasma etching apparatuses and plasma surface treatment apparatus carrying the present invention. Further, the method of applying the radio frequency (RF) voltage is effective for the entire transportation of the plasma surface treatment apparatus using the present invention.

【0013】図8に、本発明のさらに他の一実施例を示
す。本実施例の特徴は、SF6 ガスのガス流量のみでな
く、N2 ガスのガス流量と高周波電源15の駆動,停止
とがコントローラ18からの電気的信号によって制御さ
れていることである。また、HeガスとH2 ガスを使用
していない。図9(a)に、SF6 ,N2 ガスの流量と高
周波電圧印加の制御の一例が示してある。τ1 ,τ2
τ0 は、図4の実施例で説明した値が適当である。例え
ば、τ1 =27.5 sec ,τ0 =2.5 sec とすること
ができる。ガス流量Q1 ,Q2 ,Q1′,Q2′は自由で
あるが、例えばQ1 = Q1′,Q2 = Q2′=0 とす
ることができる。Q1 ,Q1′の値としては、例えば真
空室6内のガス圧力が5×10~4 Torr となるような値
とすることができる。また、V1 ,V2 の値も自由であ
るが、例えばV1=100V,V2=0Vとすることがで
きる。印加高周波電圧の振幅を変化させる理由は先の図
7の実施例中で述べたのと同じである。本実施例では、
先の図4の実施例の場合とは異なって、SF6ガスの供
給を停止すると同時にN2ガスの供給量を増大すること
によって次のような利点が生ずる。 (1) 真空室内のガス圧力が、常に放電維持に十分な高圧
力(一般に 1×10~4Torr以上)になっているため
に、図4の実施例のように放電補助ガス(He等の希ガ
ス)の導入を必要としない。 (2) τ2の期間中でのN2の分圧が高くなるので、短いτ
2時間で 緻密な窒化シリコン保護膜を形成できる。 本実施例の方法で、シリコンのエッチング速さが250
nm/min のときアンダーカットのないエッチングが実
現した。使用するガスの種類を変えれば、本実施例の方
法が他の被エッチング物質のエッチングや、他のプラズ
マ表面処理全搬に対し適用可能なことは当然である。本
実施例の方法では、SF6やN2ガスの供給量を変えた
り、高周波印加電圧を変えるタイミングが同時になって
いるが、これらのタイミングを互いにずらしてもかまわ
ない(図9(b)参照)。τa ,τb は互いの位相のずれ
を表わす。例えば、高周波電圧を印加する時間をτ1
をτ1よりも小さくし、必要最小限にすることによっ
て、上述した高周波電圧印加による素子特性の劣化を最
小限に抑えることができる。
FIG. 8 shows still another embodiment of the present invention. A feature of the present embodiment is that not only the gas flow rate of SF 6 gas but also the gas flow rate of N 2 gas and the driving and stopping of the high frequency power supply 15 are controlled by electrical signals from the controller 18. Moreover, He gas and H 2 gas are not used. FIG. 9A shows an example of control of the flow rates of SF 6 and N 2 gas and application of high-frequency voltage. τ 1 , τ 2 ,
The value described in the embodiment of FIG. 4 is suitable for τ 0 . For example, τ 1 = 27.5 sec and τ 0 = 2.5 sec can be set. The gas flow rates Q 1 , Q 2 , Q 1 ′ and Q 2 ′ are free, but they can be, for example, Q 1 = Q 1 ′, Q 2 = Q 2 ′ = 0. The values of Q 1 and Q 1 ′ can be set such that the gas pressure in the vacuum chamber 6 is 5 × 10 4 Torr, for example. Although the values of V 1 and V 2 are also free, they can be set to V 1 = 100V and V 2 = 0V, for example. The reason why the amplitude of the applied high frequency voltage is changed is the same as described in the embodiment of FIG. In this embodiment,
Unlike the case of the embodiment shown in FIG. 4, the following advantages are brought about by stopping the supply of SF 6 gas and simultaneously increasing the supply amount of N 2 gas. (1) Since the gas pressure in the vacuum chamber is always high enough to maintain discharge (generally 1 × 10 to 4 Torr or higher), the discharge auxiliary gas (such as He or the like) as in the embodiment of FIG. No introduction of noble gas) is required. (2) Since the partial pressure of N 2 during the period of τ 2 becomes high, a short τ
A dense silicon nitride protective film can be formed in 2 hours. According to the method of this embodiment, the etching rate of silicon is 250.
Etching without undercut was realized at nm / min. Of course, if the type of gas used is changed, the method of the present embodiment can be applied to etching other substances to be etched and other plasma surface treatments. In the method of the present embodiment, the timing of changing the supply amount of SF 6 and N 2 gas and the timing of changing the high frequency applied voltage are the same, but these timings may be shifted from each other (see FIG. 9 (b)). ). τ a and τ b represent the mutual phase shifts. For example, the time to apply high frequency voltage is τ 1
Is smaller than τ 1 and is a necessary minimum, so that the deterioration of the element characteristics due to the high frequency voltage application can be minimized.

