KR930001857B1 - Treating method and apparatus using plasma - Google Patents
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Abstract
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Description
제1도는 본 발명의 일실시예인 DC발생기, 동기 수단등을 구비한 플라즈마 처리 장치의 구성도.1 is a configuration diagram of a plasma processing apparatus having a DC generator, a synchronization means, and the like, which is an embodiment of the present invention.
제2도는 동기 수단을 구성하는 동기 플라즈마 발생 회로의 구성을 도시하는 블록도.2 is a block diagram showing the configuration of a synchronous plasma generation circuit constituting a synchronization means.
제3도는 RF바이어스 변조 회로, DC바이어스 변조 회로의 회로 구성을 도시하는 블록도.3 is a block diagram showing the circuit configuration of an RF bias modulation circuit and a DC bias modulation circuit.
제4도는 RF, DC바이어스 혼합 회로의 구성예를 도시하는 회로도.4 is a circuit diagram showing a configuration example of an RF and DC bias mixed circuit.
제5도는 본 발명의 플라즈마 처리 방법을 가능으로 하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치 구성의 일실시예를 도시하는 장치 구성도.FIG. 5 is an apparatus configuration diagram showing one embodiment of the configuration of the microwave plasma processing apparatus enabling the plasma processing method of the present invention.
제6도는 제5도에 있어서의 RF바이어스 변조 회로의 회로 구성을 도시하는 블록 회로도.FIG. 6 is a block circuit diagram showing the circuit configuration of the RF bias modulation circuit in FIG.
제7도 및 제8도는 각각 펄스상 마이크로파와 동기해서 RF발생기에서 출력되는 RF전력의 시간 변화를 예시하는 선도.7 and 8 are diagrams illustrating a time variation of RF power output from an RF generator in synchronization with a pulsed microwave, respectively.
제9도는 종래의 RF바이어스 전압 인가형 플라즈마 처리 장치의 구성도.9 is a block diagram of a conventional RF bias voltage application plasma processing apparatus.
제10도는 본원 출원인이 먼저 제안하고 있는 마이크로파 플라즈마 처리 장치구성도.10 is a configuration diagram of a microwave plasma processing apparatus first proposed by the present applicant.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 도파관(마이크로파 전달 수단) 3 : 플라즈마 생성실1 waveguide (microwave transmission means) 3 plasma generating chamber
6 : 여자용 솔레노이드 9 : 처리실6: female solenoid 9: treatment chamber
11 : 기판 13 : 이송기11
17 : 마이크로파 발생기(마이크로파 발생 수단)17: microwave generator (microwave generator)
20 : RF발생기(RF발생수단) 22 : 동기 펄스 발생회로20: RF generator (RF generating means) 22: Synchronous pulse generating circuit
23 : RF바이어스 변조회로 32 : DC발생기(DC발생수단)23: RF bias modulation circuit 32: DC generator (DC generating means)
33 : DC바이어스 변조회로33: DC bias modulation circuit
41 : RF, DC바이어스 혼합 회로(혼합 수단)41: RF, DC bias mixed circuit (mixing means)
본 발명은 반도체 장치의 제조등에서 마이크로파 플라즈마를 이용해서 드라이 에칭 또는 CVD(Chemical Vopor Deposition)에 의한 박막 형성등의 표면 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법에 관한 것이며, 특히 RF바이어스 전압을 처리 기판에 인가해서 표면 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
반도체 장치를 제조하기 위해서 기판에 에칭 또는 박막 형성을 행하는 플라즈마 처리장치에 있어서 에칭시에는 에칭의 이방성, 기판 표면으로의 손상, 에칭의 가공 속도를 또 박막 형성시에는 원자간의 결합 상태등의 막의 조성, 투수성 등의 막질, 막에 투여되는 스트레스, 단차 피복성(스텝 커버리지)을 각각 임의로 제어하는 것이 요구된다. 그러나 이것들의 각 조건을 동시에 만족하는 성능을 가지는 장치를 실현하는 것은 용이하지 않다. 근래, 이들 조건을 만족하는 가능성을 가지는 장치의 하나로서 ECR(Electron Cycrotron Rosonance)플라즈마를 쓴 마이크로파 플라즈마는 자장과 마이크로파와의 공명 효과를 써서 전자를 가속하고, 이 전자의 운동 에너지를 써서 가스를 전리해서 플라즈마를 발생시키는 원리에 기준하는 것이다. 마이크로파에 여진된 전자는 자력선의 주위를 원운동하고, 그때, 원심력과 로렌츠력이 밸런스하는 조건을 ECR조건이라 부르고 있다. 원심력을 mrw2, 로렌츠력을 -qrwβ로 나타내면, 이것들이 균형하는 조건은 W/B=q/m이다. 여기에서 W는 마이크로파의 각 주파수, B는 자속밀도, q/m는 전자의 비전하이다. 마이크로파 주파수는 공업적으로 인정되어 있는 2.45GHz가 일반으로 쓰이며, 그 경우의 공명 자속 밀도는 875가우스이다.In the plasma processing apparatus for etching or forming a thin film on a substrate for manufacturing a semiconductor device, the composition of the film such as anisotropy of etching during etching, damage to the surface of the substrate, processing speed of etching, and bonding state between atoms during thin film formation. It is required to arbitrarily control the membrane quality such as water permeability, the stress administered to the membrane, and the step coverage (step coverage). However, it is not easy to realize an apparatus having a performance that satisfies each of these conditions simultaneously. In recent years, microwave plasma using ECR (Electron Cycrotron Rosonance) plasma as one of the devices having the possibility of satisfying these conditions accelerates the electrons using the magnetic field and the resonance effect of the microwaves, and uses the kinetic energy of the electrons to ionize the gas. This is based on the principle of generating plasma. The electrons excited by the microwave circularly move around the line of magnetic force, and the condition under which the centrifugal force and the Lorentz force are balanced is called an ECR condition. When the centrifugal force is expressed by mrw 2 and the Lorentz force by -qrwβ, the conditions under which they are balanced are W / B = q / m. Where W is the frequency of microwaves, B is the magnetic flux density, and q / m is the electron's non-charge. The microwave frequency is generally used as the industrially recognized 2.45 GHz, in which case the resonance magnetic flux density is 875 gauss.
