JPH1074730A - 表面処理装置 - Google Patents
表面処理装置Info
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- 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
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Abstract
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
成図であり、(b)はバイアス電源10の出力波形であ
る。
あり、(b)は従来方式のバイアス電源10の電圧波形
を示す。
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。
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。
れ速度を表す。
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。
を示す。
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。
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。
Claims (4)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
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 |
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JP22971596A JP3550466B2 (ja) | 1996-08-30 | 1996-08-30 | プラズマ処理方法 |
Publications (2)
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JPH1074730A true JPH1074730A (ja) | 1998-03-17 |
JP3550466B2 JP3550466B2 (ja) | 2004-08-04 |
Family
ID=16896573
Family Applications (1)
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Cited By (5)
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 |
-
1996
- 1996-08-30 JP JP22971596A patent/JP3550466B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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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 |
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