JPH1074730A - 表面処理装置 - Google Patents

表面処理装置

Info

Publication number
JPH1074730A
JPH1074730A JP22971596A JP22971596A JPH1074730A JP H1074730 A JPH1074730 A JP H1074730A JP 22971596 A JP22971596 A JP 22971596A JP 22971596 A JP22971596 A JP 22971596A JP H1074730 A JPH1074730 A JP H1074730A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
plasma
power supply
sample
frequency
bias power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP22971596A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3550466B2 (ja
Inventor
Tetsuo Ono
哲郎 小野
Katanobu Yokogawa
賢悦 横川
Naoyuki Koto
直行 小藤
Yasushi Goto
康 後藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP22971596A priority Critical patent/JP3550466B2/ja
Publication of JPH1074730A publication Critical patent/JPH1074730A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3550466B2 publication Critical patent/JP3550466B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • ing And Chemical Polishing (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は,プラズマ用電源の周波数が10
0MHz以上1.2GHz以下の電子サイクロトロン共鳴を用いた
表面処理装置で特に電極の消耗が問題となる。 【解決手段】プラズマを用いる表面処理装置で、イオン
を加速するためのバイアス電源を変調し,イオンが加速
されるサイクルとイオンが加速されないサイクルを設け
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子の表面処
理装置にかかわり、特にプラズマを用いて半導体表面の
エッチングや成膜を行なう装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体素子のエッチングや成膜に現在広
く用いられている装置は、プラズマを利用する装置であ
る。その1つに、ECR(電子サイクロトロン共鳴)方式と
呼ばれている装置がある。この方式では、外部より磁場
を印加した真空容器中でマイクロ波によりプラズマを発
生させる。磁場により電子はサイクロトロン運動をし、
この周波数とマイクロ波の周波数を共鳴させることで効
率良くプラズマを発生できる。また磁場によりプラズマ
の壁への拡散が抑えられ、高密度のプラズマが発生でき
る。試料に入射するイオンを加速するために試料にはバ
イアス電圧が印加される。プラズマとなるガスには例え
ばエッチングを行なう場合には塩素やフッ素などのハロ
ゲンガスが用いられる。エッチングのほかに膜の堆積な
どにもこの装置は使われている。
【0003】この装置では従来から色々な型が提案され
ており、例えば特開昭53-44795にてプラズマの発生電源
の周波数を2.45GHzとした例が知られている。さらに特
開平2-16731にはプラズマ発生電源の周波数を2GHz以下
100MHz以上とした例が知られている。
【0004】公知例の装置では、高密度のプラズマが発
生できるのでエッチングなどの処理速度が速い利点があ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】近年の半導体素子の製
造工程ではクリーンルームの維持費用の増大により,製
造装置には高いコストパフォーマンスが従来以上に要求
されるようになっている。これを実現するために,装置
には小形で低消費電力等が要求されるが,特に部品の交
換などのメンテナンスの頻度が極力少ないことが重要と
なる。
【0006】特に,プラズマ発生電源の周波数帯域が10
0MHz以上1.2GHz以下の領域でのECR(電子サイクロトロン
共鳴)方式プラズマは,従来から多く用いられている2.4
5GHzのECRプラズマより約2倍程度高いプラズマ密度が
得られるために,試料のエッチング速度は高速であるも
のの,試料台がプラズマ中のイオンの入射によりスパッ
タされて消耗が激しいために試料台の交換頻度が高くな
るという新たな問題点が、我々の研究で判明した。
【0007】本発明の目的はこの新たな課題を解決し
て、試料台交換の頻度が少なくかつ処理速度が高速な表
面処理装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】試料に印加するバイアス
電源の出力を間欠的にするあるいはパルス状にするなど
して,バイアス電源に変調をかけた。
【0009】図2(a)にプラズマ中のイオン12にさら
されている試料台9とその上に置かれている試料8近傍
の図を示す。図2(b)は試料台9に印加されるバイアス
電源10の電圧波形で連続的な出力を表す。。試料台9
はほとんどの装置において、アルミナ、窒化シリコンな
どのセラッミクあるいは石英などでできている。これら
の物質はエネルギーの高いイオンの入射によりスパッタ
され削られる。スパッタ速度はイオンの数に比例するの
で高密度プラズマでは試料台の消耗が速くなる。これが