ECR형의 플라즈마 에칭, CVD장치에 있어선 플라즈마의 고밀도화를 꾀하며, 효율이 양호한 에칭 또는 박막 형성을 행하기 위해선 플라즈마를 발생시키기 위해 플라즈마 생성실에 도입하는 마이크로파를 피크 전력이 큰 펄스상으로 해서 가할 필요가 있다. 또한, 에칭에 있어서 이방성이 높은 가공을 행하기 위해선 피가공 기판과 플라즈마간에 RF바이어스 전압을 인가하는 것이 행해진다. 또한, RF는 무선주파수(Radio Frequency)이며, 이 분야에선 고주파라고도 불리며, 약 50KHz 내지 수십 MHz의 범위의 주파수이다. 또, 박막 형성에 있어서도 에칭의 경우와 마찬가지로 RF바이어스 전압을 인가하므로서 기판 표면의 홈, 구멍등을 치밀한 막으로 균일하게 메꿀 수 있으며, 또 기판 표면에 단차가 있는 경우에도 단차를 없애고 평탄한 표면으로 하는 것이 가능해진다. 그 이유는 플라즈마가 발생하고 있을 때, 기판 표면(또는 기판 표면에 형성된 박막의 표면)에는 플라즈마중에 존재하는 전자와 이온과의 이동도의 상이로 소위 부동 전위가 발생하는데, RF바이어스 전압을 인가하면 이 부동 전위의 크기를 제어할 수 있고, 따라서 기판 표면, 박막 표면으로 향하는 이온의 에너지를 제어할 수 있는데 있다. 또, RF바이어스 전압을 인가했을 경우, 기판에 대해서 수직 방향의 전계만이 아니고 가로 방향으로도 전계가 생기며, 이것이 막 형성에 효과적으로 작용하는 것, 또, 전계의 집중으로 기판 표면의 뾰족한 부분이 깍이기 쉽게 된다는 것도 이유의 하나로서 생각되어 있다.In the ECR type plasma etching and CVD apparatus, the density of the plasma is increased, and in order to perform efficient etching or thin film formation, it is necessary to apply microwaves introduced into the plasma generating chamber as pulses with a large peak power to generate plasma. There is. In addition, in order to perform a process with high anisotropy in etching, applying an RF bias voltage between a to-be-processed substrate and a plasma is performed. In addition, RF is a radio frequency (Radio Frequency), also called high frequency in this field, a frequency in the range of about 50KHz to several tens of MHz. In the thin film formation, as in the case of etching, by applying an RF bias voltage, grooves, holes, and the like on the surface of the substrate can be uniformly filled with a dense film. It becomes possible. The reason is that when the plasma is generated, so-called floating potential is generated on the substrate surface (or the surface of the thin film formed on the substrate surface) due to the difference in mobility between electrons and ions present in the plasma. The magnitude of this floating potential can be controlled, and thus the energy of ions directed to the substrate surface and the thin film surface can be controlled. In addition, when an RF bias voltage is applied, an electric field is generated not only in the vertical direction with respect to the substrate but also in the horizontal direction, and this effectively works for film formation, and the sharp part of the surface of the substrate is sharpened due to the concentration of the electric field. It is considered to be one of the reasons that it becomes easy.
상기와 같은 ECR플라즈마 에칭, CVD장치로서 예컨대, 제9도에 도시하는 것이 알려져 있다. 이 장치의 구성 및 동작의 개요를 이하에 설명한다. 우선, 플라즈마 생성실(3), 처리실(9)를 도시하지 않는 배기 수단으로 진공 배기해 두고, 가스 공급 수단(4)으로 예컨대 N2가스를 플라즈마 생성실(3)로 흘린 곳에 마이크로파 발생기(17)에서 발생한 펄스상의 마이크로파를 그 전달 수단인 도파관(1)을 거쳐서 플라즈마 생성실(3)로 도입한다. 상기 도파관(1)과 플라즈마 생성실(3)과의 사이에는 대기압하에 있는 도파관(1)측과 진공 배기된 플라즈마 생성실(3)을 기밀하게 격리하기 위한 진공창(2)을 설치하고 있다. 플라즈마 생성실(3)의 하부엔 중심에 내구경의 개구(7)를 가지는 금속판이 부착되어 있으며, 이 금속판과 플라즈마 생성실(3)로 반개방의 마이크로파 공진기를 구성하고 있다. 이 공진기의 외부에는 여자용 솔레노이드(6)가 배치되며, 공진기내에 ECR 조건을 채우는 자장을 발생시켜서, 공진기내에 플라즈마를 발생한다. 이 플라즈마는 자력선이 형성하는 이송로(13)를 따라서 처리실(9)내에 밀어내어지며, 기판내(10)를 향하는 공간내에 가스 공급 수단(12)에서 예컨대 모노실란 가스(SiH4)를 공급해서, 이 가스를 상기 플라즈마로 활성화하면, 활성종이 RF발생기(20)로 RF바이어스 전압을 인가된 피가공 시료인 시판(11)과 반응해서 기판 표면에 박막이 형성된다. 또한, 기판(11)에 RF바이어스 전압을 인가하기 위한 배선은 접지 전위의 실드로 덮히고 있으며, 기판(11)의 주면은 접지 전위의 실드로 에워싸여 있다.As the above ECR plasma etching and CVD apparatuses, for example, those shown in FIG. 9 are known. An outline of the configuration and operation of this apparatus is described below. First, the
또한, 가스 공급 수단(4)에서 N2가스 대신에 에칭용 가스를 공급함으로서 이 장치는 기판의 에칭 가공용으로도 사용가능해진다.Further, by supplying the etching gas instead of the N 2 gas from the gas supply means 4, the apparatus can also be used for etching processing of the substrate.
종래의 이 종류의 ECR플라즈마 에칭, CVD장치에 있어서의 문제점은 다음과 같다. 즉, 플라즈마가 발생하는 것은 마이크로파가 플라즈마 생성실에 도입되어 있을 때만이다. 따라서, 마이크로파의 펄스 주기중 마이크로파가 발생하고 있지 않을 때는 플라즈마도 발생하지 않는다. RF바이어스 전압을 인가할 때, 플라즈마가 발생하고 있을 때는 플라즈마가 부하로 되므로 임피던스의 정합이 취해지며, 기판상에 적절한 전압을 인가하는 것이 가능하다. 그러나 마이크로파가 발생하고 있지 않고 플라즈마 발생하고 있지 않을때는 RF발생기(20)로 보아 무부하 상태로 되며, 정합도 취해지지 않는다. 한편, 플라즈마도 발생하고 있을 때 정합이 취해지게 RF바이어스 전압을 조정해 두면 플라즈마가 발생하고 있지 않을 때는 필연적으로 부정합이 되며, 기판상에 고전압이 인가된다. 이 고전압은 약 1kV로 되는 경우도 있으며, 기판 표면에서 방전이 일어나며, 기판 표면에 크레이터(craters)가 발생해서 파손하는 문제가 있었다(제1의 문제점).Problems in the conventional ECR plasma etching and CVD apparatus of this type are as follows. That is, plasma is generated only when microwaves are introduced into the plasma generating chamber. Therefore, no plasma is generated when no microwave is generated during the pulse period of the microwave. When the RF bias voltage is applied, the plasma becomes a load when a plasma is generated, so impedance matching is taken, and it is possible to apply an appropriate voltage on the substrate. However, when no microwave is generated and no plasma is generated, the
또, 플라즈마 발생중에는 전술과 같이 기판 표면에는 부동 전위가 발생하는데, 이 부동 전위는 RF바이어스 전압으로 제어됨과 더불어, RF바이어스 전압이 인가되고 있을 경우엔 플라즈마의 임피던스(공급되는 마이크로파의 전력으로 대체로 정해진다)에도 의존한다. 따라서, 어떤 마이크로파 전력하에서 플라즈마중의 이온에 의한 기판 표면 처리를 행함에 있어서 최적한 부동 전위의 값(시간적 평균값, 플라즈마중의 이온은 고주파인 RF에는 추종하기 어려우므로 RF바이어스 전압의 값(피크값)이 일의적에 있는 값으로 정해진다.During plasma generation, a floating potential is generated on the surface of the substrate as described above. The floating potential is controlled by the RF bias voltage, and when the RF bias voltage is applied, the impedance of the plasma (generally determined by the power of the microwave supplied) Also depends. Therefore, the optimum floating potential value (temporal mean value, ions in the plasma is hard to follow RF at high frequency in performing the surface treatment of the substrate by ions in the plasma under a microwave power, so the value of the RF bias voltage (peak value) ) Is set to a unique value.