【0014】図10は、図8の実施例で説明した方法を
RF放電を用いたエッチング装置に適用した場合の一実
施例を示している。
FIG. 10 shows an embodiment in which the method described in the embodiment of FIG. 8 is applied to an etching apparatus using RF discharge.

【0015】図11は、試料台に公転(自公転)板20
を用いて複数枚の試料10を同時にエッチングする装置
に本発明を適用した例を示している。試料表面にはプラ
ズマが間歇的に照射されてエッチングが進行する。プラ
ズマ発生手段としては有磁場マイクロ波放電を用いてい
る。試料台に高周波電圧が印加可能なことおよびガス流
量と高周波電圧の印加がコントローラ18で制御される
ことは、図8の実施例と同じである。本実施例で注意し
なければならないことは、複数枚の試料間でのエッチン
グ進行のバラつき(誤差)をなくすためには、公転板2
0の回転とガス流量および高周波電圧印加の制御とを連
動させて行なう必要があることである。従って、図に示
した如く、コントローラ18からの電気信号に従って公
転板駆動機構21を働かせること(または、その逆)が
望ましい。一般的には公転板20の公転周期(1回転に
要する時間)をτr とすると、図9に示したコントロー
ラ18の周期τ0はτr/τ0≒整数、または τ0/τr
整数の関係を持つことが望ましい。本実施例はガス種を
変えればプラズマCVD装置にも適用可能である。
FIG. 11 shows an orbiting plate 20 on the sample table.
An example is shown in which the present invention is applied to an apparatus for simultaneously etching a plurality of samples 10 by using. The surface of the sample is intermittently irradiated with plasma and etching progresses. A magnetic field microwave discharge is used as the plasma generating means. The high frequency voltage can be applied to the sample stage and the controller 18 controls the gas flow rate and the high frequency voltage, as in the embodiment of FIG. It should be noted that in the present embodiment, the revolution plate 2 is used in order to eliminate variations (errors) in etching progress among a plurality of samples.
This means that the rotation of 0 and the control of the gas flow rate and the high frequency voltage application must be performed in conjunction with each other. Therefore, as shown in the figure, it is desirable to operate the revolution plate drive mechanism 21 according to the electric signal from the controller 18 (or vice versa). Generally, when the revolution period of the revolution plate 20 (time required for one rotation) is τ r , the period τ 0 of the controller 18 shown in FIG. 9 is τ r / τ 0 ≈integer, or τ 0 / τ r
It is desirable to have an integer relationship. This embodiment can also be applied to a plasma CVD apparatus by changing the gas type.

【0016】図12に、終点検知機構22を有したエッ
チング装置に本発明を適用した例を示してある。プラズ
マ発生方法としては有磁場マイクロ波放電を用いた例に
ついて示してある。一般に終点検知は、被エッチング物
質がなくなった時のプラズマの状態の変化を捉えて行
う。一方、供給ガスの種類,組成,濃度を変えるとプラ
ズマの状態が大きく変化するため、プラズマからの終点
検知の信号を取り入れる時期をガス流量および高周波電
圧印加の制御と連動させる必要がある。従って、本実施
例では終点検知機構22がコントローラ18からの信号
を受けて動作するようになっている。本実施例の方法
が、他のプラズマエッチング装置や、他の放電ガスによ
るエッチング装置にも適用可能なことは、図4,図8の
実施例の場合と同様である。
FIG. 12 shows an example in which the present invention is applied to an etching apparatus having an end point detection mechanism 22. As a plasma generation method, an example using a magnetic field microwave discharge is shown. In general, the end point detection is performed by capturing the change in the plasma state when the substance to be etched is exhausted. On the other hand, when the type, composition, and concentration of the supply gas are changed, the state of the plasma greatly changes. Therefore, it is necessary to link the timing of receiving the signal for detecting the end point from the plasma with the control of the gas flow rate and the high frequency voltage application. Therefore, in this embodiment, the end point detection mechanism 22 operates by receiving a signal from the controller 18. The method of the present embodiment can be applied to other plasma etching apparatuses and etching apparatuses using other discharge gases, as in the case of the embodiments of FIGS. 4 and 8.

