JPS62216637A - plasma processing equipment - Google Patents

Abstract

Translated fromJapanese

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

Translated fromJapanese

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明はプラズマ処理装置に関し１例えばエツチング
装置、スパッタ装置、ＣＶＤ装置９表面酸化装置、アッ
シャ−などに代表される諸装置において、被処理物（本
願においては単に基板と云う）の表面を改質、エツチン
グ、薄膜形成する場合に適用して効果が著しい６（従来の技術）従来の上述するプラズマ処理装置については、すでに多
くの文献に詳しく述べられている。例えば日刊工業新聞
社列、麻蒔立男著″薄膜作成の基礎”にはこれらの様々
な形態について詳しい記述があり、直流、交流、高周波
、マイクロウェーブなどを使って作るプラズマが用いら
れている。Detailed Description of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention relates to a plasma processing apparatus. (In this application, it is simply referred to as a substrate) It is extremely effective when applied to modifying, etching, and forming thin films on the surface of the substrate.6 (Prior art) The above-mentioned conventional plasma processing apparatus has already been described in detail in many documents. It has been stated. For example, the Nikkan Kogyo Shimbun series, ``Fundamentals of Thin Film Creation'' by Tatsuo Asamaki contains detailed descriptions of these various forms, and plasmas created using direct current, alternating current, high frequency, microwaves, etc. are used.

（発明が解決しようとする問題点）これら従来のプラズマ処理装置においては、プラズマ中
の各種粒子が定常的に基板に流入し、この粒子の持つエ
ネルギーが熱に変わり基板の温度を上昇させている。そ
してこの温度上昇がプラズマの秀れた処理能力の発揮を
制限している。例えば温度上昇に起因して生ずる処理速
度の制限、基板に対する各種の損傷、処理の不均一性な
どがそれである。(Problems to be Solved by the Invention) In these conventional plasma processing apparatuses, various particles in the plasma constantly flow into the substrate, and the energy of these particles is converted into heat, raising the temperature of the substrate. . This temperature increase limits the ability of plasma to demonstrate its excellent processing ability. For example, limitations on processing speed due to temperature increases, various types of damage to the substrate, non-uniformity of processing, etc.

（問題を解決するための手段と作用）本発明の作用と効果の関係にはよく解っていないところ
がある。しかし、物体に強力なレーザー光を当てると、
その局所においてプラズマが発生し、いろいろな反応が
起きたり、蒸発と思われる現象により小さな穴があいた
りすることＮ深い関係があるように思われる。(Means and effects for solving the problem) There are some aspects of the relationship between the effects and effects of the present invention that are not well understood. However, when a powerful laser beam is applied to an object,
It seems that there is a close relationship between plasma being generated locally, various reactions occurring, and small holes being created due to a phenomenon thought to be evaporation.

この発明においては、プラズマ処理用の電力を間欠的あ
るいはパルス的に供給する。In this invention, power for plasma processing is supplied intermittently or in pulses.

この断続的に供給される大電力により基板の表面におい
て従来知られていないプラズマ状態が発生し、処理速度
を飛躍的に増大させることが出来ることが、本願の発明
者によって発見された。もし処理速度を従来と同程度に
するなら、基板の温度上昇や基板の損傷を飛躍的に小さ
くすることが出来る。The inventor of the present application discovered that this intermittently supplied high power generates a previously unknown plasma state on the surface of the substrate, thereby dramatically increasing the processing speed. If the processing speed is kept at the same level as before, the temperature rise and damage to the substrate can be dramatically reduced.

（実施例）次にこの発明を図面により詳しく説明する。(Example)Next, this invention will be explained in detail with reference to the drawings.

第１図（正面断面図）、第２図（平面断面図）および第
３図（概要図）の実施例において、１０は真空容器、１
１が処理室、１２が排気管、１３が排気方向を示す矢印
である。２０が処理系、２１が陰極、２２が陽極である
。２３及び２４は両電極間に放電を起させたりそれを制
御したりするための陰極電源及び陽極電源である。２５
は基板であって、これは目的により、２６（仮Ｍ）の位
置、２８（仮線）の位置あるいはその他容器と電極の間
など任意の位置におくことが出来る。また筒状突起２７
（仮線）はプラズマを陽極２２の近くに閉じ込めるため
設置されることのある補助電極であって１図では陽極２
２に接続されているが、これは陰極側に設けてもよい。In the embodiments shown in FIG. 1 (front sectional view), FIG. 2 (plane sectional view), and FIG. 3 (schematic diagram), 10 is a vacuum vessel;
1 is a processing chamber, 12 is an exhaust pipe, and 13 is an arrow indicating the exhaust direction. 20 is a processing system, 21 is a cathode, and 22 is an anode. Reference numerals 23 and 24 are a cathode power source and an anode power source for causing and controlling discharge between both electrodes. 25
is a substrate, which can be placed at any position such as 26 (tentative M), 28 (tentative line), or any other position between the container and the electrode depending on the purpose. Also, the cylindrical protrusion 27
(Dream line) is an auxiliary electrode that is sometimes installed to confine plasma near the anode 22, and in Figure 1, the anode 2
2, but it may be provided on the cathode side.

又は陽極、陰極の何れとも接続せず、浮遊電位にし若く
は別に設けた電源に接続してもよい。３０は磁場の設定
手段で、３１はポールピース、３２はコイル、３３はヨ
ークである。３４は発生する磁力線の１例を示す。３５
及び３６は電磁コイル用交流電源で、この実施例におい
ては電源３５と３６の位相を９０度ずらし、作られる磁
場３８が、陽極２２の表面にそった方向の面内で回転磁
場を発生するようにしている。３７は必要により磁場の
方向を制御するため設けられる補助ヨークである。４０
はこの発明の特徴とする間欠的に電力を供給するための
電源であって、第３図に見るように、４１は直流電源、
４２は安定抵抗であり、コイル４３とコンデンサ４４は
、高周波電源ｉ３．マツチングボックス２３１．ストッ
プコンデンサ２３２から送られる高周波電力（１３，５
６ＭＨｚ）のストッパーである。４５は主コンデンサで
あって主放電用の（直流）ｉｔ力がいったんこれに蓄え
られるもの。Alternatively, it may be connected to a floating potential without being connected to either the anode or the cathode, or to a separately provided power source. 30 is a magnetic field setting means, 31 is a pole piece, 32 is a coil, and 33 is a yoke. 34 shows an example of generated lines of magnetic force. 35
and 36 are AC power supplies for the electromagnetic coil, and in this embodiment, the phases of the power supplies 35 and 36 are shifted by 90 degrees so that the generated magnetic field 38 generates a rotating magnetic field in a plane along the surface of the anode 22. I have to. Reference numeral 37 denotes an auxiliary yoke provided to control the direction of the magnetic field if necessary. 40
is a power source for intermittently supplying power, which is a feature of the present invention, and as shown in FIG. 3, 41 is a DC power source;
42 is a stabilizing resistor, and a coil 43 and a capacitor 44 are connected to a high frequency power source i3. Matching box 231. High frequency power (13,5
6MHz) stopper. 45 is the main capacitor in which the (DC) power for main discharge is temporarily stored.

４６はスイッチであって、この０Ｎ−ＯＦＦで直流パル
ス電力による主放電を間欠的に行う仕組みになっている
。この主放電は、陰、陽極間の電場と磁場が直交するい
わゆるマグネトロン放電であるので、放電インピーダン
スは低く、大電力による特殊なプラズマ状態を発生させ
るのに有効である。Reference numeral 46 denotes a switch, which is configured to intermittently perform main discharge using DC pulse power when turned ON-OFF. This main discharge is a so-called magnetron discharge in which the electric field and magnetic field between the negative and anode are orthogonal, so the discharge impedance is low and it is effective in generating a special plasma state with high power.

また、この実施例の真空容器１０に（従って電極２１や
２２に）密着して設けであるポールピースを用いる磁場
設定手段３０は、ヘルムホルツニイルを用いる方式の、
他の装置に比較して装置を全体に小形化出来る長所があ
る。５０はガス導入系で５１が導入弁、５２はガスボン
ベとガス流量計である。Further, the magnetic field setting means 30 using a pole piece provided in close contact with the vacuum vessel 10 (therefore, on the electrodes 21 and 22) of this embodiment is a type using a Helmholtz-Niel method.
It has the advantage that the entire device can be made smaller compared to other devices. 50 is a gas introduction system, 51 is an introduction valve, and 52 is a gas cylinder and a gas flow meter.

この装置は通常のプラズマ処理装置と同様に運転する。This device operates like a normal plasma processing device.

例えばリアクティブイオンエツチング装置（以下ＲＩＥ
装＠）に例を取ると、基板を２６の位置に置いて、処理
室１１の圧力を所定の圧力にまで排気した後、ガス導入
系５０により所定の気体（例えばアルミニウムのエツチ
ングを行いたい場合には塩素系のガス）を導入し、つい
でコイル電！３５．３６、陰極電源２３を動作させて、
例えばＩ　Ｘ　１０−”　Ｔｏｒｒでエツチングを行う
。For example, reactive ion etching equipment (hereinafter referred to as RIE)
For example, after placing the substrate at position 26 and exhausting the pressure in the processing chamber 11 to a predetermined pressure, the gas introduction system 50 supplies a predetermined gas (for example, when etching aluminum). (Chlorine-based gas) is introduced, and then a coil electric! 35.36, operate the cathode power supply 23,
For example, etching is performed at I.times.10-'' Torr.

法との比較実験を行った。その結果を紹介すると、スイ
ッチ４６を開放し、基板２５上の電力密度を０．２５Ｗ
／ａｊにしたときのエツチング速度は５００人／ｗｉｎ
であった。これに対し、スイッチ４６を断続的に閉路し
、直流パルス入力電力密度を−ティははゾ１／２０）と
した場合には、３０００人／ｌ１ｉｎのエツチング速度
が得られた。つまり。We conducted a comparative experiment with the method. To introduce the results, the switch 46 was opened and the power density on the board 25 was reduced to 0.25W.
When set to /aj, the etching speed is 500 people/win
Met. On the other hand, when the switch 46 was intermittently closed and the DC pulse input power density was set to 1/20), an etching rate of 3000 people/l1in was obtained. In other words.

平均電力を両者を合計して２倍にすることで６倍のエツ
チング速度を得ることができた。By doubling the average power of both, it was possible to obtain a six times higher etching speed.

同様の速度上昇は、スパッタ、ＣＶＤ、表面酸化、アッ
シャ−などの各処理でも、また、後述する各実施例でも
得られている。A similar increase in speed was obtained in various treatments such as sputtering, CVD, surface oxidation, and asher, as well as in each of the examples described below.

エツチングのみならず、プラズマ処理装置全搬（プラズ
マ中のイオンのみ、あるいは電子のみを利用する装置を
含める）において望ましい実施態様について述べると、
最も望ましいのは、電源２４をも含めて全電源を動作さ
せ、マグネトロン放電を基本にして処理を行わせるのが
よい。Describing preferred embodiments not only for etching but also for all plasma processing equipment (including equipment that uses only ions or electrons in plasma):
Most preferably, all power sources including the power source 24 are operated, and processing is performed based on magnetron discharge.

ＲＩＥ装置においては基板を２６の位置に、プラズマエ
ツチングの場合には、２５．２８の位置に、成膜・表面
改質の場合は必要により前記した各位置から選んで適宜
の位置に基板を置く、望ましい次善の態様は、磁場を印
加しない場合であって、この場合は通常の平行平板形と
なる。In the RIE apparatus, the substrate is placed at position 26, in the case of plasma etching, the substrate is placed at position 25.28, and in the case of film formation and surface modification, the substrate is placed at an appropriate position selected from the above-mentioned positions as necessary. The next best mode is the case where no magnetic field is applied, and in this case, a normal parallel plate shape is obtained.

電源の動作にも種々な動作方法がある。望ましいのは、
陰極電源２３を動作し、比較的弱いプラズマ状態をまず
作っておいて、ついで主放電を断続的に行わせる方法で
ある。さらに別の方法は、基板の温度上昇を低下させる
のを目的として、陰極電源２３の出力を極めて小さく、
場合によっては零にすることである。さらに他の方法、
即ち陰極電源２３をスイッチ４６と同期させて動作させ
。There are various methods of operating a power supply. What is desirable is
This method operates the cathode power supply 23 to first create a relatively weak plasma state, and then causes the main discharge to occur intermittently. Yet another method is to reduce the output of the cathode power supply 23 to a very low level in order to reduce the temperature rise of the substrate.
In some cases, it may be set to zero. Yet another method,
That is, the cathode power supply 23 is operated in synchronization with the switch 46.

主放電の発生直前に弱い従放電（プラズマ処理に注目す
るとき、極めて弱い副次的放電）を発生させる方法も望
ましい態様の１つである。One desirable embodiment is a method of generating a weak secondary discharge (an extremely weak secondary discharge when focusing on plasma processing) immediately before the generation of the main discharge.

第４図にはさらに別の実施例を示しである。この実施例
においては、主コンデンサ−４５やスイッチ４６を用い
ることなく、パルス電源４７（直流でも交流（ＲＦある
いはマイクロウェーブも含めて交流と呼んでいる）でも
よい）を用いている。FIG. 4 shows yet another embodiment. In this embodiment, a pulse power source 47 (which may be either direct current or alternating current (referred to as alternating current including RF or microwave)) is used without using the main capacitor 45 or switch 46.

第５図および第６図には他の実施例を示しである。この
実施例は同軸状の電極配置の場合で、多数の基板を同時
に処理する場合に適用して効果が著るしい、その他は第
１図から第３図の実施例の場合と同様に理解される。FIGS. 5 and 6 show other embodiments. This embodiment uses a coaxial electrode arrangement, and is particularly effective when applied to processing a large number of substrates at the same time.Other aspects can be understood in the same way as the embodiments shown in FIGS. 1 to 3. Ru.

第７図及び第８図には平板マグネ１ヘロンの場合の実施
例を示しである。FIG. 7 and FIG. 8 show an embodiment in the case of a flat magnet with one heron.

第９図及び第１０図にはさらに別の実施例を示しである
。この実施例は、いわゆるホロー放電を行わせる場合の
実施例で、６０が陽極系、６１が陽極、６２がホローで
ある。６２の配置（粗に、または密に）、形状（円筒、
角筒なと）、穴の深さなどは自由に設定出来る。FIG. 9 and FIG. 10 show still another embodiment. This embodiment is an embodiment in which so-called hollow discharge is performed, and 60 is an anode system, 61 is an anode, and 62 is a hollow. 62 arrangement (coarse or dense), shape (cylindrical,
The depth of the hole can be set freely.

第１１図には、さらに一般的な実施例を示しである。こ
の実施例においては、プラズマガン７０（２３はプラズ
マを発生させる電源）に本発明を実施した場合で、プラ
ズマは直流、交流、ＲＦあるいはマイクロウェーブなど
用いて発生させ、一般的にプラズマガン、イオンガン、
ｆｆｌ子銃などを用いることが出来る。７１が銃、７２
がガンから打ち出される粒子（イオン、電子、ラジカル
など）群である。FIG. 11 shows a more general embodiment. In this embodiment, the present invention is applied to a plasma gun 70 (23 is a power source for generating plasma), and plasma is generated using direct current, alternating current, RF, microwave, etc., and generally a plasma gun or an ion gun is used. ,
An ffl sub-gun etc. can be used. 71 is a gun, 72
is a group of particles (ions, electrons, radicals, etc.) ejected from the gun.

（発明の効果）本発明は以上説明したような構成と作用を有しているの
で、プラズマによる処理速度を飛躍的に大きくすること
が出来、さらに基板の温度上昇。(Effects of the Invention) Since the present invention has the configuration and operation described above, it is possible to dramatically increase the processing speed by plasma, and furthermore, the temperature of the substrate can be increased.

温度上昇による損傷、帯電体による諸損傷を小さく出来
る。さらに′３Ａ置も従来に比し小形化でき、生産性も
大きく向上出来る。Damage caused by temperature rise and damage caused by charged objects can be reduced. Furthermore, the '3A position can be made smaller than before, and productivity can be greatly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図、第２図および第３図は、本発明に係る一実施例
を示す図、第４図は本発明に係る他の実施例を示す図、
第５図及び第６図は本発明に係る別の実施例を示す図、
第７図及び第８図は本発明に係る他の実施例を示す図、
第９図及び第１０図は本発明に係る別の実施例を示す図
、第１１図は本発明に係る他の実施例を示す図。図中１１は真空容器、２１は陰極、２２は陽極。２５．２６．２８は基板、４６は主放電を間欠的に行わ
せるスイッチ、４７はパルス電源である。特許出願人　日電アネルバ株式会社代理人　弁理士　村　上　健　次ＦＩＧ、５　　　　ＦＩＧ、６FIG. 1, FIG. 2, and FIG. 3 are diagrams showing one embodiment according to the present invention, and FIG. 4 is a diagram showing another embodiment according to the present invention.
5 and 6 are diagrams showing another embodiment according to the present invention,
7 and 8 are diagrams showing other embodiments of the present invention,
FIG. 9 and FIG. 10 are diagrams showing another embodiment according to the present invention, and FIG. 11 is a diagram showing another embodiment according to the present invention. In the figure, 11 is a vacuum vessel, 21 is a cathode, and 22 is an anode. 25, 26, and 28 are substrates, 46 is a switch that causes the main discharge to occur intermittently, and 47 is a pulse power source. Patent Applicant Nichiden Anelva Co., Ltd. Agent Patent Attorney Kenji Murakami FIG, 5 FIG, 6

Claims (1)

Translated fromJapanese

【特許請求の範囲】[Claims]（１）真空容器内に陽極と陰極を配し、これらの近傍に
処理すべき基板を設置し、陽極と陰極間における主放電
を間欠的に行わせることにより該基板表面を処理するこ
とを特徴とするプラズマ処理装置。(1) The method is characterized in that an anode and a cathode are arranged in a vacuum container, a substrate to be processed is placed near these, and the surface of the substrate is processed by intermittently causing a main discharge between the anode and the cathode. plasma processing equipment.