JPH10125665A - Plasma processing system - Google Patents

Plasma processing system

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JPH10125665A
JPH10125665A JP9319019A JP31901997A JPH10125665A JP H10125665 A JPH10125665 A JP H10125665A JP 9319019 A JP9319019 A JP 9319019A JP 31901997 A JP31901997 A JP 31901997A JP H10125665 A JPH10125665 A JP H10125665A
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JP
Japan
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electrode
frequency
plasma
frequency power
substrate
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JP9319019A
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Japanese (ja)
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Tadahiro Omi
忠弘 大見
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32137Radio frequency generated discharge controlling of the discharge by modulation of energy
    • H01J37/32155Frequency modulation
    • H01J37/32165Plural frequencies

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To perform etching or deposition without causing damages or contamination on a substrate by setting the frequency of a high-frequency power supply to be connected with an electrode covered with a protective member stable with respect to plasma higher than the frequency of a high-frequency power supply to be connected with an electrode fixed with an object to be processed. SOLUTION: An upper electrode 107 and a lower susceptor electrode 104 are arranged oppositely in a vacuum container 105. The electrode 107 is formed by providing a protective layer 101 on a conductive base material 102. The protective layer 101 comprises SiO2 , Si3 N4 , etc., and protects the basic material 102 from being etched by a plasma generated through a discharge. The susceptor electrode 104 is connected with a power supply 110 feeding a high-frequency power of second frequency f2 through a matching circuit 108, and the electrode 107 is connected with a power supply 111 feeding a high frequency power of first frequency f1 which is higher than the frequency f2 .

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、各種のプラズマプロセ
ス、例えばリアクティブイオンエッチング(RIE)、
プラズマ化学気相堆積(PCVD)等を行うために用い
られる装置に関するものである。
The present invention relates to various plasma processes such as reactive ion etching (RIE),
The present invention relates to an apparatus used for performing a chemical vapor deposition (PCVD) or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、低温で各種プロセスを進行させる
ために、減圧された容器内でプラズマを発生させ、該プ
ラズマ雰囲気中で集積回路の基板等の被処理物の各種プ
ロセスを行うようにした装置技術が多く開発されてい
る。例えば、集積回路の各種薄膜(Al,W,Ta等の
導電性薄膜、 poly−Si,Si等の半導体薄膜、あるい
はSiO2,Si34,Al23等の絶縁薄膜)を、異方
性をもたせてエッチングするようにしたRIE(Reactiv
e Ion Etching)法、その他Al(CH33,AlH(C
32等を原料ガスとし、これをプラズマ中にてAl
(CH32やAl(CH3)に分解し、これを基板に吸
着させた後、表面反応によりAlを堆積させるPCVD
成膜等がある。
2. Description of the Related Art In recent years, in order to advance various processes at a low temperature, plasma is generated in a depressurized vessel, and various processes of an object to be processed such as a substrate of an integrated circuit are performed in the plasma atmosphere. Many device technologies have been developed. For example, various thin films of an integrated circuit (conductive thin films such as Al, W, and Ta, semiconductor thin films such as poly-Si and Si, and insulating thin films such as SiO 2 , Si 3 N 4 , and Al 2 O 3 ) are used. RIE (Reactiv) with anisotropic etching
e Ion Etching) method, other Al (CH 3 ) 3 , AlH (C
H 3 ) 2 or the like as a raw material gas,
PCVD which decomposes into (CH 3 ) 2 and Al (CH 3 ), adsorbs them on the substrate, and deposits Al by surface reaction
Film formation and the like.

【0003】前記RIE法とは、真空容器内に励起活性
種を生成するもの、例えば、CF42,CCl4,C
2,CF2Cl2等のガス(以下、励起活性種源ガスと
いう)を導入し、基体の保持手段としてのサセプタに直
流または高周波電力を加え、グロー放電を起こさせてプ
ラズマを発生させ、プラズマ中に生成したイオンと励起
活性種とを同時に被エッチング面に作用せしめ、物理的
かつ化学的にエッチングを行なう方法であり、この方法
によればマスク材料であるホトレジストとの選択比を大
きく保ちながら異方性エッチングを実現できる。
[0003] The RIE method is a method of generating excited active species in a vacuum vessel, for example, CF 4 F 2 , CCl 4 , C
A gas such as l 2 , CF 2 Cl 2 (hereinafter referred to as an excited active species source gas) is introduced, a direct current or a high frequency power is applied to a susceptor as a means for holding the substrate, and a plasma is generated by causing a glow discharge. This is a method in which ions generated in the plasma and excited active species simultaneously act on the surface to be etched, thereby performing physical and chemical etching. According to this method, the selectivity to the photoresist, which is a mask material, is kept large. While anisotropic etching can be realized.

【0004】高周波入力によるグロー放電でも、基体表
面はプラズマに対し直流的には負にバイアス(これを自
己バイアスという)されるが、この自己バイアス電圧と
プラズマ電位の差の電位によって加速されたイオンが基
体表面に衝突して基体表面に吸着している励起活性種と
の作用により基体の表面をエッチングする。
[0004] Even in a glow discharge with a high-frequency input, the substrate surface is DC-biased negatively with respect to the plasma (this is called self-bias), but the ions accelerated by the potential difference between this self-bias voltage and the plasma potential. Collides with the substrate surface and etches the substrate surface by the action of the excited active species adsorbed on the substrate surface.

【0005】図12は、従来用いられている代表的なリ
アクティブイオンエッチング装置の断面構造の模式図を
示すものである。503は被エッチング面を有する基
体、例えば半導体ウエーハあるいはガラス、石英、金属
等から成る基体、504はサセプタ電極である。サセプ
タ電極504には整合回路を介して高周波電力が供給さ
れており、真空容器(チャンバ)505は通常安全のた
めにアースされている。ここで、高周波電源(RF電
源)は、その出力周波数が13.56MHzのものを用
いるのが普通である。なお、サセプタ電極504の上方
に対向させて平板状電極を設けた構造のものも多い。
FIG. 12 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a typical reactive ion etching apparatus conventionally used. Reference numeral 503 denotes a substrate having a surface to be etched, for example, a semiconductor wafer or a substrate made of glass, quartz, metal, or the like, and 504 denotes a susceptor electrode. High frequency power is supplied to the susceptor electrode 504 via a matching circuit, and the vacuum vessel (chamber) 505 is usually grounded for safety. Here, a high frequency power supply (RF power supply) whose output frequency is 13.56 MHz is generally used. In many cases, a plate-shaped electrode is provided so as to face above the susceptor electrode 504.

【0006】実際の装置では、上記構成以外に、真空容
器505内の真空引き用及びガス排気用の排気ユニッ
ト、真空容器505内へのガスの導入口、基体503の
出し入れのための機構等を備えているが、同図では説明
を簡略にするため省略されている。
In an actual apparatus, in addition to the above configuration, an exhaust unit for evacuating and exhausting gas in the vacuum vessel 505, an inlet for introducing gas into the vacuum vessel 505, a mechanism for taking in and out the substrate 503, and the like are provided. Although they are provided, they are omitted in the figure to simplify the description.

【0007】半導体ウエーハ等の基体503及びサセプ
タ電極504の表面は、サセプタ電極504に加えられ
たRF電力のためにプラズマに対し直流的に負の自己バ
イアスがかかり、この電圧で加速されたイオンが基体表
面に作用し表面反応を促進して基体の被エッチング面が
エッチングされる。
[0007] The surface of the substrate 503 such as a semiconductor wafer and the surface of the susceptor electrode 504 are subjected to DC negative self-bias on the plasma due to the RF power applied to the susceptor electrode 504. The surface of the substrate to be etched is etched by acting on the surface of the substrate to promote a surface reaction.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上記RIE装置の場
合、一般に、エッチング速度を高める場合には、高周波
電力を大きくすることによりプラズマ密度を高める必要
がある。
In the case of the above-mentioned RIE apparatus, generally, when the etching rate is increased, it is necessary to increase the plasma density by increasing the high frequency power.

【0009】しかし、従来の装置においては、高周波電
力を大きくすると、電極の自己バイアスも大きくなり、
同時にプラズマ電位も高くなる。その結果、基板には、
この大きな自己バイアスとプラズマ電位の差の電圧によ
って加速された大きなエネルギーを有するイオンが照射
される。従って、下記のような問題を生じさせる。
However, in the conventional device, when the high-frequency power is increased, the self-bias of the electrode is also increased,
At the same time, the plasma potential increases. As a result, the substrate
The ions having a large energy accelerated by the voltage of the difference between the large self-bias and the plasma potential are irradiated. Therefore, the following problem arises.

【0010】照射イオンエネルギーが大きくなるとレ
ジストのエッチングをも行ってしまい、パターン寸法の
変化をもたらし、その結果、微細加工が正確に行えなく
なってしまう。特に、レジストの厚さが、0.5μm程
度あるいはそれ以下となるような今後の高集積化素子に
おいてかかる現象は顕著に表われる。
When the irradiation ion energy is increased, the resist is also etched, resulting in a change in the pattern size. As a result, it becomes impossible to perform fine processing accurately. In particular, such a phenomenon will be prominent in future highly integrated devices in which the thickness of the resist is about 0.5 μm or less.

【0011】大きなエネルギーをもったイオンが照射
されるため、下地材料に損傷(ダメージ)を与え、かか
かる材料により構成された素子の性能及び信頼性の低下
を招来させる。特に、リーク電流増大、耐圧劣化といっ
た重大な障害を引き起こすことになる。
Irradiation with ions having high energy causes damage (damage) to the underlying material, which leads to a reduction in the performance and reliability of an element made of such a material. In particular, serious troubles such as an increase in leak current and deterioration in breakdown voltage are caused.

【0012】プラズマ電位が通常+50〜100V程
度となるため、チャンバ内表面にプラズマ電位で決まる
イオンが衝突することになり、この高いエネルギーのイ
オン衝突により、チャンバ内表面がスパッタされ、チャ
ンバ構成材料、たとえばFe,Ni,Cr,Cu等が基
板表面を汚染する。すなわち、高エネルギーイオン衝突
による、チャンバ構成材料の基板表面汚染である。基板
表面がこうした重金属で汚染されると、次の高温工程で
基板表面に欠陥を生じたり、リーク電流を大きくしたり
するため、デバイスの特性を著しく劣化させる。
Since the plasma potential is usually about +50 to 100 V, ions determined by the plasma potential collide with the inner surface of the chamber. Due to the ion bombardment of high energy, the inner surface of the chamber is sputtered, and the material constituting the chamber, For example, Fe, Ni, Cr, Cu, etc., contaminate the substrate surface. That is, the substrate surface contamination of the chamber constituent material due to the high energy ion collision. When the substrate surface is contaminated with such heavy metals, defects are generated on the substrate surface in the next high-temperature step or the leakage current is increased, so that the characteristics of the device are significantly deteriorated.

【0013】また、従来の装置では高周波電源の周波数
として13.56MHzのものを使用しているが、1
3.56MHzというようにプラズマ励起周波数が低い
と、チャンバ内ガス圧力や高周波電力が一定でも電極に
生じる直流の自己バイアスは、負で大きくなる。図7
は、対向する電極間隔を3cm、円板電極直径を10c
m、Arガス圧力を5×10-3Torr、高周波電力を
50Wとしたときにおける、電流・電圧特性を示すもの
である。同図において横軸は電極に印加する直流負電
圧、縦軸は電極に流れる電流である。電流が負の値であ
ることは、電子が電極に流れ込むことを意味し、電流が
正であることは、正のイオンが電極に流れ込んでいるこ
とを意味する。電流が0のときの負電圧が、電極の自己
バイアスに相当する。これは、通常、電極にはコンデン
サを介して高周波電力が供給され、直流電流は流れない
からである。
In the conventional apparatus, the frequency of the high frequency power supply is 13.56 MHz.
When the plasma excitation frequency is low, such as 3.56 MHz, the DC self-bias generated at the electrode becomes negative and large even when the gas pressure in the chamber and the high-frequency power are constant. FIG.
Means that the distance between opposing electrodes is 3 cm and the diameter of the disc electrode is 10 c.
The graph shows current-voltage characteristics when m, Ar gas pressure is 5 × 10 −3 Torr, and high-frequency power is 50 W. In the figure, the horizontal axis represents the DC negative voltage applied to the electrodes, and the vertical axis represents the current flowing through the electrodes. A negative value of the current means that electrons flow into the electrode, and a positive value of the current means that positive ions flow into the electrode. The negative voltage when the current is 0 corresponds to the self-bias of the electrode. This is because high-frequency power is usually supplied to the electrodes via a capacitor, and no DC current flows.

【0014】図7から理解できるように、電極の自己バ
イアスは、高周波電力の周波数が14MHz,40.6
8MHz,100MHzのときに、夫々、−400V,
−260V,−90Vとなる。すなわち、電極構造やガ
ス圧力及び電力が一定に保たれても、電極の負の自己バ
イアスは周波数が高くなるにつれて、次第に小さくなっ
ていく。
As can be understood from FIG. 7, the self-bias of the electrode is as follows.
At 8MHz and 100MHz, -400V,
-260V and -90V. That is, even if the electrode structure, the gas pressure, and the power are kept constant, the negative self-bias of the electrode gradually decreases as the frequency increases.

【0015】図8はその詳細を示したものである。すな
わち、チャンバ内のArガス圧力が7×10-3Tor
r、高周波電力が100W、電極間隔が3cm、電極直
径が10cmのときに、プラズマ励起の高周波電力の高
周波を10MHzから210MHzまで変化させた場
合、電極の自己バイアスがどのように変化するかを示し
たものであり、周波数が高くなると、負の自己バイアス
は急激に小さくなる。図8には、プラズマ電位も同時に
示されており、このプラズマ電位は、周波数が10MH
z〜210MHzと変っても、ほとんど+20Vに保た
れている。
FIG. 8 shows the details. That is, the Ar gas pressure in the chamber is 7 × 10 −3 Torr.
r, shows how the self-bias of the electrode changes when the high frequency of the high frequency power of plasma excitation is changed from 10 MHz to 210 MHz when the high frequency power is 100 W, the electrode interval is 3 cm, and the electrode diameter is 10 cm. As the frequency increases, the negative self-bias sharply decreases. FIG. 8 also shows the plasma potential, which has a frequency of 10 MHz.
Even if it changes from z to 210 MHz, it is almost kept at + 20V.