周波数帯域が100MHz以上1.2GHz以下の領域でのECRプラ
ズマを用いた装置で,試料台9の消耗が激しい理由であ
る(点線で表されている部分が消耗した部分を表す)。
イオン12は試料台に印加されるバイアス電源10の電
圧により加速され試料8及び試料台9に入射する。試料
台9にバイアスを印加しないと、イオンは加速されず、
エネルギーが低いので試料台のスパッタはなくなる。
【0010】そこで図3(c)に示すように試料台に印加
するバイアスを例えば間欠的にオンオフすると、バイア
スオンでイオン12が試料台9に入射して試料台がスパ
ッタされるが(図3(a))、バイアスオフではイオンが
加速されないのでスパッタされず(図3(b))、連続的
にバイアスをかけた場合と比較して試料台の崩れ量はバ
イアスがオンオフされる1周期の中のオン時間に比例す
る。
【0011】一方、加工対象である試料は次に説明する
ようにバイアスのオフ時間が生じてもエッチング速度は
それに比例して遅くならない。図4はプラズマ中の試料
8の断面を拡大した図である。試料8は通常Siなどの
半導体あるいはAl,Wなどの金属で,エッチングを行わな
い部分はレジスト14でおおわれている。半導体や金属
などの試料8では、プラズマ中で生成した塩素やフッ
素などのハロゲンの活性ラジカル13が試料8に吸着し
てそこにイオン12が入射し、そのエネルギーで化学反
応が促進しエッチングされる。これをイオンアシストエ
ッチングと呼ぶ。イオンアシストエッチングではエッチ
ング速度は加速されたイオン12の量とともに試料に吸
着するラジカル13の量にも依存する。そしてラジカル
13の吸着はイオン加速がない,すなわちバイアスがオ
フの方が効率的に起こる。従って、図4(a)に示すよう
に,バイアスオフの時に効率的にラジカル13が試料8
に吸着する。次に図4(b)のようにバイアスオンの時に
イオン13が加速されて試料8に入射して効率的に化学
反応が生じ,エッチンが進行する。試料がシリコン酸化
物のような場合でも試料台をアルミナなどのよりイオン
アシストエッチされにくいものにすることで,試料のエ
ッチング速度の低下を抑えてかつ試料台のスパッタを抑
えることができる。
【0012】以上の作用により、試料に印加するバイア
スをオンオフすると、試料台の削れ量だけが少なくなり
試料のエッチング速度はそれほど小さくならない。従っ
て、試料の処理速度を落とさずに試料台の消耗を減ら
し、試料台交換のメンテナンス頻度を少なくすることが
できる。
【0013】
【発明の実施の形態】
(実施例1)以下実施例を図1により説明する。図1
(a)はプラズマエッチング装置の全体構成図である。プ
ラズマ用電源1から導波管2と導入窓3を介して真空容
器4内に電磁波が導入される。電磁波の周波数は915MHz
であり、真空容器4の材質は金属で内面に絶縁コーティ
ングしてある。導入窓の材質は石英、窒化シリコン、セ
ラミックなど電磁波を透過する物質である。電磁石6、
7の磁場強度は325Gaussである。この磁場強度でプラズ
マ5中の電子のサイクロトロン運動が電磁波の周波数と
共鳴するために、効率よく電磁波のエネルギーがプラズ
マに供給され高密度のプラズマができる。この周波数領
域で従来多く用いられている2.45GHzのマイクロ波より
も約2倍高いプラズマ密度が得られ、エッチング速度も
それに従い高くなる。試料8は試料台9の上に設置され
る。試料に入射するイオンを加速するために、バイアス
電源10が試料台9に接続されている。通常バイアス電
源の周波数は20MHz以下にする。図1(b)はバイア
ス電源10の電圧波形11を示す。本発明に従い,電圧
はある適当な間隔でオンオフされる。
【0014】この装置で半導体素子の配線材料に多く用
いられるアルミニウムをエッチングした結果を次に述べ
る。エッチングのガスにはCl2とBCl3の混合ガスを用い
た。真空容器4内部の圧力を2Paとした。プラズマ用電
源1の出力を600Wとした。バイアス電源10の出力
は80Wで,周波数は800Khz,オンオフの繰り返し周
波数は1KHzでオン時間とオフ時間の比を50%とした。
このときアルミニウムのエッチ速度は1.2 mm/minであっ
た。この値はバイアス電源を連続出力とした場合より1
0%低い値ではあるが、電極の消耗量は、バイアス電源
を連続的にした場合と比較して約2分の1に抑えられ
た。さらにこれらの値を従来の2.45GHzのプラズマ用電
源を用いた場合と比較すると、エッチ速度は約1.5倍で
電極消耗量は同程度であった。すなわち本発明により装
置のスループットが上がる。
【0015】次に、バイアス電源10のオンオフ時間比
を述べる。電極9の消耗量はオン時間にほぼ比例するの
でオン時間を短くした方が電極寿命は長くなる。しか
し、図5に示すようにオン時間があまり短くなるとエッ
チ速度が低下する。1サイクル中にオン時間が占める割
合の最適値は10%から60%である。
【0016】(実施例2)次に本発明のさらなる効果を
述べる。本実施例では装置構成は図1と同じで、ガスに
希ガスを加えて、たとえばAr(100cc)+Cl2(80cc)+BCl3(2
0cc)とする。圧力を実施例1と同じ2Paとすると、塩素
ラジカルの量はArが混合した分減少して、イオンはアル
ゴンイオンが多くを占めるようになる。このガス系では
ClやBの割合が減少するので真空容器4の腐食や汚れが
少なくなる。従って、清掃メンテナンスの頻度が少なく
なる利点がある。一方、図4に示すようにバイアス電源
をオンオフすることにより、オフのサイクルで塩素ラジ
カル13を十分に試料8に吸着(図4(a))させた後に、
バイアス電源をオンしてイオンアシストエッチング(図
4(b))できるので、希ガスを添加することによるエッチ
速度の低下を抑えることができる。
【0017】(実施例3)図6はプラズマ用電源14と
バイアス電源19を変えた実施例である。この実施例で
はプラズマ用電源14として500MHzの周波数を用いてい
る。かつバイアス電源19はパルス状に変調してある。