【0017】エッチングの断面形状としては、必ずしも
垂直エッチングによる矩形ばかりでなく、若干のアンダ
ーカットによる台形や逆台形(素子間のアイソレーショ
ン用エッチングやオーバーハング除去のエッチングに有
効)が望まれる場合がある。このような要望は、図9の
τ1,τ2,τ0,Q1,Q2,Q1′,Q2′,V1,V2
エッチング処理の途中で適当に変えることによって実現
できる。
As the cross-sectional shape of etching, not only a rectangle formed by vertical etching but also a trapezoid formed by slight undercut or an inverted trapezoid (effective for etching for isolation between elements and etching for removing overhang) may be desired. is there. Such a request can be realized by appropriately changing τ 1 , τ 2 , τ 0 , Q 1 , Q 2 , Q 1 ′, Q 2 ′, V 1 and V 2 of FIG. 9 during the etching process. .

【0018】図13は、プラズマCVD装置に本発明を
適用した例を示している。プラズマ発生手段としては有
磁場マイクロ波放電を用いている。一例としてSiF4
とN2ガスによって窒化シリコン膜(Si−N膜)を形
成する例を示してある。構造としては図8と同じである
が、SF6ガスがSiF4ガスに替わっている。ガス流量
の調整、高周波電圧印加の制御の一例が図14に示して
ある。τ1 ,τ2 ,τ0の条件は後に説明するが、例え
ば τ1=3秒,τ2=3秒,τ0=τ1+τ2=6秒とする
ことができる。Q1 ,Q2 ,Q1′,Q2′も自由である
が、例えばQ1 ,Q1′としては真空室内のSiF4とN
2ガスの圧力がそれぞれ 4×10~4 Torrと 8×10~4
Torr になるように選ぶことができる。また、Q2
0,Q2′=1/2Q1′とするのが適当である。また、
1,V2も自由であるが、例えばV1=100V,V2
50V が一例である。本実施例を用いることにより、
F元素の混入の少ないSi−N膜を形成できる。その理
由は以下の通りである。即ち、τ1 の時間に(SiF4
+N2)ガスの放電によって試料表面にSi−N膜が形
成されるが、この時に膜内にF元素が混入する。次に、
SiF4ガスの供給が停止され、N2ガスの供給量が増大
される(τ2 の期間)と、N2 放電で形成されるNラジ
カルがSi−N膜表面に入射して 2(Si−F)+2N → 2(Si−N)+F2↑ の反応によってF元素を膜中から遊離蒸発させる。これ
をくり返すことによってF元素混入の少ないSi−N膜
が形成される。図4の実施例と同様に、τ2 は真空室6
中のガス分子,原子の滞在時間τr よりも十分大きいこ
とが必要である。即ち、
FIG. 13 shows an example in which the present invention is applied to a plasma CVD apparatus. A magnetic field microwave discharge is used as the plasma generating means. As an example, SiF 4
And an N 2 gas is used to form a silicon nitride film (Si—N film). Although the structure is the same as that of FIG. 8, the SF 6 gas is replaced by the SiF 4 gas. An example of adjusting the gas flow rate and controlling the high frequency voltage application is shown in FIG. The conditions of τ 1 , τ 2 , and τ 0 will be described later, but for example, τ 1 = 3 seconds, τ 2 = 3 seconds, τ 0 = τ 1 + τ 2 = 6 seconds can be set. Q 1 , Q 2 , Q 1 ′, and Q 2 ′ are also free, but for example, Q 1 and Q 1 ′ are SiF 4 and N in the vacuum chamber.
2 Gas pressure is 4 × 10 ~ 4 Torr and 8 × 10 ~ 4 respectively
You can choose to be Torr. Also, Q 2 =
It is appropriate that 0, Q 2 ′ = ½Q 1 ′. Also,
V 1 and V 2 are also free, but for example V 1 = 100V, V 2 =
50V is an example. By using this example,
It is possible to form a Si-N film containing less F element. The reason is as follows. That is, at the time of τ 1 (SiF 4
A Si-N film is formed on the surface of the sample by the discharge of + N 2 ) gas, but at this time, the F element is mixed in the film. next,
When the supply of SiF 4 gas is stopped and the supply amount of N 2 gas is increased (the period of τ 2 ), N radicals formed by N 2 discharge are incident on the surface of the Si-N film and 2 (Si- F element is liberated and evaporated from the film by the reaction of F) + 2N → 2 (Si—N) + F 2 ↑. By repeating this, a Si-N film containing less F element is formed. Similar to the embodiment of FIG. 4, τ 2 is the vacuum chamber 6
It must be sufficiently longer than the residence time τ r of the gas molecules and atoms inside. That is,

【数8】 τ2 ≫ τr ≒ 20msec ………………… (8) が必要である。また、実験によればτ2 の期間中にF元
素を十分に除去するためには、τ1 の期間中に形成され
る膜厚が10nm以下である必要がある。即ち、τ2
0sec として連続に膜形成した時の膜形成速さをD(n
m/min)とするとτ1
(8) τ 2 >> τ r ≈ 20 msec …………………… (8) is required. Further, according to the experiment, in order to sufficiently remove the F element during the period of τ 2 , the film thickness formed during the period of τ 1 needs to be 10 nm or less. That is, τ 2 =
When the film is continuously formed with 0 sec, the film forming speed is D (n
m / min), τ 1 is

【数9】 τ1 < (10/D)×60 ………………… (9) である必要がある。通常D≒100nm/min であるか
It is necessary that τ 1 <(10 / D) × 60 …………………… (9). Usually D ≈ 100 nm / min

【数10】 τ1 < 6 sec ………………… (10) が必要である。本実施例と同様の方法は、RF放電を用
いた他のプラズマCVD装置にも適用可能である。ま
た、ガス種を変えれば、Si−N膜以外の膜のプラズマ
CVD装置にも適用可能である。
[Equation 10] τ 1 <6 sec …………………… (10) is required. The method similar to that of this embodiment can be applied to other plasma CVD apparatuses using RF discharge. Further, if the gas species is changed, it can be applied to a plasma CVD apparatus for films other than the Si-N film.

【0019】図15は、開閉バルブを用いてガス流量を
制御する方法例を示すものであり、前述した本発明の全
ての実施例に適用可能である。本実施例は、各ガス種
(例えばガスA)に対して、ニードルバルブ8aと2つ
の開閉弁23a,23a′およびこれらを継なぐ配管系
から構成されている。2つの開閉弁23a,23a′は
コントローラ18からの信号によって開閉を制御され
る。ボンベ9a,9bから出たガスはニードルバルブ8
a,8bによって常に一定量が流れるように調整されて
いる。開閉バルブ23aを開け23a′を閉じればガス
を真空室内に導入できる。また、バルブ23aを閉じれ
ば真空室へのガス導入は停止されるが、このままではバ
ルブ23aとニードルバルブ8aとの間にガスが溜って
しまい、次に23aを開けた時にこの溜ったガスが真空
室内へ流入してしまうので、正確な流入量の制御ができ
なくなってしまう。これを防ぐために、バルブ23aを
閉じると同時に、バルブ23a′を開いてバルブ23a
とニードルバルブ8aとの間に溜るガスを排気するよう
になっている。次に再び真空室へガスを導入するには、
バルブ23a′を閉じ、バルブ23aを開ければ良い。
この方法の特徴は、ニードルバルブの開口度を直接制御
するよりも、流量制御の再現性,制御性が良いことであ
る。2つの開閉バルブ23a,23a′は、一つの三方
バルブに置き替えることも可能である。図15のガス種
は、必要に応じて増やことが可能である。
FIG. 15 shows an example of a method of controlling the gas flow rate by using an opening / closing valve, and is applicable to all the embodiments of the present invention described above. This embodiment is composed of a needle valve 8a, two on-off valves 23a and 23a 'for each gas type (for example, gas A), and a piping system connecting these valves. The opening / closing of the two opening / closing valves 23a and 23a 'is controlled by a signal from the controller 18. Gas emitted from the cylinders 9a and 9b is needle valve 8
It is adjusted by a and 8b so that a constant amount always flows. Gas can be introduced into the vacuum chamber by opening the open / close valve 23a and closing 23a '. Further, if the valve 23a is closed, the gas introduction to the vacuum chamber is stopped, but if it remains as it is, gas will accumulate between the valve 23a and the needle valve 8a. Since it will flow into the room, it will not be possible to control the inflow rate accurately. In order to prevent this, at the same time as closing the valve 23a, the valve 23a 'is opened to open the valve 23a.
The gas accumulated between the needle valve 8a and the needle valve 8a is exhausted. Next, to introduce gas into the vacuum chamber again,
The valve 23a 'may be closed and the valve 23a may be opened.
The feature of this method is that the flow rate control has better reproducibility and controllability than that of directly controlling the opening degree of the needle valve. The two open / close valves 23a and 23a 'can be replaced with one three-way valve. The gas species in FIG. 15 can be increased if necessary.