한편, 각종의 처리에 있어서, 이 RF바이어스 전압 자신의 최적값(피크값)과는 일치하지 않는 경우가 있다. 즉, RF바이어스 전압의 피크값을 최적 평균값으로서의 부동 전위를 발생하는 값으로 하면, RF바이어스 전압의 피크값 자체는 부적절한 값이 되는 경우가 있다. 그 결과, 에칭 또는 CVD를 행할때의 처리 조건을 소망의 각종 가공 특성을 동시에 만족하는 것으로 하기는 곤란하며, 처리 결과를 제어하기 어렵다는 문제가 있었다(제2의 문제점). 예컨대, 박막형성에 있어서 막질에 대해선 RF바이어스 전압의 피크값이 최적값이어도 막에 가하는 스트레스가 지나치게 클 경우도 있으며, 또, 에칭에 있어서도 마찬가지로 이방성을 향상시키기 위해서 최적한 RF바이어스 전압의 피크값이어도 플라즈마중의 이온의 스퍼터(sputter)에 의한 기판 표면으로의 손상이 커진다는 경우가 있다.On the other hand, in various processes, there is a case where it does not coincide with the optimum value (peak value) of the RF bias voltage itself. In other words, when the peak value of the RF bias voltage is set to a value that generates a floating potential as an optimum average value, the peak value of the RF bias voltage itself may be an inappropriate value. As a result, it is difficult to make the processing conditions at the time of etching or CVD satisfy the desired various processing characteristics simultaneously, and there is a problem that it is difficult to control the processing results (second problem). For example, in film formation, even if the peak value of the RF bias voltage is optimal for the film quality, the stress applied to the film may be too large, and the peak value of the optimum RF bias voltage may be similarly used to improve anisotropy in etching. In some cases, sputtering of ions in the plasma may increase the damage to the substrate surface.
그래서, 상기 제1의 문제점 및 제2의 문제점중, 제1의 문제점을 해결하는 ECR플라즈마 에칭, CVD장치로서 제10도에 도시하는 구성의 장치를 같은 출원인으로부터 특개소 제63-275786호에 제안하고 있다. 이 장치의 구성 및 동작의 개요를 이하에 설명한다.Therefore, among the above-mentioned first and second problems, an apparatus having the structure shown in FIG. 10 as an ECR plasma etching and CVD apparatus that solves the first problem is proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-275786. Doing. An outline of the configuration and operation of this apparatus will be described below.
또한, 제9도와 동일 부재엔 동일 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same member as FIG. 9, and the description is abbreviate | omitted.
제10도에 도시하는 장치에 있어선 기판(11)으로의 RF바이어스 전압의 인가는 동기 펄스 발생회로(22)로 마이크로파의 펄스와 동기해서 행해지며, 마이크로파의 펄스 주기중 마이크로파가 발생하고 있지 않은 시간 구간에는 RF바이어스 전압은 기판에 인가되지 않는다.In the apparatus shown in FIG. 10, the application of the RF bias voltage to the
그러나, 제10도의 ECR플라즈마 에칭, CVD장치에 있어서의 제2의 문제점이 해결되지 않는다. 이 제2의 문제점에 대해서 다시 상세하게 설명한다.However, the second problem in the ECR plasma etching and CVD apparatus of FIG. 10 is not solved. This second problem will be described in detail again.
전술과 같이 플라즈마가 발생하는 것은 마이크로파가 플라즈마 생성실에 도입되어 있을 때 뿐이므로, 마이크로파의 펄스 주기중, 플라즈마가 발생하고 있을 때만 RF바이어스 전압을 인가해서 플라즈마를 부하로 하는 임피던스 정합을 취하고, 기판에 적절한 전압을 인가한다. 그러나, 제10도의 장치에선 이 때의 RF바이어스 전압 인가의 시간폭은 마이크로파 펄스의 시간폭과 동일하고 또한 크기도 일정하게 하고 있으며, 소망의 막질을 얻기 위해 예컨대 기판에 인가하는 RF바이어스 전압을 크게 하려고 하면, 마이크로파 펄스와 동일의 시간폭 RF발생기에서 높은 전압을 출력해야 한다. 그러나, 전술한 바와 같이 RF바이어스 전압에 의해서 제어되는 부동 전위의 평균값으로서의 최적값과, 그 값을 생기게 하기 위한 RF바이어스 전압 자체의 최적의 피크값과는 일치하지 않는 경우가 있다. 그 때문에 제10도에 도시하는 장치와 같이 단순히, 마이크로파 펄스와 동일 시간폭 일정 크기의 RF바이어스 전압을 발생하는 구성에선, 소정의 부동 전위를 발생시키기 위해선 최적이어도 그 자체 최적값 이상의 크기의 피크값을 갖는 RF바이어스 전압을 필요이상으로 장시간 인가해야 되며, 그 결과 소망의 각종 가공 특성을 동시에 만족할 수 없다. 그 구체적인 일예를 이하에 설명한다.As described above, the plasma is generated only when the microwave is introduced into the plasma generating chamber. Therefore, during the pulse period of the microwave, the RF bias voltage is applied only when the plasma is generated, and impedance matching to load the plasma is performed. Apply the appropriate voltage to. However, in the apparatus of FIG. 10, the time width of applying the RF bias voltage at this time is the same as the time width of the microwave pulse, and the size is constant. For example, in order to obtain a desired film quality, the RF bias voltage applied to the substrate is greatly increased. Attempting to do so would require a high voltage output from the RF generator, which is the same width as the microwave pulse. However, as described above, there is a case where the optimum value as the average value of the floating potential controlled by the RF bias voltage does not coincide with the optimum peak value of the RF bias voltage itself for producing the value. Therefore, in the configuration of simply generating a microwave bias voltage having the same time width and constant amplitude as a microwave pulse, as in the apparatus shown in FIG. 10, a peak value having a magnitude larger than its own optimum value even if optimal for generating a predetermined floating potential. The RF bias voltage must be applied for a longer time than necessary, and as a result, the desired processing characteristics cannot be satisfied at the same time. The specific example is demonstrated below.
