JP2004140391A - Plasma processing apparatus and method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To secure the selection ratio of a mask or/and a base material sufficiently and to perform a highly accurate surface processing. <P>SOLUTION: Plasma generation and the control of a bias voltage to a material to be processed are independently performed. Also, a high frequency voltage waveform for the bias voltage is leveled at an optional voltage, and applied to a substrate electrode 115 on which the material to be processed 116 is mounted and ion energy distribution made incident on the material is controlled as desired. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

 本発明はプラズマ処理方法及び装置に係り、特にプラズマを用いて半導体素子等の試料の表面処理を行うのに好適なプラズマ処理方法及び装置に関するものである。 The present invention relates to a plasma processing method and apparatus, and more particularly to a plasma processing method and apparatus suitable for performing surface treatment of a sample such as a semiconductor device using plasma.

 プラズマを用いてエッチング処理を行う場合、処理ガスを電離し活性化することで処理の高速化を図り、また被処理材に高周波バイアス電力を供給しプラズマ中のイオンを被処理材に垂直に入射させることで、異方性形状などの高精度エッチング処理を実現している。 When performing an etching process using plasma, the process gas is ionized and activated to increase the speed of the process. In addition, high-frequency bias power is supplied to the material to be processed, and ions in the plasma are vertically incident on the material to be processed. By doing so, high-precision etching processing for anisotropic shapes and the like is realized.

 このような処理を行うプラズマ処理装置としては、真空容器外側の外周部に空心コイルを設け、真空容器内に設けた試料台に対向させて円形導体板を設け、円形導体板にUHF帯電源と第1の高周波電源を接続し、試料台に第2の高周波電源を接続し、円形導体板にUHF帯の周波数の電界とそのUHF帯の周波数とは異なる周波数の電界を重畳して供給し、UHF帯電源による電磁波と空心コイルによる磁場との相互作用による電子サイクロトロン共鳴現象を用いてプラズマを形成し、重畳した第1の高周波電源による高周波電圧によって円形導体板にかかるバイアスを大きくして、円形導体板とプラズマとを反応させ、エッチングに寄与する活性種をより多く生成できるようにし、試料台に接続した第2の高周波電源によりプラズマ中のイオンの試料への入射エネルギーを制御するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開平9−321031号公報(USP 5,891,252)
As a plasma processing apparatus for performing such a process, an air-core coil is provided on the outer peripheral portion outside the vacuum vessel, a circular conductor plate is provided so as to face a sample table provided in the vacuum vessel, and a UHF band power supply is provided on the circular conductor plate. A first high-frequency power supply is connected, a second high-frequency power supply is connected to the sample stage, and an electric field having a frequency in the UHF band and an electric field having a frequency different from the frequency in the UHF band are superimposed on the circular conductive plate and supplied. A plasma is formed using an electron cyclotron resonance phenomenon caused by an interaction between an electromagnetic wave generated by a UHF band power supply and a magnetic field generated by an air-core coil. The conductive plate reacts with the plasma so that more active species contributing to etching can be generated. Controls the incident energy on the sample have been proposed (e.g., see Patent Document 1).
JP-A-9-321031 (USP 5,891,252)

 このような従来の装置では、被処理材に入射するイオンエネルギーは、被処理材に供給するバイアス電力によって発生するセルフバイアス電位により決定されるが、ウエハサイズの大口径化に伴って基板電極に対するアース面積の比率が減少するので、プラズマ中から基板電極への充分な電子の供給が行われなくなる。
このため、Vdc/Vppの比率が小さくなるとともに、プラズマ電位が上昇する。これにより、RFバイアスの印加効率が低下したり、アース電極および側壁部材がプラズマ中のイオンによりスパッタされて金属汚染を発生させたり、処理室下部の空間へプラズマが拡散して異物を増加させたりするという問題がある。
In such a conventional apparatus, the ion energy incident on the material to be processed is determined by the self-bias potential generated by the bias power supplied to the material to be processed. Since the ratio of the ground area decreases, sufficient supply of electrons from the plasma to the substrate electrode is not performed.
Therefore, the ratio of Vdc / Vpp decreases and the plasma potential increases. As a result, the application efficiency of the RF bias is reduced, the ground electrode and the side wall member are sputtered by ions in the plasma to generate metal contamination, and the plasma is diffused into the space below the processing chamber to increase foreign substances. There is a problem of doing.

 また、試料台、すなわち、基板電極には正弦波の高周波電界が印加されており、周波数が固定された高周波バイアスでは、イオンエネルギー分布が固定されてしまい、半導体素子の微細化に伴いSAC(Self Aligned Contact)に代表されるような被処理材の場合、エッチング速度を保ったまま処理しようとするとマスク及び下地材料との選択比が小さくなり、高精度な加工を行うのが難しかった。 Further, a high frequency electric field of a sine wave is applied to the sample stage, that is, the substrate electrode. With a high frequency bias having a fixed frequency, the ion energy distribution is fixed, and with the miniaturization of semiconductor elements, SAC (Self) is applied. In the case of a material to be processed typified by (Aligned @ Contact), if the processing is performed while maintaining the etching rate, the selectivity between the mask and the base material becomes small, and it is difficult to perform high-precision processing.

 本発明の第一の目的は、マスク又は/及び下地材料との選択比を充分に確保し高精度な表面処理を行うことのできるプラズマ処理方法及び装置を提供することにある。 A first object of the present invention is to provide a plasma processing method and apparatus capable of performing a high-precision surface treatment while ensuring a sufficient selection ratio with respect to a mask and / or a base material.

 本発明の第二の目的は、プラズマ電位の上昇を抑制し、金属汚染や異物の増加を抑制することのできるプラズマ処理方法及び装置を提供することにある。 A second object of the present invention is to provide a plasma processing method and apparatus capable of suppressing an increase in plasma potential and suppressing an increase in metal contamination and foreign matter.

 上記目的は、プラズマ生成と試料へのバイアス電圧印加を独立制御し、前記試料をプラズマ処理する方法において、前記試料に印加するバイアス電圧を高周波電圧で与え、前記高周波電圧の電圧波形を任意の電圧で平坦化することにより、達成される。 The object is to independently control the generation of a plasma and the application of a bias voltage to a sample, and to perform a plasma treatment on the sample, wherein a bias voltage to be applied to the sample is given as a high-frequency voltage, and the voltage waveform of the high-frequency voltage is changed to an arbitrary voltage. This is achieved by flattening with.

 さらに、前記基板電極に印加する高周波電圧の負電圧側の電圧波形を平坦化する。 (4) The voltage waveform on the negative voltage side of the high-frequency voltage applied to the substrate electrode is flattened.

 また、前記基板電極に印加する高周波電圧の正電圧側の電圧波形を平坦化する。 (4) The voltage waveform on the positive voltage side of the high-frequency voltage applied to the substrate electrode is flattened.

 また、前記基板電極に印加する高周波電圧の正負両電圧側の電圧波形を平坦化する。 (4) The voltage waveform on both the positive and negative sides of the high frequency voltage applied to the substrate electrode is flattened.

 また、前記基板電極に対向する電極を設け、前記両電極に同一周波数の高周波電圧を印加し、該高周波電圧の位相を制御する。 Also, an electrode facing the substrate electrode is provided, and a high-frequency voltage of the same frequency is applied to both electrodes, and the phase of the high-frequency voltage is controlled.

 また、上記目的を達成するため、本発明の1つの態様に従えばプラズマ処理装置は、真空排気装置が接続され内部を減圧可能な処理室と、該処理室内へガスを供給するガス供給装置と、前記処理室内に設けられ被処理材を載置可能な基板電極と、該基板電極へ整合器を介して接続された高周波電源と、前記処理室にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記整合器内または前記基板電極と前記整合器との間に設けられた電圧波形を平坦化する電圧波形制御回路を含む。 To achieve the above object, according to one aspect of the present invention, a plasma processing apparatus includes a processing chamber to which a vacuum exhaust device is connected, the inside of which can be depressurized, and a gas supply device that supplies gas into the processing chamber. A substrate electrode provided in the processing chamber, on which a material to be processed can be placed, a high-frequency power supply connected to the substrate electrode via a matching device, plasma generating means for generating plasma in the processing chamber; A voltage waveform control circuit for flattening a voltage waveform provided inside the container or between the substrate electrode and the matching device is included.

 さらに、前記電圧波形制御回路は前記基板電極に印加する高周波電圧波形の負電圧側を任意の電圧で平坦化する回路である。 The voltage waveform control circuit is a circuit that flattens the negative voltage side of the high-frequency voltage waveform applied to the substrate electrode with an arbitrary voltage.

