JPH033381B2 - - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は高周波放電により発生せしめたプラズ
マによる処理装置に関し、主として半導体基板を
プラズマによりデポジシヨンまたはエツチング処
理するめたの処理装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a processing apparatus using plasma generated by high-frequency discharge, and mainly relates to a processing apparatus for depositing or etching a semiconductor substrate using plasma.
従来のプラズマ処理装置の問題点を理解するた
めに、まず従来の高周波放電を用いたプラズマに
よるデポジシヨンおよびエツチング装置について
説明する。 In order to understand the problems of conventional plasma processing apparatuses, a conventional plasma deposition and etching apparatus using high frequency discharge will be explained first.
第1図は高周波放電を用いたプラズマによるデ
ポジシヨン装置の構成図である。1なる放電管に
2なるガス導入孔により適当圧の材料ガスを導入
する。5は真空槽で図示せざる真空排気系により
排気され、デポジシヨンされる基板6は、保持板
7に保持され、アース電位8に結線されている。 FIG. 1 is a block diagram of a plasma deposition apparatus using high-frequency discharge. Material gas at an appropriate pressure is introduced into the first discharge tube through the second gas introduction hole. A vacuum chamber 5 is evacuated by a vacuum evacuation system (not shown), and a substrate 6 to be deposited is held on a holding plate 7 and connected to a ground potential 8.
いま高周波発振器3と、これに誘導型に結合し
た放電コイル4により放電管1に高周波電力を印
加すると、放電管1内圧力が10−2Torr程度の適
当圧力であればこの放電管内に無極放電をおこし
放電プラズマ9を生成する。いま放電ガスとし
て、モノシラン(SiH4)と窒素(N2)を導入し、
基板6を図示せざる加熱手段により300〜400℃程
度に加熱すれば基板上にシリコンナイトライド
(Si3H4)膜がデポジシヨンする。 Now, when high-frequency power is applied to the discharge tube 1 using the high-frequency oscillator 3 and the discharge coil 4 coupled in an inductive manner to the high-frequency oscillator 3, if the internal pressure of the discharge tube 1 is a suitable pressure of about 10-2 Torr, a non-polar discharge will be generated inside this discharge tube. A discharge plasma 9 is generated. Now monosilane (SiH 4 ) and nitrogen (N 2 ) are introduced as discharge gases.
When the substrate 6 is heated to about 300 to 400° C. by a heating means (not shown), a silicon nitride (Si 3 H 4 ) film is deposited on the substrate.
第2図に同じく他の従来のデポジシヨン装置の
構成図を示す。図示せざる真空排気系にて排気さ
れる真空槽5には発振器3と容量型に結合した電
極10,11が導入され、11は基板6の保持板
を兼ねアース電位8に結線される。ガス導入孔2
より適当圧力を導入し放電プラズマ9を発生すれ
ば基板6上に第1図の場合と同様に所望物質をデ
ポジシヨンすることが出きる。 FIG. 2 shows a configuration diagram of another conventional deposition apparatus. Electrodes 10 and 11 capacitively coupled to the oscillator 3 are introduced into the vacuum chamber 5 which is evacuated by a vacuum evacuation system (not shown), and the electrode 11 serves as a holding plate for the substrate 6 and is connected to the ground potential 8. Gas introduction hole 2
By introducing a more appropriate pressure and generating discharge plasma 9, a desired substance can be deposited on the substrate 6 in the same manner as in the case of FIG.
次に第3図は高周波放電を用いたプラズマによ
るエツチング装置の場合の構成図である。真空槽
5には、外側に発振器3と容量型に結合した電極
10,11が位置せしめられ、真空槽5の内部の
保持板7の上に基板6がおかれる。ガス導入孔2
より、例えばフレオンガス(CF4)や酸素(O2)
ガスを適当圧に導入し放電プラズマ9を発生せし
めれば弗素イオンによりシリコン基板やシリコン
酸化膜がエツチングされる。 Next, FIG. 3 is a block diagram of an etching apparatus using plasma using high frequency discharge. Electrodes 10 and 11 capacitively coupled to the oscillator 3 are placed on the outside of the vacuum chamber 5, and a substrate 6 is placed on a holding plate 7 inside the vacuum chamber 5. Gas introduction hole 2
For example, freon gas (CF 4 ) and oxygen (O 2 )
When gas is introduced at an appropriate pressure and discharge plasma 9 is generated, the silicon substrate and silicon oxide film are etched by fluorine ions.
第4図は他の例を示し第3図に似た構成である
が、2枚の容量型結合の電極10,11が真空層
5内に導入されている。一方の電極10に処理基
板6が取りつけられて保持された接地された一方
の電極11との間で導入された適当圧力のフレオ
ンガスにより放電を起しプラズマ9を発生せしめ
る。 FIG. 4 shows another example and has a configuration similar to that in FIG. 3, but two capacitively coupled electrodes 10 and 11 are introduced into the vacuum layer 5. Freon gas at an appropriate pressure is introduced between one electrode 10 and a grounded electrode 11 to which a processing substrate 6 is attached and held, causing discharge and plasma 9 to be generated.