기판상에 박막을 형성하는 경우, 예컨대 기판 표면의 단차부에 있어서의 스텝 커버리지를 개선하기 위해선 인가하는 RF바이어스 전압을 크게 하고, 기판상에 생기는 부동 전위의 크기를 어떤 역치 이상으로 하고, 이온에 의한 스퍼터 효과에 의해서 단차부 측벽에 박막을 퇴적시킬 필요가 있다. 그러나, RF바이어스 전압에 의해서 제어되며, 이온에 대해서 스퍼터 현상을 촉구하는 부동 전위의 값은 전술과 같이 시간적인 평균값이며 이것에 대해 실제로 기판상에 나타나는 전압은 비교적 큰 진폭(피크)을 갖는다. 이 때문에 마이크로파 펄스와 동일의 시간폭 일정의 크기로 인가되는 RF바이어스 전압의 피크값을 스퍼터 효과를 발생하기 위해서 충분한 부동전위의 값(평균값)을 발생토록 큰 값으로 하면, 플라즈마와 기판 표면과의 사이에 존재하는 소위 쉬스(sheath)내에선 전자, 이온의 가속, 감속이 그 시간폭중 연속해서 반복되며, 막질이나 막에 가하는 스트레스의 크기가 변화한다. 따라서, 필요이상의 장시간, 큰 진폭의 RF바이어스 전압을 인가하면 막질, 막에 가하는 스트레스가 적절한 것으로 되지 않는 경우가 생긴다. 특히, 질화 실리콘의 박막을 형성하는 경우에는 막의 스트레스가 과대해지기 쉽다.In the case of forming a thin film on a substrate, for example, in order to improve the step coverage in the stepped portion of the substrate surface, the RF bias voltage to be applied is increased, and the magnitude of the floating potential generated on the substrate is above a certain threshold value. Due to the sputtering effect, it is necessary to deposit a thin film on the side wall of the stepped portion. However, the value of the floating potential, which is controlled by the RF bias voltage and prompts sputtering ions for ions, is a time-averaged value as described above, and the voltage actually appearing on the substrate has a relatively large amplitude (peak). For this reason, if the peak value of the RF bias voltage applied with a constant magnitude equal to the microwave pulse is made large enough to generate a floating potential value (average value) in order to generate a sputtering effect, In the so-called sheath that exists between, the acceleration and deceleration of electrons and ions are repeated continuously in the time span, and the magnitude of stress applied to the membrane or membrane changes. Therefore, when the RF bias voltage of a large amplitude for a long time longer than necessary is applied, the film quality and the stress applied to the film may not be appropriate. In particular, when a thin film of silicon nitride is formed, the stress of the film tends to be excessive.
본 발명의 제1의 목적은 가공되는 기판 표면에 생기는 부동 전위의 평균값을 소망의 값으로 폭넓게 제어할 수 있고, 박막 형성에 있어선 막의 조성, 막질, 막에 가하는 스트레스를 임의로 제어 가능하며, 또, 에칭에 있어서는 이방성, 막에 대한 손상, 가공 속도를 임의로 제어 가능한 플라즈마 처리장치를 제공하는데 있다.The first object of the present invention is to control the average value of the floating potential generated on the surface of the substrate to be processed to a desired value, and to control the composition of the film, the quality of the film, and the stress applied to the film in the formation of the thin film, and In etching, there is provided a plasma processing apparatus that can arbitrarily control anisotropy, damage to a film, and processing speed.
본 발명의 제1의 목적은 가공되는 기판 표면에 생기는 부동 전위의 평균값을 소망의 값으로 폭넓게 제어할 수 있으며, 박막 형성에 있어서는 막의 조성, 막질, 막에 가하는 스트레스를 임의로 제어 가능하며 또, 에칭에 있어선 이방성, 막에 대한 손상, 가공 속도를 임의로 제어 가능한 플라즈마 처리장치를 제공하는데 있다.The first object of the present invention is to control the average value of the floating potential occurring on the surface of the substrate to be processed to a desired value. In forming a thin film, the composition of the film, the quality of the film, and the stress applied to the film can be arbitrarily controlled, and the etching The present invention provides a plasma processing apparatus that can arbitrarily control anisotropy, damage to a film, and processing speed.
본 발명의 제2의 목적은 박막 형성 또는 에칭에 있어서 상기 각 특성을 제어가능한 플라즈마 처리방법을 제공하는데 있고, 특히 박막 형성에 있어서, 막의 조성, 막질, 막에 가하는 스트레스를 적절한 것으로 한 위에서, 또한 양호한 스텝 커버리지를 실현 기능으로 하는데 호적한 플라즈마 처리방법을 제공하는데 있다.A second object of the present invention is to provide a plasma treatment method capable of controlling the above characteristics in forming or etching a thin film, and in particular, in forming a thin film, the composition, the quality of the film, and the stress applied to the film are appropriately applied. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a plasma processing method that is suitable for achieving good step coverage.
상기 제1의 목적을 달성하기 위해서 본 발명에 의하면 펄스상의 마이크로파 발생 수단인 마이크로파 발생기와, 그 마이크로파의 전달 수단인 도파관과, 그 도파관과 결합되어서 상기 마이크로파가 도입된다. 더불어 가스공급 수단을 거쳐서 공급된 가스를 상기 마이크로파와의 공명 효과로 플라즈마화해서 활성인 원자, 분자 또는 이온을 발생시키기 위한 자력선을 발생하는 여자용 솔레노이드를 구비하며, 또한 축선이 그솔레노이드가 생기는 자력 선속의 중심축과 일치하는 개구를 상기 마이크로파를 전달하는 도파관과 대향하는 축에 가지는 플라즈마 생성실과 그 플라즈마 생성실과 상기 개구를 거쳐서 결합되며 그 개구에서 상기 자력선을 따라서 유출하는 상기 활성인 원자, 분자 또는 이온으로 표면에 에칭이 실시되며 또는 박막 형성되는 기판이 배치되는 처리실과, 그 기판에 RF바이어스 전압을 인가하기 위한 RF발생수단인 RF발생기와 상기 플라즈마 생성실과 상기 처리실과의 배기를 행하는 진공 배기계를 구비한 플라즈마 처리 장치에 있어서, 그 플라즈마 처리 장치에 다시, 상기 RF바이어스 전압에 가해서 DC바이어스 전압을 인가하기 위한 DC발생 수단과, 상기 펄스상의 마이크로파와 상기 RF바이어스 전압 및 상기 DC바이어스 전압의 발샐시기를 동기시키기 위한 동기 수단고, 상기 RF 바이어스 전압과 상기 DC바이어스 전압을 간섭없이 기판에 인가하기 위한 혼합 수단을 구비케 하는 것으로 한다.In order to achieve the first object, according to the present invention, the microwave is introduced in combination with a microwave generator, which is a pulse-like microwave generator, a waveguide, which is a means for transmitting the microwave, and the waveguide. In addition, it is provided with an excitation solenoid for generating a magnetic force line for generating active atoms, molecules or ions by plasma-forming the gas supplied through the gas supply means in a resonance effect with the microwaves, and the axis is a magnetic force that generates the solenoid A plasma generating chamber having an opening coinciding with the waveguide for transmitting microwaves and an active atom, molecule, and coupled through the opening and exiting the magnetic field lines from the opening, the opening being coincident with the center of the beam; A process chamber in which a substrate on which a surface is etched or formed of a thin film is disposed, and an RF generator which is an RF generating means for applying an RF bias voltage to the substrate, and a vacuum exhaust system that exhausts the plasma generating chamber and the processing chamber. In the provided plasma processing apparatus, the A DC generating means for applying a DC bias voltage to the plasma processing device again, and a synchronizing means for synchronizing the microwaves of the pulse with the RF bias voltage and the timing of the DC bias voltage; Mixing means for applying the RF bias voltage and the DC bias voltage to the substrate without interference is to be provided.
