JP3157638B2 - Plasma processing equipment - Google Patents

Plasma processing equipment

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JP3157638B2
JP3157638B2 JP04149893A JP4149893A JP3157638B2 JP 3157638 B2 JP3157638 B2 JP 3157638B2 JP 04149893 A JP04149893 A JP 04149893A JP 4149893 A JP4149893 A JP 4149893A JP 3157638 B2 JP3157638 B2 JP 3157638B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、例えば半導体装置の
製造の際に行われる例えばエッチングや成膜に用いられ
るプラズマ処理装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing apparatus used, for example, for etching or film formation in the manufacture of semiconductor devices.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体装置を製造する際の半導体
基板へのダメージ軽減及び加工精度向上並びに生産性の
向上等を図るために、高密度でかつ低エネルギーなプラ
ズマを利用できるプラズマ処理装置が求められており、
このため、電子サイクロトロン共鳴(ECR)を利用し
たもの及びヘリコン波を利用したものなどが注目されて
いる(例えば文献I:「日経マイクロデバイス」,19
91年10月号,pp89〜95)。
2. Description of the Related Art In recent years, a plasma processing apparatus capable of using high-density and low-energy plasma has been developed in order to reduce damage to a semiconductor substrate, improve processing accuracy, and improve productivity when manufacturing a semiconductor device. Is required,
For this reason, those utilizing electron cyclotron resonance (ECR) and those utilizing helicon waves have attracted attention (for example, Document I: "Nikkei Microdevice", 19).
October 1991, pp89-95).

【0003】ところで、ECRを利用したもの、ヘリコ
ン波を利用したものいずれの装置も、プラズマ生成のた
めに磁場及び高周波電磁波が必要であり、さらに、プラ
ズマ中のイオンの被プラズマ処理物への入射エネルギー
を制御するために被プラズマ処理物に高周波バイアスを
印加する必要があるので、磁場発生手段及び電磁波供給
手段を有したプラズマ源とバイアス用高周波電源とを具
えていた(例えば上記文献I)。以下、このような構成
について、上記文献Iに開示の拡散プラズマ型と称され
るECRプラズマ処理装置の例、ヘリコン波を利用した
プラズマ処理装置の例それぞれについて簡単に説明す
る。
[0003] By the way, both the devices utilizing the ECR and the devices utilizing the helicon wave require a magnetic field and a high-frequency electromagnetic wave for plasma generation, and furthermore, the incidence of ions in the plasma on the workpiece to be processed. Since it is necessary to apply a high-frequency bias to the plasma processing object in order to control the energy, a plasma source having a magnetic field generating unit and an electromagnetic wave supplying unit and a high-frequency power source for bias are provided (for example, the above-mentioned document I). Hereinafter, such a configuration will be briefly described with respect to an example of an ECR plasma processing apparatus called a diffusion plasma type disclosed in the above-mentioned Document I and an example of a plasma processing apparatus using a helicon wave.

【0004】先ず、拡散プラズマ型と称されるECRプ
ラズマ処理装置は、図3(A)に示したように、アルミ
ニウム或いは非磁性ステンレスなどで構成されるチャン
バ11と、このチャンバ11内に所定磁場を発生するた
めチャンバ11の外周に設けられたソレノイドコイル1
3と、電磁波供給手段としてのマイクロ波発生部(図示
せず)から導波管15を介し送られてきたマイクロ波を
チャンバ11内に導入するためチャンバ11の一部に設
けられた石英窓17と、被プラズマ処理物19を保持す
るための保持部21と、被プラズマ処理物19にバイア
スを加えるための高周波電源23とを具えていた。ここ
で、チャンバ11と、ソレノイドコイル13と、図示し
ないマイクロ波発生部とでプラズマ源が主に構成され
る。また、保持部21はこのプラズマ源からある程度離
れた位置に設けられている。
First, as shown in FIG. 3A, an ECR plasma processing apparatus called a diffusion plasma type has a chamber 11 made of aluminum or non-magnetic stainless steel and a predetermined magnetic field in the chamber 11. Solenoid coil 1 provided on the outer periphery of chamber 11 to generate
3 and a quartz window 17 provided in a part of the chamber 11 for introducing the microwaves transmitted from the microwave generation unit (not shown) as the electromagnetic wave supply means via the waveguide 15 into the chamber 11. And a holding unit 21 for holding the plasma processing object 19 and a high frequency power supply 23 for applying a bias to the plasma processing object 19. Here, a plasma source is mainly configured by the chamber 11, the solenoid coil 13, and a microwave generation unit (not shown). Further, the holding unit 21 is provided at a position distant from the plasma source to some extent.