放電は高周波放電(数M〜数+MHz)であり、
かつ一方の電極がアース電位でプラズマ9に接触
しているため、印加された高周波の波高に相当す
るエネルギーのイオンが基板6に到着し、このた
め一般のスパツタリングを起こすがまた放電ガス
が反応生の場合、例えばエネルギーをもつた弗素
イオンが基板と反応して反応生スパツタリングを
起こし、基板をエツチングする。この場合の基板
が絶縁物であつても高周波印加のため支障はな
い。 The discharge is a high frequency discharge (several M to several + MHz),
In addition, since one electrode is in contact with the plasma 9 at ground potential, ions with an energy corresponding to the wave height of the applied high frequency arrive at the substrate 6, which causes general sputtering, but also causes the discharge gas to react. In this case, for example, energetic fluorine ions react with the substrate to cause reactive sputtering, etching the substrate. Even if the substrate in this case is an insulator, there is no problem because high frequency is applied.
第5図は以上の第1図より第4図までの各種方
式を容量型結合の場合についてまとめ、特に基板
に到達するイオンのエネルギーに着目したもので
ある。 FIG. 5 summarizes the various methods shown in FIGS. 1 to 4 for the case of capacitive coupling, with particular attention paid to the energy of ions reaching the substrate.
第5図において、3なる発振器に電極10と1
1が容量型結合しており、電極の一方11は、8
に接地してあるものとする。また真空容器5は絶
縁材料により構成され、図示せざる真空排気系に
より排気され、かつ図示せざるガス導入孔より適
当圧力ガスが導入され印加せる高周波電力により
放電し、プラズマ9を形成するものとする。 In FIG. 5, electrodes 10 and 1 are connected to the oscillator 3.
1 is capacitively coupled, and one of the electrodes 11 is 8
Assume that it is grounded. The vacuum container 5 is made of an insulating material, is evacuated by a vacuum evacuation system (not shown), and a suitable pressure gas is introduced through a gas introduction hole (not shown) and discharged by applied high frequency power to form plasma 9. do.
第5図Aは、放電形式としては第3図に相当し
ている。真空容器内に形成されたプラズマ9は外
界と浮遊電位にある。したがつてデポジシヨンの
場合も、エツチングの場合も、プラズマ9の絶縁
容器5に対する電位、つまり管壁電位とよばれる
プラズマ電位のエネルギーにて、真空容器内に挿
入された同じく浮遊電位の基板に到着する。 FIG. 5A corresponds to FIG. 3 in terms of the discharge format. The plasma 9 formed within the vacuum container is at a floating potential with respect to the outside world. Therefore, in both the case of deposition and etching, the potential of the plasma 9 relative to the insulating container 5, that is, the energy of the plasma potential called tube wall potential, reaches the substrate inserted in the vacuum container, which is also at a floating potential. do.
第5図Bは放電形式としては第2図および第4
図に相当する。この場合、一方の電極11は、8
において接地されかつプラズマ9に接触している
ため、プラズマの電位はアース電位よりシースを
へだてて、プラズマ電位VSに相当する電位とな
る。したがつて第5図Bの11のアース側の電極
に基板をおくと、デポジシヨンの場合もエツチン
グの場合もこのプラズマの電位に相当するイオン
エネルギーVS(通常約数V以下)にてイオンが到
着する。 Figure 5B is the discharge type shown in Figures 2 and 4.
Corresponds to the figure. In this case, one electrode 11 has 8
Since the sheath is grounded and in contact with the plasma 9, the potential of the plasma separates the sheath from the ground potential and becomes a potential corresponding to the plasma potential V S . Therefore, when a substrate is placed on the ground side electrode 11 in FIG . arrive.
一方第5図Bの10の高周波電極は、発振器3
に結線されているためいまこの発振器の出力電圧
波形がVOsinωtで表わされるとするとこの電極1
0の電位にVOsinωtで変化する。ここでVOは高周
波の波形の最高値、ωは角周波数、tは時間とす
る。この電極10もやはりプラズマ10に接触は
しているが、時間平均を取ると、10の電位は接
地電位に等しい。したがつて10へのVOsinωtの
高周波印加を行つても、プラズマ9の電位は平均
としてVSに止まる。しかし、現実に電極10は
VOsinωtで変化するため、電極10とプラズマ9
との間のシースが増減してプラズマと電極の間の
電位差を保持する。したがつて電極10の電位が
−VOになつた時最高(VO+VS)のエネルギーで
プラズマよりイオンが到着する。VOは通常数百
ボルトの程度であるため、電極10上に保持され
た基板は最高数百ボルトのエルルギーのイオンが
衝突する。したがつて普通デポジシヨンをする場
合は第2図のようにアース側の電極に基板を保持
せしめてVSのエネルギーでイオンを到着せしめ、
スパツタリングを行う場合は、高周波側の電極に
基板を保持せしめて、(VS+VO)のエネルギーで
イオンを到着せしめる。 On the other hand, the ten high-frequency electrodes in FIG.
If the output voltage waveform of this oscillator is represented by V O sinωt, then this electrode 1
It changes to the potential of 0 by V O sinωt. Here, V O is the highest value of the high frequency waveform, ω is the angular frequency, and t is the time. This electrode 10 is also in contact with the plasma 10, but when averaged over time, the potential of the electrode 10 is equal to the ground potential. Therefore, even if a high frequency voltage of V O sinωt is applied to the plasma 10, the potential of the plasma 9 remains at V S on average. However, in reality, the electrode 10
Since it changes with V O sinωt, the electrode 10 and plasma 9
The sheath between the plasma and the electrode increases and decreases to maintain the potential difference between the plasma and the electrode. Therefore, when the potential of the electrode 10 becomes -V O , ions arrive from the plasma with the highest energy (V O +V S ). Since V O is typically on the order of a few hundred volts, the substrate held on the electrode 10 is bombarded with ions of up to several hundred volts of energy. Therefore, when performing normal deposition, as shown in Figure 2, the substrate is held on the ground side electrode and ions are allowed to arrive with the energy of V S.
When sputtering is performed, the substrate is held by an electrode on the high frequency side, and ions are made to arrive at the energy of (V S +V O ).
第5図Cの放電形式は一方の電極11がアース
電極として真空槽内にあり、プラズマ9と接触
し、他方の高周波電極10は真空槽外に位置せし
められている。 In the discharge type shown in FIG. 5C, one electrode 11 is located inside the vacuum chamber as a ground electrode and is in contact with the plasma 9, and the other high-frequency electrode 10 is located outside the vacuum chamber.
第5図Bの場合と動じくプラズマ電位はVSに
等しく、11の電極上へはVSのエネルギーのイ
オンが到着する。他方の高周波電極10をみると
これは図5Bの高周波電極10を、絶縁物で覆
い、プラズマと直接に接触しないようにした場合
に等しい。したがつてプラズマはいわゆる管壁電
位VWとなる。この絶縁物の表面電位はやはりVO
sinωtで変化するため最高(VO+VW)のエネル
ギーのイオンが到着し、絶縁物をスパツタする。
これが絶縁物に対する高周波スパツタリングの原
理である。第4図の構成は第5図Cの構成に類似
したものと考えることができる。 As in the case of FIG. 5B, the fluctuating plasma potential is equal to V S , and ions with an energy of V S arrive on the electrode 11. Looking at the other high-frequency electrode 10, this is equivalent to the case where the high-frequency electrode 10 in FIG. 5B is covered with an insulator so that it does not come into direct contact with plasma. Therefore, the plasma has a so-called tube wall potential VW . The surface potential of this insulator is V O
Since the energy changes with sinωt, the ions with the highest energy (V O +V W ) arrive and sputter the insulator.
This is the principle of high frequency sputtering on insulators. The configuration of FIG. 4 can be considered similar to the configuration of FIG. 5C.
以上のように現在使用されている各種のデポジ
シヨン装置およびエツチング装置を考察すると、
処理する基板へ投着するデポジシヨンまたはエツ
チングのイオンのエネルギーが全くその時の装置
条件により決まり、制御の困難な量になつている
ことが見られる。例えば第1図、第2図のデポジ
シヨンにおいては、デポジシヨンエネルギーはプ
ラズマ9の電位VSによりきまり、この電位は、
印加する高周波電力と放電のガス圧力によつてき
まる。また第3図の構成ではエツチングのイオン
のエネルギーは基板の浮遊電位による管理電位に
近い値であり、第4図の構成ではエツチングのイ
オンのエネルギーは高周波発振の高周波電圧VO
できめられこの高周波電圧は放電のために必要な
電圧である。 Considering the various deposition devices and etching devices currently in use as described above,
It can be seen that the energy of the deposition or etching ions deposited onto the substrate being processed is entirely determined by the equipment conditions at the time, and is a quantity that is difficult to control. For example, in the depositions shown in FIGS. 1 and 2, the deposition energy is determined by the potential V S of the plasma 9, and this potential is
It depends on the high frequency power applied and the discharge gas pressure. In addition, in the configuration shown in FIG. 3, the energy of etching ions is close to the potential controlled by the floating potential of the substrate, and in the configuration shown in FIG.
This high frequency voltage is the voltage required for discharge.
他方、高周波放電により形成されたプラズマよ
り処理基板に到着するイオンのエネルギーを制御
し得る場合はその効果はいちじるしいものと考え
られる。 On the other hand, if the energy of ions arriving at the processing substrate from plasma formed by high-frequency discharge can be controlled, the effect is considered to be significant.
デポジシヨンの場合を考えると基板に熱運動エ
ネルギーで投着した場合、単に基板に附着するに
すぎない。基板を加熱すれば、基板より運動エネ
ルギーを得て基板上を移動することが出きるが、
デポジシヨンの場合の基板温度は素子製作上の制
限のため出き得る限り低いことが望まれる。イオ
ンにエネルギーを与えて基板に到着せしめた場
合、そのエネルギーの多くは単に衝突による熱エ
ネルギーとなるが、一部は(〜数%)基板上の運
動エネルギーとなり基板上を運動することが出き
る。したがつて一般のデポジシヨンの場合、附着
せしめた膜は基板上の段差や小孔に対しステツプ
カバレージの良好な附着膜を作成することが出き
る。また基板と同一材料をデポジシヨンした場
合、基板に到着した原子はこの運動エネルギーに
より適当な格子点まで移動することが出来るた
め、かなり低い温度で結晶成長を行うことが出き
る。この到着せしめるエネルギーは、あまりその
値が大きいと基板に対し衝突による欠陥を形成し
またスパツタリングを起したりするので数V〜数
+Vの範囲が適当である。 Considering the case of deposition, if the material is deposited onto the substrate using thermal kinetic energy, it will simply adhere to the substrate. If the substrate is heated, it can gain kinetic energy from the substrate and move on the substrate.
The substrate temperature during deposition is desired to be as low as possible due to limitations in device fabrication. When ions are given energy and are made to reach the substrate, most of that energy simply becomes thermal energy due to collision, but some (~several percent) becomes kinetic energy on the substrate and can move on the substrate. . Therefore, in the case of general deposition, it is possible to create a deposited film with good step coverage over steps and small holes on the substrate. Furthermore, when the same material as the substrate is deposited, atoms arriving at the substrate can move to appropriate lattice points using this kinetic energy, so crystal growth can be performed at a considerably low temperature. The energy to arrive is suitably in the range of several volts to several + volts, since if the value is too large, it may cause defects on the substrate due to collision or sputtering.
またエツチングの場合を考える第4図のような
構成では通常イオンは数百eVのエネルギーで基
板に到着するためスパツタリングと同時に基板に
結晶欠陥を起こす。特に放電ガスに反応性のガス
(フレオン等)を使用し、反応性スパツタリング
を起してエツチングを行う場合、イオンのエネル
ギーは数百Vは不要であり、またこのような高い
電圧では局所エツチングを行う場合のマスクがス
パツタによりエツチされたり、また基板温度の上
昇をきたしたりして、困難を生じる。 Furthermore, in the case of etching, in the configuration shown in FIG. 4, ions usually arrive at the substrate with an energy of several hundred eV, causing crystal defects in the substrate at the same time as sputtering. In particular, when etching is performed by using a reactive gas (Freon, etc.) as the discharge gas to cause reactive sputtering, ion energy of several hundred volts is not necessary, and local etching cannot be achieved at such a high voltage. When etching is performed, the mask may be etched by sputtering, and the temperature of the substrate may rise, resulting in difficulties.
反応性スパツタを行う場合は、原則的にイオン
エネルギーは化学反応を促進せしめる値でよく、
その値もまた数V〜数+Vの程度が望ましい。 When performing reactive sputtering, in principle, the ion energy can be set to a value that promotes the chemical reaction.
The value is also preferably in the range of several volts to several + volts.
以上の考察にみられるごとく、高周波放電を用
いてプラズマを生起し、デポジシヨンまたはエツ
チングを行う装置において、イオンを基板上に数
V〜数+Vの程度の制御されたエネルギーで到着
せしめることが出き得れば、この処理工程に非常
な進歩を生ぜしめることができる。 As seen from the above considerations, in an apparatus that generates plasma using high-frequency discharge and performs deposition or etching, it is possible to have ions arrive on the substrate with controlled energy ranging from several volts to several + volts. If obtained, it would be a significant advance in this process.
以上のように目的とするイオンをプラズマ中よ
り制御して特定のエネルギーVTにて基板に到着
せしめるために、放電電極に目的の正の電位を加
えるか、あるいはプラズマ中にプローベを挿入
し、プラズマに特定の正の電位を与え、制御せる
エネルギーにて基板にイオンを到着せしめる発明
が特開昭53−68171号に記述されている。この方
法はプラズマ電位の制御において非常に有効であ
ることが見出されているが、一方下記のような場
合用途が制限されることが数多くの実験において
判明している。 As described above, in order to control the target ions from within the plasma and make them arrive at the substrate at a specific energy V T , a target positive potential is applied to the discharge electrode, or a probe is inserted into the plasma. An invention is described in JP-A-53-68171, in which a specific positive potential is applied to plasma to cause ions to arrive at a substrate with controllable energy. Although this method has been found to be very effective in controlling the plasma potential, it has been found in numerous experiments that its application is limited in the following cases.
(1) デポジシヨンを行う場合において、デポジシ
ヨン物質の絶縁物の場合、膜厚が増加するにし
たがいデポジシヨン膜の表面に電荷が集積する
ため、イオンのエネルギーが有効に作用しなく
なる。したがつて絶縁物の厚膜のデポジシヨン
には、この電位の印加が有効でない。(1) When performing deposition, if the deposition material is an insulator, as the film thickness increases, charges accumulate on the surface of the deposited film, so that the energy of ions no longer acts effectively. Therefore, the application of this potential is not effective for depositing thick films of insulators.
(2) エツチングの場合、対象物が厚い絶縁物膜の
場合は、上記デポジシヨンと同一の現象が起
る。またエツチング基板を周囲の汚染より保護
するため、上下の放電電極を石英板で覆つた
り、また化学反応を促進させる理由のため基板
を4弗化エチレンの板の上にのせたりして、基
板をアース電位より絶縁する方法が近時行われ
るようになつた、このような場合も電位の印加
が有効でない。(2) In the case of etching, if the target is a thick insulating film, the same phenomenon as in the above-mentioned deposition occurs. In addition, in order to protect the etched substrate from surrounding contamination, the upper and lower discharge electrodes are covered with quartz plates, and the substrate is placed on a tetrafluoroethylene plate to accelerate the chemical reaction. Recently, a method has been used to insulate the terminal from ground potential, but in such cases, applying a potential is also not effective.
つまり構成的には第5図Aのようになり、この
ような場合、ブラズマに直流的に電位を与えても
基板がアース電位と絶縁されているため基板全体
が正に帯電し、プラズマ電位と基板電位が接近
し、イオンは目的のエネルギーで基板に到着せ
ず、プラズマと、絶縁管壁との間に生ずる電位、
つまり管壁電位VWにて基板に到着する。この管
壁電位は一般に数eV以下であるため、目的の電
位よりかなり低い値になる。 In other words, the configuration is as shown in Figure 5A. In such a case, even if a direct current potential is applied to the plasma, the entire substrate will be positively charged because the substrate is insulated from the ground potential, and the plasma potential will change. The substrate potential approaches, the ions do not arrive at the substrate with the desired energy, and the potential generated between the plasma and the wall of the insulating tube,
In other words, it arrives at the substrate at tube wall potential VW . Since this tube wall potential is generally several eV or less, it is a much lower value than the target potential.
本発明はこれらの従来の方法を改善し、基板に
目的の有効なエネルギーにてイオンを到着せしめ
るために発明されたものである。 The present invention has been devised to improve upon these conventional methods and to allow ions to arrive at a substrate at a targeted and effective energy.
本発明のプラズマ処理装置によれば、絶縁材料
から成り、放電用ガスを封入するための真空容器
と、前記真空容器内にプラズマを発生させるため
に、前記真空容器を挟むように前記真空容器の外
側に一対の対向電極を配設し、該対向電極間に高
周波電力を印加する手段と、前記真空容器内に処
理すべき基板を配置する手段と、前記真空容器内
のプラズマの電位を前記基板に対し規制しプラズ
マ中のイオンが前記基板に到着するエネルギーを
制御するために、前記対向電極にイオンが追従で
きる周波数の交流を印加する手段とを具備して成
ることを特徴とする。 According to the plasma processing apparatus of the present invention, there is provided a vacuum container made of an insulating material for sealing discharge gas, and a vacuum container sandwiching the vacuum container in order to generate plasma in the vacuum container. means for disposing a pair of opposing electrodes on the outside and applying high frequency power between the opposing electrodes; means for arranging a substrate to be processed in the vacuum container; In order to regulate the energy of ions in the plasma and to control the energy with which ions in the plasma arrive at the substrate, the method is characterized by comprising means for applying an alternating current to the counter electrode at a frequency that allows the ions to follow.
第6図は、本発明の実施例を示す。これは第5
図Aに新たに制御のための低周波の発振器12を
結線した構成である。この低周波発振器12の
周波数は3なる高周波発振器の周波数より充分に
低くて、その変化する電場のため、第6図の9な
るプラズマ中のイオンが充分追従できるものとす
る。なおこの場合高周波電力が低周波発振器側に
洩れないよう、低周波発振器の出力を誘導コイル
を通じて行う等の高周波側よりみて高インピーダ
ンスにする必要がある。 FIG. 6 shows an embodiment of the invention. This is the fifth
Figure A shows a configuration in which a low-frequency oscillator 12 for control is newly connected. It is assumed that the frequency of this low frequency oscillator 12 is sufficiently lower than the frequency of the high frequency oscillator 3, and the ions in the plasma 9 in FIG. 6 can sufficiently follow its changing electric field. In this case, in order to prevent high frequency power from leaking to the low frequency oscillator side, it is necessary to make the output of the low frequency oscillator high impedance from the high frequency side, such as by passing the output through an induction coil.
第7図に一番簡単な説明例として、低周波発振
器12により図のように矩形波を印加せるとき、
これに対応する第6図の6の基板の電位変化を定
性的に示す。この例において、説明の簡略化のた
め、プラズマと絶縁容器間のいわゆる管壁電位は
無視する。第7図のようにABCの+VOの矩形電
位を加えると、第6図の10の電極が+VOにな
るため、基板6の電位はプラズマよりのイオンに
よる荷電のため、点線に示すようにAKと上昇
し、Kにて電極の電位の+VOと等しくなる。こ
の場合、プラズマも基板と同じく+VOの電位ま
で上昇する。この電位はKCの間つゞき、次いで
電極の電位がCDEと−VOに反転する、基板はプ
ラズマ中よりの電子の流入のため負の荷電をうけ
てCLMとVOまで急激に降下し、MEの間−VOが
つゞく。次に再び電極電位が−VOより+VOまで
EFGと変化すると、基板の電位はENPと+VOま
で上昇をつゞけ、+VOはPGの間つゞく。以下こ
の繰り返しである。 As the simplest example of explanation shown in FIG. 7, when a rectangular wave is applied as shown in the figure by the low frequency oscillator 12,
The potential change of the substrate 6 in FIG. 6 corresponding to this is qualitatively shown. In this example, to simplify the explanation, the so-called tube wall potential between the plasma and the insulating container is ignored. When a rectangular potential of +V O of ABC is applied as shown in Fig. 7, the 10 electrodes in Fig. 6 become +V O , so the potential of the substrate 6 becomes as shown by the dotted line because it is charged by ions from the plasma. The voltage increases with AK, and becomes equal to the electrode potential +V O at K. In this case, the plasma also rises to the potential of +V O like the substrate. This potential remains constant for KC, and then the electrode potential reverses to CDE and -V O. The substrate becomes negatively charged due to the influx of electrons from the plasma and rapidly drops to CLM and V O. , during ME-V O is strong. Next, the electrode potential goes from −V O to +V O again.
When EFG changes, the substrate potential continues to rise to ENP and +V O , and +V O increases during PG. This is repeated below.
したがつて基板へのイオン到着は、例えばME
の間充分に電子により電荷をうけて−VOの値を
示している電極の電位が、EFGと+VOに反転し、
ENPと−VOより+VOに上昇中の間のみ行われ
る。したがつて到着するイオンのエネルギーは、
電極の電位である+VOとENPにそつて上昇する
基板の電位の差となる。したがつて基板ち到着す
るイオンのエネルギーはENPの間に、2VOより0
電子ボルトと変化する。 Therefore, the arrival of ions to the substrate is limited by e.g. ME
The potential of the electrode, which has been sufficiently charged by electrons during this period and shows a value of -V O , is reversed to EFG and +V O ,
This is done only while ENP is rising from -V O to +V O. Therefore, the energy of the arriving ions is
This is the difference between +V O , the potential of the electrode, and the potential of the substrate, which rises along ENP. Therefore, the energy of ions arriving at the substrate decreases from 2V O to 0 during ENP.
Changes to electron volts.
第8図に矩形波の代りにABCDEFGHIと正弦
波を加えた場合を示す。基板の電位は前記と同様
の論理によりAB′C′D′E′F′G′H′I′と少しく周期
の
ずれた形の正弦波形で変化する。基板に到着する
イオンを考えると例えば電極電位が、−VOより+
VOに変化するDEFにそつてD′E′F′の間にエネル
ギーが2VOより0電子ボルトにて到着する。 Figure 8 shows the case where ABCDEFGHI and a sine wave are added instead of the rectangular wave. The potential of the substrate changes in a sine waveform AB'C'D'E'F'G'H'I' with a slightly shifted period based on the same logic as described above. Considering the ions arriving at the substrate, for example, the electrode potential is +V O
Energy arrives at 0 electron volts from 2V O during D'E'F' along with DEF changing to V O.
このように第7図においてはENPの間が、第
8図においてはD′E′F′の間が基板に対し、イオン
が流入する、そうして、このイオンは基板に対し
0より2VOの間変化する。以上の議論において前
述のようにプラズマが絶縁物である管壁に対して
有するいわゆる管壁電位VWを無視した。このVW
の効果を入れると基板はVWより(2VO+VW)の
間のエネルギーのイオンの到着をうける。したが
つて、いま、VT以上のエネルギーのイオンが目
的の基板に対する反応などに有効であるとすれば
(VT〉VW)の場合、(2VO+VW−VT)のエネルギ
ーの粒子が基板のプラズマ処理の特定目的に対し
有効である。このエネルギーは無制限に大であつ
てはならず、基板の損傷や反応の断面積を考えた
場合、最大値VM以下でなければならない。した
がつて、
VM>2VO+VW>VT ……(1)
が成立し、このように加える矩形波て正弦波の交
流のピーク値VOをプラズマを作る放電のための
高周波と独立に選ぶことが出きる。 In this way, ions flow into the substrate between ENP in FIG. 7 and between D′E′F′ in FIG. Varies between. In the above discussion, we have ignored the so-called tube wall potential V W that the plasma has with respect to the tube wall, which is an insulator, as mentioned above. This V W
When the effect of is included, the substrate receives ions with an energy between (2V O +V W ) than V W . Therefore, if ions with energy higher than V T are effective for reactions against the target substrate, if (V T 〉V W ), then particles with energy of (2V O + V W −V T ) is effective for the specific purpose of plasma processing of substrates. This energy must not be infinitely large, and must be less than the maximum value V M when considering damage to the substrate and the cross section of the reaction. Therefore, V M > 2V O + V W > V T (1) holds true, and the peak value V O of the sine wave alternating current with the rectangular wave applied in this way is independent of the high frequency for the discharge that creates plasma. You can choose.
いま第7図において、電極に加かる矩形波の電
位がDMの−VOよりFGの+VOに変化した時前述
のごとく基板電位がENPと上昇する間にイオン
が基板に到着する。この場合2VOの電位差により
形成されるイオンシースの厚さをdOイオンの質量
をMOイオンの荷電をeとすると、シースの端の
プラズマよりイオンが基板に到着する時間tは次
式にて与えられる。 Now, in FIG. 7, when the potential of the rectangular wave applied to the electrode changes from -V O of DM to +V O of FG, ions arrive at the substrate while the substrate potential rises to ENP as described above. In this case, if the thickness of the ion sheath formed by the potential difference of 2V O is d, the mass of the O ion is M, and the charge of the O ion is e, then the time t for the ions to arrive at the substrate from the plasma at the edge of the sheath is calculated by the following equation: given.
いま2VO=50V、dO=0.5cm、e=1.6×10-19ク
ーロンで質量数40のMOの仮定すると、t=6.4×
10-7(秒)となる。第7図においてPGは、イオン
の基板到着には無効であるからこれを0とする
と、このtは印加する矩形波の周期Tの1/2にな
るようにすると効率がよい。一方到着するイオン
のエネルギーは2VOと0の間であるため、基板に
到着するイオンのうちVT以上のエネルギーのイ
オン、つまり基板の電位Vが
V2VO−VT ……(3)
の間に到着するイオンだけがこの発明の目的とし
て有効に作用する。いま2VO=50V、VT=20Vと
仮定すると、第3式により基板電位が30Vになる
まで有効に作用する。したがつて、第7図のよう
に矩形波を加えた場合、上記の例では基板にイオ
ンが到着するENPの間の約1/2位よりこの場合有
効でないが、これはVTとVOの相対的な値により、
つまりVTが小さく、VOが大きい場合有効に使用
できる領域を大きくとることができる。このイオ
ンを作用させる電場として第8図のような正弦波
形を加えた場合も全く同様の議論であり、第8図
において、D′E′F′の基板にイオンが到着する期間
のうち第3式の関係によりVTとVOの相対的な値
により使用出きる領域がきまる。 Now assuming 2V O = 50V, d O = 0.5 cm, e = 1.6 x 10 -19 coulombs and M O with mass number 40, t = 6.4 x
10 -7 (seconds). In FIG. 7, since PG is ineffective for the arrival of ions to the substrate, if it is set to 0, it is efficient to set t to 1/2 of the period T of the applied rectangular wave. On the other hand, the energy of arriving ions is between 2V O and 0, so among the ions arriving at the substrate, ions with energy higher than V T , that is, the potential V of the substrate is between V2V O −V T ……(3) Only ions that arrive at will work effectively for purposes of this invention. Assuming that 2V O =50V and V T =20V, the third equation effectively acts until the substrate potential reaches 30V. Therefore, if a rectangular wave is applied as shown in Figure 7, it is not effective in this case since it is about 1/2 between ENP where ions arrive at the substrate in the above example, but this is due to V T and V O Due to the relative value of
In other words, when V T is small and V O is large, a large area can be effectively used. The argument is exactly the same when a sinusoidal waveform as shown in Figure 8 is added as an electric field that acts on these ions. The usable area is determined by the relative values of V T and V O according to the relationship in the formula.
第7図、第8図において矩形波と正弦波につい
てのべたが、この他に3角波や他の交流を加えて
も議論は同一である。 Although rectangular waves and sine waves have been discussed in FIGS. 7 and 8, the discussion is the same even if triangular waves and other alternating currents are added.
以上の考察においてのべたごとく、主放電のた
めの高周波電源とこの放電により生じたプラズマ
中のイオンに有効な制御せるエネルギーを与える
ための制御のための電源を加え、この制御のため
の電源の周波数を、プラズマ中のイオンが追従出
きるように低周波にすれば、第6図に示すように
電極や真空槽構成物質の汚染より保護するため、
またある種の化学反応を目的とするため基板を完
全に絶縁物容器中に位置せしめ、この中に放電ガ
スを入れた構造において、基板上に特定のエネル
ギーのイオンを到着せしめ、基板を処理すること
が出来る。すなわち、本発明によれば信空槽容器
を石英などの不純物の少ない絶縁物で形成し、こ
の外部にプラズマ発生用の電力を印加するための
電極を使用することができるので、被処理基板に
対する電極材料または真空槽材料からの汚染を防
止するとともに、逆に、真空槽内に発生する生成
物が電極に付着するのを防止することができる。 As mentioned in the above discussion, we add a high-frequency power source for the main discharge and a control power source to give effective control energy to the ions in the plasma generated by this discharge. If the frequency is set to a low frequency that allows the ions in the plasma to follow, as shown in Figure 6, in order to protect the electrodes and the constituent materials of the vacuum chamber from contamination,
In addition, for the purpose of a certain type of chemical reaction, the substrate is placed completely within an insulating container, and a discharge gas is placed inside the container, allowing ions of a specific energy to arrive on the substrate to process the substrate. I can do it. That is, according to the present invention, the vacuum tank container is formed of an insulating material with few impurities such as quartz, and an electrode for applying power for plasma generation can be used externally. It is possible to prevent contamination from the electrode material or the vacuum chamber material, and conversely to prevent products generated within the vacuum chamber from adhering to the electrode.
また、基板上に絶縁物の膜が存在し、または絶
縁物の膜が処理中に堆積するために、従来の方式
では、制御せるイオンエネルギーにて処理困難な
場合においても、この方式は極めて有効に作用す
ることは前記の考察より明確である。 In addition, this method is extremely effective even in cases where an insulating film exists on the substrate or the insulating film is deposited during processing, making it difficult to process with the conventional method using controllable ion energy. It is clear from the above discussion that
またこの方式は第6図に示されるような平行平
板方式のプラズマ処理装置にのみ適用が限定され
るものではない。 Further, the application of this method is not limited to a parallel plate type plasma processing apparatus as shown in FIG.
また加えるべき低周波の交流は、プラズマを作
る放電が高周波の場合、この高周波の電圧の分割
や周波数の変換等により発生せしめることが可能
である。 In addition, when the plasma-generating discharge has a high frequency, the low-frequency alternating current to be applied can be generated by dividing the high-frequency voltage, converting the frequency, or the like.
第1図、第2図は従来の高周波放電によるプラ
ズマを用いたデポジシヨン装置の構成図、第3
図、第4図は従来の高周波放電によるプラズマを
用いたエツチング装置の構成図、第5図A,B,
Cは第1図より第4図までの構成を動作原理より
説明を行うため3種に分類した動作原理の説明の
ための構成図、第6図は、本発明の適用のための
構成図、第7図は第6図の構成に印加すべき低い
周波数の矩形波と、これを印加した時生ずる電極
と基板の電位変化の説明図、第8図は同じく第6
図の構成に印加すべき低い周波数の正弦波とこれ
を印加した時生ずる電極と基板の電位変化の説明
図。
1……放電管、2……ガス導入孔、3……高周
波発振器、4……誘導型結合放電コイル、5……
真空容器、6……処理基板、7……保持板、8…
…アース電位結線、9……生成プラズマ、10…
…容量型結合電極(高周波電極)、11……容量
型結合電極、12……低周波発振器。
Figures 1 and 2 are configuration diagrams of conventional deposition equipment using plasma generated by high-frequency discharge, and Figure 3
Figure 4 is a configuration diagram of a conventional etching apparatus using plasma generated by high-frequency discharge, Figure 5 A, B,
C is a configuration diagram for explaining the operating principle, in which the configurations from FIG. 1 to FIG. 4 are classified into three types in order to explain from the operating principle, and FIG. Fig. 7 is an explanatory diagram of the low frequency rectangular wave to be applied to the configuration of Fig. 6 and the potential change of the electrode and substrate that occurs when this is applied.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a low frequency sine wave to be applied to the configuration shown in the figure and potential changes between an electrode and a substrate that occur when the sine wave is applied. 1...Discharge tube, 2...Gas introduction hole, 3...High frequency oscillator, 4...Inductively coupled discharge coil, 5...
Vacuum container, 6... Processing substrate, 7... Holding plate, 8...
...Earth potential connection, 9...Generated plasma, 10...
... Capacitive coupling electrode (high frequency electrode), 11... Capacitive coupling electrode, 12... Low frequency oscillator.
Claims (1)
めの真空容器と、前記真空容器内にプラズマを発
生させるために、前記真空容器を挟むように前記
真空容器の外側に一対の対向電極を配設し、該対
向電極間に高周波電力を印加する手段と、前記真
空容器内に処理すべき基板を配置する手段と、前
記真空容器内のプラズマの電位を前記基板に対し
規制しプラズマ中のイオンが前記基板に到着する
エネルギーを制御するために、前記対向電極にイ
オンが追従できる周波数の交流を印加する手段と
を具備して成ることを特徴とするプラズマ処理装
置。1. A vacuum container made of an insulating material and for sealing discharge gas, and a pair of opposing electrodes arranged on the outside of the vacuum container so as to sandwich the vacuum container in order to generate plasma in the vacuum container. and a means for applying high frequency power between the opposing electrodes, a means for arranging a substrate to be processed in the vacuum container, and a means for regulating the potential of the plasma in the vacuum container with respect to the substrate so that ions in the plasma A plasma processing apparatus comprising means for applying alternating current at a frequency that allows ions to follow to the counter electrode in order to control energy reaching the substrate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1709388A JPS63211631A (en) | 1988-01-29 | 1988-01-29 | plasma processing equipment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1709388A JPS63211631A (en) | 1988-01-29 | 1988-01-29 | plasma processing equipment |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10916179A Division JPS5633839A (en) | 1979-08-29 | 1979-08-29 | Plasma treatment and device therefor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63211631A JPS63211631A (en) | 1988-09-02 |
| JPH033381B2 true JPH033381B2 (en) | 1991-01-18 |
Family
ID=11934376
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1709388A Granted JPS63211631A (en) | 1988-01-29 | 1988-01-29 | plasma processing equipment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63211631A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5007438B2 (en) * | 2005-03-30 | 2012-08-22 | 地方独立行政法人山口県産業技術センター | SiNxOyCz film and manufacturing method thereof |
-
1988
- 1988-01-29 JP JP1709388A patent/JPS63211631A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63211631A (en) | 1988-09-02 |
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