【0020】[0020]

【発明の効果】本発明によって、プラズマ表面処理装置
の放電ガス種,組成,濃度を処理途中で変化させれば、
表面処理の特性を時系列的に変化させることができ特定
の処理特性を一定期間強調することが可能となる。この
結果、従来装置では不可能であった表面処理特性を実現
することが可能となる。
According to the present invention, if the discharge gas species, composition and concentration of the plasma surface treatment apparatus are changed during the treatment,
It is possible to change the characteristics of the surface treatment in time series, and it becomes possible to emphasize specific treatment characteristics for a certain period. As a result, it becomes possible to realize the surface treatment characteristics that were impossible with the conventional apparatus.

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

【図1】従来のプラズマ表面処理装置の一構成例を示す
図。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a conventional plasma surface treatment apparatus.

【図2】従来のプラズマ表面処理装置の他の一構成例を
示す図。
FIG. 2 is a diagram showing another configuration example of a conventional plasma surface treatment apparatus.

【図3】垂直エッチングと非垂直エッチングの説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram of vertical etching and non-vertical etching.

【図4】本発明の一実施例になるプラズマ表面処理装置
の構成を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a plasma surface treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図5】第4図の実施例装置におけるSF6 ガス流量の
制御例を示す図。
5 is a diagram showing an example of controlling the SF 6 gas flow rate in the apparatus of the embodiment shown in FIG.

【図6】第4図の実施例装置によるエッチングの進行状
況説明図。
6 is an explanatory view of the progress of etching by the apparatus of the embodiment shown in FIG.

【図7】本発明の他の一実施例になるプラズマ表面処理
装置の構成を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing the configuration of a plasma surface treatment apparatus according to another embodiment of the present invention.

【図8】本発明のさらに他の一実施例になるプラズマ表
面処理装置の構成を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a plasma surface treatment apparatus according to still another embodiment of the present invention.

【図9】第8図の実施例におけるガス流量と高周波電圧
付加の制御例を示す図。
9 is a diagram showing a control example of gas flow rate and high frequency voltage application in the embodiment of FIG.

【図10】本発明のさらに他の一実施例になるプラズマ
表面処理装置の構成を示す図。
FIG. 10 is a diagram showing the configuration of a plasma surface treatment apparatus according to still another embodiment of the present invention.

【図11】本発明のさらに他の一実施例になるプラズマ
表面処理装置の構成を示す図。
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a plasma surface treatment apparatus according to still another embodiment of the present invention.

【図12】本発明のさらに他の一実施例になるプラズマ
表面処理装置の構成を示す図。
FIG. 12 is a diagram showing the configuration of a plasma surface treatment apparatus according to still another embodiment of the present invention.

【図13】本発明のさらに他の一実施例になるプラズマ
表面処理装置の構成を示す図。
FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a plasma surface treatment apparatus according to still another embodiment of the present invention.

【図14】第13図の実施例におけるガス流量と高周波
電圧印加の制御例を示す図。
14 is a diagram showing an example of control of gas flow rate and high frequency voltage application in the embodiment of FIG.

