JP2002043235A - Plasma treatment system - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】プラズマプロセスを用いた半
導体・高機能性薄膜製造等の加工に用いるプラズマ処理
装置に関する。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a plasma processing apparatus used for processing such as production of semiconductor and high-performance thin film using a plasma process.
【０００２】[0002]
【技術的背景】プラズマプロセスを用いた半導体・高機
能性薄膜製造等の加工において、プラズマ処理装置にお
ける真空容器壁の汚れが問題となっている。この真空容
器壁の汚れは、プラズマ中の空間電位などのプラズマパ
ラメータや反応活性種の経時変化などを引き起こすとと
もに、容器壁面の堆積膜剥離によって生成される微粒子
の基板表面への付着などによってプロセスの再現性が悪
化し、デバイス性能の劣化や歩留まり低下等を引き起こ
している。このため、プロセス中の壁面状態を時間的に
一定に保つ技術の確立が、緊急の課題となっている。2. Description of the Related Art In processing such as production of semiconductors and high-performance thin films using a plasma process, contamination of a vacuum vessel wall in a plasma processing apparatus has become a problem. The dirt on the vacuum vessel wall causes plasma parameters such as space potential in the plasma and reactive species to change with time, and also causes the fine particles generated by the peeling of the deposited film on the vessel wall to adhere to the substrate surface, etc. Reproducibility is deteriorated, which causes deterioration of device performance and yield. For this reason, the establishment of a technique for keeping the state of the wall surface during the process constant over time is an urgent issue.
【０００３】これまでに用いられている、真空容器壁面
状態を一定に保持する手法を以下に挙げる。 （１）容器壁の加熱 容器壁を数百度以上に加熱して、壁面への薄膜堆積を抑
制する。加熱による電力や高温取扱法が問題である。 （２）絶縁壁の一部に形成されるイオンシース 石英等真空容器壁の外面の一部に設置された電極に、高
周波電力を印加することによってイオンシースを形成す
る。このシースによって加速されたイオンによるスパッ
タ・エッチング反応により、壁面の堆積膜厚を制御す
る。この技術は金属製容器壁に適用することが不可能で
あり、基板周辺電極上の汚れは除去できない欠点があ
る。 （３）基板表面電位上昇によるプラズマ電位の上昇 基板表面電位の時間平均値を上昇させ、プラズマ電位を
上げることによって、壁前面に形成されるイオンシース
電圧を調節する。シースによって加速されたイオンによ
るスパッタ・エッチング反応により、壁面の堆積膜厚を
制御する。汚れの程度に応じたシース電圧が得られず、
金属スパッタリングなどによる汚染が生ずる。[0003] The technique used to maintain the state of the vacuum vessel wall constant, which has been used so far, is described below. (1) Heating of container wall The container wall is heated to several hundred degrees or more to suppress the deposition of a thin film on the wall surface. The problem is the power generated by heating and the high-temperature handling method. (2) Ion sheath formed on a part of insulating wall An ion sheath is formed by applying high-frequency power to an electrode provided on a part of the outer surface of a vacuum vessel wall such as quartz. The sputter-etching reaction by the ions accelerated by the sheath controls the deposited film thickness on the wall surface. This technique cannot be applied to a metal container wall, and has a drawback that dirt on a substrate peripheral electrode cannot be removed. (3) Increase in plasma potential due to increase in substrate surface potential The time average value of the substrate surface potential is increased to increase the plasma potential, thereby adjusting the ion sheath voltage formed on the front surface of the wall. The deposited film thickness on the wall is controlled by the sputter-etching reaction by the ions accelerated by the sheath. Sheath voltage cannot be obtained according to the degree of dirt,
Contamination due to metal sputtering or the like occurs.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、真空
容器の汚れの程度に応じた高周波を印加することがで
き、真空容器の壁面の状態を一定に保つことができるプ
ラズマ処理装置を提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of applying a high frequency in accordance with the degree of contamination of a vacuum vessel and maintaining a state of a wall of the vacuum vessel constant. It is to be.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、電気的に分割された金属壁面で構成され
た真空容器と、前記金属壁面と接合されており、高周波
を発生する高周波発生器とを備え、前記電気的分割され
た壁面に高周波を印加して、壁前面にイオンシースを形
成することを特徴とするプラズマ処理装置である。ま
た、プラズマ処理装置は、プラズマ処理用真空容器と、
前記真空容器の内部に設け、電気的に分割された金属壁
面と、前記金属壁面と接合されており、高周波を発生す
る高周波発生器とを備え、前記電気的に分割された壁面
に高周波を印加して、壁前面にイオンシースを形成する
こともできる。この構成により、汚れの程度に応じた適
切なシース電圧等を印加することができ、真空容器の壁
面の状態を一定に保つことができる。必要とする高周波
電力も少なくてすむ。さらに、プラズマ処理用ステージ
近傍に電極を備え、この電極にも前記高周波発生器より
高周波を印加して、イオンシースを形成することによ
り、ステージの周辺部分での汚れの堆積をも抑えること
ができる。金属壁を複数に分割することで、形成される
イオンシースが、プラズマ処理に影響を与えないように
することができるので、前記高周波発生器から前記壁面
に、プラズマ処理中に高周波を印加することができる。
また、プラズマ処理前後に高周波を印加して、イオンシ
ースを形成することもできる。SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention provides a vacuum vessel composed of electrically divided metal wall surfaces, which is joined to the metal wall surfaces to generate a high frequency. A plasma processing apparatus comprising: a high frequency generator; and applying a high frequency to the electrically divided wall surface to form an ion sheath on the front surface of the wall. Further, the plasma processing apparatus includes a plasma processing vacuum vessel,
A metal wall provided inside the vacuum vessel, electrically divided, and a high-frequency generator that is joined to the metal wall and generates a high frequency, and applies a high frequency to the electrically divided wall. Thus, an ion sheath can be formed on the front surface of the wall. With this configuration, it is possible to apply an appropriate sheath voltage or the like according to the degree of dirt, and it is possible to keep the state of the wall surface of the vacuum container constant. Requires less high frequency power. Furthermore, by providing an electrode near the plasma processing stage and applying high frequency to the electrode from the high frequency generator to form an ion sheath, it is also possible to suppress the accumulation of dirt on the peripheral portion of the stage. . By dividing the metal wall into a plurality of parts, the formed ion sheath can be prevented from affecting the plasma processing, so that high frequency is applied from the high frequency generator to the wall surface during the plasma processing. Can be.
In addition, an ion sheath can be formed by applying a high frequency before and after the plasma treatment.
【０００６】[0006]
【発明の実施の形態】本発明の実施形態を、図面を参照
して詳細に説明する。本発明では、金属容器壁または容
器内に設置された金属の内壁を分割し、壁前面に外部か
ら高周波電力を印加してイオンシースを形成している。
これにより、シース内で加速されたイオン照射による壁
面のスパッタ・エッチング反応を利用して、プラズマプ
ロセスと独立かつ同時に壁面状態を一定に保持してい
る。金属容器壁または容器内に設置された金属の内壁を
分割することにより、それぞれの壁の汚れの分布に対応
したシース電圧を印加できるとともに、容器壁以外の基
板保持部やプラズマ生成電極保持部の表面状態も一定に
保持できる。また、金属壁を複数に分割することで、形
成されるイオンシースが、プラズマ処理に影響を与えな
いようにすることができる。このため、複数に分割した
金属壁には、プラズマ処理中に高周波電力を印加して、
イオンシースを形成することができる。プラズマ処理を
行う前や後にまで、金属壁に高周波を印加することで、
一層、壁面をクリーンな状態に保つことができる。この
ように、本発明では、分割した壁面に、その部分に必要
な高周波を印加することができるので、高周波電力が少
なくてすみ、印加高周波電力のプラズマへの影響は無視
できる。Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present invention, an ion sheath is formed by dividing a metal container wall or a metal inner wall installed in the container and applying high-frequency power from the outside to the front surface of the wall.
Thus, the wall state is kept constant independently and simultaneously with the plasma process by utilizing the sputter etching reaction of the wall surface caused by the ion irradiation accelerated in the sheath. By dividing the wall of the metal container or the inner wall of the metal installed in the container, it is possible to apply a sheath voltage corresponding to the distribution of dirt on each of the walls, and at the same time, a substrate holding portion other than the container wall and a plasma generating electrode holding portion. The surface condition can be kept constant. Further, by dividing the metal wall into a plurality of parts, the formed ion sheath can be prevented from affecting the plasma processing. Therefore, high-frequency power is applied to the divided metal walls during plasma processing,
An ion sheath can be formed. By applying high frequency to the metal wall before and after performing the plasma treatment,
Further, the wall surface can be kept clean. As described above, according to the present invention, the required high frequency can be applied to the divided wall surface, so that only a small amount of high frequency power is required, and the effect of the applied high frequency power on the plasma can be ignored.
【０００７】＜実施形態１＞図１は分割型容器壁を用い
た壁面状態保持装置の概念図である。図１において、真
空容器壁１をスペーサ２によって、互いに電気的に絶縁
された状態で分割する。プロセスプラズマは、図示しな
いプロセスプラズマ形成部で、基板ステージ３の上部に
形成されている。さて、壁前面にイオンシースを形成す
るために、高周波電源７から生成された高周波電力は、
インピーダンス整合器６及びコンデンサ５によって高周
波電源７に反射することなく、スイッチング回路４に供
給される。スイッチング回路４は、分割した壁に時間的
に順番に高周波電力を供給すると共に、電力の供拾され
ていない壁の電位を接地する働きをもつ。高周波電力が
印加されている分割壁８前面では、イオンシースを用い
たスパッタ・エッチング反応によって堆積膜厚を制御す
ることができる。高周波電力を印加する分割壁８を、あ
る時間周期で順に切り替えることにより、プラズマが接
するほぼ全面の真空容器壁面状態を制御することができ
る。高周波電力を印加されていない分割壁は接地されて
いる。分割壁８に対する高周波の印加時間や電圧等は、
スイッチング回路４を制御することで、適切に設定する
ことができる。この様に、分割された壁ごとに高周波を
印加することにより、それぞれの壁の汚れの分布に対応
したシース電圧を印加することができる。また、基板ス
テージ３の周辺に高周波印加用内部電極９を設置して、
スイッチング回路４から高周波を印加することにより、
基板ステージ３の周辺にもイオンシースを発生させるこ
とができる。この電極９によるイオンシースにより、こ
の部分での汚れの堆積をも抑えることができる。<Embodiment 1> FIG. 1 is a conceptual diagram of a wall surface state holding device using a split type container wall. In FIG. 1, a vacuum vessel wall 1 is divided by a spacer 2 while being electrically insulated from each other. The process plasma is formed above the substrate stage 3 in a process plasma forming unit (not shown). Now, in order to form an ion sheath on the front surface of the wall, the high-frequency power generated from the high-frequency power supply 7 is:
The signal is supplied to the switching circuit 4 without being reflected by the high frequency power supply 7 by the impedance matching device 6 and the capacitor 5. The switching circuit 4 has a function of supplying high-frequency power to the divided walls in time order and grounding the potential of the wall where power is not supplied. On the front surface of the dividing wall 8 to which the high-frequency power is applied, the deposited film thickness can be controlled by a sputter etching reaction using an ion sheath. By sequentially switching the dividing walls 8 to which the high-frequency power is applied at a certain time period, it is possible to control the state of the vacuum vessel wall surface on almost the entire surface in contact with the plasma. The dividing wall to which no high-frequency power is applied is grounded. The application time and voltage of the high frequency to the dividing wall 8 are as follows.
By controlling the switching circuit 4, appropriate settings can be made. In this manner, by applying a high frequency to each of the divided walls, a sheath voltage corresponding to the distribution of dirt on each wall can be applied. Further, a high-frequency application internal electrode 9 is provided around the substrate stage 3,
By applying a high frequency from the switching circuit 4,
An ion sheath can also be generated around the substrate stage 3. The ion sheath by the electrode 9 can also suppress the accumulation of dirt on this portion.
【０００８】＜実施形態２＞図２は、実施形態１のよう
に真空容器壁を分割する代わりに、金属製の分割した内
壁を真空容器内に設置して、プラズマに接する壁面状態
を保持する装置の構成図である。図２において、真空容
器１０内に、スペーサ１１で互いに絶縁された金属製の
分割内壁１２を設置する。この分割内壁に高周波をスイ
ッチング回路４から印加する。分割内壁１２はプラズマ
に対する容器壁となり、図１と同様にイオンシースによ
り、壁面状態を一定に保つことができる。また、基板ス
テージ３の周辺に内部電極９を設置し、その部分での汚
れの堆積を抑えることができる。<Embodiment 2> In FIG. 2, instead of dividing the vacuum vessel wall as in Embodiment 1, a metal divided inner wall is installed in the vacuum vessel to maintain the state of the wall surface in contact with the plasma. It is a block diagram of an apparatus. In FIG. 2, a metal divided inner wall 12 insulated from each other by a spacer 11 is installed in a vacuum vessel 10. A high frequency is applied from the switching circuit 4 to the divided inner wall. The divided inner wall 12 becomes a container wall for plasma, and the wall state can be kept constant by the ion sheath as in FIG. In addition, the internal electrode 9 is provided around the substrate stage 3, so that the accumulation of dirt at that portion can be suppressed.
【０００９】＜実施結果＞図３は、図１の構成における
壁前面のシース電圧Ｖsh（時間平均値）に対するプラズ
マ電流（壁電流）ＩWの時間変化を示すグラフである。
この壁電流は壁状態のモニタリングとして使われる。図
３のグラフに示されるように、高周波電力印加周期τ／
Ｔは、１／３（プラズマ放電時間Ｔに対する高周波電力
印加時間τが１／３）又は１を用いている。グラフ
（ａ）に示されるように、高周波電力を印加しない場
合、壁電流ＩWは放電時間とともに減少する。しかし、
グラフ（ｅ）および（ｄ）に示すように、４５Ｖのシー
ス電圧を印加することによって、間欠的（τ／Ｔ＝１／
３）及び連続的シース形成（τ／Ｔ＝１）において、壁
電流をほぼ一定の値に飽和させることができ、壁面状態
を一定に保てることが確認された。シース電圧Ｖshと壁
表面の堆積膜との関係を図４（ａ）のグラフに示す。こ
のグラフにおいて、ＣRは壁表面膜の堆積率を表してい
る。従って、ＣR＝０は初期状態を保ち、膜が堆積して
いないこと示している。ＣＲ＜０は膜が堆積したことを
意味し、ＣＲ＞０は壁面材質を過剰に削っていることを
意味する。クリーニング周期はτ／Ｔ＝１である。グラ
フから分かるように、壁電流が飽和したシース電圧が３
５Ｖ以上の場合、壁表面には膜が堆積していないことが
確認された。図４（ｂ）は壁電流比ＩW（ｔ＝６０ｍｉ
ｎ）／ＩW（ｔ＝０）とシース電圧との関係を示すグラ
フである。このグラフでは、Ｖsh＞３５Ｖの領域で壁電
流比が有限な値を示している。これは、壁電流が露出し
た壁面状態を一定に保つことができることが示された。<Results> FIG. 3 is a graph showing the change over time of the plasma current (wall current) I W with respect to the sheath voltage V sh (time average value) on the front surface of the wall in the configuration of FIG.
This wall current is used for monitoring the wall condition. As shown in the graph of FIG.
As T, 1/3 (the high-frequency power application time τ with respect to the plasma discharge time T is ３) or 1 is used. As shown in the graph (a), in the case where not applied RF power, the wall current I W decreases with the discharge time. But,
As shown in graphs (e) and (d), by applying a sheath voltage of 45 V, intermittent (τ / T = 1 /
In 3) and continuous sheath formation (τ / T = 1), it was confirmed that the wall current could be saturated to a substantially constant value and the wall state could be kept constant. FIG. 4A shows the relationship between the sheath voltage Vsh and the deposited film on the wall surface. In this graph, C R represents the deposition rate of the wall surface film. Therefore, C R = 0 holds the initial state, indicating that no film is deposited. C R <0 means that the film has been deposited, and C R > 0 means that the wall surface material is excessively shaved. The cleaning cycle is τ / T = 1. As can be seen from the graph, the sheath voltage at which the wall current was saturated was 3
In the case of 5 V or more, it was confirmed that no film was deposited on the wall surface. FIG. 4B shows the wall current ratio I W (t = 60 mi)
11 is a graph showing a relationship between n) / I W (t = 0) and a sheath voltage. In this graph, the wall current ratio shows a finite value in the region of V sh > 35V. This indicates that the state of the wall surface where the wall current is exposed can be kept constant.
【００１０】[0010]
【発明の効果】上述で説明した構成により、プラズマ処
理装置における真空容器の壁面の状態を一定に保つこと
ができる。また、プラズマ処理のためのステージ周辺も
一定の状態に保つことができる。According to the configuration described above, the state of the wall surface of the vacuum vessel in the plasma processing apparatus can be kept constant. In addition, the periphery of the stage for plasma processing can be kept constant.
【図１】分割壁の真空容器を用いたプラズマ処理装置の
構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a plasma processing apparatus using a vacuum vessel having a divided wall.
【図２】真空容器内の分割内壁を用いたプラズマ処理装
置の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a plasma processing apparatus using divided inner walls in a vacuum vessel.
【図３】壁電流IWの時間変化を示すグラフである。3 is a graph showing temporal changes of the wall current I W.
【図４】（ａ）壁表面膜の椎積率CRと、（ｂ）壁電流比
IW（ｔ＝60min）／I W（ｔ＝0）との、シース電圧Vsh依
存性を示すグラフである。FIG. 4 (a) Vertebral area ratio C of wall surface membraneRAnd (b) wall current ratio
IW(T = 60min) / I W(T = 0) and sheath voltage VshDepend
It is a graph which shows existence.
【符号の説明】 １…分割型容器壁 ２…絶縁スペーサ ３…基板ステージ ４…スイッチング回路 ５…ブロッキング・コンデンサ ６…インピーダンス整合器 ７…高周波電源 ８…分割壁 ９…内部電極 １０…真空容器 １１…絶縁スペーサ １２…分割内壁[Description of Signs] 1 ... Divided container wall 2 ... Insulating spacer 3 ... Substrate stage 4 ... Switching circuit 5 ... Blocking capacitor 6 ... Impedance matching device 7 ... High frequency power supply 8 ... Division wall 9 ... Internal electrode 10 ... Vacuum container 11 ... insulating spacer 12 ... divided inner wall
Claims (4)
と、 前記金属壁面と接合されており、高周波を発生する高周
波発生器とを備え、 前記電気的分割された壁面に高周波を印加して、壁前面
にイオンシースを形成することを特徴とするプラズマ処
理装置。1. A plasma processing apparatus, comprising: a vacuum vessel comprising a plurality of electrically divided metal wall surfaces; and a high frequency generator joined to the metal wall surface and generating a high frequency, A plasma processing apparatus characterized in that a high frequency is applied to an electrically divided wall surface to form an ion sheath on the front surface of the wall.
属壁面と、 前記金属壁面と接合されており、高周波を発生する高周
波発生器とを備え、 前記電気的分割された壁面に高周波を印加して、壁前面
にイオンシースを形成することを特徴とするプラズマ処
理装置。2. A plasma processing apparatus, comprising: a vacuum vessel for plasma processing; a metal wall provided inside the vacuum vessel, electrically divided into a plurality of pieces; A plasma processing apparatus comprising: a high-frequency generator configured to apply a high frequency to the electrically divided wall surface to form an ion sheath on the front surface of the wall.
置において、 さらに、プラズマ処理用ステージ近傍に電極を備え、 この電極にも前記高周波発生器より高周波を印加して、
イオンシースを形成することを特徴とするプラズマ処理
装置。3. The plasma processing apparatus according to claim 1, further comprising an electrode near the plasma processing stage, wherein a high frequency is applied to the electrode from the high frequency generator,
A plasma processing apparatus characterized by forming an ion sheath.
処理装置において、 前記高周波発生器から前記壁面に、プラズマ処理中およ
び／またはプラズマ処理前後に高周波を印加して、イオ
ンシースを形成することを特徴とするプラズマ処理装
置。4. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a high frequency is applied from the high frequency generator to the wall surface during and / or before and after the plasma processing to form an ion sheath. A plasma processing apparatus.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000229185A JP2002043235A (en) | 2000-07-28 | 2000-07-28 | Plasma treatment system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000229185A JP2002043235A (en) | 2000-07-28 | 2000-07-28 | Plasma treatment system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002043235A true JP2002043235A (en) | 2002-02-08 |
Family
ID=18722348
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000229185A Pending JP2002043235A (en) | 2000-07-28 | 2000-07-28 | Plasma treatment system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002043235A (en) |
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2000
- 2000-07-28 JP JP2000229185A patent/JP2002043235A/en active Pending
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