JPH11298303A - パルスバイアス電源装置 - Google Patents

パルスバイアス電源装置

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JPH11298303A
JPH11298303A JP10064971A JP6497198A JPH11298303A JP H11298303 A JPH11298303 A JP H11298303A JP 10064971 A JP10064971 A JP 10064971A JP 6497198 A JP6497198 A JP 6497198A JP H11298303 A JPH11298303 A JP H11298303A
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JP
Japan
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power supply
circuit
pulse
positive
current
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Application number
JP10064971A
Other languages
English (en)
Inventor
Atsushi Nakahara
淳 中原
Shizuaki Kimura
静秋 木村
Katsuhisa Kimura
克久 木村
Katsuya Watanabe
克哉 渡辺
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Hitachi Ltd
Hitachi Kasado Engineering Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Kasado Engineering Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】高周波で矩形波状(パルス状)の異なる+電
圧、電流とー電圧、電流を交互に出力してバイアス電位
を平準化し制御する。又、パルス周期及び+、ー入力電
圧を可変して出力電圧を制御する。上記の結果エッチン
グ時のバイアス電位が制御出来、エッチング性能の向上
及びエッチングウィンドーを広げる。 【解決手段】MOS FETがOFFしているときはー
側の回路からー電流を負荷へ出力し、MOS FETが
ONすると+側パワー供給用コンデンサに充電された+
電流を矩形波状に出力する。MOS FETを高周波で
駆動(ON/OFF)することにより+、ーのパルスを
0.5MHz〜5MHzで出力する様に構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はLSIなど半導体素
子製造のためのエッチング装置、スパッタリング装置等
に用いられるプラズマ中のイオンを制御するバイアス電
源装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】LSIなどの半導体素子の製造における
ドライエッチング装置では、減圧下でエッチングガスを
RF(Radio Frequency)電源による放電でプラズマ化
し、試料上のレジストパターンをマスクとした下層部の
被エッチング材をプラズマ中のイオンの衝突による物理
的なエッチングとプラズマ中のラジカルによる化学的な
エッチングの両方によりエッチングを進行させている。
【0003】物理的なエッチングはRF電源等によるプ
ラズマ放電中に発生する、自己バイアス電位によりプラ
ズマ中のイオンを引き込みエッチングを進行させてい
る。
【0004】プラズマ中のイオンは自己バイアス電位に
引かれ垂直に試料に入射し、異方性エッチングを得るこ
とが出来る。
【0005】尚、この種の装置として関連するものに
は、例えば、特開平 ー 号公報等がかかげられ
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来使用されているR
F電源によるプラズマ発生方式では、交流電源による為
出力パルスは+、ー対称な正弦波となり、放電による自
己バイアス電位に引き込まれるイオンの加速電圧は図8
に示す様に正弦波分布となる。この為エッチングに有効
に使われいない。
【0007】すなわち、図9に示す様にイオンエネルギ
ー分布も正弦波となり、イオンエネルギーの小さい部分
は加速電圧が小さい為エッチングよりデポが主体とな
る。また、イオンエネルギーの大きい部分は加速電圧が
大きいため、被エッチング材と下地が混在するエッチン
グの場合では下地のエッチングを抑止する場合に障害と
なる。
【0008】この様にRF電源を使用した場合は交流を
利用しているため加速電圧は正弦波分布となり、更に使
用するRF電源の発振周波数に対応した加速電圧になる
ことから、バイアス電位すなわちイオンエネルギーを制
御することは困難である。
【0009】又、RF電源によるプラズマ発生方式でエ