【図15】本発明における導入ガス流量制御機構の他の
一構成例を示す図。
FIG. 15 is a diagram showing another configuration example of the introduced gas flow rate control mechanism in the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…マイクロ波発振器、 2…マイクロ波
発振器用電源、3…導波管、
4…放電管、5…電磁石、 6
…真空室、7…配管、 8…
ニードルバルブ、9…ガス源(ガスボンベ)、
10…試料、11…試料台、 1
2…永久磁石、13…上側RF電極、
14…下側RF電極、15…高周波(RF)電源、
16…コンデンサー、17…絶縁物、
18…コントローラ、19…試料台冷却機
構、 20…公転板(又は自公転板)、2
1…公転板(自公転板)駆動機構、 22…終点検知機
構、23a,23b…開閉バルブ、 23a′,
23b′…開閉バルブ、24…被エッチング物質、
25…マスク、26…アンダーカット、
27…窒化シリコン膜。
1 ... Microwave oscillator, 2 ... Microwave oscillator power supply, 3 ... Waveguide,
4 ... Discharge tube, 5 ... Electromagnet, 6
… Vacuum chamber, 7… Piping, 8…
Needle valve, 9 ... Gas source (gas cylinder),
10 ... Sample, 11 ... Sample stand, 1
2 ... Permanent magnet, 13 ... Upper RF electrode,
14 ... Lower RF electrode, 15 ... Radio frequency (RF) power supply,
16 ... Capacitor, 17 ... Insulator,
18 ... Controller, 19 ... Sample stage cooling mechanism, 20 ... Revolution plate (or revolving plate), 2
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Revolution plate (auto revolution plate) drive mechanism, 22 ... End point detection mechanism, 23a, 23b ... Open / close valve, 23a ',
23b '... open / close valve, 24 ... material to be etched,
25 ... Mask, 26 ... Undercut,
27 ... Silicon nitride film.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥平 定之 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 岡田 修身 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Sadayuki Okudaira 1-280, Higashi Koikeku, Kokubunji, Tokyo 1-280, Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor, Shuji Okada 1-280, Higashi Koikeku, Kokubunji, Tokyo Hitachi, Ltd. Central Research Center