 また、前記電圧波形制御回路は前記基板電極に印加する高周波電圧波形の正電圧側を任意の電圧で平坦化する回路である。 The voltage waveform control circuit is a circuit that flattens the positive voltage side of the high-frequency voltage waveform applied to the substrate electrode with an arbitrary voltage.

 また、前記電圧波形制御回路は前記基板電極に印加する高周波電圧波形の正負両電圧側を任意の電圧で平坦化する回路である。 The voltage waveform control circuit is a circuit for flattening both positive and negative voltage sides of the high-frequency voltage waveform applied to the substrate electrode with an arbitrary voltage.

 また、前記電圧波形制御回路は半導体素子と直流電源から成る。 The voltage waveform control circuit includes a semiconductor device and a DC power supply.

 また、前記基板電極と対向する電極を設け、該電極に高周波電源を接続した。 Also, an electrode facing the substrate electrode was provided, and a high-frequency power supply was connected to the electrode.

 さらに、前記2つの電極に印加される高周波電圧の周波数を同一とし、該高周波電圧の位相差を制御する位相制御器を設けた。 {Circle around (2)} Further, the frequency of the high-frequency voltage applied to the two electrodes is made the same, and a phase controller for controlling the phase difference between the high-frequency voltages is provided.

 また、本発明の他の態様に従えば、プラズマ生成と試料へのバイアス電圧印加を独立制御し、前記試料をプラズマ処理する方法は、前記試料に印加するバイアス電圧を高周波電圧で与え、前記高周波電圧の電圧波形を正電圧側および負電圧側で任意の電圧に平坦化するステップを含む。 According to another aspect of the present invention, a method of independently controlling the generation of a plasma and the application of a bias voltage to a sample, and performing a plasma treatment on the sample includes providing the bias voltage to be applied to the sample with a high-frequency voltage, Flattening the voltage waveform of the voltage to an arbitrary voltage on the positive voltage side and the negative voltage side.

 さらに、上記方法は、前記基板電極に対向する電極を設け、前記両電極に同一周波数の高周波電圧を印加し、該高周波電圧の位相を制御する。 Further, in the above method, an electrode facing the substrate electrode is provided, and a high-frequency voltage having the same frequency is applied to both electrodes, and a phase of the high-frequency voltage is controlled.

 さらに、前記高周波電圧の位相は、位相差を180°±30°の範囲内にする。 (4) The phase of the high-frequency voltage has a phase difference within a range of 180 ° ± 30 °.

 本発明の他の態様に従えば、プラズマ処理装置は、真空排気装置が接続され内部を減圧可能な処理室と、該処理室内へガスを供給するガス供給装置と、前記処理室内に設けられ被処理材を載置可能な基板電極と、該基板電極へ整合器を介して接続された高周波電源と、前記処理室にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記整合器内または前記基板電極と前記整合器との間に設けられ高周波電圧波形を正電圧側および負電圧側の任意の電圧に平坦化する電圧波形制御回路を含む。 According to another aspect of the present invention, a plasma processing apparatus includes a processing chamber to which an evacuation device is connected and whose inside can be depressurized, a gas supply device for supplying gas into the processing chamber, and a plasma processing apparatus provided in the processing chamber. A substrate electrode on which a processing material can be placed, a high-frequency power supply connected to the substrate electrode via a matching device, plasma generation means for generating plasma in the processing chamber, and the inside of the matching device or the substrate electrode; A voltage waveform control circuit is provided between the matching device and the flattening device to flatten the high-frequency voltage waveform to an arbitrary voltage on the positive voltage side and an arbitrary voltage on the negative voltage side.

 上記装置において、前記電圧波形制御回路はダイオードと直流電源から成る。 に お い て In the above device, the voltage waveform control circuit includes a diode and a DC power supply.

 また、前記基板電極と対向する電極を設け、該電極に高周波電源を接続した。 Also, an electrode facing the substrate electrode was provided, and a high-frequency power supply was connected to the electrode.

 さらに、前記2つの電極に印加される高周波電圧の周波数を同一とし、該高周波電圧の位相を制御する位相制御器を設けた。 {Circle around (2)} Further, the frequency of the high-frequency voltage applied to the two electrodes is made the same, and a phase controller for controlling the phase of the high-frequency voltage is provided.

 さらに、前記位相制御器は位相差を180°±30°の範囲内で制御可能である。 Furthermore, the phase controller can control the phase difference within a range of 180 ° ± 30 °.

 また、本発明の別の態様に従うプラズマが生成される処理室内で試料をプラズマ処理する方法は、前記試料が配置される試料台に高周波電圧を印加し、前記高周波電圧の電圧波形を任意の電圧で平坦化するステップを含む。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method of performing plasma processing on a sample in a processing chamber in which plasma is generated, comprising applying a high-frequency voltage to a sample stage on which the sample is placed, and changing a voltage waveform of the high-frequency voltage to an arbitrary voltage. And flattening.

 上記方法において、前記基板電極に印加する高周波電圧の正負両電圧の少なくとも一方の電圧波形を平坦化する。 (4) In the above method, at least one of the positive and negative high-frequency voltages applied to the substrate electrode is flattened.

 本発明の別の態様に従うプラズマ処理装置は、真空排気装置が接続され内部を減圧可能な処理室と、該処理室内へガスを供給するガス供給装置と、前記処理室内に設けられ被処理材を載置可能な基板電極と、該基板電極へ整合器を介して接続された高周波電源と、前記整合器内または前記基板電極と前記整合器との間に設けられた電圧波形を平坦化する電圧波形制御回路を含む。 A plasma processing apparatus according to another embodiment of the present invention includes a processing chamber to which a vacuum exhaust device is connected and whose inside can be depressurized, a gas supply device that supplies gas into the processing chamber, and a processing object provided in the processing chamber. A mountable substrate electrode, a high-frequency power supply connected to the substrate electrode via a matching device, and a voltage for flattening a voltage waveform provided in the matching device or between the substrate electrode and the matching device. Includes waveform control circuit.

 上記装置において、前記電圧波形制御回路は前記基板電極に印加される高周波電圧の正負両電圧の少なくとも一方の電圧波形を平坦化可能である。 In the above device, the voltage waveform control circuit can flatten at least one of the positive and negative voltages of the high-frequency voltage applied to the substrate electrode.

 上述のように、基板電極に印加する高周波電圧波形を制御することにより、試料へ入射されるイオンエネルギーの分布を制御でき、主として被エッチング材のエッチングに寄与するイオンエネルギーであって、マスクや下地材に対してのエッチングには寄与しないイオンエネルギーの分布にすることができるので、速度を大きく変えることなく、マスク及び下地材料との選択比を充分に確保し高精度な表面処理を行うことができる。 As described above, by controlling the high-frequency voltage waveform applied to the substrate electrode, the distribution of ion energy incident on the sample can be controlled, and the ion energy mainly contributes to the etching of the material to be etched. Since the distribution of ion energy that does not contribute to the etching of the material can be obtained, it is possible to perform a high-precision surface treatment with a sufficient selection ratio between the mask and the base material without greatly changing the speed. it can.

 また、基板電極に印加する高周波電圧の負側の電圧を平坦化することにより、高低に広がったイオンエネルギー分布の幅を狭めることができ、処理に有用なイオンエネルギーの量を多く分布させることができ、プラズマ処理の効率を向上させることができる。 Also, by flattening the voltage on the negative side of the high-frequency voltage applied to the substrate electrode, the width of the ion energy distribution that has been widened vertically can be narrowed, and a large amount of ion energy useful for processing can be distributed. As a result, the efficiency of the plasma processing can be improved.

 また、負電圧側の電圧の平坦化に合わせ、正電圧側の電圧を平坦化することにより、安定したプラズマ電位を得ることができ、プラズマ処理の安定化を図ることができるとともに、プラズマ特性の面内分布に起因するプラズマシース特性の面内分布の影響が低減されるためチャージングダメージを抑制することができ、低ダメージで高精度なエッチング処理をすることができる。 Further, by flattening the voltage on the positive voltage side in accordance with the flattening of the voltage on the negative voltage side, a stable plasma potential can be obtained, and the plasma processing can be stabilized, and the plasma characteristics can be improved. Since the influence of the in-plane distribution of the plasma sheath characteristics caused by the in-plane distribution is reduced, charging damage can be suppressed, and low-damage and high-accuracy etching can be performed.

 さらに、基板電極と対向して電極を設け、両電極に同一周波数の高周波電圧を印加し、高周波電圧の位相差を180°±30°の範囲内にすることにより、高周波電圧の正電圧側の電位上昇を抑制することができるので、安定したプラズマ電位を得ることができ、プラズマ処理の安定化を図ることができる。 Further, an electrode is provided facing the substrate electrode, a high-frequency voltage of the same frequency is applied to both electrodes, and the phase difference between the high-frequency voltages is set within a range of 180 ° ± 30 °, so that the positive voltage side of the high-frequency voltage is reduced. Since a potential rise can be suppressed, a stable plasma potential can be obtained, and plasma processing can be stabilized.

 以下、本発明の一実施例を図1から図5を用いて説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

 図1は、本発明を適用するプラズマ処理装置の一例であるエッチング装置の縦断面図である。真空容器101の上部開口部には、円筒状の処理容器102,導電体でなる平板状のアンテナ電極103,電磁波を透過可能な誘電体窓104を気密に設け、内部に処理室を形成している。処理容器102の外周部には処理室を囲んで磁場発生用コイル105が設けてある。アンテナ電極103はエッチングガスを流すための多孔構造となっており、ガス供給装置107が接続されている。また、真空容器101の下部には真空排気口106を介して真空排気装置(図示省略)が接続されている。 FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an etching apparatus as an example of a plasma processing apparatus to which the present invention is applied. At the upper opening of the vacuum vessel 101, a cylindrical processing vessel 102, a flat plate-like antenna electrode 103 made of a conductor, and a dielectric window 104 capable of transmitting electromagnetic waves are hermetically provided, and a processing chamber is formed therein. I have. A magnetic field generating coil 105 is provided on the outer periphery of the processing container 102 so as to surround the processing chamber. The antenna electrode 103 has a porous structure for flowing an etching gas, and is connected to a gas supply device 107. A vacuum exhaust device (not shown) is connected to a lower portion of the vacuum vessel 101 via a vacuum exhaust port 106.

 アンテナ電極103上部には同軸線路108が設けられ、同軸線路108,フィルター109,整合器110を介してプラズマ生成用の高周波電源111(例えば、周波数450MHz)が接続されている。また、アンテナ電極103には同軸線路108,フィルター112,整合器113を介してアンテナバイアス電源114(例えば、周波数13.56kHz)が接続されている。ここで、フィルター109は高周波電源111からの高周波電力を通過させ、アンテナバイアス電源114からのバイアス電力を効果的にカットする。フィルター112はアンテナバイアス電源114からのバイアス電力を通過させ、高周波電源111からの高周波電力を効果的にカットする。 同軸 A coaxial line 108 is provided above the antenna electrode 103, and a high-frequency power supply 111 (for example, frequency 450 MHz) for plasma generation is connected via the coaxial line 108, a filter 109, and a matching unit 110. In addition, an antenna bias power supply 114 (for example, a frequency of 13.56 kHz) is connected to the antenna electrode 103 via a coaxial line 108, a filter 112, and a matching unit 113. Here, the filter 109 allows the high-frequency power from the high-frequency power supply 111 to pass, and effectively cuts the bias power from the antenna bias power supply 114. The filter 112 allows the bias power from the antenna bias power supply 114 to pass, and effectively cuts the high-frequency power from the high-frequency power supply 111.

 真空容器101内の下部には被処理材116を配置可能な基板電極115が設けられている。基板電極115にはフィルター117,整合器118を介して基板バイアス電源119(例えば、周波数800kHz)が接続されている。整合器118は、この場合、電源側の整合部200と負荷側のクリップ回路201とから構成される。なお、クリップ回路201は整合器118の内部から出して別に設けても良い。クリップ回路201は、基板バイアス電源119からの高周波の電圧波形を任意の電圧値で平坦化する。クリップ回路201は後述する実施例の機能を有する。また、基板電極115にはフィルター120を介して被処理材116を静電吸着させるための静電チャック電源121が接続されている。 基板 A substrate electrode 115 on which a material to be processed 116 can be arranged is provided at a lower portion in the vacuum vessel 101. A substrate bias power supply 119 (for example, a frequency of 800 kHz) is connected to the substrate electrode 115 via a filter 117 and a matching unit 118. In this case, the matching unit 118 includes a matching unit 200 on the power supply side and a clip circuit 201 on the load side. Note that the clip circuit 201 may be provided separately from the inside of the matching unit 118. The clip circuit 201 flattens a high-frequency voltage waveform from the substrate bias power supply 119 with an arbitrary voltage value. The clip circuit 201 has the function of the embodiment described later. Further, an electrostatic chuck power supply 121 for electrostatically adhering the processing target material 116 via a filter 120 is connected to the substrate electrode 115.

 ここで、フィルター117は基板バイアス電源119からのバイアス電力を通過させ、高周波電源111からの高周波電力およびアンテナバイアス電源114からのバイアス電力を効果的にカットする。なお、通常、高周波電力はプラズマ中で吸収されるため基板電極115側へ流れることはないが、安全のため高周波電力もカットするフィルター117としてある。フィルター120は静電チャック電源121からのDC電力を通過させ、高周波電源111,アンテナバイアス電源114,基板バイアス電源119からの電力を効果的にカットする。 Here, the filter 117 allows the bias power from the substrate bias power supply 119 to pass, and effectively cuts the high-frequency power from the high-frequency power supply 111 and the bias power from the antenna bias power supply 114. Normally, the high frequency power is absorbed in the plasma and does not flow to the substrate electrode 115 side, but is provided as a filter 117 for cutting the high frequency power for safety. The filter 120 allows DC power from the electrostatic chuck power supply 121 to pass therethrough, and effectively cuts power from the high frequency power supply 111, the antenna bias power supply 114, and the substrate bias power supply 119.

 図2に整合器118の回路構成例を示す。インダクター(L1,L2)およびコンデンサ(C1)で構成される整合部200よりも負荷側のアクティブライン202とグランド線203との間にダイオード(D1)と直流電源(Vb1)とを直列に接続したクリップ回路(平坦化回路)201aを接続する。この場合、ダイオード(D1)は高周波電圧の負側をカットし、直流電源(Vb1)によって負電位を与える。これによって、直流電源(Vb1)の設定値によりダイオード(D1)の動作電圧を設定する。この回路構成により任意の電圧値で電圧波形をクリップ(平坦化または切取り)することが可能となり、図3に示すような高
周波電圧の電圧波形301を得ることができる。
FIG. 2 shows a circuit configuration example of the matching unit 118. A diode (D1) and a DC power supply (Vb1) are connected in series between the active line 202 and the ground line 203 on the load side of the matching unit 200 including the inductors (L1 and L2) and the capacitor (C1). A clip circuit (flattening circuit) 201a is connected. In this case, the diode (D1) cuts the negative side of the high frequency voltage and gives a negative potential by the DC power supply (Vb1). Thus, the operating voltage of the diode (D1) is set according to the set value of the DC power supply (Vb1). With this circuit configuration, a voltage waveform can be clipped (flattened or cut) with an arbitrary voltage value, and a voltage waveform 301 of a high-frequency voltage as shown in FIG. 3 can be obtained.

 上記のように構成された装置において処理室内部を真空排気装置(図示省略)により減圧した後、ガス供給装置107によりプロセスガス、この場合、エッチングガスを処理室内に導入し所望の圧力に調整する。高周波電源111より発振された、例えば、周波数450MHzの高周波電力は同軸線路108を伝播し、上部電極103および誘電体窓104を介して処理室内に導入される。処理室内に導入された高周波電力による電界は、磁場発生用コイル105、例えば、ソレノイドコイルにより処理室内に形成された磁場との相互作用により、処理室内に高密度プラズマを生成する。特に電子サイクロトロン共鳴を起こす磁場強度(例
えば160G)を処理室内に形成した場合、効率良く高密度プラズマを生成することができる。
In the apparatus configured as described above, the inside of the processing chamber is depressurized by a vacuum exhaust device (not shown), and then a process gas, in this case, an etching gas, is introduced into the processing chamber by the gas supply device 107 and adjusted to a desired pressure. . For example, high-frequency power of a frequency of 450 MHz oscillated from the high-frequency power supply 111 propagates through the coaxial line 108 and is introduced into the processing chamber via the upper electrode 103 and the dielectric window 104. The electric field generated by the high-frequency power introduced into the processing chamber generates high-density plasma in the processing chamber by interaction with a magnetic field generated in the processing chamber by the magnetic field generating coil 105, for example, a solenoid coil. In particular, when a magnetic field intensity (for example, 160 G) that causes electron cyclotron resonance is formed in the processing chamber, high-density plasma can be efficiently generated.

 また、アンテナバイアス電源114より高周波電力(例えば周波数13.56MHz)が同軸線路108を介してアンテナ電極103に供給される。アンテナバイアス電源114によってアンテナ電極103に高周波電圧を印加することにより、アンテナ電極に所望の材料を用いた場合、該材料とプラズマ中のラジカルとが反応し、生成されるプラズマの組成を制御できる。例えば、酸化膜エッチングの場合、アンテナ電極103の材料にSiを用いることによって、酸化膜のエッチング特性、特にSAC構造のものでは、SiO/SiN 選択比等に影響するプラズマ中のFラジカル量を減少させることが可能となる。 Further, high-frequency power (for example, frequency of 13.56 MHz) is supplied from the antenna bias power supply 114 to the antenna electrode 103 via the coaxial line 108. When a high-frequency voltage is applied to the antenna electrode 103 by the antenna bias power supply 114, when a desired material is used for the antenna electrode, the material reacts with radicals in the plasma, and the composition of the generated plasma can be controlled. For example, when the oxide film etching, by using a Si material of the antenna electrode 103, the etching characteristics of the oxide film, in particular those of the SAC structure, the F amount of radicals in the plasma that affects the SiO 2 / SiN selection ratio, etc. It can be reduced.

 また、基板電極115に載置された被処理材116は、基板バイアス電源119より高周波電力(例えば周波数800kHz)が供給され、基板電極115上の被処理材116が表面処理され、この場合、エッチング処理される。 Further, high frequency power (for example, 800 kHz) is supplied from the substrate bias power supply 119 to the processing target material 116 placed on the substrate electrode 115, and the processing target material 116 on the substrate electrode 115 is subjected to surface processing. It is processed.

 本構成の装置では、450MHzの高周波電源111によって主としてプラズマを生成し、アンテナバイアス電源114によってプラズマ組成あるいはプラズマ分布を制御し、基板バイアス電源119によってプラズマ中のイオンの被処理材116への入射エネルギーを制御している。このような装置では、プラズマ生成(イオン量)とプラズマ組成(ラジカル濃度比)を独立に制御できるというメリットがある。 In the apparatus having this configuration, plasma is mainly generated by the 450 MHz high frequency power supply 111, the plasma composition or plasma distribution is controlled by the antenna bias power supply 114, and the incident energy of ions in the plasma to the workpiece 116 is controlled by the substrate bias power supply 119. Is controlling. Such an apparatus has an advantage that the plasma generation (ion amount) and the plasma composition (radical concentration ratio) can be controlled independently.

 本装置のクリップ回路201aにおける直流電源(Vb)を任意に設定することにより、図3に示す電圧波形301のVbが任意に設定でき、例えば、周波数800kHzの正弦波の電圧波形の負側を任意の電圧でクリップすることができる。 By arbitrarily setting the DC power supply (Vb) in the clipping circuit 201a of the present apparatus, the Vb of the voltage waveform 301 shown in FIG. 3 can be arbitrarily set. Can be clipped at the voltage.

 図4(a)に基板バイアス電源119の出力を一定にし、直流電源(Vb1)を変化させて電圧波形301のクリップ電圧(Vb)を制御した場合の、被処理材116に入射するイオンのエネルギー分布を示す。図4(b)に直流電源(Vb1)によって電圧波形301のクリップ電圧(Vb)の値を一定にし、基板バイアス電源119の出力を変化させた場合の、被処理材116に入射するイオンのエネルギー分布を示す。縦軸はイオン量で横軸はイオンエネルギーである。一般に、ウエハに高周波電力を印加した場合のイオンエネルギー分布は、M.J.Kushner, J. Appl. Phys. 58, 4024(1985)に示されているように、高エネルギー側と低エネルギー側の2個所にピークを持った分布となることが知られている。図4(a)には、基板電極115に正弦波電圧波形を印加した場合のイオンエネルギー分布波形401と、クリップ電圧(Vb)を−500Vに設定した場合のイオンエネルギー分布波形402と、クリップ電圧(Vb)を−250Vに設定した場合のイオンエネルギー分布波形403とを三次元的に示してある。図示されたように、基板バイアス電源119の出力を一定にし、クリップ電圧(Vb)を−500V,−250Vと変化させることによって、高エネルギー側に多く分布しているイオンエネルギーの電位値を徐々に低い電位値にシフトさせることができる。また、これとともに、高エネルギー側に分布するイオンの量を徐々に多くすることができる。 FIG. 4A shows the energy of ions incident on the workpiece 116 when the output of the substrate bias power supply 119 is fixed and the DC voltage (Vb1) is changed to control the clip voltage (Vb) of the voltage waveform 301. Shows the distribution. FIG. 4B shows the energy of ions incident on the workpiece 116 when the output of the substrate bias power supply 119 is changed while the value of the clip voltage (Vb) of the voltage waveform 301 is kept constant by the DC power supply (Vb1). Shows the distribution. The vertical axis represents the ion amount and the horizontal axis represents the ion energy. Generally, the ion energy distribution when high frequency power is applied to a wafer is described by M.P. J. Kushner, @J. {Appl. {Phys. As shown in # 58 and # 4024 (1985), it is known that the distribution has peaks at two places on the high energy side and the low energy side. FIG. 4A shows an ion energy distribution waveform 401 when a sine wave voltage waveform is applied to the substrate electrode 115, an ion energy distribution waveform 402 when the clip voltage (Vb) is set to −500 V, and a clip voltage. The ion energy distribution waveform 403 when (Vb) is set to -250 V is shown three-dimensionally. As shown in the figure, by keeping the output of the substrate bias power supply 119 constant and changing the clipping voltage (Vb) to -500 V and -250 V, the potential value of the ion energy distributed more on the high energy side is gradually increased. It can be shifted to a lower potential value. At the same time, the amount of ions distributed on the high energy side can be gradually increased.

 また、図4(b)には、基板電極115のクリップ電圧(Vb)を−500Vに設定し、基板バイアス電源119の出力を500Wとした場合のイオンエネルギー分布波形404と、基板バイアス電源119の出力を1000Wとした場合のイオンエネルギー分布波形405と、基板バイアス電源119の出力を1500Wとした場合のイオンエネルギー分布波形406とを三次元的に示してある。図示されたように、クリップ電圧(Vb)の値を一定にし、基板バイアス電源119の出力を段々に大きくすることによって、高エネルギー側に分布しているイオンエネルギーのイオンの量を段々に多くすることができる。 FIG. 4B shows the ion energy distribution waveform 404 when the clip voltage (Vb) of the substrate electrode 115 is set to −500 V and the output of the substrate bias power supply 119 is 500 W, An ion energy distribution waveform 405 when the output is 1000 W and an ion energy distribution waveform 406 when the output of the substrate bias power supply 119 is 1500 W are shown three-dimensionally. As shown in the drawing, the value of the clip voltage (Vb) is kept constant, and the output of the substrate bias power supply 119 is gradually increased, so that the amount of ions of ion energy distributed on the high energy side is gradually increased. be able to.

 このように、基板電極115に印加するバイアス電圧波形を調整することにより、イオンエネルギー分布を制御することが可能であり、また、基板バイアス電源の出力と合わせて制御することにより、さらに細かいイオンエネルギー分布の制御が可能となる。これにより、任意のイオンエネルギーを持つイオンを効率的に被処理材116に入射させることが可能となるので、高イオンエネルギーのイオン量が多い分布を用いることにより、例えば、図5に示すような深穴(直径0.1μm ,深さ2μmのアスペクト比20のような深穴)であるSiO に形成されるHARC(High Aspect Ratio Contact)やSiに形成されるdeepトレンチの加工が容易となる。 As described above, it is possible to control the ion energy distribution by adjusting the bias voltage waveform applied to the substrate electrode 115. Further, by controlling the ion energy distribution in accordance with the output of the substrate bias power supply, a finer ion energy can be obtained. The distribution can be controlled. Thus, ions having an arbitrary ion energy can be efficiently incident on the material to be processed 116. Therefore, by using a distribution having a large amount of ions with high ion energy, for example, as shown in FIG. Processing of HARC (High Aspect Ratio Contact) formed in SiO 2 which is a deep hole (a deep hole having a diameter of 0.1 μm and a depth of 2 μm such as an aspect ratio of 20) and deep trench formed in Si becomes easy. .

 また、被処理材に対しては効果的なイオンエネルギーであって、マスクや下地材に対しては効果的でないイオンエネルギーを選択・制御することができるので、対マスクや対下地材に対する選択比を向上させたエッチング処理を行うことができる。これにより、高品質なエッチング処理が可能となるという効果がある。 In addition, it is possible to select and control ion energy that is effective for the material to be processed and is not effective for the mask and the base material. Can be performed. Thereby, there is an effect that high-quality etching can be performed.

 また、酸化膜エッチングの場合には、高エネルギーのイオンが入射するので、下地膜等に格子欠陥を生じダメージを与える可能性があるが、本実施例のイオンエネルギー制御によれば、エッチレートを確保し、かつダメージを与えないエッチング処理が可能となり、高品質でスループットおよび歩留まりの高い表面処理が可能である。 In the case of oxide film etching, high-energy ions are incident, which may cause lattice defects in the underlying film or the like and cause damage. However, according to the ion energy control of this embodiment, the etch rate is reduced. Etching can be performed while ensuring no damage, and surface processing with high quality and high throughput and high yield can be performed.

 次に、本発明の第二の実施例を図6ないし図9により説明する。図6に整合器118の回路構成例を示す。本図が図2と異なる点は、図2のクリップ回路201aにおけるダイオード(D1)と直流電源(Vb1)の向きを逆向きに接続し、ダイオード(D2)と直流電源(Vb2)としたクリップ回路(平坦化回路)201bとしてある点である。この場合、ダイオード(D2)は高周波電圧の正側をカットし、直流電源(Vb2)によって正電位を与える。これによって、直流電源(Vb2)の設定値によりダイオード(D2)の動作電圧を設定する。この回路構成により任意の電圧値で電圧波形をクリップ(平坦化または切取り)することが可能となり、図7に示すような高周波電圧の電圧波形302を得ることができる。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 6 shows a circuit configuration example of the matching unit 118. This drawing is different from FIG. 2 in that the clipping circuit 201a shown in FIG. 2 has a diode (D1) and a DC power supply (Vb2) connected in opposite directions, and a diode (D2) and a DC power supply (Vb2). (Planarization circuit) 201b. In this case, the diode (D2) cuts the positive side of the high-frequency voltage and gives a positive potential by the DC power supply (Vb2). Thus, the operating voltage of the diode (D2) is set according to the set value of the DC power supply (Vb2). With this circuit configuration, a voltage waveform can be clipped (flattened or cut) at an arbitrary voltage value, and a voltage waveform 302 of a high-frequency voltage as shown in FIG. 7 can be obtained.

 本装置のクリップ回路201bにおける直流電源(Vb2)を任意のクリップ電圧に設定することにより、図7に示す電圧波形302の電圧Vbが任意に設定でき、例えば、周波数800kHzの正弦波の電圧波形の正側を任意の電圧でクリップすることができる。 By setting the DC power supply (Vb2) in the clipping circuit 201b of the present apparatus to an arbitrary clipping voltage, the voltage Vb of the voltage waveform 302 shown in FIG. 7 can be set arbitrarily. The positive side can be clipped at any voltage.

 図8に直流電源(Vb2)を変化させて電圧波形302を制御した場合の、被処理材116に入射するイオンのエネルギー分布を示す。縦軸はイオン量で横軸はイオンエネルギーである。図8には、基板電極115に正弦波電圧波形を印加した場合のイオンエネルギー分布波形401と、正電圧側のクリップ電圧(Vb)を50Vに設定した場合のイオンエネルギー分布波形407と、負電圧側のクリップ電圧(Vb)を−600Vに設定した場合のイオンエネルギー分布波形408とを示してある。図示されたように、クリップ電圧(Vb)を50Vとし、プラズマ電位を低く抑えることによって、高エネルギー側に多く分布しているイオンエネルギーの電位値を下げるとともに、低エネルギー側に分布するイオンの量を増加させることができる。また、図8から分かるように電圧波形の負電圧側をクリップすれば高イオンエネルギーのイオン量が多い分布とすることができ、電圧波形の正電圧側をクリップすれば低イオンエネルギーのイオン量が多い分布とすることができる。 FIG. 8 shows the energy distribution of ions incident on the material 116 when the voltage waveform 302 is controlled by changing the DC power supply (Vb2). The vertical axis represents the ion amount and the horizontal axis represents the ion energy. FIG. 8 shows an ion energy distribution waveform 401 when a sine wave voltage waveform is applied to the substrate electrode 115, an ion energy distribution waveform 407 when the positive voltage side clip voltage (Vb) is set to 50 V, and a negative voltage. 7 shows an ion energy distribution waveform 408 when the clip voltage (Vb) on the side is set to −600 V. As shown in the figure, by setting the clip voltage (Vb) to 50 V and suppressing the plasma potential, the potential value of the ion energy distributed more on the high energy side is reduced, and the amount of ions distributed on the lower energy side is reduced. Can be increased. As can be seen from FIG. 8, if the negative voltage side of the voltage waveform is clipped, a distribution with a large amount of ions of high ion energy can be obtained, and if the positive voltage side of the voltage waveform is clipped, the amount of ions of low ion energy can be reduced. There can be many distributions.

 したがって、基板電極115に印加するバイアス電圧波形を調整することにより、イオンエネルギー分布を制御することが可能である。これにより、任意のイオンエネルギーを持つイオンを効率的に被処理材116に入射させることが可能となるので、低イオンエネルギーのイオン量が多い分布を用いることにより、例えば、図9に示すような下地材料との選択比を必要とするSACのエッチング処理に有効となる。 Therefore, by adjusting the bias voltage waveform applied to the substrate electrode 115, the ion energy distribution can be controlled. Accordingly, ions having an arbitrary ion energy can be efficiently incident on the processing target material 116. Therefore, by using a distribution having a large amount of ions with low ion energy, for example, as shown in FIG. This is effective for the SAC etching process that requires a selectivity with the underlying material.

 次に、本発明の第三の実施例を図10ないし図12により説明する。図10に整合器118の他に実施例の回路構成例を示す。インダクター(L1,L2)およびコンデンサ(C1)で構成される整合部200よりも負荷側のアクティブライン202とグランド線203との間にダイオード(D1,D2)と直流電源(Vb1,Vb2)とを直列に接続したクリップ回路(平坦化回路)201cを接続する。ダイオード(D1)は高周波電圧の負電圧側をカットし、直流電源(Vb1)によって負電位を与えるようにして、直流電源(Vb1)の設定値によりダイオード(D1)の動作電圧を設定する。ダイオード(D2)は高周波電圧の正電圧側をカットし、直流電源(Vb2)によって正電位を与えるようにして、直流電源(Vb2)の設定値によりダイオード(D2)の動作電圧を設定する。この回路構成により正電圧側および負電圧側の任意の電圧値で電圧波形をクリップ(平坦化または切取り)することが可能となり、図12に示すような高周波電圧の電圧波形303を得ることができる。図12は整合器118のクリップ回路201cを用いて出力させた基板電極115に印加する電圧波形303を示す。縦軸は電圧で横軸は時間である。 Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 10 shows a circuit configuration example of the embodiment in addition to the matching unit 118. Diodes (D1, D2) and DC power supplies (Vb1, Vb2) are provided between the active line 202 and the ground line 203 on the load side of the matching unit 200 composed of the inductors (L1, L2) and the capacitor (C1). A clip circuit (flattening circuit) 201c connected in series is connected. The diode (D1) cuts off the negative voltage side of the high-frequency voltage and gives a negative potential by the DC power supply (Vb1), and sets the operating voltage of the diode (D1) by the set value of the DC power supply (Vb1). The diode (D2) cuts off the positive voltage side of the high frequency voltage and gives a positive potential by the DC power supply (Vb2), and sets the operating voltage of the diode (D2) by the set value of the DC power supply (Vb2). With this circuit configuration, the voltage waveform can be clipped (flattened or cut) at arbitrary voltage values on the positive voltage side and the negative voltage side, and a voltage waveform 303 of a high-frequency voltage as shown in FIG. 12 can be obtained. . FIG. 12 shows a voltage waveform 303 applied to the substrate electrode 115 output using the clip circuit 201c of the matching unit 118. The vertical axis is voltage and the horizontal axis is time.

 また、図11は整合器118の他の例を示す。本整合器には、整合部200よりも負荷側のアクティブライン202にスイッチング素子、例えば、トランジスタTr1,Tr2を設置し、トランジスタTr1,Tr2のベース電極に直流電源Vb1,Vb2を接続したクリップ回路201dが設けてある。本クリップ回路201dは、直流電源Vb1,Vb2の設定値によりトランジスタをスイッチング動作させることにより、前述の図10に示す整合器と同様に、電圧波形の正電圧側および負電圧側を任意の電圧値でクリップすることが可能にしてある。 FIG. 11 shows another example of the matching unit 118. In this matching device, a clipping circuit 201d in which switching elements, for example, transistors Tr1 and Tr2 are provided on the active line 202 on the load side of the matching unit 200, and DC power supplies Vb1 and Vb2 are connected to base electrodes of the transistors Tr1 and Tr2. Is provided. The clipping circuit 201d performs switching operation of the transistors according to the set values of the DC power supplies Vb1 and Vb2, thereby setting the positive voltage side and the negative voltage side of the voltage waveform to arbitrary voltage values in the same manner as the matching device shown in FIG. It is possible to clip with.

 図10に示したクリップ回路201cでは、ダイオードを介して通過する直流電流の電流量が大きい場合、直流電源の内部抵抗により電圧降下が発生するためダイオードの動作電圧が変動してしまう場合がある。しかしながら、図11に示したトランジスタを用いた場合には、直流電源の内部抵抗による電圧変動を無視できるため、クリッピング動作を精度良く実施することが可能となる。 で は In the clip circuit 201c shown in FIG. 10, when the amount of DC current passing through the diode is large, the operating voltage of the diode may fluctuate because a voltage drop occurs due to the internal resistance of the DC power supply. However, when the transistor shown in FIG. 11 is used, the voltage fluctuation due to the internal resistance of the DC power supply can be ignored, so that the clipping operation can be performed with high accuracy.

 図10および図11のクリップ回路201cおよび201dにおける直流電源(Vb1,Vb2)を任意に設定することにより、例えば、周波数800kHzの正弦波の電圧波形を任意の電圧でクリップすることができる。これにより、直流電源(Vb)を変化させ電圧波形303を制御することにより、被処理材116に入射するイオンのエネルギー分布を前述の図4および図8に示すようなエネルギー分布にすることができる。 任意 By arbitrarily setting the DC power supplies (Vb1, Vb2) in the clipping circuits 201c and 201d in FIGS. 10 and 11, for example, a sine wave voltage waveform having a frequency of 800 kHz can be clipped with an arbitrary voltage. Thus, by changing the DC power supply (Vb) and controlling the voltage waveform 303, the energy distribution of ions incident on the material to be processed 116 can be made the energy distribution as shown in FIGS. 4 and 8 described above. .

 このような電圧波形の正電圧側および負電圧側を任意の電圧値でクリップできるクリップ回路を用いることにより、前述の第1および第2の実施例と同様の作用・効果をそれぞれに得ることができるとともに、両方の特性を持たせることも可能となるので、さらにプロセスウィンドウを広げることができるという効果がある。 By using a clipping circuit that can clip the positive voltage side and the negative voltage side of such a voltage waveform with an arbitrary voltage value, the same operation and effect as those of the first and second embodiments can be obtained. In addition to this, it is also possible to provide both characteristics, so that there is an effect that the process window can be further expanded.

 以上、これらの実施例によれば、基板電極に印加する高周波電圧の電圧波形を平坦化できるので、種々のプロセスにおいてプロセス毎に最適なイオンエネルギー分布となるバイアス電圧を基板電極に印加することができ、高精度の表面処理を行うことができるという効果がある。 As described above, according to these embodiments, since the voltage waveform of the high-frequency voltage applied to the substrate electrode can be flattened, it is possible to apply a bias voltage having an optimum ion energy distribution to the substrate electrode in each of various processes. Thus, there is an effect that highly accurate surface treatment can be performed.

 また、基板電極に印加する高周波電圧の電圧波形の正電圧側を平坦化することにより、プラズマ電位の上昇を抑制することができるので、プラズマ中のイオンが処理室内壁をスパッタすることがなく金属汚染を低減でき、また処理室下部の空間へのプラズマ拡散を防ぐことができるので異物の増加を抑制することのできるという効果がある。 In addition, by flattening the positive voltage side of the voltage waveform of the high-frequency voltage applied to the substrate electrode, it is possible to suppress an increase in the plasma potential, so that ions in the plasma do not sputter the inner wall of the processing chamber. Since contamination can be reduced and plasma diffusion into the space below the processing chamber can be prevented, there is an effect that an increase in foreign substances can be suppressed.

 なお、これら第一ないし第三の実施例に示したクリップ回路は、前述記載の構成に限定されるものではなく、電子回路において一般に用いられるクリップ回路の構成を利用し得る。 The clipping circuits shown in the first to third embodiments are not limited to the above-described configuration, but may use the configuration of a clipping circuit generally used in an electronic circuit.

 なお、これらの実施例は、真空容器内にアンテナ電極を有する有磁場UHFプラズマ処理装置を例に述べたが、図13に示すような真空容器外にアンテナ電極を設けた有磁場UHFプラズマ処理装置にも適用できる。本図の装置が図1の装置と異なる点は、処理容器102と誘電体窓123によって処理室を気密に構成し、アンテナ電極103が誘電体窓123上部に設けられ処理室の外側、すなわち、真空容器外に配置されている点と、アンテナ電極103にはプラズマ生成用の高周波電源111の回路のみが設けてある点である。 In these embodiments, a magnetic field UHF plasma processing apparatus having an antenna electrode in a vacuum vessel has been described as an example, but a magnetic field UHF plasma processing apparatus having an antenna electrode outside the vacuum vessel as shown in FIG. Also applicable to 1 differs from the apparatus in FIG. 1 in that the processing chamber is airtightly configured by the processing container 102 and the dielectric window 123, and the antenna electrode 103 is provided above the dielectric window 123, outside the processing chamber, that is, The point is that the antenna electrode 103 is disposed outside the vacuum vessel, and the antenna electrode 103 is provided with only the circuit of the high frequency power supply 111 for plasma generation.

 また、UHFプラズマ装置以外の装置、例えば、CCP(capacitively coupled plasma),二周波励起(Dual−frequency plasma),SWP(surface wave excited plasma),マグネトロン装置,VHFプラズマ,TCP,ICP等のタイプの装置についても同様に適用できる。なお、図14ないし図16にこれら装置の一部を示す。図14に示す装置は、上部が開放された処理容器102の上部に誘電体窓603を設置・密封し処理室を形成する。誘電体窓603上部には導波管602を介し、マグネトロン601が接続されている。マグネトロン601より発振された、例えば、2.45GHzのマイクロ波は導波管602を伝播し、誘電体窓603を介して、処理室内に導入され、磁場発生用コイル105により生成された、例えば、875Gの磁場との相互作用により、効率良くガスを電離しプラズマを発生させる装置となっている。なお、本図において図1と同符号は同一部材を示し説明を省略する。 In addition, devices other than the UHF plasma device, for example, CCP (capacitively coupled @ plasma), dual-frequency excitation (Dual-frequency @ plasma), SWP (surface @ wave @ excited @ plasma), magnetron devices, VHF plasma, etc. Is similarly applicable. 14 to 16 show some of these devices. In the apparatus shown in FIG. 14, a processing window is formed by installing and sealing a dielectric window 603 on the upper part of the processing container 102 whose upper part is opened. A magnetron 601 is connected to the upper part of the dielectric window 603 via a waveguide 602. The microwave of, for example, 2.45 GHz emitted from the magnetron 601 propagates through the waveguide 602, is introduced into the processing chamber through the dielectric window 603, and is generated by the magnetic field generating coil 105, for example. The apparatus efficiently ionizes gas to generate plasma by interacting with a 875 G magnetic field. In this drawing, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same members, and a description thereof will be omitted.

 図15に示す装置は、上部が開放された処理容器102の上部に誘電体窓603を設置・密封し処理室を形成する。誘電体窓603上部にはループアンテナ701が設置されている。また、ループアンテナ701は、例えば、13.56MHzのアンテナ電源702に接続されている。ループアンテナ701より誘電体窓603を介して高周波電力が処理室内に供給されプラズマを生成する装置となっている。なお、本図において図1と同符号は同一部材を示し説明を省略する。 装置 In the apparatus shown in FIG. 15, a dielectric window 603 is installed and sealed on the upper part of the processing container 102 whose upper part is opened to form a processing chamber. A loop antenna 701 is provided above the dielectric window 603. The loop antenna 701 is connected to, for example, a 13.56 MHz antenna power supply 702. High-frequency power is supplied from a loop antenna 701 through a dielectric window 603 into a processing chamber to generate plasma. In this drawing, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same members, and a description thereof will be omitted.

 図16に示す装置は、上部が密閉された処理容器102の上部に誘電体窓104(例えば、石英製)および上部電極103を設置・密封する。上部電極103は、例えば、27MHz又は60MHzの高周波電源801に接続されている。上部電極103より処理室内に供給される高周波電力によりプラズマが生成される装置となっている。なお、本図において図1と同符号は同一部材を示し説明を省略する。 装置 The apparatus shown in FIG. 16 has a dielectric window 104 (for example, made of quartz) and an upper electrode 103 placed and sealed on the upper part of the processing container 102 whose upper part is sealed. The upper electrode 103 is connected to, for example, a high frequency power supply 801 of 27 MHz or 60 MHz. In this apparatus, plasma is generated by high-frequency power supplied from the upper electrode 103 into the processing chamber. In this drawing, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same members, and a description thereof will be omitted.

 本発明の第4の実施例を図17を用いて説明する。本図において図1と同符号は同一部材を示し説明を省略する。本図が図1と異なる点を以下に説明する。アンテナバイアス電源114と基板バイアス電源119は位相制御器122に接続されており、アンテナバイアス電源114および基板バイアス電源119から出力する高周波の位相を制御可能となっている。この場合、アンテナバイアス電源114と基板バイアス電源119の周波数は、例えば、800kHzとしてあり同一周波数としてある。 A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this figure, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same members, and a description thereof will be omitted. The difference between this figure and FIG. 1 will be described below. The antenna bias power supply 114 and the substrate bias power supply 119 are connected to a phase controller 122 so that the phase of a high frequency output from the antenna bias power supply 114 and the substrate bias power supply 119 can be controlled. In this case, the frequencies of the antenna bias power supply 114 and the substrate bias power supply 119 are, for example, 800 kHz, which are the same.

 位相制御器122は、アンテナバイアス電源114側のフィルター112と整合器113との間および基板バイアス電源119側のフィルター117と整合器118との間からそれぞれ電力信号を取り込み、位相制御器122内でそれぞれの電力の位相が逆相、この場合、180°±45°以内の所望の位相差になるように、アンテナバイアス電源114と基板バイアス電源119とに位相をずらした小振幅の信号を出力する。この場合のアンテナバイアス電源114および基板バイアス電源119はアンプ機能を有するのみで良い。 The phase controller 122 takes in power signals from between the filter 112 and the matching unit 113 on the antenna bias power supply 114 side and between the filter 117 and the matching unit 118 on the substrate bias power supply 119 side, respectively. A small-amplitude signal whose phases are shifted to the antenna bias power supply 114 and the substrate bias power supply 119 is output so that the phases of the respective powers are opposite phases, in this case, a desired phase difference within 180 ° ± 45 °. . In this case, the antenna bias power supply 114 and the substrate bias power supply 119 need only have an amplifier function.

 また、位相制御器122が、アンテナバイアス電源114側のフィルター112と整合器113との間および基板バイアス電源119側のフィルター117と整合器118との間からそれぞれ電力信号を取り込み、電力の出力タイミングを指示するトリガー信号のみを出力するものである場合には、アンテナバイアス電源114および基板バイアス電源119はオシレータ機能を有するものとする。 Further, the phase controller 122 takes in power signals from between the filter 112 and the matching unit 113 on the side of the antenna bias power supply 114 and between the filter 117 and the matching unit 118 on the side of the substrate bias power supply 119, respectively, and outputs the power output timing. In this case, the antenna bias power supply 114 and the substrate bias power supply 119 have an oscillator function.

 アンテナ電極103と基板電極115に印加される高周波電圧が逆相(好ましくは180°±30°の範囲以内)の場合、例えば、基板電極115に正の電圧が印加されているとき、アンテナ電極103には負の電圧が印加されるので、アンテナ電極103にはイオンが入射するが電子は入射せず、アンテナ電極103近傍は電子リッチな状態になり、対向する電極が効率よくアースとしての機能を有することからプラズマ電位が高周波電力によらず、高周波電圧のピーク電圧値からすれば、ほぼ0Vに近い20〜30V程度の電圧値に固定されるため、前述の実施例1で示した整合器118によって基板電極115側のイオンエネルギー制御効果を、より精度良く実現することが可能になる。またこれにより、チャージングダメージの低減も行うことができるという効果がある。 When the high-frequency voltages applied to the antenna electrode 103 and the substrate electrode 115 are in opposite phases (preferably within the range of 180 ° ± 30 °), for example, when a positive voltage is applied to the substrate electrode 115, Since a negative voltage is applied to the antenna electrode, ions are incident on the antenna electrode 103 but electrons are not incident, and the vicinity of the antenna electrode 103 is in an electron-rich state, and the opposing electrode efficiently functions as a ground. Therefore, the plasma potential is fixed to a voltage value of about 20 to 30 V, which is almost 0 V, from the peak voltage value of the high-frequency voltage regardless of the high-frequency power, so that the matching unit 118 described in the first embodiment is used. Thereby, the ion energy control effect on the substrate electrode 115 side can be realized with higher accuracy. This also has the effect that charging damage can be reduced.

 また、基板電極115側に設けた整合器118のクリップ回路201と同様のクリップ回路を、アンテナ電極103側に設けた整合器113にも設けることにより、さらにアンテナ電極103のバイアス電圧の電圧波形も制御できるので、さらなるプロセス処理のウィンドウを広げることができる。 Further, by providing a clipping circuit similar to the clipping circuit 201 of the matching device 118 provided on the substrate electrode 115 side also on the matching device 113 provided on the antenna electrode 103 side, the voltage waveform of the bias voltage of the antenna electrode 103 is further reduced. Control allows the window for further processing to be widened.

 以上、本発明によれば、基板電極に印加する高周波電圧波形を調整することにより、イオンエネルギー分布におけるイオンのエネルギー電位や量を制御でき、高精度なプラズマ処理やチャージングダメージの少ないプラズマ処理が可能になるという効果がある。 As described above, according to the present invention, by adjusting the high-frequency voltage waveform applied to the substrate electrode, the energy potential and amount of ions in the ion energy distribution can be controlled, and highly accurate plasma processing and plasma processing with less charging damage can be performed. There is an effect that it becomes possible.

 なお、上述のこれら実施例ではエッチング装置について述べたが、アッシング装置,プラズマCVD装置など、基板電極へ高周波電力を供給する他のプラズマ処理装置にも同様に適用することができる。 Although the etching apparatus has been described in the above embodiments, the present invention can be similarly applied to other plasma processing apparatuses that supply high-frequency power to the substrate electrode, such as an ashing apparatus and a plasma CVD apparatus.

本発明の第1の実施例であるプラズマ処理装置を示す縦断面図。FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a plasma processing apparatus according to a first embodiment of the present invention. 図1の装置の整合器の一例を示す回路図。FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a matching device of the device in FIG. 1. 図2の整合器を用いて制御した電圧波形例を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a voltage waveform controlled using the matching device in FIG. 2. 図3の直流電圧(Vb)の値とイオンエネルギー分布との関係を示す図。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the value of the DC voltage (Vb) in FIG. 3 and the ion energy distribution. 図1の装置を用いてエッチング処理する被処理材の一例を示す縦断面図。FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing an example of a workpiece to be etched using the apparatus shown in FIG. 1. 本発明の第二の実施例であり、図1の装置の整合器の一例を示す回路図。FIG. 4 is a circuit diagram showing a second embodiment of the present invention and an example of a matching device of the apparatus shown in FIG. 1. 図6の整合器を用いて制御した電圧波形例を示す図。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a voltage waveform controlled using the matching device of FIG. 6. 図7の直流電圧(Vb)の値とイオンエネルギー分布との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the value of the direct-current voltage (Vb) of FIG. 7, and ion energy distribution. 図6の整合器を用いた装置によりエッチング処理する被処理材の一例を示す縦断面図。FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing an example of a workpiece to be etched by an apparatus using the matching device of FIG. 6. 本発明の第3の実施例であり、図1の装置の整合器の一例を示す回路図。FIG. 6 is a circuit diagram showing a third embodiment of the present invention and an example of a matching device of the device shown in FIG. 1. 図10の整合器の他の例を示す回路図。FIG. 11 is a circuit diagram showing another example of the matching device in FIG. 10. 図10および図11の整合器を用いて制御した電圧波形例を示す図。FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a voltage waveform controlled using the matching device of FIGS. 10 and 11. 本発明の第4の実施例であるプラズマ処理装置を示す縦断面図。FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing a plasma processing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. 本発明の第5の実施例であるプラズマ処理装置を示す縦断面図。FIG. 13 is a vertical sectional view showing a plasma processing apparatus according to a fifth embodiment of the present invention. 本発明の第6の実施例であるプラズマ処理装置を示す縦断面図。FIG. 13 is a longitudinal sectional view showing a plasma processing apparatus according to a sixth embodiment of the present invention. 本発明の第7の実施例であるプラズマ処理装置を示す縦断面図。FIG. 13 is a vertical sectional view showing a plasma processing apparatus according to a seventh embodiment of the present invention. 本発明の第8の実施例であるプラズマ処理装置を示す縦断面図。FIG. 14 is a vertical sectional view showing a plasma processing apparatus according to an eighth embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

 101…真空容器、102…処理容器、103…アンテナ電極、104…誘電体窓、105…磁場発生用コイル、106…真空排気口、107…ガス供給装置、108…同軸線路、109,112,117,120…フィルター、110,113,118…整合器、111…高周波電源、114…アンテナバイアス電源、115…基板電極、116…被処理材、119…基板バイアス電源、121…静電チャック電源、122…位相制御器、200…整合部、201,201a,201b,201c,201d…クリップ回路、202…アクティブライン、203…グランド線。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... vacuum container, 102 ... processing container, 103 ... antenna electrode, 104 ... dielectric window, 105 ... magnetic field generating coil, 106 ... vacuum exhaust port, 107 ... gas supply device, 108 ... coaxial line, 109, 112, 117 , 120: filter, 110, 113, 118: matching unit, 111: high-frequency power supply, 114: antenna bias power supply, 115: substrate electrode, 116: material to be processed, 119: substrate bias power supply, 121: electrostatic chuck power supply, 122 ... Phase controller, 200, matching unit, 201, 201a, 201b, 201c, 201d, clipping circuit, 202, active line, 203, ground line.

Claims (19)

 プラズマ生成と試料へのバイアス電圧印加をそれぞれ独立制御し、前記試料をプラズマ処理する方法において、前記試料に印加するバイアス電圧を高周波電圧で与え、かつ前記高周波電圧の電圧波形を任意の電圧で平坦化することを特徴とするプラズマ処理方法。 In the method of independently controlling the generation of a plasma and the application of a bias voltage to a sample, and applying a bias voltage to the sample as a high-frequency voltage, and flattening the voltage waveform of the high-frequency voltage at an arbitrary voltage in the method of plasma-treating the sample. A plasma processing method comprising:  請求項1記載のプラズマ処理方法において、前記基板電極に印加する高周波電圧の負電圧側の電圧波形を平坦化するプラズマ処理方法。 A plasma processing method according to claim 1, wherein the voltage waveform on the negative voltage side of the high-frequency voltage applied to the substrate electrode is flattened.  請求項1記載のプラズマ処理方法において、前記基板電極に印加する高周波電圧の正電圧側の電圧波形を平坦化するプラズマ処理方法。 A plasma processing method according to claim 1, wherein a voltage waveform on the positive voltage side of the high-frequency voltage applied to the substrate electrode is flattened.  請求項1記載のプラズマ処理方法において、前記基板電極に印加する高周波電圧の正負両電圧側の電圧波形を平坦化するプラズマ処理方法。 A plasma processing method according to claim 1, wherein a voltage waveform on both positive and negative sides of a high frequency voltage applied to the substrate electrode is flattened.  請求項1記載のプラズマ処理方法において、前記基板電極に対向する電極を設け、前記両電極に同一周波数の高周波電圧を印加し、該高周波電圧の位相を制御するプラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 1, wherein an electrode facing the substrate electrode is provided, a high-frequency voltage having the same frequency is applied to both electrodes, and a phase of the high-frequency voltage is controlled.  真空排気装置が接続され内部を減圧可能な処理室と、該処理室内へガスを供給するガス供給装置と、前記処理室内に設けられ被処理材を載置可能な基板電極と、該基板電極へ整合器を介して接続された高周波電源と、前記処理室にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記整合器内または前記基板電極と前記整合器との間に設けた電圧波形を平坦化する電圧波形制御回路とを含むことを特徴とするプラズマ処理装置。 A processing chamber to which a vacuum evacuation device is connected, the inside of which can be depressurized; a gas supply device for supplying gas into the processing chamber; a substrate electrode provided in the processing chamber and capable of mounting a material to be processed; A high-frequency power supply connected via a matching device, plasma generating means for generating plasma in the processing chamber, and a voltage for flattening a voltage waveform provided in the matching device or between the substrate electrode and the matching device. A plasma processing apparatus, comprising: a waveform control circuit.  請求項6記載のプラズマ処理装置において、前記電圧波形制御回路は前記基板電極に印加する高周波電圧波形の負電圧側を任意の電圧で平坦化する回路を含むプラズマ処理装置。 7. The plasma processing apparatus according to claim 6, wherein the voltage waveform control circuit includes a circuit for flattening a negative voltage side of a high-frequency voltage waveform applied to the substrate electrode with an arbitrary voltage.  請求項6記載のプラズマ処理装置において、前記電圧波形制御回路は前記基板電極に印加する高周波電圧波形の正電圧側を任意の電圧で平坦化する回路を含むプラズマ処理装置。 7. The plasma processing apparatus according to claim 6, wherein the voltage waveform control circuit includes a circuit for flattening a positive voltage side of a high-frequency voltage waveform applied to the substrate electrode with an arbitrary voltage.  請求項6記載のプラズマ処理装置において、前記電圧波形制御回路は前記基板電極に印加する高周波電圧波形の正負両電圧側を任意の電圧で平坦化する回路を含むプラズマ処理装置。 7. The plasma processing apparatus according to claim 6, wherein the voltage waveform control circuit includes a circuit for flattening both positive and negative voltage sides of a high-frequency voltage waveform applied to the substrate electrode with an arbitrary voltage.  請求項6記載のプラズマ処理装置において、前記電圧波形制御回路は半導体素子と直流電源から成るプラズマ処理装置。 7. The plasma processing apparatus according to claim 6, wherein the voltage waveform control circuit includes a semiconductor element and a DC power supply.  請求項6記載のプラズマ処理装置において、前記基板電極と対向する電極が設けられ、該電極に高周波電源が接続されたプラズマ処理装置。 7. The plasma processing apparatus according to claim 6, wherein an electrode facing the substrate electrode is provided, and a high-frequency power supply is connected to the electrode.  請求項11記載のプラズマ処理装置において、前記2つの電極は同一周波数の高周波電圧が印加され、さらに、該高周波電圧の位相差を制御する位相制御器が設けられたプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 11, wherein a high-frequency voltage having the same frequency is applied to the two electrodes, and a phase controller that controls a phase difference between the high-frequency voltages is provided.  請求項5記載のプラズマ処理方法において、前記高周波電圧の位相は、位相差を180°±30°の範囲内で設定されるプラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 5, wherein the phase of the high-frequency voltage has a phase difference within a range of 180 ° ± 30 °.  請求項6記載のプラズマ処理装置において、前記電圧波形制御回路はダイオードと直流電源を含むプラズマ処理装置。 7. The plasma processing apparatus according to claim 6, wherein the voltage waveform control circuit includes a diode and a DC power supply.  請求項12記載のプラズマ処理装置において、前記位相制御器は位相差を180°±30°の範囲内で制御可能であるプラズマ処理装置。 13. The plasma processing apparatus according to claim 12, wherein the phase controller can control a phase difference within a range of 180 ° ± 30 °.  プラズマが生成される処理室内で試料をプラズマ処理する方法において、前記試料が配置される試料台に高周波電圧を印加し、かつ、前記高周波電圧の電圧波形を任意の電圧で平坦化することを特徴とするプラズマ処理方法。 In a method of performing plasma processing on a sample in a processing chamber in which plasma is generated, a high-frequency voltage is applied to a sample stage on which the sample is placed, and a voltage waveform of the high-frequency voltage is flattened by an arbitrary voltage. Plasma processing method.  請求項16記載のプラズマ処理方法において、前記基板電極に印加する高周波電圧の正負両電圧の少なくとも一方の電圧波形を平坦化するプラズマ処理方法。 17. The plasma processing method according to claim 16, wherein at least one of a positive and a negative voltage of a high frequency voltage applied to the substrate electrode is flattened.  真空排気装置が接続され内部を減圧可能な処理室と、該処理室内へガスを供給するガス供給装置と、前記処理室内に設けられ被処理材を載置可能な基板電極と、該基板電極へ整合器を介して接続された高周波電源と、前記整合器内または前記基板電極と前記整合器との間に設けられた電圧波形を平坦化する電圧波形制御回路とを含むことを特徴とするプラズマ処理装置。 A processing chamber to which a vacuum evacuation device is connected, the inside of which can be depressurized; a gas supply device for supplying gas into the processing chamber; a substrate electrode provided in the processing chamber and capable of mounting a material to be processed; A plasma, comprising: a high-frequency power supply connected via a matching device; and a voltage waveform control circuit for flattening a voltage waveform provided in the matching device or between the substrate electrode and the matching device. Processing equipment.  請求項18記載のプラズマ処理装置において、前記電圧波形制御回路は前記基板電極に印加される高周波電圧の正負両電圧の少なくとも一方の電圧波形を平坦化可能であるプラズマ処理装置。 19. The plasma processing apparatus according to claim 18, wherein the voltage waveform control circuit is capable of flattening at least one of a positive and a negative voltage of a high frequency voltage applied to the substrate electrode.
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