또, 상기 제2의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 의하면 직류 자계가 발생하고 있는 진공 용기내에 펄스상의 마이크로파를 도입해서 상기 직류 자계와 상기 마이크로파와의 공명 효과로 상기 진공 용기내에 도입된 가스를 플라즈마화하고, 그 플라즈마를 상기 직류 자계를 따라서 이송하면서 그 이송로에 배치되며 RF바이어스 전압이 인가되는 기판에 에칭이 실시되며 또는 박막을 형성하는 플라즈마 처리방법에 있어서 상기 펄스상의 마이크로파에 동기해서 상기 기판에 상기 RF바이어스 전압을 인가함과 더불어 상기 마이크로파의 펄스폭내에서 상기 RF바이어스 전압의 크기를 미리 설정된 시간 변화에 따라서 변화시키면서 표면처리를 행하는 것으로 한다.Further, in order to achieve the second object, according to the present invention, a pulsed microwave is introduced into a vacuum vessel in which a direct current magnetic field is generated, and the gas introduced into the vacuum chamber by the resonance effect of the direct current magnetic field and the microwaves is used. In the plasma processing method of forming a thin film, the plasma is formed, and the plasma is transferred along the direct current magnetic field, and the etching is performed on a substrate to which an RF bias voltage is applied, or a thin film is formed in synchronization with the pulsed microwaves. The RF bias voltage is applied to a substrate, and the surface treatment is performed while the magnitude of the RF bias voltage is changed in accordance with a predetermined time change within the pulse width of the microwave.
기판에 대해, RF바이어스 전압과 DC바이어스 전압을 동시에 인가함으로서 처리 조건을 소망의 조건에 일치시킬 수 있을 뿐 아니라, 처리 조건의 폭을 넓히는 것도 가능해진다. 즉, 기판은 바이어스 전압이 인가되었을 경우, 기판상의 전하의 총량이 영이 되는 것 같은 전위를 나타낸다. 그래서, 우선, 기판에 RF바이어스 전압만을 인가했을 경우, 기판에 도달하는 정전하 입자와 부전하 입자와의 이동도의 차로 기판상에 전하가 축적되려고 해도 기판의 진동 전위 파형의 중심이 이 축적을 영으로 하도록 이동한다. 이 중심 전위, 즉 부동 전위는 RF바이어스 전압의 크기로 다르며, 또, RF바이어스 전압이 인가되고 있으므로 플라즈마의 임피던스에도 의존한다. 이같이 해서 부동 전위가 결정되는 기판에 대해서 또한 DC바이어스 전압을 인가하면 이 DC바이어스 전압이 걸린 상태에서 축적 전하가 영이 되게 기판 전위가 다시 이동한다. 따라서, DC바이어스 전압, RF바이어스 전압 각각의 크기를 독립으로 바꾸므로서 부동 전위의 값은 폭 넓게 제어가능케 하며, 그 결과, 성막 또는 에칭시의 처리 조건을 넓힐 수 있다.By simultaneously applying the RF bias voltage and the DC bias voltage to the substrate, not only the processing conditions can be matched to the desired conditions, but also the width of the processing conditions can be widened. That is, the substrate exhibits a potential such that when the bias voltage is applied, the total amount of charge on the substrate becomes zero. Therefore, first, when only the RF bias voltage is applied to the substrate, even if charges are accumulated on the substrate due to the difference in mobility between the electrostatic particles and the negatively charged particles that reach the substrate, the center of the vibration potential waveform of the substrate is applied to the accumulation. Move to zero. This center potential, i.e., the floating potential, varies with the magnitude of the RF bias voltage, and since the RF bias voltage is applied, it also depends on the impedance of the plasma. In this way, if a DC bias voltage is also applied to the substrate on which the floating potential is determined, the substrate potential is moved again so that the accumulated charge becomes zero while the DC bias voltage is applied. Therefore, the values of the floating potential can be controlled widely by changing the magnitudes of the DC bias voltage and the RF bias voltage independently, and as a result, the processing conditions during film formation or etching can be widened.
즉, RF바이어스 전압에 의해서 부동 전위를 제어했을 경우, 기판의 처리에 관여하는 이온이 느끼는 부동전위는 시간적 평균값인데, 기판 표면에는 예컨대, 큰 진폭(피크)을 가지는 RF바이어스 전압이 인가되어 있다. 각종의 가공 특성에 대해서 전술한 바와 같이 RF바이어스 전압의 최적값(피크값)과 RF바이어스 전압의 인가에 의한 부동 전위의 최적값(평균값)과는 일치하지 않은 경우가 있으므로 이 큰 피크를 가지는 RF바이어스 전압을 위해서 막질등이 악영향을 받는 경우가 있다. 그러나, DC바이어스 전압도 동시에 인가한다면, DC바이어스 전압 독자의 작용으로 상기 부동 전위의 평균값을 RF바이어스 전압과는 독립해서 시프트할 수 있다. 따라서, RF바이어스 전압으로서 피크의 작은 값의 것을 인가하는 것만으로, 큰 피크를 가지는 RF바이어스 전압을 인가한 경우와 동등한 부동 전위(평균값)을 생기게 할 수 있다. 또 역으로 피크값을 가지는 RF바이어스 전압을 인가하려고 할 때, 부동 전위의 값(평균값)을 작게 할 수 있다. 따라서, 부동전위의 평균값과 RF바이어스 전압의 피크값과의 양쪽을 동시에 최적값으로 할 수 있다.That is, when the floating potential is controlled by the RF bias voltage, the floating potential felt by the ions involved in the processing of the substrate is a temporal average value. For example, an RF bias voltage having a large amplitude (peak) is applied to the substrate surface. As described above for various processing characteristics, the RF having a large peak may not match the optimum value (peak value) of the RF bias voltage and the optimum value (average value) of the floating potential by the application of the RF bias voltage. For the bias voltage, the film quality may be adversely affected. However, if the DC bias voltage is also applied at the same time, the average value of the floating potential can be shifted independently of the RF bias voltage by the action of the DC bias voltage alone. Therefore, only by applying a small value of the peak as the RF bias voltage, a floating potential (average value) equivalent to that when the RF bias voltage having a large peak is applied can be generated. On the contrary, when trying to apply an RF bias voltage having a peak value, the value (average value) of the floating potential can be reduced. Therefore, both the average value of the floating potential and the peak value of the RF bias voltage can be simultaneously optimized.