【0005】また、ヘリコン波を利用したプラズマ処理
装置は、図3(B)に示したように、誘電体材料で構成
された容器31、ヘリコン波励起用のアンテナ33と該
アンテナ33へ高周波電力を印加するソース用高周波電
源35とで構成される電磁波供給手段、及び磁場発生手
段37で主に構成されるプラズマ源39と、保持部21
に置かれた被プラズマ処理物19にバイアスを印加する
ための高周波電源23とを具えていた。
As shown in FIG. 3B, a plasma processing apparatus using a helicon wave includes a container 31 made of a dielectric material, an antenna 33 for helicon wave excitation, and a high-frequency power supplied to the antenna 33. An electromagnetic wave supply unit composed of a source high-frequency power supply 35 for applying a magnetic field, a plasma source 39 mainly composed of a magnetic field generation unit 37, and a holding unit 21.
And a high-frequency power supply 23 for applying a bias to the plasma processing object 19 placed in the apparatus.

【0006】これら従来のプラズマ処理装置では、いず
れも、バイアス用高周波電源23として、周波数が40
0KHz〜13.56MHzの高周波電力を印加できる
電源が使用されていた。
In each of these conventional plasma processing apparatuses, a frequency of 40
A power supply capable of applying a high frequency power of 0 KHz to 13.56 MHz has been used.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
プラズマ処理装置では、いずれのものも、被プラズマ処
理物に印加されるバイアス高周波電力の周波数は最高で
も13.56MHzであった。また、被プラズマ処理物
表面における電子のサイクロトロン周波数は、図3
(A)を参照して説明した拡散プラズマ型のECRプラ
ズマ処理装置にあっては、被プラズマ処理物表面の磁場
強度が例えば50ガウスであるとすると公知のECR条
件式(fC =2.8B×106 。fC は被プラズマ処理
物表面における電子のサイクロトロン周波数(Hz)、
Bは被プラズマ処理物表面での磁束密度(ガウス)であ
る。)より140MHzとなり、また、ヘリコン波を利
用したプラズマ処理装置にあっては、被プラズマ処理物
表面の磁場強度を例えば5ガウスとすると同条件式より
14MHzとなる。このように、従来の装置では、いず
れのものも、バイアス電力の周波数は被プラズマ処理物
表面における電子のサイクロトロン周波数に比べ、EC
R型にあっては極めて小さく、ヘリコン波を利用したも
のにあっても小さかった。このため、被プラズマ処理物
に印加された高周波パワーが磁場に沿ってプラズマ源に
まで伝播してしまう現象を引き起こす。このため、プラ
ズマ電位の変動、浮遊電位の変動を起こす原因となる。
また、上記現象は、プラズマ源の電磁波供給手段(EC
R型のものでは図示しないマイクロ波発生部の電源、ヘ
リコン波利用のものでは高周波電源35)からのパワー
とバイアス用高周波電源23からのパワーとを相互に干
渉させる原因になるので、プラズマ生成条件とバイアス
条件とをそれぞれ独立に制御することができないことに
もなる。なお、上述のような現象が生じることは、プラ
ズマにおける左回りカットオフ周波数より低い周波数の
電磁波はプラズマ中を原則的には伝播できないがこの左
回りカットオフ周波数より低くとも電子のサイクロトロ
ン周波数以下の周波数の電磁波は磁場が存在するとプラ
ズマ中を伝播するという周知の現象により、説明され
る。図4はこれを具体的に示した図であり、磁場に沿っ
て伝播する電磁波の分散関係を示した公知のω(角周波
数)−k(波数=2π/波長)特性図である。図4にお
いて、ωPeは電子のプラズマ角周波数、|Ωe |は電子
のサイクロトロン角周波数、cは光の速度、Rは右偏
波、Lは左偏波、ωR は生成されているプラズマにおけ
る右回りカットオフ角周波数、ωL は同じく左回りカッ
トオフ角周波数である。この図4においてIで示した周
波数帯が従来のバイアス用高周波電源で使用されていた
周波数である。
However, in any of the conventional plasma processing apparatuses, the frequency of the bias high-frequency power applied to the object to be processed is at most 13.56 MHz. In addition, the cyclotron frequency of electrons on the surface of the plasma processing object is shown in FIG.
In the diffusion plasma type ECR plasma processing apparatus described with reference to (A), if the magnetic field intensity on the surface of the plasma processing target is, for example, 50 gauss, a known ECR conditional expression (f C = 2.8B) × 10 6, where f C is the cyclotron frequency (Hz) of electrons on the surface of the object to be plasma-processed,
B is the magnetic flux density (Gauss) on the surface of the plasma processing object. ), And in a plasma processing apparatus using helicon waves, if the magnetic field intensity on the surface of the plasma processing object is, for example, 5 gauss, the frequency is 14 MHz according to the same conditional expression. As described above, in each of the conventional apparatuses, the frequency of the bias power is smaller than the cyclotron frequency of the electrons on the surface of the plasma processing object by EC.
The R type was extremely small, and the one using helicon waves was also small. This causes a phenomenon in which the high-frequency power applied to the plasma processing object propagates along the magnetic field to the plasma source. This causes fluctuations in plasma potential and floating potential.
The above phenomenon is caused by the electromagnetic wave supply means (EC
In the case of the R type, the power from the microwave generator (not shown) and the power from the high frequency power supply 35) and the power from the high frequency power supply for bias 23 in the case of the helicon wave use cause mutual interference. And the bias condition cannot be controlled independently of each other. Note that the phenomenon described above occurs because electromagnetic waves having a frequency lower than the counterclockwise cutoff frequency in plasma cannot propagate in the plasma in principle, but even lower than this counterclockwise cutoff frequency is lower than the electron cyclotron frequency. Electromagnetic waves at frequencies are explained by the well-known phenomenon that they propagate through the plasma in the presence of a magnetic field. FIG. 4 is a diagram specifically showing this, and is a well-known ω (angular frequency) -k (wave number = 2π / wavelength) characteristic diagram showing a dispersion relationship of an electromagnetic wave propagating along a magnetic field. In FIG. 4, ω Pe is the plasma angular frequency of the electrons, | Ω e | is the cyclotron angular frequency of the electrons, c is the speed of light, R is the right-polarized wave, L is the left-polarized wave, and ω R is the plasma being generated. Is a clockwise cutoff angular frequency, and ω L is a counterclockwise cutoff angular frequency. The frequency band indicated by I in FIG. 4 is the frequency used in the conventional bias high-frequency power supply.