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】真空室、該真空室内を排気する手段、前記
真空室内にガスを導入する手段、および前記真空室内に
プラズマを発生させる手段を有し、この発生プラズマに
より試料の表面処理を行なうプラズマ表面処理装置にお
いて、上記試料の表面処理の途中において、上記真空室
内に導入するガスの種類、組成、圧力または分圧を複数
回にわたって周期的に変化させる機構を付設してなるこ
とを特徴とするプラズマ表面処理装置。
1. A vacuum chamber, means for evacuating the vacuum chamber, means for introducing gas into the vacuum chamber, and means for generating plasma in the vacuum chamber, and surface treatment of a sample is performed by the generated plasma. In the plasma surface treatment apparatus, during the surface treatment of the sample, a mechanism for periodically changing the type, composition, pressure or partial pressure of the gas introduced into the vacuum chamber over a plurality of times is provided. Plasma surface treatment device.
【請求項2】前記導入ガスの種類、組成、圧力または分
圧を複数回にわたって周期的に変化させる機構は、コン
トローラを介して上記導入ガスの種類、組成、圧力また
は分圧を自動的に複数回にわたって周期的に変化させる
ものであることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記
載のプラズマ表面処理装置。
2. A mechanism for periodically changing the type, composition, pressure or partial pressure of the introduced gas over a plurality of times is such that the type, composition, pressure or partial pressure of the introduced gas is automatically changed through a controller. The plasma surface treatment apparatus according to claim 1, wherein the plasma surface treatment apparatus is one that is periodically changed over time.
【請求項3】前記導入ガスの種類、組成、圧力または分
圧を複数回にわたって周期的に変化させる機構は、前も
って定められたプログラムに従って、上記導入ガスの種
類、組成、圧力または分圧を自動的に複数回にわたって
周期的に変化させる機能を有するものであることを特徴
とする特許請求の範囲第1項に記載のプラズマ表面処理
装置。
3. The mechanism for cyclically changing the type, composition, pressure or partial pressure of the introduced gas a plurality of times automatically adjusts the type, composition, pressure or partial pressure of the introduced gas according to a predetermined program. The plasma surface treatment apparatus according to claim 1, which has a function of periodically changing over a plurality of times.
【請求項4】前記導入ガスの種類、組成、圧力または分
圧を複数回にわたって周期的に変化させる周期が、前記
真空室内における上記導入ガスの分子又は原子の滞在時
間よりも長いことを特徴とする特許請求の範囲第2また
は3項に記載のプラズマ表面処理装置。
4. The cycle of cyclically changing the type, composition, pressure or partial pressure of the introduced gas a plurality of times is longer than the residence time of the molecules or atoms of the introduced gas in the vacuum chamber. The plasma surface treatment apparatus according to claim 2 or 3.
【請求項5】前記導入ガスの種類、組成、圧力または分
圧を複数回にわたって周期的に変化させる機構は、試料
の表面処理の進行状況を測定し、該測定結果をフィード
バックさせるプログラムに従って、上記導入ガスの種
類、組成、圧力または分圧を変化させるものであること
を特徴とする特許請求の範囲第1項に記載のプラズマ表
面処理装置。
5. A mechanism for cyclically changing the type, composition, pressure or partial pressure of the introduced gas a plurality of times, the progress of the surface treatment of the sample is measured, and the measurement result is fed back according to a program. The plasma surface treatment apparatus according to claim 1, wherein the type, composition, pressure or partial pressure of the introduced gas is changed.
【請求項6】真空室、該真空室内を排気する手段、前記
真空室内にガスを導入する手段、前記真空室内にプラズ
マを発生させる手段、および該発生プラズマにより表面
処理されるべき試料に外部電圧を印加する手段を有する
プラズマ表面処理装置において、上記試料の表面処理の
途中において、上記導入ガスの種類、組成、圧力または
分圧を複数回にわたって周期的に変化させる機構を付設
してなることを特徴とするプラズマ表面処理装置。
6. A vacuum chamber, a means for exhausting the vacuum chamber, a means for introducing a gas into the vacuum chamber, a means for generating plasma in the vacuum chamber, and an external voltage applied to a sample to be surface-treated by the generated plasma. In the plasma surface treatment apparatus having a means for applying the, a mechanism for periodically changing the type, composition, pressure or partial pressure of the introduced gas a plurality of times is additionally provided during the surface treatment of the sample. Characteristic plasma surface treatment equipment.
【請求項7】前記の外部電圧印加手段により試料に印加
する外部電圧が高周波電圧であることを特徴とする特許
請求の範囲第6項に記載のプラズマ表面処理装置。
7. The plasma surface treatment apparatus according to claim 6, wherein the external voltage applied to the sample by the external voltage applying means is a high frequency voltage.
【請求項8】前記の外部電圧印加手段は、上記導入ガス
の種類、組成、圧力または分圧の変化に応じて、試料に
印加する外部電圧を変化させる機能を有するものである
ことを特徴とする特許請求の範囲第6項または7項に記
載のプラズマ表面処理装置。
8. The external voltage applying means has a function of changing the external voltage applied to the sample in accordance with changes in the type, composition, pressure or partial pressure of the introduced gas. The plasma surface treatment apparatus according to claim 6 or 7.
【請求項9】真空室、該真空室内を排気する手段、前記
真空室内にガスを導入する手段、および前記真空室内に
プラズマを発生させる手段を有し、該発生プラズマを試
料表面に照射することにより、該試料表面の表面処理を
行なわせるプラズマ表面処理装置において、上記試料の
表面処理の途中において上記導入ガスの種類、組成、圧
力または分圧を複数回にわたって周期的に変化させる手
段と、該導入ガスの種類、組成、圧力または分圧の変化
に応じて上記試料表面へのプラズマの照射状態を周期的
に変化させる手段とを付設してなることを特徴とするプ
ラズマ表面処理装置。
9. A vacuum chamber, means for exhausting the vacuum chamber, means for introducing gas into the vacuum chamber, and means for generating plasma in the vacuum chamber, and irradiating the generated plasma on the sample surface. In the plasma surface treatment apparatus for performing the surface treatment of the sample surface, means for periodically changing the type, composition, pressure or partial pressure of the introduced gas a plurality of times during the surface treatment of the sample, A plasma surface treatment apparatus, further comprising means for periodically changing the irradiation state of plasma on the sample surface according to changes in the type, composition, pressure or partial pressure of the introduced gas.
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