電磁波を真空容器4に導入する手段として同軸ケーブル
15と円盤状アンテナ16を用いている。容器上蓋18
は同軸線15を真空中に導入する部分である。アンテナ
16の前面にはアンテナの消耗を防ぐための石英板17
が置かれている。この石英板17の厚さはアンテナから
放射される電磁波を透過する様に調整されている。同軸
ケーブル15は導波管より小型である利点がある。バイ
アス電源19の出力を図6(b)のようにパルス状にする
と,正のパルスオンで電子が試料8に入射して,パルス
オフでイオンが入射する。イオンは電子を中和するため
に同じ量入射するので,オフのサイクルを長くするとイ
オンが加速されなくなる時間が生じる。このために図3
で述べたように試料台がスパッタされず,装置のメンテ
ナンス性が上がる。
【0018】なお、プラズマ用電源14からの電力導入
法とバイアス電源のオンオフ方法の組み合わせは任意
で,以上の実施例に限らない。
【0019】(実施例4)図7は、図1あるいは図6に
示す装置のバイアス電源の出力波形の別実施例で,数百
KHzから数十MHzの高周波電圧21を数KHz程度の変調波
22で振幅変調したものである。このバイアス電源で
も,振幅が小さいときにイオンの加速がなくなり,作用
で述べたように電極寿命が延びる。
【0020】(実施例5)図8は別実施例で、プラズマ
用電源23もオンオフ変調した装置である。プラズマ用
電源の周波数は915MHzで,バイアス電源10は2
MHzである。両者を1KHzの周波数でオンオフしてか
つ両者を同期させている。プラズマ用電源23をオンオ
フするとオフ期間にイオンとラジカル量がある時定数で
減衰する。その期間にあわせて同期をとり、バイアス電
源の出力11をオン、のタイミングは図8(b)のよう
にプラズマ用電源23の出力24がオフする少し前から
バイアス電源10をオンすると、試料8に入射するイオ
ンとラジカル量のより細かい調整が可能となり、条件あ
わせに自由度が増加する利点がある。
【0021】
【発明の効果】以上のように、本発明では高密度プラズ
マを用いたドライエッチング装置でイオンのスパッタに
よる電極の消耗を低減することができる。したがって,
装置の試料台交換のメンテナンスに頻度を減らすことが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明を適用したエッチング装置の構
成図であり、(b)はバイアス電源10の出力波形であ
る。
【図2】(a)はエッチング装置の試料台近傍の拡大図で
あり、(b)は従来方式のバイアス電源10の電圧波形
を示す。
【図3】(a)はエッチング装置の試料台近傍の拡大図
でバイアスオンの際の状態を示し、(b)はバイアスオ
フの際の状態を示し、(c)は本発明によるバイアス電源
10の電圧波形を示す。
【図4】(a)は試料台上の試料断面の拡大図でバイアス
オフ時の状態を示し、(b)はバイアスオン時の試料断面
図の状態を示し、(c)は本発明によるバイアス電源10
の電圧波形を示す。
【図5】試料(メタル)のエッチング速度と試料台の削
れ速度を表す。
【図6】(a)は本発明を適用した500Mhzのプラ
ズマ電源を用いたエッチング装置の構成図であり、(b)
はパルス状に変調した電源19のバイアス出力波形であ
る。
【図7】試料台に印加するバイアス電圧の波形の別の例
を示す。
【図8】(a)は本発明を適用したエッチング装置の構
成図であり、(b)はバイアス出力波形とプラズマ用電源
をオンオフ変調した実施例を示す。
【符号の説明】
1…プラズマ用電源、2…導波管、3…導入窓、4…真
空容器、5…プラズマ、6…磁石、7…磁石、8…試
料、9…試料台、10…バイアス電源、11ー電圧波
形、12…イオン、13…ラジカル、14…レジスト、
15…同軸ケ…ブル、16…アンテナ、17…石英板、
18…容器上蓋、19…バイアス電源、20…電圧波
形、21…高周波電圧、22…変調波、23…プラズマ
用電源、24…電磁波出力波形。
フロントページの続き (72)発明者 後藤 康 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内部を真空に排気できる容器と容器内に試
    料を設置する試料台と容器内にプラズマを発生させるプ
    ラズマ用電源と試料台に電圧を印加するバイアス電源と
    容器内に磁場を形成する磁石とからなる装置において、
    プラズマ用電源の電磁波の周波数を100MHz以上1.2GHz以
    下としてかつ,バイアス電源に変調をかけたことを特徴
    とする表面処理装置。
  2. 【請求項2】請求項1のバイアス電源の変調は,電源出
    力の周波数をラジオ波領域にしてかつそれを間欠状にす
    ることである表面処理装置。
  3. 【請求項3】請求項1のバイアス電源の変調は,電源出
    力をパルス状にしたことである表面処理装置。
  4. 【請求項4】請求項1においてプラズマ電源が間欠状に
    制御されておりかつ,間欠制御されているバイアス電源
    と同期がとられていることを特徴とする表面処理装置。
JP22971596A 1996-08-30 1996-08-30 プラズマ処理方法 Expired - Fee Related JP3550466B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP22971596A JP3550466B2 (ja) 1996-08-30 1996-08-30 プラズマ処理方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP22971596A JP3550466B2 (ja) 1996-08-30 1996-08-30 プラズマ処理方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH1074730A true JPH1074730A (ja) 1998-03-17
JP3550466B2 JP3550466B2 (ja) 2004-08-04