또한, 펄스상 마이크로파와의 동기를 RF바이어스 전압만으로 하고, DC바이어스 전압을 연속해서 기판에 인가했을 경우엔 플라즈마가 발생하고 있지 않을 때, RF바이어스 전압을 인가했을 경우와 마찬가지로 기판전위가 이동하며 DC바이어스 전압의 크기에 따라서 기판 표면의 파손도 있을 수 있다. 이 때문에 기판에 인가하는 DC바이어스 전압의 크기가 제한되며, 처리 조건의 폭이 작아진다는 문제가 생기는데, 본 발명에 있어선, RF바이어스 전압과 DC바이어스 전압을 더불어 펄스상의 마이크로파와 동기해서 인가하고, 플라즈마 생성실내에 플라즈마가 존재하고 있지 않을때엔 RF바이어스 전압도 DC바이어스 전압도 기판에는 인가되지 않으므로 기판 표면에 파손되는 일이 없다.In addition, when the pulse-phase microwave is synchronized with only the RF bias voltage and the DC bias voltage is continuously applied to the substrate, when no plasma is generated, the substrate potential is moved and the DC is moved as in the case of applying the RF bias voltage. Depending on the magnitude of the bias voltage, there may also be breakage of the substrate surface. For this reason, the magnitude of the DC bias voltage applied to the substrate is limited, and the width of the processing conditions becomes small. In the present invention, the RF bias voltage and the DC bias voltage are applied in synchronization with the pulsed microwave together, When no plasma is present in the plasma generation chamber, neither the RF bias voltage nor the DC bias voltage is applied to the substrate, so that the surface of the substrate is not damaged.
다음에, 기판에 인가하는 RF바이어스 전압을 펄스상의 마이크로파에 동기해서 발생시킴과 더불어 마이크로파의 펄스폭내에서 RF바이어스 전압의 크기를 미리 설정된 시간 변화에 따라서 변화시키면서 표면 처리를 행하는 표면 처리 방법으로 하므로서 기판상의 방전을 방지하면서 처리 조건의 폭을 넓힐 수 있다. 즉 성막등일 때 충분한 부동 전위(평균값)를 얻기 위해 피크가 큰 RF바이어스 전압을 공급하고 싶어도, RF바이어스 전압인가 가능한 조건에선 충분한 부동 전위가 얻어지지 않으며, 구하는 막질이 얻어지지 않는 경우가 생긴다. 이럴때, 마이크로파의 펄스폭보다 피크값의 시간폭이 RF바이어스 전압을, 인가하면 평균전력을 크게 함이 없이 피크값이 높은 RF바이어스 전압을 인가할 수 있고, 예컨대 서브미크론 폭의 홈의 측면으로의 치밀한 막 형성을 방해하고 있다. 홈의 입구를 막듯이 홈 입구의 면에 퇴적하고 있는 박막 물질을 홈내로 스퍼터하고, RF발생기로부터의 평균 전력을 증대시킴이 없이 막질을 향상시킬 수 있다.Next, the substrate is generated by synchronizing the RF bias voltage applied to the substrate in synchronism with the microwaves in the pulse and performing the surface treatment while changing the magnitude of the RF bias voltage in accordance with a predetermined time change within the pulse width of the microwave. The width of the processing conditions can be widened while preventing the discharge of the phase. That is, even when it is desired to supply an RF bias voltage having a large peak to obtain a sufficient floating potential (average value) during film formation or the like, sufficient floating potential cannot be obtained under the conditions where the RF bias voltage can be applied, and the film quality to be obtained may not be obtained. In this case, if the time width of the peak value is applied to the RF bias voltage than the pulse width of the microwave, the RF bias voltage having a higher peak value can be applied without increasing the average power, for example, to the side of the groove of the submicron width. It interferes with the formation of dense membranes. The film quality can be improved without sputtering the thin film material deposited on the surface of the groove inlet into the groove like the opening of the groove and increasing the average power from the RF generator.
즉, 전술한 바와 같이 홈내의 측면, 즉 단차부 측벽에도 박막 스텝 커버리지를 양호하게 퇴적시키기 위해선 인가하는 RF바이어스 전압을 피크가 큰 것으로 하고, 부동전위의 시간적 평균값을 크게 해서 이온에 의한 스퍼터 효과를 증대시킬 필요가 있다. 그러나, 스퍼터 효과는 어떤 역치이상의 가속 전압(이 경우에선 부동 전위가 가속 전압에 상당한다)으로 가속된 이온이 아니면 생기지 않는다. 이 역치 스퍼터되는 물질에 의해서도 다르지만, 수십 V정도이다. 이 스퍼터 효과가 충분히 기대되는 크기의 RF바이어스 전압을 연속해서 기판에 인가했을 경우엔 막에 가해지는 스트레스가 문제가 되는 경우가 있다. 그러나, 상기와 같이 RF바이어스 평균 전력을 낮게 누르고, 단시간만 그 단시간의 부동 전위의 시간적 평균치가 크게 되도록 RF바이어스 전압의 피크값을 크게 하면 스트레스의 문제가 생기는 일 없고, 충분한 스퍼터 효과를 실현할 수 있다.That is, as described above, in order to deposit the thin film step coverage on the side surface of the groove, that is, the side wall of the stepped portion, the peak of the applied RF bias voltage is assumed to be large, and the temporal average value of the floating potential is increased to increase the sputter effect by ions. It needs to be increased. However, the sputter effect does not occur unless the ion is accelerated to an acceleration voltage above a certain threshold (in this case, the floating potential corresponds to the acceleration voltage). This threshold sputtering varies depending on the substance, but is about tens of volts. When the RF bias voltage of the magnitude | size which the sputter effect is anticipated enough is continuously applied to a board | substrate, the stress applied to a film may become a problem. However, if the RF bias average power is lowered as described above and the peak value of the RF bias voltage is increased so that the temporal average value of the floating potential of the short time becomes large for only a short time, no stress problem occurs and a sufficient sputter effect can be realized. .
이같이 해서 이 발명의 방법에 의하면, 기판 표면을 파손함이 없고, 또 RF평균값을 증대시킴이 없이 막질을 자유로 제어할 수 있고 처리조건의 최적화가 용이하게 가능해진다.In this manner, according to the method of the present invention, the film quality can be freely controlled and the processing conditions can be easily optimized without damaging the surface of the substrate and increasing the RF average value.
본 발명에 기준해서 구성되는 플라즈마 처리 장치인 ECR형 플라즈마 에칭, CVD장치의 일실시예를 제1도에 도시한다. 여기에서 종래의 구성예인 제10도와 동일한 부재에는 동일한 부번을 붙이고 설명을 생략한다. 도면에 있어서 펄스상의 마이크로파와 RF바이어스 전압 및 DC바이어스 전압의 발생 시기를 동기시키기 위한 동기 수단(40)은 동기 펄스 발생회로(22)와 펄스신호 전달 수단(31)으로 이루고 있다. 제2도에 동기 펄스 발생회로(22)의 블록도를 도시한다. 발진회로(221)에서 100Hz정도의 주파수로 교류를 발생시키고 이것을 펄스화 회로(222)에서 구형파로 한다. 이 구형파를 전류 증폭 기능을 가지며 오펴앰프나 IC로 되는 출력버퍼(223)를 통해서 펄스 신호 전달 수단(31)에 의해 마이크로파 발생기(17)에 전달해서 마이크로파를 발생시킴과 더불어 이 구형파를 RF바이어스 변조 회로(23) 및 DC바이어스 변조회로(33)에 입력하고, 이들 변조 회로(22), (23)의 출력으로 소망의 파형, 여기에선 크기를 가지는 RF바이어스 전압 및 DC바이어스 전압을 각각 RF발생기(20) 및 DC발생기(32)에서 상기 마이크로파와 동시에 출력시킨다. RF바이어스변조 회로(23)와 DC바이어스 변조회로(33)는 어느 것이나 다 제3도에 도시하는 회로 구성을 가지며, 상기 구형파를 트리거 회로(27)에 입력함으로서 바이어스 변조 회로가 기동되며, 설정회로(28)에 미리 설정된 데이터를 변조회로(29)에서 상기 신호로서 출력 회로(30)를 거쳐서 각각 후단의 RF발생기(20) 및 DC발생기(32)에 입력하고, RF발생기(20) 및 DC발생기(32)에서 각각 소망 파형, 여기에선 소망의 크기의 바이어스 전압을 상기 마이크로파와 동시에 발생시켜서 RF DC바이어스 혼합 회로(41)에 입력한다.1 shows an embodiment of an ECR plasma etching and CVD apparatus which is a plasma processing apparatus constructed in accordance with the present invention. Here, the same part number is attached | subjected to the same member as FIG. 10 which is a conventional structural example, and description is abbreviate | omitted. In the figure, the synchronous means 40 for synchronizing the generation timing of a pulse-like microwave, an RF bias voltage, and a DC bias voltage is comprised of the synchronous
RF DC바이어스 혼합회로(41)는 예컨대 제4a도에 도시하는 것 같은 입력측의 단자(41a)가 DC발생기(32)의 출력 단자에 접속되며 출력측의 단자(41b)가 이 회로의 입력 단자에 접속되는 인덕턴스 L1, 또는 인덕턴스 L1대신에 예컨대 동(b)도에 도시하듯이 RF파의 주파수와 공진한다. 인덕턴스 L2와 콘덴서 C2로 되는 병렬 공진 회로로서 구성되며, DC바이어스 전압과 RF바이어스 전압을 간섭없이 기판으로 인도하는 역할을 다하고 있다.In the RF DC bias mixing
상기의 구성을 채용한 결과, 본 실시예의 플라즈마 처리 장치에 있어선 RF바이어스 전압과 DC바이어스 전압을 독립적으로 제어가능해지며, RF바이어스 전압과 피크값과는 독립으로 부동 전위의 평균값을 제어할 수 있다.As a result of adopting the above configuration, in the plasma processing apparatus of this embodiment, the RF bias voltage and the DC bias voltage can be controlled independently, and the average value of the floating potential can be controlled independently of the RF bias voltage and the peak value.
다음 제5도에 본 발명의 플라즈마 처리 방법을 가능케 하는 마이크로파 플라즈마 처리장치 구성의 일실시예를 도시한다. 제5도에 있어서 제10도와 동일한 부재엔 동일 부호를 붙여서 설명을 생략한다.Next, Fig. 5 shows one embodiment of the configuration of the microwave plasma processing apparatus that enables the plasma processing method of the present invention. In FIG. 5, the same code | symbol is attached | subjected to the member same as FIG. 10, and description is abbreviate | omitted.
기판(11)으로의 RF바이어스 전압의 인가를 펄스상 마이크로파의 동기시키기 위한 동기 펄스 발생회로(22)는 제2도와 마찬가지의 구성을 가지고 있으며, 구형파를 출력 버퍼(223)를 통해서 마이크로파 발생기(17)와 RF바이어스 변조 회로(23)에 전달하고, RF바이어스 변조 회로(23)로부터는 크기가 미리 설정된 시간 변화에 따라서 변화하는 전압을 출력해서 RF발생기(20)에 입력하고, RF발생기(20)로부터 입력된 시간변화에 따라서 크기가 변화하는 변조된 RF전압을 출력시킨다. RF바이어스 변조 회로(23)는 제6도의 블록도에 도시하듯이 트리거회로(27)와 변조 발생회로(28a)가 마이크로파 펄스와 동기해서 기동되며, 크기가 미리 설정된 시간 변화에 따라서 변화하는 신호 전압이 변조회로(29)에 인가되며, 변조회로(29)에서 성형된 파형이 전류 증폭 기능을 갖는 출력회로(30)를 거쳐서 RF발생기(20)에 입력되며, RF발생기(20)에서 상기 마이크로파의 펄스와 동기해서 크기가 미리 설정된 시간 변화에 따라서 변화하는 RF전압이 출력된다. 또한, 제6도에 도시한 RF바이어스 변조 회로는 제3도에 도시한 것과 다소 다르며, 변조 신호 발생회로(28a)의 기능에 의해 RF전압의 파형을 한층 복잡한 것으로 할 수 있다.The synchronization
제7도 및 제8도에 RF발생기(20)에서 마이크로파 펄스와 동기해서 출력되는 RF전력의 시간변화의 예를 도시한다.7 and 8 show examples of the time variation of the RF power output in synchronization with the microwave pulses from the
제7도는 효율이 좋은 에칭 또는 박막 형성 때문의 피크 전력이 큰 펄스상 마이크로파와 동기해서 마이크로파 펄스 1주기중의 마이크로파가 발생하고 있는 시간 구간, 소정의 성막 레이트에 필요한 RF전력의 베이스 부분P0가 단시간 피크 전력 P1로 변화하는 전력을 RF발생기(20)(제5도)에서 출력해서 기판 표면에 박막을 형성하는 경우를 도시한다. 파고값이 높은 피크 전력 P1(스퍼터 효과를 발생할 수 있는 값)이 출력되면, 기판(11)에는 높은 RF바이어스 전압이 인가되며, 따라서 피크 전력 P1이 출력되고 있는 시간내에 있어서는 기판상의 부동 전위도 크게 된다. 이것으로, 기판 표면에 단차 즉 오목 볼록이 있으며, 예컨대 블록부의 면에서 가로 방향으로 빠져나와 퇴적한 박막 물질이 플라즈마중에 포함되는 이온 또는 이온에 촉구되어서 가속된 활성종으로 스퍼터되며, 계속하는 오목부 및 측벽부로의 성막이 볼록부의 퇴적 물질에 방해되지 않고 행해지며, RF발생기(20)에서 출력되는 평균 전력을 증대시킴이 없이 오목 볼록부 및 측벽부의 전면에 막후가 균일하게 커버리지가 양호한 박막을 형성할 수 있다. 즉 스퍼터 효과가 충분히 기대되는 부동 전위를 생기게 하는 RF바이어스 전압을 연속해서 기판에 인가했을 경우에 막에 가해지는 스트레스의 문제가 특히 현저했던 질화실리콘막(절연막의 하나이며, 패시베이션막(passivation film)등으로서 쓰인다)의 형성도 본 발명의 방법을 채용한 결과, 용이하게 가능해진다. 또, 기판(11)으로의 RF바이어스 전압의 인가는 마이크로파가 발생하고 있는 시간 구간내에서 행해지므로, RF발생기측과 플라즈마측과의 임피던스 부정합에 기준하는 고전압이 기판 표면에 나타나는 일은 없고, 기판 표면의 방전도 발생하지 않으므로 기판 표면의 파손이 생기는 일도 없다.7 shows a time interval during which microwaves are generated in one period of microwave pulses in synchronism with pulsed phase microwaves having a large peak power due to efficient etching or thin film formation, and a base portion P 0 of RF power required for a predetermined film forming rate. The case where the power which changes with short time peak electric power P1 is output by RF generator 20 (FIG. 5), and a thin film is formed in the board | substrate surface is shown. When the peak power P 1 having a high crest value is output (a value capable of causing a sputtering effect), a high RF bias voltage is applied to the