【0016】LSIの超微細化・超高集積化が進むと、
コンタクトホールやヴィアホールのアスペクト比は次第
に大きくなって行く。すなわち、細くて深い穴を制御性
よくかつ再現性よくエッチングすることが要求される。
エッチング室のガス圧力を低く(例えば、10-3Tor
r台)設定して、分子の平均自由行程を長くすることが
必要である。ガス圧力が低くなった状態でも、十分に高
濃度のプラズマを生成しスループットを高くするために
は、放電励起の周波数は高い方が望ましい。ただし、サ
セプタ電極504の直径に比べて放電励起の周波数の波
長が短くなることは望ましくない。高次モードの放電が
起って、電極内に均一な密度のプラズマが励起されず均
一なエッチング性能が得られないからである。
With the progress of ultra-miniaturization and ultra-high integration of LSI,
Aspect ratios of contact holes and via holes gradually increase. That is, it is required to etch a fine and deep hole with good controllability and good reproducibility.
Lower the gas pressure in the etching chamber (for example, 10 −3 Torr).
It is necessary to lengthen the mean free path of the molecule by setting. Even in a state where the gas pressure is low, it is desirable that the frequency of discharge excitation be high in order to generate sufficiently high concentration plasma and increase throughput. However, it is not desirable that the wavelength of the discharge excitation frequency be shorter than the diameter of the susceptor electrode 504. This is because high-order mode discharge occurs, and plasma with a uniform density is not excited in the electrode, so that uniform etching performance cannot be obtained.

【0017】すなわち、従来の装置においては、プラズ
マ密度、すなわちイオン照射量及び照射イオンエネルギ
ーを夫々独立にかつ直接的に制御することができず、前
記励起活性種源ガスの圧力、流量、高周波電力等の条件
を適宜組合せて間接的に制御せざるを得ない。
That is, in the conventional apparatus, the plasma density, that is, the ion irradiation amount and the irradiation ion energy cannot be independently and directly controlled, and the pressure, flow rate, high-frequency power And the like must be indirectly controlled by appropriately combining such conditions.

【0018】さらに、プラズマ中で被処理物以外に損傷
を与えることなく高速度で被処理物の処理を行い得るよ
うに構成すべき装置としては、上記RIE装置以外に、
PCVD装置、O2プラズマレジストアッシャー、ドラ
イ洗浄装置等が挙げられるが、従来、これらの装置は基
本的な部分で共通の使用条件を有するにも拘らず、各別
に設計され生産されていた。同時に、前述した,,
の欠点を有していた。
In addition to the above-described RIE apparatus, the apparatus to be configured so as to be capable of processing the object at high speed without damaging the object other than the object in the plasma is
There are a PCVD apparatus, an O 2 plasma resist asher, a dry cleaning apparatus, and the like. Conventionally, these apparatuses have been designed and manufactured individually, despite having common use conditions in a basic part. At the same time,
Had the disadvantages of

【0019】上記問題点は本発明者によって見い出され
たものであり、本発明者は、従来の装置に生ずる上記問
題点を解決すべく鋭意研究を行ない、その解決手段を見
い出すに至った。
The above problems have been found by the present inventor, and the present inventors have conducted intensive research to solve the above problems that occur in the conventional apparatus, and have come to find a means for solving the problems.

【0020】本発明は、基板(基体)に損傷や表面汚染
を与えることなく、基板のエッチングや基板上への成膜
が行え、しかも、チャンバや電極等の構造は同一である
にも拘らず、導入するガスやプラズマ励起周波数を変え
ることにより、エッチングや成膜にも応用可能であり、
生産性に優れるとともに、低価格で高性能なプラズマプ
ロセス用装置を提供することを目的とする。
According to the present invention, the substrate (substrate) can be etched or formed on the substrate without damaging or contaminating the surface, and the structure of the chamber and the electrodes is the same even though the structure is the same. By changing the gas to be introduced and the plasma excitation frequency, it can be applied to etching and film formation.
An object of the present invention is to provide a low-cost, high-performance plasma processing apparatus that is excellent in productivity.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記損傷及び
表面汚染の回避、高速処理を図りつつ、各種プラズマプ
ロセスに適用可能な汎用性のある装置の提供を行なうべ
く、減圧可能な容器内に設置された二枚の対向する電極
間にプラズマを発生させ、該プラズマ中で被処理物の処
理を行うように構成されたプラズマプロセス用装置にお
いて、前記容器内に対向するように設けられ夫々平板状
に形成された第1及び第2の電極と、少くとも前記プラ
ズマに対して安定な材料から成り前記第1の電極上を覆
うように設けられる保護部材と、前記第2の電極上に被
処理物を取り付けるための保持手段と、前記第1の電極
に接続される第1の高周波電源と、前記第2の電極に接
続される第2の高周波電源と、前記容器内に所望のガス
を導入するためのガス供給手段とを少くとも備え、前記
第1の高周波電源の周波数が前記第2の高周波電源の周
波数より高く設定されたことを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a versatile apparatus applicable to various plasma processes while avoiding the above-mentioned damage and surface contamination and performing high-speed processing. In a plasma processing apparatus configured to generate plasma between two opposing electrodes installed in the plasma and to perform processing of an object to be processed in the plasma, the plasma processing apparatus is provided so as to oppose the inside of the container. A first and second electrode formed in a flat plate shape, a protection member made of a material stable at least to the plasma and provided to cover the first electrode; Holding means for attaching an object to be processed, a first high-frequency power supply connected to the first electrode, a second high-frequency power supply connected to the second electrode, and a desired gas in the container. For introducing Provided at a minimum and a scan supply means, wherein the first frequency of the high frequency power is set higher than the frequency of the second high frequency power supply.

【0022】[0022]

【作用】例えば、RIE装置に用いる場合には、被処理
物としての例えば被エッチング薄膜を形成した基板を容
器内の第2の電極上に取付け、該容器内を減圧して所定
のガス供給手段から前記被エッチング薄膜に応じ、塩素
系ガス、フッ素系ガス、これらの混合ガス等を導入す
る。そして、第1の電極には第1の周波数(100〜2
50MHz)の高周波電力を供給して電極間にプラズマ
を発生させ、前記第2の電極には前記第1の周波数より
低い第2の周波数(10〜50MHz)の高周波電力を
供給し、第2の電極の自己バイアスを制御する。すなわ
ち、第1の電極に供給される第1の周波数の高周波電力
により、発生するプラズマ密度や基板に照射されるイオ
ン照射量を制御する。
For example, when used in an RIE apparatus, a substrate on which, for example, a thin film to be etched is formed as an object to be processed is mounted on a second electrode in a container, and the inside of the container is depressurized to a predetermined gas supply means. Then, a chlorine-based gas, a fluorine-based gas, a mixed gas thereof or the like is introduced according to the thin film to be etched. The first electrode has a first frequency (100 to 2).
A high-frequency power of 50 MHz) to generate plasma between the electrodes; a high-frequency power of a second frequency (10 to 50 MHz) lower than the first frequency is supplied to the second electrode; Control electrode self-bias. That is, the high-frequency power of the first frequency supplied to the first electrode controls the density of the generated plasma and the amount of ion irradiation applied to the substrate.

【0023】一方、第2の電極に供給される第2の周波
数の高周波電力によりその自己バイアスにより、基板表
面に入射するイオンのエネルギーを制御する。第1の電
極に供給される高周波電力はプラズマを発生させる役割
を担うからその電力は通常大きい。しかし、周波数を高
くしてあるから第1の電極の負の自己バイアスは十分小
さくできる。したがって、第1の電極に照射されるイオ
ンエネルギーは十分小さくなって、表面がスパッタされ
ることがなく、基板表面は汚染されない。第2の電極に
誘起される負の自己バイアスは、基板表面に照射される
イオンエネルギーを最適値に制御するから、損傷、汚染
の問題はもちろん伴なわない。
On the other hand, the energy of ions incident on the substrate surface is controlled by the self-bias of the high frequency power of the second frequency supplied to the second electrode. Since the high frequency power supplied to the first electrode plays a role of generating plasma, the power is usually large. However, since the frequency is increased, the negative self-bias of the first electrode can be sufficiently reduced. Therefore, the ion energy applied to the first electrode is sufficiently small, the surface is not sputtered, and the substrate surface is not contaminated. Since the negative self-bias induced in the second electrode controls the ion energy applied to the substrate surface to an optimum value, the problems of damage and contamination are not involved.

【0024】また、PCVD装置に用いる場合には、被
処理物たる堆積膜を形成すべき基板を前記第2の電極上
に保持させる。前記第1の周波数と第2の周波数との大
小関係は前記RIE装置の場合と同様に設定するが、容
器内に導入されるガスは、例えばSi成膜の場合、Si
4,SiH2Cl2,Si26等を、SiO2成膜の場合
SiH4とO2あるいはSi26とO2との混合ガス等を
導入する。この場合も、RIEについて記述したのと同
様な理由で被処理物の基板の損傷回避や被処理物の汚染
等を防止できる。
When used in a PCVD apparatus, a substrate on which a deposited film to be processed is formed is held on the second electrode. The magnitude relation between the first frequency and the second frequency is set in the same manner as in the case of the RIE apparatus, but the gas introduced into the container is, for example, Si
H 4 , SiH 2 Cl 2 , Si 2 H 6 and the like are introduced, and in the case of SiO 2 film formation, a mixed gas of SiH 4 and O 2 or a mixture of Si 2 H 6 and O 2 is introduced. Also in this case, it is possible to avoid damage to the substrate of the object to be processed and prevent contamination of the object to be processed, for the same reason as described for RIE.

【0025】さらに、従来技術では基板表面の損傷、汚
染の問題が不可避であるレジストアッシャーにも適用で
きる。例えば、微細パターン加工に不可欠のホトレジス
トは、通常H2SO4とH22の混合液を用いたウェット
工程で剥離されるが、イオン注入用のマスク材として使
用されたときには高エネルギーイオン照射を受けてレジ
ストが硬化するため、通常のウェット工程では剥離でき
ない。そのため、O2プラズマを用いてO3やOラジカル
を発生させ、イオンエネルギーを利用してイオン注入さ
れたレジストを除去する必要があった。
Further, the prior art can be applied to a resist asher in which the problem of damage and contamination of the substrate surface is inevitable. For example, photoresist that is indispensable for fine pattern processing is usually stripped in a wet process using a mixture of H 2 SO 4 and H 2 O 2. However, when used as a mask material for ion implantation, high-energy ion irradiation is performed. As a result, the resist is cured and cannot be peeled off in a normal wet process. Therefore, it was necessary to generate O 3 and O radicals using O 2 plasma, and remove the ion-implanted resist using ion energy.

【0026】レジストアッシャーに用いる場合、先のR
IEやPCVDの説明でも触れたように、基板を第2電
極に設置し、第2の周波数の高周波電力により第2電極
の自己バイアスを制御すれば、基板表面に損傷や汚染を
与えることなくレジストの剥離が行える。
When used for a resist asher, the above R
As mentioned in the description of IE and PCVD, if the substrate is placed on the second electrode and the self-bias of the second electrode is controlled by the high frequency power of the second frequency, the resist can be formed without damaging or contaminating the substrate surface. Can be peeled off.

【0027】このように、使用時に若干の条件設定の変
更はあるものの、各種のプラズマプロセス用の装置に広
く適用できる。
As described above, although the condition setting is slightly changed at the time of use, the present invention can be widely applied to various plasma processing apparatuses.

【0028】[0028]

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0029】図1は本発明を基板表面をエッチングする
ためのRIE装置に適用した場合における第1の実施例
を示すものである。ここでは、半導体基板上に形成され
た薄膜をエッチングする場合について説明する。
FIG. 1 shows a first embodiment in which the present invention is applied to an RIE apparatus for etching a substrate surface. Here, a case where a thin film formed over a semiconductor substrate is etched will be described.

【0030】真空容器(チャンバ)105内には、上方
の平板状電極107と下方の平板状サセプタ電極104
とが対向するように配設されており、該真空容器105
は金属から成りアースに接続されている。真空容器10
5の内表面は、フッ素系あるいは塩素系等の腐食性ガス
のプラズマに対して安定なもの、すなわち該プラズマに
晒されても腐食されないよう酸化膜、チッ化膜あるいは
フッ化膜で覆われている。前記電極107は、導電性材
料からなる母材102と母材102の表面に形成された
SiO2,Si34,Al23,AlNなどからなる保
護部材としての保護層101とにより構成されている。
An upper plate electrode 107 and a lower plate susceptor electrode 104 are placed in a vacuum vessel (chamber) 105.
Are disposed so as to face each other, and the vacuum vessel 105
Is made of metal and connected to earth. Vacuum container 10
5 is coated with an oxide film, a nitride film or a fluoride film so as to be stable against plasma of a corrosive gas such as a fluorine-based or chlorine-based gas. I have. The electrode 107 includes a base material 102 made of a conductive material and a protective layer 101 formed on the surface of the base material 102 as a protection member made of SiO 2 , Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , AlN, or the like. Have been.