ッチング性能を改善するため、プラズマのガス組成や濃
度等を変化せせてエッチング処理を行う方法も採られて
いるが、プラズマ状態が変化し易しやすくエッチング性
能が安定しない問題もある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明のパルスバイアス電源装置は、 (1)+電流とー電流をパルス発生装置の信号により
0.5〜5MHzの高周波で交互に出力することによ
り、図1に示す様な矩形波で出力させ平準化したイオン
の加速電圧を得ることが出来る。その結果として図2に
示す様なイオンエネルギー分布となり、イオンエネルギ
ーの小さい部分及びイオンエネルギーの大きい部分はR
F電源に比べ減少しエッチングに有効に利用することに
ある。
【0011】(2)上記の様に構成したパルスバイアス
電源装置において、図3に示す様に+、ーの各パルス幅
1、t2を可変させる機能を付加させることにより、定
電圧で負荷出力のパワーを調整することにある。
【0012】(3)入力電圧を可変させることによりパ
ルス幅が一定でも、図3に示す+、ーの負荷出力電圧v
1、v2を可変させる機能を付加させることにある。
【0013】前記目的を達成するため、別に設けた+直
流とー直流の各々の電力供給を入力とし、ー電源ONに
より負荷側に常時ー電流を出力し、+電源に接続のMO
SFETを用いたスイッチ部を0.5MHz〜5MHz
の高周波でON/OFFさせることにより負荷側に矩形
波状に+とーの高電圧、大電流を交互に発生する回路構
成にすることにより達成することが出来る。
【0014】又、+側とー側のそれぞれの回路にMOS F
ETを設け、それぞれのMOS FETをパルス発生装
置の信号により0.5MHz〜5MHzの高周波で切替
えて矩形波状に出力させることで出来る。更に、パルス
信号発生回路に設けたパルス幅設定回路により+パルス
及びーパルス幅を可変し出力させることで出来る。
【0015】更に、入力電圧を可変する様に構成するこ
とにより、パルス幅が一定でも出力電圧を可変すること
が出来る。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明の一実施例を図4に、他の
実施例を図5により説明する。
【0017】実施例1の図4において、+回路の入力側
にはパワー供給用コンデンサ3及び充電抵抗9を設け
る。スイッチング部は高速、大電流に対応した高速MO
S FET4をバランス抵抗を付けて直列及び並列に複
数個設け、その駆動はパルス発生信号回路11の信号に
よりON、OFFを行う。出力側にDCカットコンデン
サ5を設ける。
【0018】ー回路には入力側にパワー供給用コンデン
サ1及びチョークコイル6を設ける。チョークコイル6
は+側のパルス電流がー回路に流れ込むのを阻止するも
のである。
【0019】上記の様に構成したパルス発生装置におい
て、 (1)+側MOS FET4がOFFしている時はー側
の回路から負荷2へ出力すると共に、+側のパワー供給
用コンデンサ3が充電される。
【0020】(2)+側MOS FET4がONすると
ー側から負荷2へ出力されていた電流に対し+側回路か
ら出力へ電流が流れ出力電圧が切り替わる。
【0021】(3)ー側回路はー電源からー電流が出力
負荷2を通り、DCカットコンデンサ5→チョークコイ
ル6を通り電源へと循環して流れる。図6にー側回路の
電流経路を示す。
【0022】この時チョークコイル6で発生する逆起電
力による電流をフライホイール回路7で吸収する。
【0023】(4)+側回路はMOSFET4がONし
てからパワー供給用コンデンサ3が電源となり、+電流
はDCカットコンデンサ5へ流れ、負荷出力2を通りパ
ワー供給用コンデンサ3へと循環して流れる。
【0024】図2に+側回路の電流経路を示す。
【0025】(5)MOS FET4のOFF時の切れ
を良くする為、ー側回路へダミー抵抗8を接続する。
【0026】(6)この後に、+側回路は+電源充電抵
抗9を通りパワー供給用コンデンサ3へと充電電流が流
れ、パワー供給用コンデンサ3に電荷を蓄える。
【0027】実施例2の図5において、+回路の入力側
に充電用抵抗9と充電用コンデンサ3を設ける。スイッ
チング部は高速、大電流に対応したMOS FET4を
バランス抵抗を付け直列及び並列に複数個を設け、その
駆動はパルス発生回路11の信号によりON、OFFを
行う。出力側にOFF時の切れを良くする抵抗10及び
DCカットコンデンサ5を設ける。
【0028】ー側回路の入力側にパワー供給用コンデン
サ1及び、+側と同様なMOS FET12を設ける。
出力側に+、ー短絡保護用抵抗13を設ける。
【0029】上記の様に構成した高周波交流パルス発生
電源装置において (1)+側MOS FET4がOFFしている時はパワ
ー供給用コンデンサ3が充電される。
【0030】(2)+側MOS FET4がパルス信号
発生回路11からの信号によりONするとパワー供給用
コンデンサ3に充電された電荷が負荷2へ出力される。
【0031】(3)ー側MOS FET12がOFFし
ている時はパワー供給用コンデンサ1が充電される。
【0032】(4)ー側MOS FET12がパルス信
号発生回路11からの信号によりONするとパワー供給
用コンデンサ1に充電された電荷が負荷2へ出力され
る。
【0033】パルス信号発生回路11からパルス周期
0.5MHz〜5MHzにて出力する信号により、+パ
ルスを出力後にーパルスを印加することにより+、ーの
電流を高周波で矩形波状に出力することが出来る。
【0034】又、パルス信号発生回路でパルス幅を設定
することにより出力パルスを可変することが出来る。
【0035】
【発明の効果】本発明によれば、+電源とー電源を入力
とし、必要とする交流電圧、電流に対応したMOS F
ETをON/OFFし、負荷に高周波で高電圧、大電流
のパルスを交互に出力することが出来る。
【0036】又、図3に示す様に+パルス幅とーパルス
幅を可変設定(図示せず)することにより出力パルス幅
を可変させることが出来る。
【0037】+、ーの入力電源を可変設定することで出
力電圧を可変するが出来る。
【0038】上記のパルスバイアス電源を使用したエッ
チング装置において (1)出力パルスは図3に示す矩形波に近い波形を得る
ことが出来、ーパルスでの加速電圧は平準化される。
【0039】(2)エッチング性能評価項目の一つであ
る選択比において図7に示す様なRF電源(7ーa図)
に比べ、パルスバイアス電源を使用した場合(7ーb
図)には下地のSiNのレートが改善され大きな選択比
(BPSG/SiN比)を得ることが出来る。
【0040】(3)エッチングを進行させるプラズマ中
のイオンをバイアス電位を制御することが可能となりエ
ッチング性能の向上、エッチングプロセスウインドウー
を広げることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるパルスバイアス電源を使用したエ
ッチング電極面でのパルス波形模式図である。
【図2】本発明によるパルスバイアス電源でのイオンエ
ネルギーの分布模式図である。
【図3】本発明の設定及び出力パルス波形図である。パ
ルス設定はt1,t2を設定することで行う。出力電圧は
1、v2が可変出力される。
【図4】本発明のパルスバイアス電源装置パルス発生ス
イッチング回路の一実施例である。
【図5】本発明のパルスバイアス電源装置パルス発生ス
イッチング回路の他の実施例である。
【図6】本発明の電源装置でのパルス周期による出力電
圧特性図である。
【図7】本発明のRF電源とパルスバイアス電源を使用
したエッチングレート比較図である。a図はRF電源で
のBPSGとSiNのエッチングレート図で、b図はパ
ルスバイアス電源でのBPSGとしNのエッチングレー
ト図である。
【図8】従来使用されているRF電源での出力パルス波
形図である。
【図9】従来使用されているRF電源でのイオンエネル
ギー分布模式図である。
【符号の説明】
1:電源パワー供給用コンデンサ、2…負荷(模擬回
路)、3…+電源パワー供給用コンデンサ、4…MOS
FET回路(+側)、5…DCカットコンデンサ、6
…チョークコイル、7…フライホイール回路、8…ダミ
ー抵抗(+側)、9…充電抵抗(+側)、10…電源コ
ンデンサ(+側)、11…パルス信号発生回路、12…
MOSFET回路(ー側)、13…短絡保護用抵抗。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 克久 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者 渡辺 克哉 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】直流の+、ー電源供給を入力とし、負荷側
    にー電流を常時出力し、+側回路に設けたパワーMOS
    FET(電界効果トランジスタ)のスイッチング回路
    ONにより+電流を出力するように構成し、ー電流出力
    中に+電流をパルス信号発生装置の信号により0.5M
    Hz〜5MHzの高周波でON/OFFさせ、ーと+電
    流を矩形波状に交互出力させることを特徴とするパルス
    バイアス電源装置。
  2. 【請求項2】直流の+、ー電源供給を入力とし、+、ー
    の各回路に設けたパワーMOS FETにより+電流と
    ー電流をパルス信号発生装置の信号により0.5MHz
    〜5MHzの高周波で+とー電流を矩形波状に出力する
    ことを特徴とするパルスバイアス電源装置。
  3. 【請求項3】請求項1又は2のパルス発生電源装置にお
    いて、+とーパルスのパルス幅を可変可能なように構成
    したことを特徴とするパルスバイアス電源装置。
  4. 【請求項4】請求項1又は2のパルス発生電源装置にお
    いて、+、ーの各入力電圧を可変可能に構成したことを
    特徴とするパルスバイアス電源装置。
JP10064971A 1998-03-16 1998-03-16 パルスバイアス電源装置 Pending JPH11298303A (ja)

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