제8도는 마이크로파 펄스 1주기중 마이크로파가 발생하고 있는 시간폭내에서 발생시키는 RF전력이 경사로 상연으로 되며, 시간과 더불어 완만하게 감쇄하는 시간변화로 했을 경우를 도시한다. 이같은 시간 변화로 함으로서 제5도에는 특히 도시하고 있지 않으나 기판대(10)와 RF발생기(20)와의 사이에 게재하는 DC커트용인 콘덴서에 의한 시간 변화와의 늘어짐등에 기인하는 RF바이어스 전압의 불균일성을 방지하며 불균일이 없는 성막 조건으로 성막할 수 있다.FIG. 8 shows a case where the RF power generated within a time period during which microwaves are generated during one period of microwave pulses is staged with a slope, and a time change that gradually decreases with time. Although not shown in FIG. 5 by such a time change, the variation of the RF bias voltage due to the elongation with the time change by the capacitor for the DC cut placed between the
이상에 말한 바와 같이, 본 발명에 의하면, ECR형 플라즈마 에칭, CVD장치의 구성을 RF바이어스 전압에 가해서 DC바이어스 전압을 인가하기 위한 DC발생수단과 펄상의 마이크로파와 RF바이어스 전압 및 DC바이어스 전압의 발생 시기를 동기시키기 위한 동기 수단과, RF바이어스 전압과 DC바이어스 전압을 간섭없이 기판에 인가하기 위한 혼합 수단을 구비한 구성으로 하고, 기판에 대해서 RF바이어스 전압과 DC바이어스 전압을 펄스상 마이크로파와 동기해서 인가하도록 했으므로 RF바이어스 전압, DC바이어스 전압과 더불어 마이크로파가 플라즈마 생성실에 도입되고 있어서 플라즈마가 발생하고 있을때만 기판에 인가되며, 기판 표면의 파손이 방지됨과 더불어 RF바이어스 전압과 DC바이어스 전압과의 각각의 크기를 독립으로 조정함으로서 기판에 생기는 부동 전위를 임의로 제어할 수 있고, 기판에 박막을 형성하고, 또는 에칭을 실시할 때의 처리 조건을 폭넓게 변하는 것이 가능해지며, 최적 조건에서의 기판 처리가 가능해지는 효과가 얻어진다. 따라서, 박막 형성에 있어선 막의 조성, 막질, 막에 가해지는 스트레스 등을 동시에 소망의 특성으로 제어할 수 있다. 또, 에칭에 있어서는 이방성, 막에 가해지는 손상, 가공 속도를 동시에 임의로 제어할 수 있다.As described above, according to the present invention, the DC generation means for applying the DC bias voltage by applying the configuration of the ECR plasma etching and CVD apparatus to the RF bias voltage, and the generation of the microwave and pulse bias voltage and the DC bias voltage on the pearl And a synchronizing means for synchronizing the timing and a mixing means for applying the RF bias voltage and the DC bias voltage to the substrate without interference, and synchronizing the RF bias voltage and the DC bias voltage with the pulsed microwaves on the substrate. Since the microwave is introduced into the plasma generating chamber together with the RF bias voltage and the DC bias voltage, it is applied to the substrate only when the plasma is generated, and the breakage of the surface of the substrate is prevented, and each of the RF bias voltage and the DC bias voltage Float on the board by adjusting the size independently The dislocation can be arbitrarily controlled, and the processing conditions at the time of forming a thin film on the substrate or performing etching can be varied widely, and the effect that the substrate processing at optimum conditions becomes possible is obtained. Therefore, in forming a thin film, the composition, film quality, stress applied to the film, and the like can be controlled simultaneously with desired characteristics. In etching, anisotropy, damage to the film, and processing speed can be controlled at the same time.
또, 본 발명에 의하면 직류 자계가 발생하고 있는 진공 용기내에 펄스상의 마이크로파를 도입해서 직류자계와 마이크로파와의 공명 효과로 진공 용기내로 도입된 가스를 플라즈마화하고 이 플라즈마를 직류 자계를 따라서 이송하면서 이송관에 배송되며 RF바이어스 전압이 인가되는 기판에 에칭을 실시되며 또는 박막을 형성하는 플라즈마 처리를 펄스상의 마이크로파에 동기해서 기판에 RF바이어스 전압을 인가함과 더불어 마이크로파의 펄스폭 내에서 RF바이어스 전압의 크기를 미리 설정된 시간 변화에 따라서 변화시키면서 표면 처리를 행하는 플라즈마 처리 방법으로 했으므로 기판 표면에 계속적으로 고전압이 인가되는 일이 없어지며, 최적한 RF바이어스 전압을 기판에 인가해서 에칭 또는 박막 형성을 행하는 것이 가능으로 되며, 또, RF발생기에서 출력되는 평균 전력을 증대시킴이 없고, 목적으로 하는 막질 형성에 대응한 시간 변화의 RF바이어스 전압을 기판에 인가해서 막질 제어를 폭넓게 행할 수 있는 표면 처리가 가능해진다.According to the present invention, a pulsed microwave is introduced into a vacuum container in which a direct current magnetic field is generated, and the gas introduced into the vacuum container is converted into plasma by a resonance effect between the direct current magnetic field and the microwave, and the plasma is transported along the direct current magnetic field. Etching is performed on the substrate to which the tube is applied and the RF bias voltage is applied, or the plasma treatment for forming the thin film is applied to the substrate in synchronization with the microwave on the pulse, and the RF bias voltage within the pulse width of the microwave is applied. Since the plasma treatment method performs the surface treatment while changing the size in accordance with a predetermined time change, the high voltage is not continuously applied to the surface of the substrate, and the etching or thin film formation is performed by applying the optimum RF bias voltage to the substrate. The RF generator It is possible to apply the RF bias voltage of the time variation corresponding to the film formation to be applied to the substrate without increasing the average power output, thereby enabling the surface treatment to be widely performed.
따라서, 본 발명의 플라즈마 처리 방법에 의하면 막질이나 막에 가해지는 스트레스를 소망의 특성을 확보한 위에서 스퍼터 효과로 양호한 스텝 커버리지를 가지는 박막을 형성할 수 있다.Therefore, according to the plasma processing method of the present invention, it is possible to form a thin film having good step coverage by the sputtering effect while ensuring desired characteristics of the stress on the film or the film.
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