【0031】該保護層101は放電により生じたプラズ
マにより母材102がエッチングされることを防止する
ためのものであり、例えば、Si,SiO2,石英、S
iC,Si34,Al23,AlNその他の材料から成
る。また、略化学量論比を満足するフッ化物よりなる不
動態膜により構成してもよい。この不動態膜は、優れた
耐エッチング特性を示し、その不動態膜の形成は例えば
次のように行えばよい。すなわち、母材(例えばステン
レス、ニッケル、ニッケル合金、アルミニウム合金その
他の金属あるいは合金よりなる母材)を、電解研磨技術
などにより表面を加工変質層を伴なわない鏡面に仕上げ
た後、高純度不活性雰囲気中において所定の温度でベー
キングし、吸着している水分を脱離する。ベーキング
後、高純度フッ素にて所定の温度でフッ化処理し、フッ
化処理後高純度不活性雰囲気中においてフッ化時の温度
よりやや高い温度で熱処理を行うと略化学量論組成比を
満たす不動態膜が母材上に形成される。
The protective layer 101 is for preventing the base material 102 from being etched by the plasma generated by the discharge. For example, Si, SiO 2 , quartz, S
iC, Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , AlN and other materials. Further, it may be constituted by a passivation film made of fluoride satisfying a substantially stoichiometric ratio. This passivation film exhibits excellent etching resistance, and the passivation film may be formed, for example, as follows. That is, after a base material (for example, a base material made of stainless steel, nickel, a nickel alloy, an aluminum alloy, or other metals or alloys) is finished to a mirror surface without a work-affected layer by an electrolytic polishing technique or the like, high purity impurities are removed. Baking is performed at a predetermined temperature in an active atmosphere to remove adsorbed moisture. After baking, fluorination is performed at a predetermined temperature with high-purity fluorine, and heat treatment is performed at a temperature slightly higher than the temperature at the time of fluorination in a high-purity inert atmosphere after the fluorination treatment, thereby substantially satisfying the stoichiometric composition ratio. A passivation film is formed on the matrix.

【0032】なお、前記保護層101をSiにより構成
しておけば、保護層101がエッチングされてもサセプ
タ電極104上の基板103にはSiが混入することと
なるので、該基板103に与える影響を最小限にするこ
とができる。
If the protective layer 101 is made of Si, even if the protective layer 101 is etched, Si is mixed into the substrate 103 on the susceptor electrode 104. Can be minimized.

【0033】サセプタ電極104には整合回路108を
介して第2の周波数f2の高周波電力を出力する高周波
電源110が接続されている。本実施例では100MH
zの高周波電力を供給する例を示している。サセプタ電
極104の電位制御には、望ましくは、前記第2の周波
数f2は10〜50MHzが適している。また、電極1
07には整合回路109を介して、サセプタ電極104
に供給される前記周波数f2より大きな周波数である第
1の周波数f1の高周波電力を出力する高周波電源11
1が接続されている。本実施例では250MHzの高周
波電力を加えた例を示している。なお、後に詳述するが
二つの前記周波数f1,f2は整数倍の関係にないことが
望ましい。
The susceptor electrode 104 is connected via a matching circuit 108 to a high frequency power supply 110 for outputting high frequency power of the second frequency f 2 . In this embodiment, 100 MH
An example of supplying high frequency power of z is shown. The potential control of the susceptor electrode 104, preferably, the second frequency f 2 is suitably 10 to 50 MHz. Also, electrode 1
07, a susceptor electrode 104 via a matching circuit 109.
Outputs the first high-frequency power of the frequency f 1 is a frequency higher than the frequency f 2 to be supplied to the high frequency power source 11
1 is connected. In this embodiment, an example is shown in which high-frequency power of 250 MHz is applied. As will be described later in detail, it is desirable that the two frequencies f 1 and f 2 do not have a relationship of an integral multiple.

【0034】さらに、電極107およびサセプタ電極1
04にはそれぞれ第1の高周波(本例では250MH
z)、第2の高周波(本例では100MHz)のみがそ
れぞれ入力されるようにバンドエリミネーター(Band E
liminator)112,113が設けられている。すなわ
ち、第1の高周波f1はサセプタ電極104においては
アースに短絡されており、第2の高周波f2は電極10
2においてアースに短絡されている。前記電極107及
び104に用いられる前記バンドエリミネーター11
2,113は、基本的には、例えば図2に示すタンク回
路102bのような構成にすればよい。L1,C1の並列
回路は、f1={1/2π(L111/2}の共振周波数
でインピーダンスが最大となり(図3)、それ以外の周
波数に対しては、ほとんど短絡となるため、所定の周波
数(この場合はf1=250MHz)の高周波のみ選択
して電極に供給することができる。
Further, the electrode 107 and the susceptor electrode 1
04 has a first high frequency (250 MH in this example).
z) and a band eliminator (Band E) so that only the second high frequency (100 MHz in this example) is input.
liminator) 112 and 113 are provided. That is, the first high frequency f 1 is short-circuited to the ground at the susceptor electrode 104, and the second high frequency f 2 is
2 is shorted to ground. The band eliminator 11 used for the electrodes 107 and 104
Basically, the components 2 and 113 may be configured, for example, as the tank circuit 102b shown in FIG. A parallel circuit of L 1, C 1 is, f 1 = {1 / 2π (L 1 C 1) 1/2} impedance becomes maximum at the resonant frequency of the (Figure 3), for the other frequency, most Since a short circuit occurs, only a high frequency having a predetermined frequency (in this case, f 1 = 250 MHz) can be selected and supplied to the electrode.

【0035】ここに示した図2の構成はあくまでも基本
的な原理を示すものであり種々の改善のための変更を加
えてもよいことはいうまでもない。例えば、図4は改善
の一例である。
The structure shown in FIG. 2 shown here merely shows the basic principle, and it goes without saying that various modifications may be made. For example, FIG. 4 is an example of an improvement.

【0036】前記回路102bはインダクタンスL1
介して直流的には接地となっているが、これを直流的に
浮遊状態(floating)としたい場合には、例えば図4の
102dのようにコンデンサCsを付加し、直流成分を
カットすればよい。この場合、回路102dの共振周波
数が周波数f1からずれないようにCsの値は f1 ・L1 ≫1/f1s を満たすよう十分大きな値とする必要がある。
[0036] The circuit 102b inductance Although the L 1 via the direct current at the ground, a capacitor C as this if you want a DC floating state (floating), for example in FIG. 4 102d It is sufficient to add s and cut the DC component. In this case, the value of C s so that the resonance frequency does not deviate from the frequency f 1 of the circuit 102d is required to be sufficiently large value so as to satisfy the f 1 · L 1 »1 / f 1 C s.

【0037】この場合、f0={1/2π(L
1s1/2}の周波数に対し、L1,Csの直列回路はイ
ンピーダンスが0となり、周波数f0の高周波に対し短絡
となる。この周波数f0をサセプタ電極104に加えら
れる周波数f2に等しくしておくと、電極107に周波
数f2の高周波が重畳するのを有効に防止することがで
きる。すなわち、サセプタ電極104に入る高周波電力
の電界が、サセプタ電極104から電極107に垂直に
終端するようにしても、電極107は周波数f2の高周
波に対してはアースに短絡されているから、電極107
の電圧が周波数f2の電力で変動することはない。
In this case, f 0 = {1 / 2π (L
For a frequency of 1 C s ) 1/2 , the series circuit of L 1 and C s has zero impedance and is short-circuited to a high frequency of f 0 . If this frequency f 0 is made equal to the frequency f 2 applied to the susceptor electrode 104, it is possible to effectively prevent the high frequency of the frequency f 2 from being superimposed on the electrode 107. That is, the electric field of the high-frequency power into the susceptor electrode 104, be perpendicular to terminate the electrode 107 from the susceptor electrode 104, because electrode 107 is short-circuited to ground for high frequency of f 2, electrode 107
It is not the voltage of fluctuates power frequency f 2.

【0038】以上はバンドエリミネーター112につい
て述べたが、バンドエリミネーター113についても同
様な構成とすれば、サセプタ電極104の電圧が、電極
107に供給される周波数f1によって変動することが
ない。すなわち、図4の回路において、インダクタンス
1をインダクタンスL2,コンデンサC1をコンデンサ
2,コンデンサCSをコンデンサCS2として、 f2=1/2π(L2C21/2 とし、 f2L2≫1/f2CS2 とする。
Although the band eliminator 112 has been described above, if the band eliminator 113 has the same configuration, the voltage of the susceptor electrode 104 does not fluctuate due to the frequency f 1 supplied to the electrode 107. That is, in the circuit of FIG. 4, the inductance L 1 is the inductance L 2 , the capacitor C 1 is the capacitor C 2 , the capacitor C S is the capacitor C S2 , and f 2 = 1 / 2π (L 2 C 2 ) 1/2 . f 2 L 2 ≫1 / f 2 C S2 .

【0039】また、 f1=1/2π(L2 CS21/2 とする。It is assumed that f 1 = 1 / 2π (L 2 C S2 ) 1/2 .

【0040】プラズマを形成するイオンの生成を行うべ
く、真空容器105に導入される前記励起活性種源ガス
の放電は周波数f1の高周波により行なわれる。イオン
密度を濃くするために、周波数f1の電力を大きくして
も、サセプタ電極104の電圧に影響を与えることはな
い。
In order to generate ions for forming plasma, the discharge of the excited active species source gas introduced into the vacuum vessel 105 is performed at a high frequency of frequency f 1 . To thicken the ion density, increasing the power of the frequency f 1, it does not affect the voltage of the susceptor electrode 104.

【0041】同様のことが、サセプタ電極104に供給
する周波数f2の高周波電力に関してもいえる。周波数
2の高周波電力を変化させても、f2の電力は電極10
7においてはアースに短絡されているからである。
The same can be said for the high frequency power of the frequency f 2 supplied to the susceptor electrode 104. Be varied frequency power of a frequency f 2, the power of the f 2 are electrodes 10
This is because at 7 is short-circuited to ground.

【0042】その一例が図5に示されており、同図に
は、第1の電極と第2の電極の間隔が3cm、その直径
が10cm、ガス圧力が7×10-3Torrの状態で、
1=100MHz、その入力電力を150Wに一定に
保ち、f2=30,40,50MHzとして、その電力
を変えたときの、第1の電極及び第2の電極の直流の自
己バイアスがプロットされている。第1の電極の自己バ
イアスは、約−25Vで第2の電極に供給される周波数
及び電力に影響されない。第2の電極の電位は、高周波
入力がないときは、約10Vであるが、周波数f2の高
周波電力が大きくなるにつれ、直線的に低下し、ある電
力以上では負電圧になる。周波数f2が低いほど、同じ
電力変化に対する自己バイアス電圧の変化は大きい。い
ずれにしろ、対向する電極の電位にまったく影響を与え
ることなく、電極の直流電位(自己バイアス)を高周波
電力及びその周波数により制御できることが、図5で明
白である。
One example is shown in FIG. 5, where the distance between the first electrode and the second electrode is 3 cm, the diameter is 10 cm, and the gas pressure is 7 × 10 −3 Torr. ,
When f 1 = 100 MHz, the input power is kept constant at 150 W, and f 2 = 30, 40, 50 MHz, the DC self-bias of the first electrode and the second electrode when the power is changed is plotted. ing. The self-bias of the first electrode is independent of the frequency and power supplied to the second electrode at about -25V. Potential of the second electrode, when there is no RF input is approximately 10V, as the high frequency power having a frequency f 2 increases linearly decreases, a negative voltage at a certain power or more. As the frequency f 2 is low, the change in the self-bias voltage for the same power change is large. In any case, it is clear from FIG. 5 that the DC potential (self-bias) of the electrode can be controlled by the high frequency power and its frequency without affecting the potential of the opposing electrode at all.

【0043】以上のような構成とすることにより、電極
107、サセプタ電極104には、他方に供給させる高
周波が重畳することを有効に防止し、それぞれに供給さ
せるべき高周波のみを供給することができるので、自己
バイアスプラズマ密度、及び照射されるイオンエネルギ
ーの制御を容易かつ正確に行うことが可能となる。
With the above configuration, it is possible to effectively prevent the high frequency supplied to the other from being superimposed on the electrode 107 and the susceptor electrode 104, and to supply only the high frequency to be supplied to each of them. Therefore, it is possible to easily and accurately control the self-biased plasma density and the ion energy to be irradiated.

【0044】なお、電極107の裏面に設けられた円筒
状磁石106により電極107の表面に略々平行な磁界
が生じ、電子はこの磁界にまきついてサイクロトロン運
動をする。前記両電極107,104の間に垂直な高周
波電界が存在すると、このサイクロトロン運動する電子
に有効にエネルギーが与えられ、高周波電力が有効に高
密度プラズマを発生させる。したがって、本装置では、
入力される二つの高周波電力の電界が殆ど垂直に、それ
ぞれサセプタ電極104、電極107に終端するように
設定されている。
It should be noted that a substantially parallel magnetic field is generated on the surface of the electrode 107 by the cylindrical magnet 106 provided on the back surface of the electrode 107, and the electrons follow the magnetic field and perform cyclotron motion. When a vertical high-frequency electric field exists between the electrodes 107 and 104, energy is effectively applied to the electrons moving in the cyclotron, and the high-frequency power effectively generates high-density plasma. Therefore, in this device,
The two input high-frequency electric fields are set so as to terminate almost vertically and at the susceptor electrode 104 and the electrode 107, respectively.

【0045】なお、106はマグネトロン放電のための
永久磁石である。実際には、強磁性体を用いた電磁石の
方が好ましい。さらに装置には真空容器105内を真空
に引く排気ユニットや、ガスを導入する機構、さらに基
板103を出し入れする機構が設けられているが、これ
らは説明を簡略化するため省略してある。
Reference numeral 106 denotes a permanent magnet for magnetron discharge. Actually, an electromagnet using a ferromagnetic material is preferable. Further, the apparatus is provided with an exhaust unit for evacuating the vacuum vessel 105, a mechanism for introducing gas, and a mechanism for taking the substrate 103 in and out, but these are omitted for simplification of description.

【0046】本実施例の装置では、従来の装置とは異な
り、サセプタ電極104の他に電極107を設けてある
ため、電極107には電力の大きな高周波電源を供給す
ることにより高密度のプラズマを発生させることがで
き、ひいては高速のエッチングを行うことができる。た
だ、電力の大きな高周波を電極107に供給すると、自
己バイアスも大きくなり電極をスパッタエッチングする
おそれが生ずる。かかるエッチングを防止するために
は、電極107に供給する高周波電源111の周波数f
1を、周波数f2より大きくし自己バイアスを小さくする
(周波数を大きくすると自己バイアスは小さくなる。図
8参照)と共に、電極107の母材102の表面には保
護層101を設けておく。
In the apparatus of the present embodiment, unlike the conventional apparatus, an electrode 107 is provided in addition to the susceptor electrode 104. Therefore, a high-density plasma is supplied to the electrode 107 by supplying a high-frequency power having a large power. Can be generated, and thus high-speed etching can be performed. However, when a high frequency power with a large electric power is supplied to the electrode 107, the self-bias becomes large, and the electrode may be sputter-etched. In order to prevent such etching, the frequency f
1 is made higher than the frequency f 2 to reduce the self-bias (the self-bias is reduced as the frequency is increased; see FIG. 8), and a protective layer 101 is provided on the surface of the base material 102 of the electrode 107.

【0047】一方、前記サセプタ電極104に生ずる自
己バイアスは、図5に示すように前記高周波電源110
の電力および周波数により制御することができるので、
被エッチング薄膜の材料を勘案し、適宜高周波電源11
0の電力、周波数を選択して、サセプタ電極104に供
給すればよい。
On the other hand, as shown in FIG. 5, the self-bias generated at the susceptor electrode 104
Can be controlled by the power and frequency of
Considering the material of the thin film to be etched, the
The power and frequency of 0 may be selected and supplied to the susceptor electrode 104.

【0048】結局、本実施例の装置を用いれば、電極1
07に供給される高周波電力により高密度のプラズマを
発生させるとともに(プラズマ密度、すなわちイオン密
度は電力により制御される)、基板表面に照射されるイ
オンエネルギーをサセプタ電極104に供給する周波数
2の高周波電力により所望の値に制御することができ
るため、基板103等への損傷を防ぎつつ高速のRIE
を行うことができることとなる。
After all, if the apparatus of this embodiment is used, the electrode 1
In addition to generating high-density plasma by the high-frequency power supplied to the power supply 07 (the plasma density, that is, the ion density is controlled by the power), the frequency f 2 for supplying the ion energy applied to the substrate surface to the susceptor electrode 104 is obtained. Since it can be controlled to a desired value by high-frequency power, high-speed RIE can be performed while preventing damage to the substrate 103 and the like.
Can be performed.

【0049】次に、電極107およびサセプタ電極10
4に供給される高周波電力と周波数の影響について述べ
る。
Next, the electrode 107 and the susceptor electrode 10
The effect of the high-frequency power and frequency supplied to No. 4 will be described.

【0050】図6は、図1に示す装置を用いて電極10
4の電流、電圧特性を測定する回路構成を示すものであ
る。前記電極104に接続される高周波フィルタ203
は、例えば図2に示したバンドエリミネーター102b
のように,サセプタ電極104に供給される高周波の周
波数f2の点でだけインピーダンスが高く、その周波数
からずれた周波数に対してはほとんど短絡となるように
構成されており、該高周波フィルタ203には直流電源
201、電流計202が直列に接続されている。そし
て、高周波フィルタ203と電流計202との接続点に
は、直流電源201及び電流計202を高周波的には短
絡するために、並列にコンデンサ206が接続されてい
る。
FIG. 6 shows an electrode 10 using the apparatus shown in FIG.
4 shows a circuit configuration for measuring current and voltage characteristics. High frequency filter 203 connected to the electrode 104
Is, for example, the band eliminator 102b shown in FIG.
, The impedance is high only at the frequency f 2 of the high frequency supplied to the susceptor electrode 104, and almost short-circuited at a frequency shifted from that frequency. Is connected to a DC power supply 201 and an ammeter 202 in series. A capacitor 206 is connected in parallel to a connection point between the high-frequency filter 203 and the ammeter 202 in order to short-circuit the DC power supply 201 and the ammeter 202 in terms of high frequency.

【0051】かかる状態で、例えばArガスを真空容器
105内に5×10-3Torrの圧力で導入し、50W
の高周波電力で放電を起し、電極104に印加する直流
電圧Vとその結果流れる電流の関係をグラフにしたもの
が図7である。この場合、高周波電源110の周波数は
可変とし、例えば14MHz,40.68MHz及び1
00MHzの3つの周波数に変化させている。なお、正
電荷を有するイオンが電極104に流れ込む電流を正の
値としている。
In this state, for example, Ar gas is introduced into the vacuum vessel 105 at a pressure of 5 × 10 −3 Torr, and 50 W
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the DC voltage V applied to the electrode 104 and the resulting current flowing when discharge is caused by the high-frequency power. In this case, the frequency of the high frequency power supply 110 is variable, for example, 14 MHz, 40.68 MHz and 1 MHz.
It is changed to three frequencies of 00 MHz. Note that the current into which the positively charged ions flow into the electrode 104 is a positive value.

【0052】例えば、100MHzの特性をみると、前
記直流電圧Vが約−95V(この値を自己バイアス電圧
SBとする)のとき、直流電流I=0となり、V>VSB
ではI<0,V<VSBではI>0となっている。前記自
己バイアス電圧VSBは、電極104がフローティング状
態で高周波放電させたときに発生する直流バイアス電圧
である。すなわち、電極104がこの電位にあるとき
は、プラズマから電極104に流れ込むイオンと電子の
数が相等しくなるため互いに打ち消し合い直流電流が0
となる。
For example, when looking at the characteristics at 100 MHz, when the DC voltage V is about -95 V (this value is referred to as a self-bias voltage V SB ), the DC current I = 0, and V> V SB
In this case, I <0 and I> 0 when V < VSB . The self-bias voltage V SB is a DC bias voltage generated when the electrode 104 is discharged at a high frequency in a floating state. That is, when the electrode 104 is at this potential, the numbers of ions and electrons flowing from the plasma into the electrode 104 become equal, and thus cancel each other, and the DC current becomes 0.
Becomes

【0053】他方、外部から印加した直流バイアス電圧
により電極104の電位を制御すると電流が流れる。例
えば前記直流電圧Vと自己バイアス電圧VSBとの間に、
V>VSBの関係が成立するとより多くの電子が流れ込み
I<0となる。
On the other hand, when the potential of the electrode 104 is controlled by a DC bias voltage applied from the outside, a current flows. For example, between the DC voltage V and the self-bias voltage V SB ,
When the relationship of V> VSB is satisfied, more electrons flow and I <0.

【0054】一方、V<VSBの関係の場合、電子に対す
るポテンシャルバリヤが高くなって電子の流入数が減少
するためイオン電流の方が大きくなり正の電流が流れ
る。さらに、直流電圧Vを負の方に大きくすると、V=
0で電流値は飽和し、ほぼ一定値となる。これはイオ
ンのみの電流値に等しい。
On the other hand, in the case of the relation of V < VSB , the potential barrier for electrons is increased and the number of inflows of electrons is reduced, so that the ionic current becomes larger and a positive current flows. Further, when the DC voltage V is increased in the negative direction, V =
At V 0 , the current value saturates and becomes almost constant. This is equal to the current value of ions only.

【0055】以上のことから、V=VSB近辺におけるI
−V特性曲線の傾きは電子のエネルギー分布の巾に対応
している。すなわち、傾きが大きいことは電子のエネル
ギーの分布の巾が狭いことを意味している。図7から明
らかなように14MHzに比べ、100MHzの場合は
エネルギー分布が約1/10程度に小さくなっている。
一方、イオンのエネルギー分布の巾をΔEionとし、電
子のエネルギー分布の巾をΔEeとしたとき両者の間に
は略々比例関係があるので、イオンのエネルギー分布の
巾も同様に約1/10に減少しているといえる。
From the above, I = V SB
The slope of the -V characteristic curve corresponds to the width of the electron energy distribution. In other words, a large inclination means that the width of the electron energy distribution is narrow. As is clear from FIG. 7, the energy distribution at 100 MHz is smaller than that at 14 MHz by about 1/10.
On the other hand, when the width of the energy distribution of ions is ΔE ion and the width of the energy distribution of electrons is ΔE e , there is a substantially proportional relationship between the two. It can be said that it has decreased to 10.

【0056】さらに、VSBの値も同じ50Wの高周波電
力であるのに14MHzの場合の−400Vに対し10
0MHzでは約−95Vと絶対値で1/4以下に小さく
なっている。100MHz放電で電力を5Wまで下げる
と、VSBの値は、−25Vに減少する。すなわち、周波
数と電力を制御することにより、自己バイアスは広範囲
に制御できるのである。
Further, although the value of V SB is the same high-frequency power of 50 W, it is 10 V with respect to -400 V at 14 MHz.
At 0 MHz, the absolute value is about -95 V, which is smaller than 1/4 or less. When the power is reduced to 5 W with a 100 MHz discharge, the value of V SB decreases to -25 V. That is, by controlling the frequency and the power, the self-bias can be controlled in a wide range.

【0057】従来のRIE法では、下地基板に損傷が生
じ、デバイスの特性が劣化していたが、これは次の理由
による。
In the conventional RIE method, the underlying substrate is damaged and the characteristics of the device are degraded. This is due to the following reasons.

【0058】従来例では、電極107を低い周波数1
3.56MHzで放電させていたため、|Vsub|=4
00V〜6000Vとなり、この高電圧で加速されたイ
オンが基板に衝突していた。
In the conventional example, the electrode 107 is set to a low frequency 1
Since discharge was performed at 3.56 MHz, | V sub | = 4
The voltage became 00 V to 6000 V, and the ions accelerated by the high voltage collided with the substrate.

【0059】しかるに、本発明の第1実施例では、電極
107には250MHzの高周波を用いて放電を行って
いるため、従来の13.56MHzの場合にくらべてΔ
ionは1/20以下と小さくすることができる。本発
明の装置では放電は電極107に加えられる周波数f1
の高周波電力により維持され、これにより高密度のプラ
ズマを発生させると共に、供給する周波数をサセプタ電
極104に供給する周波数f2より大きな周波数f1(2
50MHz)としているため、発生した高密度プラズマ
中のイオンエネルギーの分布幅も小さく(平均エネルギ
ーの値とは差のあるエネルギーを有するイオンの数が少
なく)なっている。さらに、後述するように、電極に平
行な方向の磁界強度を可能な限り強くなるように磁気回
路が設計されているので、50Wの高周波電力の入力で
自己バイアス電圧は−30V以下であり、プラズマ密度
が略々10倍以上に改善されている。図5によれば、高
周波電力を100Wとし、f1=210MHzで自己バ
イアスは−10V程度であるから、f1=250MHz
では、自己バイアスは−5V以下である。
However, in the first embodiment of the present invention, since the electrode 107 is discharged using a high frequency of 250 MHz, the electric current is ΔΔ compared to the conventional case of 13.56 MHz.
E ion can be reduced to 1/20 or less. In the device of the present invention, the discharge is applied to the frequency f 1 applied to the electrode 107.
, Which generates high-density plasma, and supplies a higher frequency f 1 (2) than the frequency f 2 supplied to the susceptor electrode 104.
(50 MHz), the distribution width of the ion energy in the generated high-density plasma is also small (the number of ions having energy different from the average energy value is small). Further, as will be described later, since the magnetic circuit is designed so that the magnetic field strength in the direction parallel to the electrodes is as strong as possible, the self-bias voltage is -30 V or less when a high-frequency power of 50 W is input, and The density is improved by about 10 times or more. According to FIG. 5, the high-frequency power is 100 W, the self-bias is about −10 V at f 1 = 210 MHz, so that f 1 = 250 MHz
, The self-bias is -5V or less.

【0060】電極107の自己バイアスが、−5V以下
と低いうえに、保護層101を有するので電極107の
母材102はまったくスパッタされない。したがって、
サセプタ電極104に印加する高周波の電力ないし周波
数f2を、自己バイアスが基板に損傷を与えない程度に
小さく制御することがきわめて容易となり、かつ所望の
エッチング速度が得られるように周波数f1 の電力を設
定しておけば基板表面に損傷を与えるような大きなエネ
ルギーを有するイオンが照射されることがなくなり、薄
膜、レジスト膜あるいは下地基板への損傷を生ずること
なく高速かつ選択性の高いエッチングを行うことが可能
となる。
The self-bias of the electrode 107 is as low as −5 V or less, and since the protective layer 101 is provided, the base material 102 of the electrode 107 is not sputtered at all. Therefore,
The high-frequency power to the frequency f 2 is applied to the susceptor electrode 104, the self-bias is controlled small enough not to damage the substrate becomes very easy, and a desired power frequency f 1 so that the etching rate is obtained Is set so that ions having a large energy that may damage the substrate surface are not irradiated, and high-speed and highly selective etching is performed without causing damage to the thin film, the resist film or the underlying substrate. It becomes possible.

【0061】すなわち、前記自己バイアス電圧VSBは高
周波電源の周波数が高くなるほどまた、高周波電力が小
さくなるほど低くなる。したがって、薄膜ないし下地基
板の品質を損傷せずに、かつ、高速エッチングに必要な
イオンエネルギー及びイオン照射量になるように周波数
および電力をサセプタ電極104に供給するように選択
すればよい。
That is, the self-bias voltage V SB decreases as the frequency of the high-frequency power supply increases and as the high-frequency power decreases. Therefore, it is only necessary to select a frequency and an electric power to be supplied to the susceptor electrode 104 so that the quality of the thin film or the base substrate is not damaged and the ion energy and the ion irradiation amount required for the high-speed etching are obtained.

【0062】一方、前記電極102には周波数250M
Hzの高周波電力が加えられているため、小さな自己バ
イアス電圧が生じており、また、保護層101が形成さ
れているため母材102がエッチングされるのを防止で
きる。さらに、図1の実施例では永久磁石106が装着
されているが、これにより、電極107の近傍でマグネ
トロン放電(電子が磁力線に巻きついてサイクロトロン
運動しながら高周波電界からエネルギーを受けて中性の
励起活性種源ガス分子を効率よくイオン化する)が起
り、イオン濃度が高まってさらにエッチング速度を大き
くできる。
On the other hand, the electrode 102 has a frequency of 250M.
Since a high-frequency power of Hz is applied, a small self-bias voltage is generated, and the base material 102 can be prevented from being etched because the protective layer 101 is formed. Further, in the embodiment of FIG. 1, the permanent magnet 106 is mounted, and this allows the magnetron discharge (electrons wrap around the magnetic field lines and perform cyclotron motion to receive energy from the high-frequency electric field to generate neutral excitation. (The active species source gas molecules are efficiently ionized), and the ion concentration is increased, so that the etching rate can be further increased.

【0063】以上述べたように本発明による2周波励起
RIE装置によれば、大きなエッチング速度を維持しつ
つ、基板に損傷を生じない高品質な薄膜や基板のエッチ
ングが高選択比で可能となった。
As described above, according to the dual-frequency excitation RIE apparatus of the present invention, it is possible to etch a high-quality thin film or substrate without damaging the substrate at a high selectivity while maintaining a high etching rate. Was.

【0064】また、図6に示すようにサセプタ電極10
4に直流バイアス電圧を加えることによってサセプタ電
極104に流入するイオンのエネルギーを制御すること
も可能である。かかる直流バイアス電圧を印加してサセ
プタ電極104の電位を制御し、結果として基板の表面
電位を制御する方法は、エッチングする薄膜や基板(基
体)が導電性材料である場合に有効である。
Further, as shown in FIG.
The energy of ions flowing into the susceptor electrode 104 can be controlled by applying a DC bias voltage to the susceptor electrode 104. The method of controlling the potential of the susceptor electrode 104 by applying such a DC bias voltage, and consequently controlling the surface potential of the substrate, is effective when the thin film to be etched or the substrate (base) is a conductive material.

【0065】以上、電極107及びサセプタ電極104
に供給する高周波電力の周波数を夫々100MHz,2
50MHzに設定する場合についてのみ述べたが、周波
数の選定はこれに限られないことは言うまでもない。
As described above, the electrode 107 and the susceptor electrode 104
The frequency of the high-frequency power supplied to the
Although only the case where the frequency is set to 50 MHz has been described, it goes without saying that the selection of the frequency is not limited to this.

【0066】要するに、RIE装置の場合、電極107
に供給される第1の周波数f1をサセプタ電極104に
供給される第2の周波数f2に比べて高くすればよい。
実際の値はそれぞれの目的に応じて異るものであり、必
要とすべきエッチング速度や形成された膜の段差部での
被覆形状等を考慮して決めればよい。また、エッチング
すべき材料も絶縁物に限ることなく、導電性材料でもよ
い。
In short, in the case of the RIE apparatus, the electrode 107
The first frequency f 1 may be higher than the second frequency f 2 to be supplied to the susceptor electrode 104 to be supplied to.
The actual value differs depending on the purpose, and may be determined in consideration of the required etching rate, the shape of the formed film at the step, and the like. Further, the material to be etched is not limited to an insulator, but may be a conductive material.

【0067】また、電極107の裏面に設置した磁石1
06は図1に示した構成に限られるものではない。例え
ば図9は、本発明の第2の実施例を示すものであるが、
本実施例の場合、強力な競争路形磁石409を設け、磁
界の均一性を上げるために走査を行なう構成にしてい
る。この場合、磁石409の走査系410を真空容器1
05の外部に設けておけば、反応系が機械的な動作から
生じる発塵により汚染されるのを防ぐことができて好都
合である。
The magnet 1 installed on the back surface of the electrode 107
Reference numeral 06 is not limited to the configuration shown in FIG. For example, FIG. 9 shows a second embodiment of the present invention.
In the case of this embodiment, a strong racetrack magnet 409 is provided, and scanning is performed to improve the uniformity of the magnetic field. In this case, the scanning system 410 of the magnet 409 is connected to the vacuum vessel 1
If the reaction system is provided outside, the reaction system can be advantageously prevented from being contaminated by dust generated from mechanical operation.

【0068】さらに、サセプタ電極104側にも磁石を
設置してRIEの効率を上げるようにしてもよい。ま
た、ここで使う磁石は、図1に示す磁石106のように
静止して取り付けられていてもよく、また、前記走査系
410に取付られた磁石409のように移動可能なもの
であってもかまわない。
Further, a magnet may be provided on the susceptor electrode 104 side to increase the efficiency of RIE. The magnet used here may be fixedly attached like the magnet 106 shown in FIG. 1, or may be movable like the magnet 409 attached to the scanning system 410. I don't care.

【0069】また、基板103への損傷をさらに小さく
するため例えば次のような方法をとることも可能であ
る。例えば、Siなどの基板103の表面に形成された
SiO2などの絶縁膜をエッチングする場合、まず数μ
m程度の膜が形成されている間はサセプタ電極104に
供給するRF電力を大きくして高速でエッチングし、基
板103の表面が露出し始める寸前から、RF電力を小
さく切りかえる方式である。こうすれば基板103が露
出し始めてからは十分に低い自己バイアス状態でエッチ
ングを行えるため基板表面への損傷をほとんど0とする
ことが可能である。
In order to further reduce damage to the substrate 103, for example, the following method can be employed. For example, when etching an insulating film such as SiO 2 formed on the surface of a substrate 103 such as Si, first, several μm
While a film having a thickness of about m is formed, the RF power supplied to the susceptor electrode 104 is increased to perform high-speed etching, and the RF power is switched to a small value just before the surface of the substrate 103 starts to be exposed. In this way, since the etching can be performed with a sufficiently low self-bias state after the substrate 103 starts to be exposed, damage to the substrate surface can be reduced to almost zero.

【0070】基板103の表面に照射するイオンの運動
エネルギーが大きすぎれば如何なる材料でも損傷を生じ
る。材料に損傷が生じ始めるのは、各材料の原子間結合
力に関連して決まる損傷発生の臨界エネルギーに比べ照
射イオンの運動エネルギーが若干大きくなったときであ
る。原子間結合力は、通常絶縁物の方が半導体より大き
い。基板103や、絶縁物の材料の性質を考慮した上で
照射イオンのエネルギーを決めればよい。
If the kinetic energy of the ions applied to the surface of the substrate 103 is too large, any material may be damaged. Damage to a material begins when the kinetic energy of the irradiated ions is slightly greater than the critical energy for damage determined by the interatomic bonding force of each material. Generally, an insulator has a larger atomic bonding force than a semiconductor. The energy of the irradiation ions may be determined in consideration of the properties of the substrate 103 and the material of the insulator.

【0071】図10は第3の実施例を示すもので基板1
03への損傷を無くし、且つ基板103の表面に照射す
るイオンのエネルギーを自由に選択できる方法を示して
いる。図1の第1の実施例と比較して異る点は、サセプ
タ電極104に対し、f2,f3という2つの異る周波数
を切り換えて入力できるようになっている点であり、そ
れに応じてバンドエリミネーター401も変更して構成
されている。402及び403はLCの共振回路であ
り、それぞれf2,f3の共振周波数を有している。
FIG. 10 shows a third embodiment, in which the substrate 1
3 shows a method in which damage to the substrate 103 is eliminated and the energy of ions to be irradiated on the surface of the substrate 103 can be freely selected. The difference from the first embodiment shown in FIG. 1 is that two different frequencies f 2 and f 3 can be switched and input to the susceptor electrode 104. The band eliminator 401 is also modified. Numerals 402 and 403 denote LC resonance circuits having resonance frequencies of f 2 and f 3 , respectively.

【0072】f2=1/2π(L2C21/2 f3=1/2π(L3C31/2 2つの共振回路402,403を直列に接続したバンド
エリミネーター401は、f2,f3の2つの周波数に対
してのみインピーダンスが大きくなり、これ以外の周波
数に対しては実質的に短絡となっているため、これら2
種類の高周波に対してのみ選択的にサセプタ電極104
に電力を供給する機能をもっている。
F 2 = 1 / 2π (L 2 C 2 ) 1/2 f 3 = 1 / 2π (L 3 C 3 ) 1/2 A band eliminator 401 in which two resonance circuits 402 and 403 are connected in series is Since the impedance is increased only at two frequencies f 2 and f 3 and is substantially short-circuited at other frequencies, these two
Susceptor electrode 104 selectively for only one type of high frequency
Has the function of supplying power to

【0073】例えば、f1=250MHzとし、f2=1
00MHz、f3=40MHzとする。そして、例えば
まず最初の数0.5〜1μm程度の膜が形成されている
間は、サセプタ電極104に加える高周波の周波数をf
3(40MHz)とすると、自己バイアスは図5に示す
ように0〜−100Vと大きくなり、大きなエッチング
効果が得られる。表面が100Å程度になった時点で周
波数をf3(100MHz)に切り換えて薄い膜(例え
ば10Å〜100Å)をエッチングする。このようにす
れば基板表面が露出し始めたときは100MHzに対応
する小さな自己バイアス値(約−10〜−20V)で基
板表面をイオンが照射するため基板の損傷はほとんど生
じない。
For example, f 1 = 250 MHz and f 2 = 1
00 MHz and f 3 = 40 MHz. For example, while the first film having a thickness of about 0.5 to 1 μm is formed, the frequency of the high frequency applied to the susceptor electrode 104 is changed to f.
When the frequency is 3 (40 MHz), the self-bias becomes as large as 0 to -100 V as shown in FIG. 5, and a large etching effect is obtained. When the surface becomes approximately 100 °, the frequency is switched to f 3 (100 MHz) and a thin film (for example, 10 ° to 100 °) is etched. In this way, when the substrate surface starts to be exposed, the substrate surface is irradiated with ions with a small self-bias value (about -10 to -20 V) corresponding to 100 MHz, and the substrate is hardly damaged.

【0074】このような方法は、RIE法により堆積し
た薄膜の表面形状の平担度をコントロールする場合特に
重要になってくる。なぜなら周波数を変化させることに
より最も有効なエッチング用のイオンのエネルギーをコ
ントロールでき、最適のエネルギー値で基板103の損
傷を生じさせることなく選べるからである。
Such a method is particularly important when controlling the flatness of the surface shape of the thin film deposited by the RIE method. This is because the most effective energy of etching ions can be controlled by changing the frequency, and the energy can be selected at an optimum energy value without causing damage to the substrate 103.

【0075】ここではf2,f3の2つの異る周波数の場
合についてのみ述べたが、例えばf2,f3,f4という
3つの値を用いてもよいことはいうまでもない。ただ
し、この場合、最初に印加する周波数f4はf4>f2
3として、後になるほど最も高周波のものを用い損傷
を小さくすることが重要である。
[0075] Here, although described only for the case of two different Ru frequency of f 2, f 3, for example f 2, f 3, may of course be used three values of f 4. However, in this case, the first applied frequency f 4 is f 4 > f 2 ,
As f 3, it is important to reduce the damage using the highest frequency that enough made later.

【0076】また、複数の周波数を用いる場合、これら
は放電励起用の周波数f1 も含め、f1,f2,f3,・・
・・は互いに高調波の関係にないように選ぶのが望まし
い。放電空間は非線型であり、従ってf1,f2,f3
・・・・の高調波が放電条件によっては全く違った状態
で重畳してしまうことがあり条件の設定が一義的でなく
なるからである。
[0076] In the case of using a plurality of frequencies, these frequencies f 1, including for discharge excitation, f 1, f 2, f 3, · ·
It is desirable to select the values so that they do not have a harmonic relationship with each other. The discharge space is non-linear and therefore f 1 , f 2 , f 3 ,
.. May be superimposed in completely different states depending on the discharge conditions, and the setting of the conditions is not unique.

【0077】なお、図10における共振回路402,4
03に代えて、図11に示す共振回路を用いても同様の
作用をもたらすことができる。ただ、図11においては CS ≫C2 ,C3 とする必要がある。
The resonance circuits 402 and 4 shown in FIG.
A similar effect can be obtained by using the resonance circuit shown in FIG. However, in FIG. 11, it is necessary to satisfy C S ≫C 2 , C 3 .

【0078】次に、上述したRIE装置の基本的構成部
分である対向する平行平板電極間にプラズマを作って行
う、各種のプロセスにも共通する高性能化の概念を説明
する。
Next, the concept of high performance common to various processes, in which plasma is generated between opposed parallel plate electrodes, which is a basic component of the RIE apparatus, will be described.

【0079】放電プラズマプロセス高性能化の必要条件
は、(1)基体表面にダメージ(損傷)を与えないこ
と、(2)真空容器や電極材料のスパッタによる基板表
面への汚染がないことの2要件である。もちろん、その
ほかにも高速エッチング,高速成膜が行えること、でき
るだけ少ない高周波電力で、できるだけ高密度のプラズ
マを実現すること等、具体的なエッチング,成膜高性能
化の要求があることはいうまでもない。
The prerequisites for improving the performance of the discharge plasma process are (1) no damage to the substrate surface, and (2) no contamination on the substrate surface by sputtering of a vacuum vessel or electrode material. Requirements. Needless to say, there is a need for specific high-performance etching and film formation such as high-speed etching and high-speed film formation, realization of high-density plasma with as little RF power as possible. Nor.

【0080】要件(1),(2)が実現されるために
は、放電により形成されるプラズマのプラズマ電位が、
真空容器や電極材料がスパッタされない程度の値、すな
わち+30V以下、望ましくは+20V以下であること
が要求される。真空容器は通常接地された状態で使用さ
れるが、真空容器内表面に入射するイオンのエネルギー
は、プラズマ電位程度のエネルギーになる。電極102
やサセプタ電極104は、通常高周波電力の供給により
直流的には負電圧が加わるので、正電荷を持ったイオン
が入射するが、そのエネルギーはそれぞれ所要の目的を
持ったエネルギー値に制御される。いずれにしても、対
向電極間に形成されるプラズマ電位が+5〜+20V程
度の範囲に抑え込まれていることが不可欠の条件にな
る。基板表面を照射する個々のイオンのエネルギーに
は、エッチング、成膜の目的に応じて基板表面材料に対
してそれぞれ最適値が存在する。個々のイオンエネルギ
ーをそれぞれの材料の最適値に調整するのは、サセプタ
電極104に供給される周波数f2の高周波電力を調整
して、サセプタ電極104の自己バイアス電圧−V
s(V)を、VOP=VP +VS となるように設定すればよ
い。プラズマから基板表面の間でイオンが衝突しなけれ
ば、基板表面照射イオンエネルギーは、プラズマ電位と
基板表面電位の差のポテンシャルで決まるからである。
In order to fulfill the requirements (1) and (2), the plasma potential of the plasma formed by the discharge is:
It is required that the value be such that the vacuum vessel and the electrode material are not sputtered, that is, +30 V or less, preferably +20 V or less. The vacuum vessel is normally used in a state of being grounded, but the energy of the ions incident on the inner surface of the vacuum vessel is about the plasma potential. Electrode 102
Normally, a negative voltage is applied to the susceptor electrode 104 by supply of high-frequency power, so that ions having a positive charge are incident on the susceptor electrode 104, and the energy is controlled to an energy value having a required purpose. In any case, it is an essential condition that the plasma potential formed between the opposing electrodes is suppressed to a range of about +5 to +20 V. The energy of each ion irradiating the substrate surface has an optimum value for the substrate surface material according to the purpose of etching and film formation. It is adjusted to the optimum value of each material the individual ion energy, by adjusting the high frequency power of a frequency f 2 which is supplied to the susceptor electrode 104, the susceptor electrode 104 self-bias voltage -V
s (V) may be set so that V OP = V P + V S. This is because if ions do not collide between the plasma and the substrate surface, the ion energy of the substrate surface irradiation is determined by the potential difference between the plasma potential and the substrate surface potential.

【0081】ただし、VOP:イオンの最適照射電位,V
P:プラズマ電位,−VS:サセプタ電極の自己バイアス
である。
Where V OP is the optimum irradiation potential of ions, V
P: plasma potential, -V S: a self-bias of the susceptor electrode.

【0082】なお、かかる設定条件は、対向電極間に形
成されるプラズマの電位が低い正電圧に抑えられている
ときに限り適用できる。すなわち、VP <VOPが成立し
ていなければならない。サセプタ電極104に高周波電
力を印加して実現される自己バイアスは常に負電圧方向
に作用するからである。従って、VSP>VP ,VOP>V
P が満足されるような、低い正電圧にプラズマ電位VP
を設定するのである。ただし、VSPは真空容器や電極材
料のスパッタ開始電圧である。
The above setting conditions can be applied only when the potential of the plasma formed between the opposed electrodes is kept at a low positive voltage. That is, V P <V OP must be satisfied. This is because the self-bias realized by applying high-frequency power to the susceptor electrode 104 always acts in the negative voltage direction. Therefore, V SP > V P , V OP > V
As P is satisfied, the plasma potential V P at a low positive voltage
Is set. Here, V SP is a sputtering start voltage of the vacuum vessel and the electrode material.

【0083】上述の結論として、プラズマ応用装置の高
性能化は、プラズマ電位を低い正電圧(VSP>VP ,V
OP>VP )に設定することにある。プラズマ電位が正電
圧で高くなる理由は、主としてプラズマ空間から、質量
がイオンにくらべて軽い負電荷を持った電子が逃げてし
まい、正電荷を持ったイオンが過剰になり、プラズマが
正電荷を持つことに依存する。換言すれば、プラズマ電
位を正の低い電位に保つには、プラズマ空間から電子が
できるだけ逃げないようにする必要がある。同時に、高
周波電力によりできるだけ有効に放電・イオン化が起る
ことが重要である。
As described above, the improvement in the performance of the plasma application apparatus requires that the plasma potential be reduced to a low positive voltage (V SP > V P , V
OP > V P ). The reason that the plasma potential increases with a positive voltage is mainly that electrons with a negative charge, whose mass is lighter than ions, escape from the plasma space, ions with a positive charge become excessive, and the plasma generates a positive charge. Depends on having. In other words, in order to keep the plasma potential at a low positive potential, it is necessary to prevent electrons from escaping from the plasma space as much as possible. At the same time, it is important that high-frequency power causes discharge and ionization to occur as effectively as possible.

【0084】次に、こうした条件を実現する直流磁場分
布及び高周波電界分布について、図13を用いて説明す
る。図13(a)は、対向する平板状電極107、サセ
プタ電極104に対する直流磁界分布601(点線)、
高周波電界分布(実線)602を示す。図13(a)に
は、理想状態の一例が示されている。すなわち、対向す
る両電極107,104の極板に平行に直流磁界が存在
し、極板間に垂直に高周波電界が存在する。極板間に存
在する電子は、直流磁界に巻きついて円運動(サイクロ
トロン運動)する。円運動する電子の運動方向に高周波
電界が存在するから、電界から効率よく電子の運動へエ
ネルギーが変換される。エネルギーを得た電子は、極板
間にサイクロトロン運動することによって閉じ込められ
ているから、中性の分子や原子と効率よく衝突し、その
分子や原子をイオン化する。電極107、サセプタ電極
104は高周波入力により、通常自己バイアスは負電圧
となる。したがって、負電荷を持った電子は両電極に入
射することはない。したがって、垂直方向に対しては電
子は両電極間に閉じ込められることになる。しかし、両
電極の平行な方向の端部は単なる空間であるから、該端
部からは電子が外部に流れ出す。この横方向の電子の逃
げを抑えるには、図13(b)のように直流磁界Bの強
度を分布させればよい。すなわち、直流磁界Bの強度は
極板の中心から極板端部近傍までは距離rに対し一定に
なるようにし、端部近傍で磁界強度を強くする。これに
より、磁界強度が強くなった部分で、電子は反射され
て、一定磁界強度部分に閉じ込められるのである。
Next, a DC magnetic field distribution and a high-frequency electric field distribution which realize such conditions will be described with reference to FIG. FIG. 13A shows a DC magnetic field distribution 601 (dotted line) with respect to the opposing flat electrode 107 and susceptor electrode 104,
A high frequency electric field distribution (solid line) 602 is shown. FIG. 13A shows an example of the ideal state. In other words, a DC magnetic field exists parallel to the pole plates of both electrodes 107 and 104 facing each other, and a high-frequency electric field exists vertically between the pole plates. Electrons existing between the plates make a circular motion (cyclotron motion) around a DC magnetic field. Since a high-frequency electric field exists in the direction of movement of the circularly moving electrons, energy is efficiently converted from the electric field to the movement of the electrons. The electrons that have gained energy are confined by performing cyclotron motion between the electrode plates, and thus efficiently collide with neutral molecules and atoms to ionize the molecules and atoms. The electrode 107 and the susceptor electrode 104 receive a high-frequency input, and the self-bias is usually a negative voltage. Therefore, electrons having negative charges do not enter both electrodes. Therefore, electrons are confined between both electrodes in the vertical direction. However, since the ends of the two electrodes in the parallel direction are merely spaces, electrons flow out from the ends. In order to suppress the escape of the electrons in the lateral direction, the intensity of the DC magnetic field B may be distributed as shown in FIG. That is, the intensity of the DC magnetic field B is constant with respect to the distance r from the center of the electrode plate to the vicinity of the end of the electrode plate, and the magnetic field strength is increased near the end. As a result, the electrons are reflected at the portion where the magnetic field intensity is increased, and are confined in the portion with the constant magnetic field intensity.

【0085】図14は、図13に示された考え方を適用
した第4の実施例を示すものである。なお、図1に示す
第1の実施例の構成部分と同一のものは同じ番号を付し
て重複した説明を省略する。
FIG. 14 shows a fourth embodiment to which the concept shown in FIG. 13 is applied. The same components as those of the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.

【0086】電極間に放電を励起させるための周波数f
1の高周波電力は、同軸コネクタ710を通して供給さ
れる。716は電極102まで高周波電力を導く内導体
であり、712はテーパ状に形成された同軸ケーブルの
外導体でありAl合金、ステンレス、Ti等の金属製真
空容器105に接続されている。図1に示す第1の実施
例では、直流磁界は永久磁石106により形成させてい
たが、図14の第2実施例では電磁石により形成させて
いる。715は、電磁石を構成する透磁率μ及び飽和磁
束密度の高い磁性体、714は直流電流を供給する電線
である。電磁石は、内導体716と電極の母材102に
より完全に囲われているため、高周波の周波数f1の電
界や磁界に晒されることはない。
Frequency f for exciting discharge between electrodes
One high frequency power is supplied through a coaxial connector 710. Reference numeral 716 denotes an inner conductor that guides high-frequency power to the electrode 102, and 712 denotes an outer conductor of a tapered coaxial cable, which is connected to the metal vacuum vessel 105 made of Al alloy, stainless steel, Ti, or the like. In the first embodiment shown in FIG. 1, the DC magnetic field is formed by the permanent magnet 106, but in the second embodiment of FIG. 14, it is formed by the electromagnet. Reference numeral 715 is a magnetic material having a high magnetic permeability μ and a high saturation magnetic flux density constituting the electromagnet, and 714 is an electric wire for supplying a direct current. Electromagnet, the inner conductor 716 and because it is completely surrounded by the base material 102 of the electrode, is not exposed to an electric field and a magnetic field of high frequency of f 1.

【0087】サセプタ電極104の自己バイアスを制御
する周波数f2の高周波電力は、同軸コネクタ711を
介して供給される。717は同軸ケーブルの内導体、7
13は外導体である。なお、インダクタンスL1及びコ
ンデンサC1の直列回路、インダクタンスL2及びコンデ
ンサC2の直列回路は、夫々周波数f1,f2の高周波を
短絡するための回路である。
High frequency power having a frequency f 2 for controlling the self-bias of the susceptor electrode 104 is supplied through a coaxial connector 711. 717 is the inner conductor of the coaxial cable, 7
13 is an outer conductor. The series circuit of the inductance L 1 and the capacitor C 1 and the series circuit of the inductance L 2 and the capacitor C 2 are circuits for short-circuiting high frequencies of frequencies f 1 and f 2 , respectively.

【0088】708,709は、これら短絡回路を構成
する絶縁物基板であり、例えばテフロン含浸絶縁物から
成る。内導体716,717と外導体712,713を
短絡する回路は、円筒同軸の構成に適合するように、円
錐状に形成されている。図15(a),(b)は前記短
絡回路の例を示すものである。前記短絡回路1,2は、
中央部に内導体716,717を挿通するための穴80
5,806を設け、基板はテフロン含浸絶縁物により円
板状に形成されている。図15に示す例では、4個の直
列共振回路が互いに90度の角度間隔で放射状に配置さ
れた例が示されている。801,803はインダクタン
ス、802,804は積層セラミックなどの高周波コン
デンサである。斜線部は前記絶縁物の基板に残されたC
u薄膜である。該薄膜は、通常35〜70μm程度の厚
さである。絶縁物基板の厚さは、高周波電力にもよる
が、1〜3mm程度である。図15(a)では、インダ
クタンス801は直線の線を有するインダクタンスが使
われており、コンデンサはチップコンデンサである。図
15(b)では、インダクタンス803は電線を所要巻
数だけ巻回して成るコイルが用いられ、コンデンサ80
4は平板コンデンサを用いている。
Reference numerals 708 and 709 denote insulating substrates constituting these short circuits, for example, made of Teflon-impregnated insulating material. A circuit for short-circuiting the inner conductors 716 and 717 and the outer conductors 712 and 713 is formed in a conical shape so as to conform to a cylindrical coaxial configuration. FIGS. 15A and 15B show examples of the short circuit. The short circuits 1, 2
Hole 80 for inserting inner conductors 716 and 717 in the center
5,806 is provided, and the substrate is formed in a disk shape using a Teflon-impregnated insulator. In the example shown in FIG. 15, an example is shown in which four series resonance circuits are radially arranged at an angular interval of 90 degrees from each other. Reference numerals 801 and 803 denote inductances, and reference numerals 802 and 804 denote high-frequency capacitors such as multilayer ceramics. The shaded area indicates the C remaining on the insulating substrate.
u thin film. The thin film usually has a thickness of about 35 to 70 μm. The thickness of the insulator substrate is about 1 to 3 mm, depending on the high frequency power. In FIG. 15A, an inductance having a straight line is used as the inductance 801 and the capacitor is a chip capacitor. In FIG. 15B, a coil formed by winding an electric wire by a required number of turns is used as the inductance 803.
4 uses a flat plate capacitor.

【0089】説明を図14に戻す。高周波電力、特に電
極間に放電を形成する周波数f1の電力が、効率よく電
極間に閉じ込められるために、電極102、サセプタ電
極104は絶縁物のセラミック706,707により、
夫々真空容器105から浮いた状態で構成されている。
電極間隔に比し電極から真空容器までの距離は遠く離間
している。これは電極102に入射した周波数f1の高
周波電力の電界を、殆どサセプタ電極104に終端させ
るためである。周波数f1の高周波電流は、サセプタ電
極104に終端した後、内導体717、短絡回路
(L1,C1)、真空容器105を介して外導体712に
流れ出す。
The description returns to FIG. Since the high-frequency power, particularly the power of the frequency f 1 that forms a discharge between the electrodes, is efficiently confined between the electrodes, the electrode 102 and the susceptor electrode 104 are formed by insulating ceramics 706 and 707.
Each is configured to be floating from the vacuum container 105.
The distance from the electrode to the vacuum vessel is farther than the electrode interval. This is because the electric field of the high-frequency power having the frequency f 1 incident on the electrode 102 is almost terminated to the susceptor electrode 104. After terminating at the susceptor electrode 104, the high-frequency current having the frequency f 1 flows out to the outer conductor 712 via the inner conductor 717, the short circuit (L 1 , C 1 ), and the vacuum vessel 105.

【0090】電極間隔は、ガス圧力にもよるが通常2〜
10cm程度である。電極面積は、基板103より大き
く設定されるから、基板103としてのウエハの直径が
6インチ,8インチ,10インチであれば、少なくと
も、電極の直径は夫々20cm,25cm,30cmよ
り大きなものにする必要がある。
The electrode spacing depends on the gas pressure, but is usually 2 to
It is about 10 cm. Since the electrode area is set larger than the substrate 103, if the diameter of the wafer as the substrate 103 is 6 inches, 8 inches, and 10 inches, at least the diameter of the electrodes is larger than 20 cm, 25 cm, and 30 cm, respectively. There is a need.

【0091】図16は、第5の実施例を示すもので比較
的実際の構造に近いものである。本実施例の場合、両電
極107,104の間隔が狭くなっているので、高周波
電界の殆どが対向する電極間に閉じ込められることにな
る。
FIG. 16 shows the fifth embodiment, which is relatively close to the actual structure. In the case of this embodiment, since the distance between the electrodes 107 and 104 is narrow, most of the high-frequency electric field is confined between the opposing electrodes.

【0092】サセプタ電極104に供給される周波数f
1の高周波電力に対する短絡が不十分な場合には、図1
7に示す第6の実施例のように、サセプタ電極104と
真空容器105との間に直接的に短絡回路を設ければよ
い。本実施例の構成の要点は、対向する2枚の電極間
に、可能な限り強い磁界を設ける点にある。
Frequency f supplied to susceptor electrode 104
If the short circuit to the high frequency power of 1 is insufficient,
As in the sixth embodiment shown in FIG. 7, a short circuit may be provided directly between the susceptor electrode 104 and the vacuum vessel 105. The point of the configuration of this embodiment is that a magnetic field as strong as possible is provided between two opposing electrodes.

【0093】図16、図17に示す実施例のように、コ
イル722と磁性体715で構成される電磁石である
と、その磁力線分布は図18に示すように下方向に拡が
った分布になる。
In the case of an electromagnet composed of the coil 722 and the magnetic body 715 as in the embodiment shown in FIGS. 16 and 17, the distribution of the magnetic force lines has a distribution spreading downward as shown in FIG.

【0094】図19に示す第7の実施例のように、両電
極104,107の裏面にそれぞれ完全反磁性を示す超
伝導体あるいは超伝導薄膜731,732を設けると、
磁力線はこの超伝導体731,732の外側には漏れな
いから、両電極間にのみ存するようになる。
As in the seventh embodiment shown in FIG. 19, when superconductors or superconducting thin films 731 and 732 exhibiting complete diamagnetism are provided on the back surfaces of both electrodes 104 and 107, respectively.
Since the lines of magnetic force do not leak outside the superconductors 731 and 732, they exist only between the two electrodes.

【0095】基板103を冷却する必要があるときは、
例えば液体窒素温度で超伝導現象を示す酸化物超伝導体
を電極裏面に1μm程度以上スパッタ成膜等でコーティ
ングすることにより極めて大きな磁界閉じ込め効果を生
じさせ得る。図20に示す第8の実施例はかかる磁界閉
じ込め効果を示すものである。
When the substrate 103 needs to be cooled,
For example, an extremely large magnetic field confinement effect can be generated by coating the back surface of the electrode with an oxide superconductor exhibiting a superconductivity phenomenon at the temperature of liquid nitrogen by about 1 μm or more by sputtering. The eighth embodiment shown in FIG. 20 shows such a magnetic field confinement effect.

【0096】同様に、両電極間に磁界を閉じ込めて強い
平行方向の磁界を発生させるには、電極102側だけで
はなく、サセプタ電極104側にもまったく同様に電磁
石(721,723)を設ければよい。図21はかかる
原理に基づいて構成された第9の実施例を示すものであ
る。電磁石(715,722),(721,723)
は、いずれも高周波電力供給用の内導体716,717
により実質的に囲われている。コイル722,723に
電流を供給するための電線は、内導体716,717を
貫通して外部に引き出されている。
Similarly, in order to confine the magnetic field between both electrodes and generate a strong parallel magnetic field, electromagnets (721, 723) are provided not only on the electrode 102 side but also on the susceptor electrode 104 side. I just need. FIG. 21 shows a ninth embodiment constructed based on such a principle. Electromagnets (715, 722), (721, 723)
Are inner conductors 716 and 717 for supplying high frequency power.
Are substantially enclosed by Electric wires for supplying current to the coils 722 and 723 pass through the inner conductors 716 and 717 and are drawn out to the outside.

【0097】本第9の実施例において、電極102,1
04に完全反磁性体の超伝導体をコーティングすればさ
らに好ましいものになる。本実施例は放電プラズマが形
成される真空容器は、容器本体706,707がセラミ
ックにて形成され、外部容器105’が金属で形成され
ている。外部容器105’は、アースと高周波電流を流
す役割をはたす。このように構成すれば、第1,9,1
0図に示す各実施例の装置に見られた、電極102と真
空容器間の放電が無くなり、高周波電力は電極102,
104間に殆ど閉じ込められることになり、少ない高周
波電力で高密度のプラズマを電極間に形成することがで
きる。
In the ninth embodiment, the electrodes 102, 1
It is more preferable to coat a completely diamagnetic superconductor on 04. In this embodiment, in the vacuum vessel in which discharge plasma is formed, the vessel main bodies 706 and 707 are made of ceramic, and the outer vessel 105 'is made of metal. The outer container 105 'plays the role of flowing the ground and the high-frequency current. With this configuration, the first, ninth, and first
The discharge between the electrode 102 and the vacuum vessel, which was observed in the apparatus of each embodiment shown in FIG.
Since the plasma is almost confined between the electrodes 104, high-density plasma can be formed between the electrodes with a small amount of high-frequency power.

【0098】内導体716,717に囲われる電磁石を
永久磁石により形成して差し支ないことはいうまでもな
い。永久磁石を構成する材料は通常比透磁率が低く、4
〜5以下である。
It goes without saying that the electromagnet surrounded by the inner conductors 716 and 717 may be formed by permanent magnets. The material constituting the permanent magnet usually has a low relative magnetic permeability.
55 or less.

【0099】したがって、図21に示す第9の実施例
で、コイル722,723を除去し、図22に示す第1
0実施例のようにドーナツ状の完全反磁性超伝導体75
1,752をはめ込むとよい。この場合、超伝導体75
1,752をはめ込んだ磁性体715,721は永久磁
石から成る。
Therefore, in the ninth embodiment shown in FIG. 21, the coils 722 and 723 are removed and the first embodiment shown in FIG.
0 Donut-shaped complete diamagnetic superconductor 75 as in the embodiment
It is good to fit 1,752. In this case, the superconductor 75
The magnetic bodies 715 and 721 in which 1,752 are fitted are made of permanent magnets.

【0100】以上、チャンバ材料のスパッタ汚染を完全
に抑え、基板にいっさい損傷を生じないRIE装置につ
いて説明したが、真空容器内に導入されるガスは、エッ
チングされる材料によって異り、塩素系(Cl2,Si
Cl4,CH2Cl2,CCl4等)、フッ素系(F2,C
22,CF4,SiF4等)および混合ガス系(CF2
Cl2等)が用いられ、キャリアガスAr,He,添加
ガスH2,O2が加えられる。
The RIE apparatus that completely suppresses sputter contamination of the chamber material and does not cause any damage to the substrate has been described. However, the gas introduced into the vacuum vessel differs depending on the material to be etched, Cl 2 , Si
Cl 4 , CH 2 Cl 2 , CCl 4 etc.), fluorinated (F 2 , C
H 2 F 2 , CF 4 , SiF 4 etc.) and mixed gas system (CF 2
Cl 2 or the like is used, and carrier gases Ar, He, additive gases H 2 , and O 2 are added.

【0101】高周波放電に使う高周波電源の出力周波数
1の波長は、少なくともウエーハの直径の2倍より大
きいことが均一エッチングの立場から要求される。望ま
しくは周波数f1は、100MHz(波長3m)〜1G
Hz(波長30cm)程度である。
It is required from the standpoint of uniform etching that the wavelength of the output frequency f 1 of the high frequency power supply used for the high frequency discharge is at least larger than twice the diameter of the wafer. Preferably the frequency f 1 is, 100 MHz (wavelength 3m) ~ 1 g
Hz (wavelength 30 cm).

【0102】しかし、例えば、2.45GHzのような
マイクロ波を用いたような場合には電磁波の波長が基板
たるウエーハ径にくらべて小さくなり、エッチング量の
バラツキの原因となることがあるため好ましくない。
However, when a microwave such as 2.45 GHz is used, for example, the wavelength of the electromagnetic wave becomes smaller than the diameter of the wafer as the substrate, which may cause a variation in the etching amount. Absent.

【0103】以上本発明の実施例は主としてSiO2
Si膜のエッチングについて述べてきたが、これに限る
必要はもちろんない。例えば、PSG膜、BPSG膜、
ASG膜、シリコン窒化膜、Al23膜、AlN膜、A
l,W,Mo,Ta,Tiあるいはこれらの合金等より
なる膜及び基板のエッチングに用いてもよい。
Although the embodiments of the present invention have been described mainly with respect to etching of a SiO 2 or Si film, it is needless to say that the present invention is not limited to this. For example, PSG film, BPSG film,
ASG film, silicon nitride film, Al 2 O 3 film, AlN film, A
It may be used for etching films and substrates made of l, W, Mo, Ta, Ti or alloys thereof.

【0104】また、励起活性種源ガスは被エッチング薄
膜の種類に応じて適宜選択すればよい。例えば、poly−
Si薄膜の場合、Cl2,CCl4,CCl22,Cl2
等を、Si薄膜の場合、Cl2,CCl22,CF4
を、SiO2薄膜の場合、CF4/H2,C26等を、A
l薄膜の場合、CCl4,SiCl4,BCl3,Cl2
を、Mo薄膜、W薄膜、Ti薄膜、Ta薄膜等の場合は
2,Cl2,CF4等を適宜用いればよい。また、H2
2,N2を添加ガスとして加えることも有効である。
The source gas of the excited active species may be appropriately selected according to the type of the thin film to be etched. For example, poly-
In the case of a Si thin film, Cl 2 , CCl 4 , CCl 2 F 2 , Cl 2
In the case of a Si thin film, Cl 2 , CCl 2 F 2 , CF 4, etc., and in the case of a SiO 2 thin film, CF 4 / H 2 , C 2 F 6, etc.
In the case of 1 thin film, CCl 4 , SiCl 4 , BCl 3 , Cl 2 and the like may be used, and in the case of Mo thin film, W thin film, Ti thin film, Ta thin film and the like, F 2 , Cl 2 , CF 4 and the like may be used appropriately. Also, H 2 ,
It is also effective to add O 2 and N 2 as additive gases.

【0105】また、これらが形成される基板103も、
絶縁性のものに限らず、導電性のものあるいは半導体で
もよい。
The substrate 103 on which these are formed is also
It is not limited to an insulating material, but may be a conductive material or a semiconductor.

【0106】さらに、例えばポリイミド膜やレジストな
どの高分子材料のエッチングについても適用できること
はいうまでもない。また、エッチングを行なう基板も半
導体ウエーハに限らないことはいうまでもない。また、
リアクティブイオンエッチング以外のスパッタエッチン
グにも利用できる。
Further, it goes without saying that the present invention can be applied to etching of a polymer material such as a polyimide film and a resist. Needless to say, the substrate on which the etching is performed is not limited to the semiconductor wafer. Also,
It can also be used for sputter etching other than reactive ion etching.

【0107】次に、上記各実施例の構成を有する装置
は、上記RIEだけではなく、PCVD、ドライ洗浄、
レジストアッシング、レジストのドライ現像等にも、使
用条件の一部の変更により容易に使用できる。
Next, the apparatus having the structure of each of the above embodiments is not limited to the above-mentioned RIE, but also includes PCVD, dry cleaning,
It can be easily used for resist ashing, dry development of the resist, etc. by partially changing the use conditions.