Family

ID=16896573

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP22971596A Expired - Fee Related JP3550466B2 (ja) 1996-08-30 1996-08-30 プラズマ処理方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3550466B2 (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000026956A1 (en) * 1998-11-04 2000-05-11 Surface Technology Systems Limited A method and apparatus for etching a substrate
WO2001039261A1 (de) * 1999-11-27 2001-05-31 Robert Bosch Gmbh Plasmaätzverfahren mit gepulster substratelektrodenleistung
US9460894B2 (en) 2013-06-28 2016-10-04 Lam Research Corporation Controlling ion energy within a plasma chamber
US10157729B2 (en) 2012-02-22 2018-12-18 Lam Research Corporation Soft pulsing
US10325759B2 (en) 2012-02-22 2019-06-18 Lam Research Corporation Multiple control modes

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000026956A1 (en) * 1998-11-04 2000-05-11 Surface Technology Systems Limited A method and apparatus for etching a substrate
WO2001039261A1 (de) * 1999-11-27 2001-05-31 Robert Bosch Gmbh Plasmaätzverfahren mit gepulster substratelektrodenleistung
US6926844B1 (en) 1999-11-27 2005-08-09 Robert Bosch Gmbh Plasma etching method having pulsed substrate electrode power
US10157729B2 (en) 2012-02-22 2018-12-18 Lam Research Corporation Soft pulsing
US10325759B2 (en) 2012-02-22 2019-06-18 Lam Research Corporation Multiple control modes
US9460894B2 (en) 2013-06-28 2016-10-04 Lam Research Corporation Controlling ion energy within a plasma chamber

Also Published As

Publication number Publication date
JP3550466B2 (ja) 2004-08-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3776856B2 (ja) プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
JPH10261620A (ja) 表面処理装置
JP3706027B2 (ja) プラズマ処理方法
JP2010192934A (ja) プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
JP2957403B2 (ja) プラズマエッチング方法とその装置
JPH11260596A (ja) プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JPS63155728A (ja) プラズマ処理装置
JP3550466B2 (ja) プラズマ処理方法
JP3093572B2 (ja) ドライエッチング方法
JP2000306891A (ja) プラズマ処理装置
JP3417328B2 (ja) プラズマ処理方法及び装置
JP2569019B2 (ja) エッチング方法及びその装置
JP3563054B2 (ja) プラズマ処理装置および方法
JP2004140391A (ja) プラズマ処理装置および方法
KR100272143B1 (ko) 반도체 제조장치 및 그 드라이클리닝 방법
JPH0281434A (ja) プラズマ処理装置
JPH11238597A (ja) プラズマ処理方法及び装置
JP2000012529A (ja) 表面加工装置
JPS62216638A (ja) 表面処理装置
JPH0869897A (ja) プラズマアッシング装置
JP2000294539A (ja) 表面処理方法
JP2001077085A (ja) 試料の表面処理方法
JPH113879A (ja) 表面処理装置およびその運転方法
JPS63190635A (ja) マイクロ波プラズマ処理装置
JPH11251299A (ja) プラズマ処理方法および装置

Legal Events

Date Code Title Description
A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20040426

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090430

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090430

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100430

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110430

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120430

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120430

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130430

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140430

Year of fee payment: 10

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees