JPH10226893A - Method and equipment for controlling energy of ion made incident on substrate at dry etching - Google Patents

Method and equipment for controlling energy of ion made incident on substrate at dry etching

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JPH10226893A
JPH10226893A JP9030669A JP3066997A JPH10226893A JP H10226893 A JPH10226893 A JP H10226893A JP 9030669 A JP9030669 A JP 9030669A JP 3066997 A JP3066997 A JP 3066997A JP H10226893 A JPH10226893 A JP H10226893A
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JP
Japan
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substrate
energy
ions
plasma
power
Prior art date
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Application number
JP9030669A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshio Hayashi
俊雄 林
Shuitsu Fujii
修逸 藤井
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Ulvac Inc
Adtec Corp
Original Assignee
Ulvac Inc
Adtec Corp
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Publication date
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Publication of JPH10226893A publication Critical patent/JPH10226893A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To easily change the energy of the ions made incident on a substrate by making the waveform of alternating electric power or high frequency electric power, to be impressed on a substrate electrode, rectangular, making the duty ratio of the rectangular wave variable, and controlling the energy of the ions made incident on the substrate. SOLUTION: A substrate electrode 7, provided inside a vacuum chamber 1, is connected to a rectangular high frequency electric power source 9 for substrate bias. A substrate 10 to be treated is mounted on the substrate electrode 7. ICP (inductively coupled plasma) is used as a plasma generation system, and an electric power of 13.56MHz is impressed from a high frequency electric power source 5 for plasma generation on a high frequency coil 4 for plasma generation to generate plasma. Because the density of the plasma formed by ICP is sufficiently high, plasma density is practically free from fluctuations even if the duty ratio of the rectangular high frequency wave impressed on the substrate electrode 7 is changed and the effective electric power applied to the substrate 10 is changed, and the energy of ions alone is changed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマを利用し
て、半導体上或いは電子部品、その他の基板上の物質を
エッチングするドライエッチングにおける基板入射イオ
ンのエネルギー制御方法及び装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for controlling the energy of ions incident on a substrate in dry etching for etching a substance on a semiconductor, an electronic component, or another substrate using plasma.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来技術におけるドライエッチングにお
いては基板に印加する交番電場或いは高周波電場として
正弦波が用いられている。この従来技術におけるプラズ
マ中のあるイオンの基板入射エネルギーは、プラズマ密
度及び電子温度が一定の時、基板バイアス電力によって
決まり、電力が小さいとイオンのエネルギーは低く、電
力が大きいとエネルギーは高くなる。正イオンは生成さ
れた場所の電位と飛翔先の電位の差で飛来し入射する。
添付図面の図7には、接地電位となっている壁面に入射
する正イオンのエネルギー分布を測定したCoburn等の報
告例(J.Appl.Phys.,43(1972)4965) を示す。この例では
質量分析器Aの取り付けられている電極が接地電極にな
っているので、プラズマ中の正イオンはプラズマ電位と
接地電位の差のエネルギーで質量分析器に入射する。一
方、図8は、高周波電力が印加されている基板電極に取
り付けられたエネルギー分析器によって測定された例で
ある。この場合、正イオンはプラズマ電位と基板電極電
位の差のエネルギーを持って基板に入射する。この例で
は、基板電極のみに13.56MHZの正弦波を3OOW印加してプ
ラズマを形成している。圧力はO.4Pa 、この時のVdcは
約400Vであった。ほぼ対称形のエネルギースペクトル分
布が得られている。
2. Description of the Related Art In conventional dry etching, a sine wave is used as an alternating electric field or a high-frequency electric field applied to a substrate. The substrate incident energy of certain ions in the plasma in the prior art is determined by the substrate bias power when the plasma density and the electron temperature are constant. The lower the power, the lower the ion energy, and the higher the power, the higher the energy. Positive ions fly and enter due to the difference between the potential at the place where they were generated and the potential at the destination.
FIG. 7 of the accompanying drawings shows a report example of Coburn et al. (J. Appl. Phys., 43 (1972) 4965) in which the energy distribution of positive ions incident on a wall surface at the ground potential is measured. In this example, since the electrode on which the mass analyzer A is attached is a ground electrode, the positive ions in the plasma enter the mass analyzer with the energy of the difference between the plasma potential and the ground potential. On the other hand, FIG. 8 shows an example measured by an energy analyzer attached to a substrate electrode to which high-frequency power is applied. In this case, the positive ions enter the substrate with the energy of the difference between the plasma potential and the substrate electrode potential. In this example, a sine wave of 13.56 MHZ is applied for 3 OOWs only to the substrate electrode to form plasma. The pressure was 0.4 Pa, and Vdc at this time was about 400 V. A substantially symmetrical energy spectrum distribution is obtained.

【0003】従来技術におけるドライエッチングにおい
ては、基板電極の正確な電位は自己バイアス電位と高周
波電位の合成電位になっている。シースはプラズマ電位
とこの基板電極電位の差の電位を持つ。イオンのシース
内運動はモデル的にChild-Langmuir の式 Ji =(4/9)・(2q/mi 1/2 ・(ε0 s 3/2
/ds2 ) と運動方程式により表される。Ji が一定であると仮定
すると、シースの厚みdsが高周波振動するシース電位
の関数として求められる。高周波電場内でのイオンの運
動方程式は高周波電場の波形が正弦波のとき m(d2 x/dt2 )=−qE0 sin ( ωt) と表され、この式とChild-Langmuirの式を組み合わせる
と、シースにおけるイオンの挙動を数値計算できる。そ
のようにして求めたのが図9である。シースの高周波成
分は400sin (ωt)[V] 、正のイオン種はArとした。この
図から解ることは、イオンエネルギーが380〜42OVにな
ることと、約80Onsec でプラズマのシース端から電極に
到達することである。この時のイオンエネルギーは高周
波振動するシースに入射するイオンを追跡することによ
って求められる。その結果、イオンのエネルギー分布は
プラズマシース端への入射位相によって異なることが分
かった。つまり、どの位相の時にシースに入射するかに
よって受ける高周波摂動の大きさが異なり、加速時間に
差が発生し基板に到達するイオンのエネルギーに分布が
できるのである。図10は横軸にイオンの入射位相をと
り、縦軸にイオンのエネルギーをとって、各位相で入射
したイオンが時間と共にどのように加速されるかを計算
した図である。基板に到達する直前までは350°付近の
位相でシースに入射したイオンが加速されて大きなエネ
ルギーを持つが、基板に到達したときには250゜付近の
位相でシースに入射したイオンの方が大きなエネルギー
を持つ。これは、イオンがシース内を通過して基板へ到
達するまでに受ける高周波電場で決まる。図10の横軸は
入射位相であるが同時に入射する粒子数でもある。従っ
て、同じエネルギーを持つ粒子数を数えて縦軸に表示
し、エネルギーを横軸に取るとエネルギー分布が得られ
る。このようにして得られたエネルギー分布は図11に示
されるように高エネルギー側と低エネルギー側にピーク
を持つ“二重ピーク(bimodal)”の形となる。
In dry etching in the prior art, the exact potential of the substrate electrode is a combined potential of the self-bias potential and the high-frequency potential. The sheath has a potential equal to the difference between the plasma potential and the substrate electrode potential. The ion motion in the sheath is modeled as Child-Langmuir equation J i = (4/9) · (2q / m i ) 1/2 · (ε 0 V s 3/2
/ Ds 2 ) and the equation of motion. Assuming that J i is constant, the sheath thickness ds is determined as a function of the sheath potential for high frequency oscillation. The equation of motion of an ion in a high-frequency electric field is expressed as m (d 2 x / dt 2 ) = − qE 0 sin (ωt) when the high-frequency electric field waveform is a sine wave, and combines this expression with the Child-Langmuir expression And the behavior of ions in the sheath can be calculated numerically. FIG. 9 shows the result obtained in such a manner. The high frequency component of the sheath was 400 sin (ωt) [V], and the positive ion species was Ar. The figure shows that the ion energy is 380 to 42 OV and that the plasma reaches the electrode from the sheath end in about 80 Onsec. The ion energy at this time is obtained by tracking ions incident on the sheath that vibrates at a high frequency. As a result, it was found that the energy distribution of ions differs depending on the phase of incidence on the plasma sheath end. That is, the magnitude of the high-frequency perturbation received depends on the phase at which the light enters the sheath, and a difference occurs in the acceleration time, so that the energy of the ions reaching the substrate can be distributed. FIG. 10 is a graph showing how the incident phase of ions is plotted on the horizontal axis and the energy of ions is plotted on the vertical axis, and how the ions incident at each phase are accelerated with time. Immediately before reaching the substrate, ions incident on the sheath at a phase of about 350 ° are accelerated and have large energy, but when reaching the substrate, ions incident on the sheath at a phase of about 250 ° have a large energy. Have. This is determined by the high-frequency electric field that the ions receive through the sheath and reach the substrate. The horizontal axis in FIG. 10 is the incident phase, but also the number of particles that are incident simultaneously. Therefore, when the number of particles having the same energy is counted and displayed on the vertical axis, and the energy is plotted on the horizontal axis, an energy distribution can be obtained. The energy distribution obtained in this manner takes the form of a “bimodal” having peaks on the high energy side and the low energy side as shown in FIG.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】低圧で交番電力、高周
波電力、マイクロ波電力等によりプラズマを発生させ、
正弦波形の高周波電場を基板電極に印加する方式のエッ
チング装置においては、イオンのエネルギー分布及びそ
の中心エネルギーはイオンの質量、電子温度、バイアス
電位の大きさに大きく依存する。また、エネルギー分布
はイオンの受ける交番電場の数で決まるので、質量が小
さなイオンは大ききな速度を持ち基板に短時間の内に達
するため幅が広く、一方質量が大きなイオンは速度が小
さく長時間シース内を飛行して基板に達するため幅が狭
くなる。同様に、周波数を変えることによってもエネル
ギー幅を変えることができる。質量が同じであれば周波
数が高くなるほど飛行中に受ける交番電場の回数は多く
なり、平均化が起こってエネルギー幅が狭くなる。しか
し、イオンの質量、電子温度、バイアス電位が同じであ
る場合、周波数を変えてもエネルギー幅は変えられるが
中心のエネルギーは変わらない。図12には27.12MHzの高
周波電場を印加したときのイオンエネルギー分布の計算
結果が示されている。図11に示されている13.56MHzの高
周波電場を印加したときと比べてエネルギー幅が狭くな
っているのが分かる。しかし、中心のエネルギーは変わ
らない。
A plasma is generated at a low voltage by alternating power, high frequency power, microwave power, etc.
In an etching apparatus that applies a sinusoidal high-frequency electric field to a substrate electrode, the ion energy distribution and its central energy greatly depend on the ion mass, electron temperature, and the magnitude of the bias potential. In addition, since the energy distribution is determined by the number of alternating electric fields received by the ions, ions having a small mass have a large velocity and reach the substrate within a short period of time, while ions having a large mass have a large width. The width becomes narrow because it flies through the time sheath and reaches the substrate. Similarly, the energy width can be changed by changing the frequency. For the same mass, the higher the frequency, the greater the number of alternating electric fields received during flight, the more averaging occurs and the narrower the energy width. However, when the mass, the electron temperature, and the bias potential of the ions are the same, the energy width can be changed even if the frequency is changed, but the center energy does not change. FIG. 12 shows the calculation results of the ion energy distribution when a high-frequency electric field of 27.12 MHz is applied. It can be seen that the energy width is smaller than when the 13.56 MHz high frequency electric field shown in FIG. 11 is applied. However, the energy at the center does not change.

【0005】そこで、本発明は、交番電場または高周波
電場を基板電極に印加する方式のエッチング装置におい
て交番電位または高周波電位印加時間/一周期の時間で
あるデューティ比を変えることにより、容易に基板に入
射するイオンのエネルギーを変えることができるように
したドライエッチングにおける基板入射イオンのエネル
ギー制御方法及び装置を提供することを目的としてい
る。
Accordingly, the present invention provides a method of applying an alternating electric field or a high-frequency electric field to a substrate electrode by changing the duty ratio, which is a period of applying an alternating electric potential or a high-frequency electric potential / one cycle, to easily apply the electric field to the substrate. It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for controlling the energy of ions incident on a substrate in dry etching, in which the energy of incident ions can be changed.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】荷電粒子が加速電場を飛
行するとき、電場から受けるイオンの加速エネルギーは
飛行空間の電場の大きさと飛行時間で決まる。長時間加
速電場内を飛行すればそれだけ大きなエネルギーを電場
から与えられる。しかし、シース幅は有限なので、交番
電場中を飛行しているときに電場加速を受けた時間によ
って加速エネルギーを多く貰ったものと少なく貰ったも
のがあるためエネルギー分布ができる。周波数が高くな
ると数多くの交番電場内をイオンが飛行するので平均化
される。この平均化の度合いによってエネルギー幅が決
まる。周波数が高い場合や重い粒子が飛行するときには
多数回の交番電場をイオンが受けるのでより平均化さ
れ、エネルギー幅は狭くなる。以上の考察は正弦波を用
いたときの現象についてであるが、矩形波を用いたとき
にも同様に適用できる。そこで本発明では浮遊電極基板
に矩形の高周波電場または交番電場を印加する方式を用
いたドライエッチングにおいて矩形波の幅(デューティ
比;交番電位または高周波電位印加時間/一周期の時
間)を変えることにより、イオンにエネルギーを与える
時間を変えることができるので、結果的にイオンのエネ
ルギー値を変えることができる。
When a charged particle flies through an accelerating electric field, the acceleration energy of ions received from the electric field is determined by the magnitude of the electric field in the flight space and the time of flight. The longer you fly in the accelerating electric field, the more energy is given from the electric field. However, since the sheath width is finite, the energy distribution can be made because some of the accelerating energies are obtained or less depending on the time of the electric field acceleration while flying in the alternating electric field. As the frequency increases, the ions fly through a number of alternating electric fields and are averaged. The degree of this averaging determines the energy width. When the frequency is high or heavy particles fly, the ions are subjected to a large number of alternating electric fields, so that the ions are averaged and the energy width is narrowed. Although the above discussion is about the phenomenon when a sine wave is used, the same can be applied when a rectangular wave is used. Therefore, in the present invention, by changing the width of the rectangular wave (duty ratio; alternating potential or high-frequency potential application time / period time) in dry etching using a method of applying a rectangular high-frequency electric field or alternating electric field to the floating electrode substrate. Since the time for applying energy to the ions can be changed, the energy value of the ions can be changed as a result.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】本発明の一つの実施の形態によれ
ば、ハロゲン系のガスを主体とする気体を真空中に導入
し、低圧で交番電力、高周波電力、マイクロ波電力等に
よりプラズマを形成して導入気体を分解し、発生した電
子、原子、分子、ラジカル、イオンの内イオンを積極的
に利用し、プラズマに接する基板電極に交番電場或いは
高周波電場を印加して基板上の物質をエッチングするド
ライエッチングにおいて、基板電極に印加する交番電力
または高周波電力の波形を矩形波とし矩形波のデューテ
ィ比を可変して基板入射イオンのエネルギーを制御する
ことを特徴とする基板入射イオンのエネルギー制御方法
が提供される。
According to one embodiment of the present invention, a gas mainly composed of a halogen-based gas is introduced into a vacuum, and a plasma is generated at a low pressure by using alternating power, high frequency power, microwave power, or the like. It forms and decomposes the introduced gas, positively utilizes the generated ions of electrons, atoms, molecules, radicals and ions, and applies an alternating electric field or a high-frequency electric field to the substrate electrode in contact with the plasma to remove the substance on the substrate. In dry etching for etching, the energy of substrate incident ions is controlled by changing the waveform of alternating power or high frequency power applied to the substrate electrode to a rectangular wave and varying the duty ratio of the rectangular wave to control the energy of the substrate incident ions. A method is provided.

【0008】また本発明の別の実施の形態によれば、ハ
ロゲン系のガスを主体とする気体を真空中に導入し、低
圧で交番電力、高周波電力、マイクロ波電力等によりプ
ラズマを形成して導入気体を分解し、発生した電子、原
子、分子、ラジカル、イオンの内イオンを積極的に利用
し、プラズマに接する基板電極に交番電場或いは高周波
電場を印加して基板上の物質をエッチングするドライエ
ッチングにおいて、基板電極に印加すべき矩形波の交番
電力または高周波電力を発生する回路装置と、矩形波の
デューティ比を制御する回路装置とを有し、基板入射イ
オンのエネルギーを制御するように構成したことを特徴
とする基板入射イオンのエネルギー制御装置が提供され
る。
According to another embodiment of the present invention, a gas mainly composed of a halogen-based gas is introduced into a vacuum, and plasma is formed at a low pressure by using alternating power, high frequency power, microwave power, or the like. A dry process that decomposes the introduced gas and positively utilizes the generated electrons, atoms, molecules, radicals, and ions, and applies an alternating electric field or high-frequency electric field to the substrate electrode in contact with the plasma to etch the substance on the substrate. In the etching, a circuit device for generating alternating power or high-frequency power of a rectangular wave to be applied to the substrate electrode, and a circuit device for controlling a duty ratio of the rectangular wave are configured to control the energy of ions incident on the substrate. Thus, there is provided an energy control device for substrate incident ions.

【0009】[0009]

【実施例】以下添付図面の図1〜図6を参照して本発明
の実施例について説明する。図1には本発明が実施され
る誘導結合型エッチング装置の一例を概略的に示し、1
は真空チャンバで、石英から成る筒状側壁2を備え、こ
の筒状側壁2内にプラズマ室3が形成されている。筒状
側壁2の外側にはプラズマ発生用高周波コイル4が設け
られ、このプラズマ発生用高周波コイル4はプラズマ発
生用高周波電源5に接続されている。真空チャンバ1内
には絶縁体6を介して基板電極7が設けられ、この基板
電極7は、マッチングボックス8を介して基板バイアス
用矩形高周波電源9に接続されている。基板電極7上に
は基板保持機構部7aを介して処理すべき基板10が装着さ
れる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 schematically shows an example of an inductively coupled etching apparatus in which the present invention is implemented.
Is a vacuum chamber having a cylindrical side wall 2 made of quartz, in which a plasma chamber 3 is formed. A high frequency coil 4 for plasma generation is provided outside the cylindrical side wall 2, and the high frequency coil 4 for plasma generation is connected to a high frequency power supply 5 for plasma generation. A substrate electrode 7 is provided in the vacuum chamber 1 via an insulator 6, and the substrate electrode 7 is connected to a rectangular high-frequency power source 9 for substrate bias via a matching box 8. A substrate 10 to be processed is mounted on the substrate electrode 7 via a substrate holding mechanism 7a.

【0010】図1に示す装置においてはプラズマ発生方
式としてICP(InductivelyCoupled Plasma;誘導結合
プラズマ) が用いられ、プラズマ発生用高周波電源5か
らプラズマ発生用高周波コイル4に13.56MHZの電力が印
加されプラズマを発生させる。ICPによって形成され
るプラズマは十分に密度が高いため、基板電極7に印加
する矩形高周波のデューティ比を変えて基板10に投入す
る実効電力が変化してもプラズマ密度は殆ど変動するこ
とはなく、イオンのエネルギーのみが変化する。従っ
て、矩形高周波電力を基板電極7に供給し、矩形高周波
のデューティ比を変えることによりイオンのエネルギー
を制御することができる。
In the apparatus shown in FIG. 1, ICP (Inductively Coupled Plasma) is used as a plasma generation method, and 13.56 MHz power is applied from a plasma generation high-frequency power supply 5 to a plasma generation high-frequency coil 4 to generate plasma. generate. Since the plasma formed by the ICP has a sufficiently high density, the plasma density hardly changes even if the effective power applied to the substrate 10 is changed by changing the duty ratio of the rectangular high frequency applied to the substrate electrode 7. Only the energy of the ions changes. Therefore, the energy of ions can be controlled by supplying rectangular high frequency power to the substrate electrode 7 and changing the duty ratio of the rectangular high frequency.

【0011】図2には矩形高周波電力を発生させる回路
全体のプロックダイヤグラムを示し、図2において、11
は発振調整部、12は基本発振部、13は比較部、14は混合
部であり、これらの部分で発振部を構成している。ま
た、15は波形整形部、16は前置増幅部、17は後段増幅
部、18は電力検出部、19は商用交流電源、20は交流・直
流整流部、21は電圧を自動的に可変に設定できる直流電
源部、22は所定の電力に保つための電力設定部であり、
図示したように接続されている。また図2には各ブロッ
クにおける信号波形が示されている。信号波形は増幅さ
れる過程及び所定の電力に増幅された高周波出力電力を
非線形負荷への結合において容量性リアクタンス・誘導
性インダクタンスを含むため、立ち上がり時のオーバー
シュ一卜共振と立ち下がり時のアンダーシュート共振が
発生することは避けられないが、信号の立ち上がり及び
立ち下がりの遷移時間を一定にすることにより、共振レ
ベルと周期を安定させることができる。また目的とされ
るエッチングプロセスの再現性に対しては所定の必要と
される電力に比べ共振レベルは十分小さく、かつ周期が
安定していれば、大きな問題とはならない。所定の電力
に保つ手段として電力検出部18を高周波出力に設けてお
り、電力検出部18の検出信号と電力設定部22の電圧とが
比較され、自動電圧可変される直流電源部21から終段増
幅部17に対して供給される電圧をコントロールすること
によって閉ループが形成されている。
FIG. 2 shows a block diagram of an entire circuit for generating rectangular high-frequency power.
Denotes an oscillation adjustment unit, 12 denotes a basic oscillation unit, 13 denotes a comparison unit, and 14 denotes a mixing unit. These units constitute an oscillation unit. In addition, 15 is a waveform shaping section, 16 is a preamplifier, 17 is a post-amplifier, 18 is a power detector, 19 is a commercial AC power supply, 20 is an AC / DC rectifier, and 21 is a variable voltage automatically. DC power supply unit that can be set, 22 is a power setting unit for maintaining a predetermined power,
They are connected as shown. FIG. 2 shows signal waveforms in each block. Since the signal waveform includes a capacitive reactance and an inductive inductance in the process of amplification and the coupling of the high-frequency output power amplified to a predetermined power to the non-linear load, the over-short resonance at the rise and the under-fall at the fall are included. Although it is inevitable that a shoot resonance occurs, the resonance level and the period can be stabilized by keeping the transition time of the rise and fall of the signal constant. In addition, as for the reproducibility of the target etching process, if the resonance level is sufficiently small and the period is stable as compared with the predetermined required power, no serious problem occurs. A power detection unit 18 is provided at a high frequency output as a means for maintaining a predetermined power, and a detection signal of the power detection unit 18 is compared with a voltage of the power setting unit 22 to automatically change the voltage. By controlling the voltage supplied to the amplifier 17, a closed loop is formed.

【0012】図3にはデューティ比可変部のブロックダ
イヤグラムと増幅部回路例を示す。図2に示す構成要素
に相応した部分は同じ符号で示し、24は基準電圧発生部
である。図3に示す回路装置において、本発明では発振
周波数のデューティ比を変化させる必要があるため、発
振部は基本発振部12に加え、基準電圧発生部23で安定し
た電圧を作り、その電圧を発振調整部11でコントロール
することより充電・放電の一周期(発振周波数)が決定
される。また同様に基準電圧をスレッシュホールド電圧
としてコントロールすることにより、比較部13と混合部
14の組み合わせによりデューティ比が決定される。ここ
で作られた信号波形は目的とする波形の形に比べ歪んで
いるため、波形整形部15により目的とする波形に整形さ
れる。この段階での信号レベルはTTLレベルであるた
め前置増幅部16で増幅し、終段増幅部17に送られ、所定
の必要とされる電力まで増輻される。こうして所定の電
力に増輻された高周波出力はトランス結合され、負荷へ
電力が送られる。
FIG. 3 shows a block diagram of a duty ratio variable section and an example of an amplifier section circuit. Parts corresponding to the components shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and 24 is a reference voltage generator. In the circuit device shown in FIG. 3, in the present invention, it is necessary to change the duty ratio of the oscillating frequency. Therefore, in addition to the basic oscillating unit 12, the oscillating unit generates a stable voltage by the reference voltage generating unit 23 and oscillates the voltage. One cycle (oscillation frequency) of charging / discharging is determined by controlling the adjusting unit 11. Similarly, by controlling the reference voltage as a threshold voltage, the comparison unit 13 and the mixing unit are controlled.
The duty ratio is determined by 14 combinations. Since the signal waveform created here is distorted compared to the shape of the target waveform, it is shaped into the target waveform by the waveform shaping unit 15. Since the signal level at this stage is a TTL level, the signal is amplified by the preamplifier 16, sent to the final amplifier 17, and radiated to a predetermined required power. The high-frequency output whose power has been increased to the predetermined power is transformer-coupled, and the power is sent to the load.

【0013】ところで単に一定周波数の矩形波を発生さ
せるだけであれば奇数逓倍波を単純に増幅すればよい
が、デューティ比は変えられない。図2及び図3に示す
方式の回路装置を用いることにより13.56MHZにおいても
デューティ比Rdを可変できる矩形波を発生させること
ができる。しかし、矩形波であるため基本周波部成分
(例えば13.56MHZ) 以外の周波数スペクトル成分を含ん
でいるため負荷としてのプラズマとのマッチングは十分
に取れない。そのため、波形は整った矩形にはならず崩
れた波形となる。しかし、波形は崩れていても基本周波
数成分に比べそれ以外の成分は十分小さいため、エネル
ギー制御には大きな支障はない。
By the way, if only a rectangular wave having a constant frequency is to be generated, the odd-number multiple wave may be simply amplified, but the duty ratio cannot be changed. By using the circuit devices of the systems shown in FIGS. 2 and 3, a rectangular wave whose duty ratio Rd can be varied can be generated even at 13.56 MHz. However, since it is a rectangular wave, the fundamental frequency component
(For example, 13.56 MHZ), the frequency spectrum component other than 13.56 MHZ is included, so that matching with plasma as a load cannot be sufficiently obtained. Therefore, the waveform is not a regular rectangle but a broken waveform. However, even if the waveform is distorted, the other components are sufficiently smaller than the fundamental frequency component, so that there is no major problem in energy control.

【0014】図4にはデューティ比0.93の時のエネルギ
ー分布を、図5にはデューティ比0.46の時のエネルギー
分布を、また図6にはデューティ比0.16の時のエネルギ
ー分布をそれぞれ示す。このように、矩形高周波電場を
基板電極7に印加する方式においてデューティ比Rdを
変えることにより、容易に基板10に入射するイオンのエ
ネルギーを変えることができるようになる。
FIG. 4 shows the energy distribution when the duty ratio is 0.93, FIG. 5 shows the energy distribution when the duty ratio is 0.46, and FIG. 6 shows the energy distribution when the duty ratio is 0.16. As described above, by changing the duty ratio Rd in the system in which the rectangular high-frequency electric field is applied to the substrate electrode 7, the energy of ions incident on the substrate 10 can be easily changed.

【0015】ところで図示実施例においては、基板バイ
アスに用いた矩形高周波として13.56MHzの場合について
説明してきたが、マッチングの取りやすい領域はむしろ
低い周波数帯にある。しかも、エネルギー幅として出来
るだけ狭い領域を使うことを考えれば1〜1OMHz が好ま
しいと考えられる。しかし、この領域に限定するもので
はなく、多少エネルギー幅が広くても中心のエネルギー
値は変えることができるので、500kHz付近でも利用でき
る。
In the illustrated embodiment, the case where the rectangular high frequency used for the substrate bias is 13.56 MHz has been described. However, the region where the matching can be easily performed is rather in the low frequency band. In addition, considering the use of a region as narrow as possible as the energy width, it is considered that 1 to 10 MHz is preferable. However, the present invention is not limited to this region. Even if the energy width is somewhat wide, the energy value at the center can be changed, so that it can be used at around 500 kHz.

【0016】[0016]

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明におい
ては基板電極に印加する交番電力または高周波電力の波
形を矩形波とし、矩形波のデューティ比を可変して基板
入射イオンのエネルギーを制御するように構成している
ので、高周波電力印加基板へ入射するイオンのエネルギ
ーを可変にでき、材料にとって望ましいイオンエネルギ
ーで基板材料を加工できるようになる。従って本発明は
特に半導体や電子部品加工に用いられている反応性イオ
ンエッチングプロセスに大きな貢献をするものと考えら
れる。
As described above, in the present invention, the waveform of the alternating power or the high frequency power applied to the substrate electrode is a rectangular wave, and the duty ratio of the rectangular wave is varied to control the energy of the ions incident on the substrate. With such a configuration, the energy of ions incident on the high-frequency power application substrate can be made variable, and the substrate material can be processed with ion energy desired for the material. Therefore, the present invention is considered to make a great contribution to the reactive ion etching process used particularly for processing semiconductors and electronic parts.

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

【図1】 本発明を実施している誘導結合型エッチング
装置の一例を示す概略断面図。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of an inductively coupled etching apparatus embodying the present invention.

【図2】 本発明における矩形高周波を発生する回路装
置を示すブロック線図。
FIG. 2 is a block diagram showing a circuit device for generating a rectangular high frequency in the present invention.

【図3】 本発明における矩形高周波を発生する回路装
置の一例を示すブロック回路線図。
FIG. 3 is a block circuit diagram illustrating an example of a circuit device that generates a rectangular high frequency according to the present invention.

【図4】 デューティ比0.93の時のエネルギー分布の計
算例を示すグラフ。
FIG. 4 is a graph showing a calculation example of an energy distribution when the duty ratio is 0.93.

【図5】 デューティ比0.46の時のエネルギー分布の計
算例を示すグラフ。
FIG. 5 is a graph showing a calculation example of an energy distribution when the duty ratio is 0.46.

【図6】 デューティ比0.16の時のエネルギー分布の計
算例を示すグラフ。
FIG. 6 is a graph showing a calculation example of an energy distribution when the duty ratio is 0.16.

【図7】 接地電位部に接続されたイオンエネルギー分
析器を備えた質量分析器の従来例を示す概略線図。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a conventional example of a mass analyzer having an ion energy analyzer connected to a ground potential unit.

【図8】 従来装置における基板電極に入射した正イオ
ン(Ar+ )の測定例を示すグラフ。
FIG. 8 is a graph showing a measurement example of positive ions (Ar + ) incident on a substrate electrode in a conventional apparatus.

【図9】 運動方程式によるイオンのシース内挙動の計
算例を示すグラフ。
FIG. 9 is a graph showing a calculation example of the behavior of ions in a sheath by the equation of motion.

【図10】シースに入射したイオンのエネルギー入射位
相依存性をを示すグラフ。
FIG. 10 is a graph showing the energy incident phase dependence of ions incident on a sheath.

【図11】従来装置におけるイオンのエネルギー分布の
計算例を示すグラフ。
FIG. 11 is a graph showing a calculation example of ion energy distribution in a conventional apparatus.

【図12】従来装置におけるイオンのエネルギー分布の
別の計算例を示すグラフ。
FIG. 12 is a graph showing another calculation example of the energy distribution of ions in the conventional device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:真空チャンバ 2:筒状側壁 3:プラズマ室 4:プラズマ発生用高周波コイル 5:プラズマ発生用高周波電源 6:絶縁体 7:基板電極 8:マッチングボックス 9:基板バイアス用矩形高周波電源 10:基板 11:発振調整部 12:発振部 13:比較部 14:混合部 15:波形整形部 16:前置増幅部 17:後段増幅部 18:電力検出部 19:商用交流電源 20:交流・直流変換部 22:直流電源部 23:電力設定部 24:基準電圧発生部 1: vacuum chamber 2: cylindrical side wall 3: plasma chamber 4: high frequency coil for plasma generation 5: high frequency power supply for plasma generation 6: insulator 7: substrate electrode 8: matching box 9: rectangular high frequency power supply for substrate bias 10: substrate 11: Oscillation adjustment section 12: Oscillation section 13: Comparison section 14: Mixing section 15: Waveform shaping section 16: Preamplification section 17: Post-amplification section 18: Power detection section 19: Commercial AC power supply 20: AC / DC conversion section 22: DC power supply 23: Power setting 24: Reference voltage generator

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ハロゲン系のガスを主体とする気体を真
空中に導入し、低圧で交番電力、高周波電力、マイクロ
波電力等によりプラズマを形成して導入気体を分解し、
発生した電子、原子、分子、ラジカル、イオンの内イオ
ンを積極的に利用し、プラズマに接する基板電極に交番
電場或いは高周波電場を印加して基板上の物質をエッチ
ングするドライエッチングにおいて、基板電極に印加す
る交番電力または高周波電力の波形を矩形波とし、矩形
波のデューティ比を可変して基板入射イオンのエネルギ
ーを制御することを特徴とする基板入射イオンのエネル
ギー制御方法。
1. A gas mainly containing a halogen-based gas is introduced into a vacuum, and a plasma is formed at a low pressure by using alternating power, high frequency power, microwave power, or the like, and the introduced gas is decomposed.
In dry etching in which the alternating electrons or high-frequency electric fields are applied to the substrate electrode in contact with the plasma to etch substances on the substrate, the generated electrons, atoms, molecules, radicals, and ions among the generated ions are positively used. A method for controlling the energy of substrate incident ions, wherein the waveform of the alternating power or high frequency power to be applied is a rectangular wave, and the energy of the substrate incident ions is controlled by varying the duty ratio of the rectangular wave.
【請求項2】 ハロゲン系のガスを主体とする気体を真
空中に導入し、低圧で交番電力、高周波電力、マイクロ
波電力等によりプラズマを形成して導入気体を分解し、
発生した電子、原子、分子、ラジカル、イオンの内イオ
ンを積極的に利用し、プラズマに接する基板電極に交番
電場或いは高周波電場を印加して基板上の物質をエッチ
ングするドライエッチングにおいて、基板電極に印加す
べき矩形波の交番電力または高周波電力を発生する回路
装置と、矩形波のデューティ比を制御する回路装置とを
有し、基板入射イオンのエネルギーを制御するように構
成したことを特徴とする基板入射イオンのエネルギー制
御装置。
2. A gas mainly composed of a halogen-based gas is introduced into a vacuum, and plasma is formed at a low pressure by alternating power, high frequency power, microwave power, or the like, and the introduced gas is decomposed.
In dry etching in which the alternating electrons or high-frequency electric fields are applied to the substrate electrode in contact with the plasma to etch substances on the substrate, the generated electrons, atoms, molecules, radicals, and ions among the generated ions are positively used. It has a circuit device for generating alternating power or high-frequency power of a rectangular wave to be applied, and a circuit device for controlling a duty ratio of the rectangular wave, and is configured to control the energy of substrate incident ions. Energy control device for substrate incident ions.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7615132B2 (en) 2003-10-17 2009-11-10 Hitachi High-Technologies Corporation Plasma processing apparatus having high frequency power source with sag compensation function and plasma processing method

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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