【0108】まず、プラズマCVD(PCVD)である
が、Si成膜には、SiH4,Si26,SiH2Cl2
等の原料ガスをあるいはこれに、Ar,He,H2等の
ガスを加えて、Al成膜には、H2+Al(CH33
2+AlH(CH32等のガスを、SiO2成膜には、
SiH4+O2,SiH2Cl2+O2等を、Si34成膜
には、SiH4+NH3+H2等のガスを供給する。第
1,7,9,10,12,14,15図に示す実施例
で、こうした原料ガスを高周波電源f1により放電させ
プラズマ状態にする。高密度のプラズマが電極間に形成
されるが、高周波f1が150〜250MHzと高く保
たれているから、電極102に現われる自己バイアス
は、−10〜−2Vと低く電極がスパッタされることは
ない。さらに、成膜に必要な基板表面照射イオンエネル
ギーは、f1より低い周波数f2(例えば、10〜80M
Hz)の高周波電力で制御される。照射イオンエネルギ
ーは成膜に必要な最適値にf2の電力により制御され、
照射イオン密度は、f1の電力により制御される。例え
ば、Si成膜の場合、(Ar+SiH4)を供給するガ
スとすると、ArとSiH4の混合比を調節することが
重要である。特に、室温から400℃程度の低温で、高
品質なSi成膜を行うためには、イオン照射によるSi
表面の活性化が決め手になるからである。たとえば、1
個のSi原子が正規の格子位置におさまる間に、最適の
エネルギーを持った照射イオンの数が、通常1個以上は
必要だからである。たとえば、Si原子1個に10個の
イオン照射あるいは50個のイオン照射ということにな
るからである。通常は、Ar量の方がSiH4よりは十
分多く設定される。他の成膜の時も、まったく同様であ
る。基板表面を照射するイオンは、成膜に直接寄与する
原子あるいは分子である必要はない。成膜に寄与する原
子、分子と基板表面照射イオンは、まったく別のもので
ある方が、イオンによる基板照射量と成膜速度を独立に
制御できて、高品質成膜に適している。
First, plasma CVD (PCVD) is performed. SiH 4 , Si 2 H 6 , SiH 2 Cl 2
Or a raw material gas such as Ar, He, H 2, etc., to form an Al film by H 2 + Al (CH 3 ) 3 ,
A gas such as H 2 + AlH (CH 3 ) 2 is used for forming a SiO 2 film.
A gas such as SiH 4 + O 2 , SiH 2 Cl 2 + O 2 , and a gas such as SiH 4 + NH 3 + H 2 are supplied for forming a Si 3 N 4 film. In the embodiment shown in 1,7,9,10,12,14,15 figure, these raw material gas into a plasma state is discharged by a high frequency power source f 1. Although high-density plasma is formed between the electrodes, because the high frequency f 1 is kept as high as 150~250MHz, self-bias appearing on the electrode 102, the lower electrode and -10 to-2V is sputtered Absent. Furthermore, the substrate surface irradiated ion energy required for film formation, frequencies lower than f 1 f 2 (e.g., 10 to 80 m
(Hz). Irradiation ion energy is controlled by the power of f 2 to the optimum value required for the deposition,
Irradiation ion density is controlled by the power of the f 1. For example, in the case of forming a Si film, if a gas for supplying (Ar + SiH 4 ) is used, it is important to adjust the mixing ratio of Ar and SiH 4 . In particular, in order to perform high-quality Si film formation at a low temperature from room temperature to about 400 ° C., it is necessary to use Si irradiation by ion irradiation.
This is because activation of the surface is decisive. For example, 1
This is because the number of irradiated ions having the optimum energy is usually required to be one or more while the number of Si atoms falls in the regular lattice position. This is because, for example, one Si atom is irradiated with 10 ions or 50 ions. Usually, the amount of Ar is set to be much higher than that of SiH 4 . The same applies to other film formations. The ions that irradiate the substrate surface need not be atoms or molecules that directly contribute to film formation. The atoms and molecules that contribute to the film formation and the substrate surface irradiation ions are completely different, so that the amount of ion irradiation of the substrate and the film formation rate can be controlled independently, which is suitable for high quality film formation.

【0109】一方、レジスト剥離は上述したように通常
は、混合液(H2SO4+H22)を用いたウェットプロ
セスで行われるが、イオン注入工程を経たレジストは混
合液(H2SO4+H22)には溶解しない。そのため、
酸素(O2)プラズマ中で、強力な酸化反応により除去
している。
[0109] On the other hand, resist stripping is usually as described above, a mixed solution (H 2 SO 4 + H 2 O 2) is carried out by a wet process using a mixture resist after the ion implantation step (H 2 SO 4 + H 2 O 2 ). for that reason,
It is removed by a strong oxidation reaction in oxygen (O 2 ) plasma.

【0110】ただし、従来の装置では、高エネルギーイ
オン照射による損傷、およびチャンバ内表面のスパッタ
による基板表面の金属汚染の問題が存在し、レジスト剥
離を有名無実化していた。
However, in the conventional apparatus, there is a problem of damage due to high-energy ion irradiation and metal contamination of the substrate surface due to sputtering of the inner surface of the chamber.

【0111】しかし、本発明の装置(第1,7,9,1
0,12,14,及び15図に示すもの)を適用すれば
酸素プラズマを完全に制御でき、無損傷、金属汚染のな
い、レジスト剥離が実現される。O2中に若干のCl2
加えておけば、レジスト中に含まれる金属成分も同時に
除去される。レジスト剥離時に、Si表面がO2プラズ
マで薄く酸化されるが、該薄い酸化膜は、N2,Ar中
に0.6%程度のHFガスを混入させた気相エッチング
で容易に除去できる。酸化膜が除去されたSi表面はフ
ッ素によりターミネイトされているが、このフッ素は、
2〜10eV程度に加速された(Ar+H2)プラズマ
で簡単に除去される。
However, the apparatus of the present invention (first, seventh, ninth, first)
0, 12, 14, and 15), the oxygen plasma can be completely controlled, and the resist stripping without damage and without metal contamination can be realized. If some Cl 2 is added to O 2 , the metal component contained in the resist is also removed at the same time. When the resist is stripped, the Si surface is thinly oxidized by O 2 plasma, and the thin oxide film can be easily removed by gas phase etching in which about 0.6% of HF gas is mixed in N 2 and Ar. The silicon surface from which the oxide film has been removed is terminated by fluorine.
It is easily removed by (Ar + H 2 ) plasma accelerated to about 2 to 10 eV.

【0112】次に、ドライ洗浄であるが、有機物汚染は
1〜15eV程度に加速されたO2イオンやO3により洗
浄される。ベア・シリコンの表面に形成される薄い酸化
膜(SiO2)は、前述したように、N2,Ar中0.5
〜0.6%程度のHFガスで除去できる。金属成分は、
1〜15eVに加速されたCl2イオンにより除去でき
る。本発明の装置が十分適用できる。
Next, in the case of dry cleaning, organic contamination is cleaned by O 2 ions or O 3 accelerated to about 1 to 15 eV. As described above, the thin oxide film (SiO 2 ) formed on the surface of the bare silicon has a thickness of 0.5% in N 2 and Ar.
It can be removed with about 0.6% of HF gas. The metal component is
It can be removed by Cl 2 ions accelerated to 1 to 15 eV. The device of the present invention is sufficiently applicable.

【0113】[0113]

【発明の効果】本発明によれば、減圧可能な容器内にプ
ラズマを発生させ、該プラズマ中で被処理物の処理を行
うように構成されたプラズマプロセス用装置において、
前記容器内に対向するように設けられ夫々平板状に形成
された第1及び第2の電極と、少くとも前記プラズマに
対して安定な材料から成り前記第1の電極上を覆うよう
に設けられる保護部材と、前記第2の電極上に被処理物
を取り付けるための保持手段と、前記第1の電極に接続
される第1の高周波電源と、前記第2の電極に接続され
る第2の高周波電源と、前記容器内に所望のガスを導入
するためのガス供給手段とを少くとも備え、前記第1の
高周波電源の周波数が前記第2の高周波電源の周波数よ
り高く設定されたことを特徴とするもので、RIE、プ
ラズマ化学気相堆積、レジストアッシャー、ドライ洗浄
等の各種プラズマプロセスを、被処理物の基体等への損
傷や汚染を与えることなく、また、処理雰囲気の汚染を
生じさせることなく行うことができ、高品質の半導体装
置を提供できる。
According to the present invention, there is provided a plasma processing apparatus configured to generate plasma in a vessel capable of reducing pressure and to process an object to be processed in the plasma.
First and second electrodes, which are provided in the container so as to face each other and are formed in a flat plate shape, and are provided at least to be made of a material stable against the plasma and to cover the first electrode; A protection member, holding means for attaching an object to be processed on the second electrode, a first high-frequency power supply connected to the first electrode, and a second high-frequency power supply connected to the second electrode. A high-frequency power supply and at least gas supply means for introducing a desired gas into the container, wherein the frequency of the first high-frequency power supply is set higher than the frequency of the second high-frequency power supply. Various plasma processes such as RIE, plasma-enhanced chemical vapor deposition, resist asher, and dry cleaning do not damage or contaminate an object to be processed and cause contamination of a processing atmosphere. That Can be carried out, it is possible to provide a semiconductor device of high quality.

【0114】また、構造上の基本的な構成部分は変更す
ることなく、特定の設定条件、例えば高周波電源の出力
周波数の大きさ、導入するガスの種類等わずかな仕様を
変更するだけで各種プラズマプロセスの装置に適用でき
るので、各装置の規格化が可能となり、半導体装置製造
の一貫した統一性のある操業の実現を可能にする。
Also, without changing the basic structural components, various plasmas can be obtained only by changing specific settings such as the output frequency of the high-frequency power source, the type of gas to be introduced, and the like. Since the present invention can be applied to a process device, standardization of each device becomes possible, thereby realizing consistent and unified operation of semiconductor device manufacturing.

【0115】さらに、各装置が共通の構成部分を有する
ことにより、構成部品の製造、管理、保守等が容易にな
ると共に、装置全体の高性能化に貢献できる。
Further, since each device has a common component, manufacturing, management, maintenance, and the like of the component parts are facilitated, and the performance of the entire device can be improved.

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

【図1】本発明の第1の実施例を示す装置の概略構成模
式図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an apparatus showing a first embodiment of the present invention.

【図2】図1のバンドエリミネータの例を示す回路図で
ある。
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an example of the band eliminator of FIG. 1;

【図3】図2のバンドエリミネータの共振特性を示すグ
ラフである。
FIG. 3 is a graph showing resonance characteristics of the band eliminator of FIG. 2;

【図4】図2のバンドエリミネータの他の例を示す回路
図である。
FIG. 4 is a circuit diagram showing another example of the band eliminator of FIG. 2;

【図5】第2の電極への高周波電力に対する第1,第2
の電極の電位の変化を示すグラフである。
FIG. 5 shows first and second high-frequency powers to a second electrode.
6 is a graph showing a change in the potential of the electrode of FIG.

【図6】電極の電流電圧特性を測定するための装置を示
す概略構成模式図である。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing an apparatus for measuring current-voltage characteristics of an electrode.

【図7】電極の電流、電圧特性の実験例を示すグラフで
ある。
FIG. 7 is a graph showing an experimental example of current and voltage characteristics of an electrode.

【図8】周波数の変化に対する自己バイアス電圧の変化
を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing a change in self-bias voltage with respect to a change in frequency.

【図9】第2の実施例を示す概略構成模式図である。FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment.

【図10】第3の実施例を示す概略構成模式図である。FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing a third embodiment.

【図11】バンドエリミネーターの他の例を示す回路図
である。
FIG. 11 is a circuit diagram showing another example of the band eliminator.

【図12】従来例の概略構成を示す模式図である。FIG. 12 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a conventional example.

【図13】(a)は平行平板電極構造であり、(b)は
高周波電界及び直流磁界の分布図である。
13 (a) shows a parallel plate electrode structure, and FIG. 13 (b) is a distribution diagram of a high-frequency electric field and a DC magnetic field.

【図14】本発明の第4の実施例を示す要部断面図であ
る。
FIG. 14 is a sectional view of a main part showing a fourth embodiment of the present invention.

【図15】(a)短絡回路の例を示す回路図であり、
(b)は短絡回路の他の例を示す回路図である。
FIG. 15A is a circuit diagram showing an example of a short circuit;
(B) is a circuit diagram showing another example of the short circuit.

【図16】本発明の第5の実施例を示す断面図である。FIG. 16 is a sectional view showing a fifth embodiment of the present invention.

【図17】本発明の第6の実施例を示す断面図である。FIG. 17 is a sectional view showing a sixth embodiment of the present invention.

【図18】磁界分布(磁力線)図である。FIG. 18 is a magnetic field distribution (lines of magnetic force).

【図19】本発明の第7の実施例を示す断面図である。FIG. 19 is a sectional view showing a seventh embodiment of the present invention.

【図20】第8の実施例を示すもので電極裏面に超伝導
薄膜が設けた場合のられたときの磁力線分布図である。
FIG. 20 is a view showing the distribution of lines of magnetic force when the superconducting thin film is provided on the back surface of the electrode according to the eighth embodiment.

【図21】本発明の第9の実施例を示す断面図である。FIG. 21 is a sectional view showing a ninth embodiment of the present invention.

【図22】本発明の第10の実施例を示す断面図であ
る。
FIG. 22 is a sectional view showing a tenth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101…保護層(保護部材)、 102…母材、 103…基板(被処理物)、 104…サセプタ電極(第2の電極)、 105…真空容器、 107…電極(第1の電極)、 110…第2の高周波電源、 111…第1の高周波電源。 Reference Signs List 101: protective layer (protective member), 102: base material, 103: substrate (workpiece), 104: susceptor electrode (second electrode), 105: vacuum vessel, 107: electrode (first electrode), 110 ... a second high frequency power supply 111 ... a first high frequency power supply

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 減圧可能な容器内にプラズマを発生さ
せ、該プラズマ中で被処理物の処理を行うように構成さ
れたプラズマプロセス用装置において、 前記容器内に対向するように設けられ夫々平板状に形成
された第1及び第2の電極と、少くとも前記プラズマに
対して安定な材料から成り前記第1の電極上を覆うよう
に設けられる保護部材と、前記第2の電極上に被処理物
を取り付けるための保持手段と、前記第1の電極に接続
される第1の高周波電源と、前記第2の電極に接続され
る第2の高周波電源と、前記容器内に所望のガスを導入
するためのガス供給手段とを少くとも備え、前記第1の
高周波電源の周波数が前記第2の高周波電源の周波数よ
り高いことを特徴とするプラズマプロセス用装置。
1. A plasma processing apparatus configured to generate plasma in a container capable of being depressurized and to process an object to be processed in the plasma. A first and a second electrode formed in a shape, a protection member made of a material stable at least to the plasma and provided to cover the first electrode, and a cover member on the second electrode. Holding means for attaching a processed object, a first high-frequency power supply connected to the first electrode, a second high-frequency power supply connected to the second electrode, and a desired gas in the container. An apparatus for plasma processing, comprising at least gas supply means for introducing gas, wherein the frequency of the first high-frequency power supply is higher than the frequency of the second high-frequency power supply.
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