【0008】この発明はこのような点に鑑みなされたも
のであり、従ってこの発明の目的は被プラズマ処理物に
バイアスを加えるために使用される高周波電力がプラズ
マ源に影響することを防止若しくは従来より軽減できる
プラズマ処理装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and it is therefore an object of the present invention to prevent a high frequency power used for applying a bias to an object to be processed from influencing a plasma source, or to prevent a plasma source from being affected. It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus that can be further reduced.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、この発明によれば、磁場発生手段及び電磁波発生手
段を有するプラズマ源と、被プラズマ処理物に高周波バ
イアスパワーを印加するためのバイアス用高周波電源と
を具えるプラズマ処理装置において、バイアス用高周波
電源として、被プラズマ処理物表面における電子のサイ
クロトロン周波数より高くかつ生成されているプラズマ
における左回りカットオフ周波数より低い周波数の高周
波電力を印加し得るバイアス用高周波電源を具えたこと
を特徴とする。
According to the present invention, there is provided a plasma source having a magnetic field generating means and an electromagnetic wave generating means, and a bias for applying a high frequency bias power to a plasma processing object. High-frequency power supply for applying a high frequency power higher than the cyclotron frequency of electrons on the surface of the object to be processed and lower than the counterclockwise cutoff frequency of the generated plasma in a plasma processing apparatus having a high frequency power supply for plasma. A high-frequency power supply for bias that can be used.

【0010】この発明の実施に当たり、前述のプラズマ
源をヘリコン波を利用したプラズマ源とするのが好適で
ある。
In practicing the present invention, it is preferable that the above-mentioned plasma source is a plasma source utilizing a helicon wave.

【0011】[0011]

【作用】この発明の構成によれば、被プラズマ処理物に
被プラズマ処理物表面における電子のサイクロトロン周
波数より高くかつ生成されているプラズマにおける左回
りカットオフ周波数より低い周波数のバイアス高周波電
力を印加しながらプラズマ処理の行えるプラズマ処理装
置が得られる。このような所定の周波数の高周波電力で
あるとこれを被プラズマ処理物に印加したとしてもその
電磁波はプラズマ源にまで伝播することができないか
ら、バイアス用高周波電源がプラズマ源に影響すること
を防止若しくは従来より軽減できる。
According to the structure of the present invention, bias high-frequency power having a frequency higher than the cyclotron frequency of electrons on the surface of the plasma processing object and lower than the counterclockwise cutoff frequency of the generated plasma is applied to the plasma processing object. Thus, a plasma processing apparatus capable of performing the plasma processing can be obtained. With such a high frequency power of a predetermined frequency, even if it is applied to the object to be processed, the electromagnetic wave cannot propagate to the plasma source, thereby preventing the high frequency power supply for bias from affecting the plasma source. Alternatively, it can be reduced more than before.

【0012】また、ヘリコン波を利用したプラズマ源の
場合は、ECRなど他のプラズマ源に比べ、被プラズマ
処理物表面での磁場強度が小さいので、被プラズマ処理
物表面での電子のサイクロトロン周波数も低くできる。
このため、バイアス用高周波電源をそれ程高周波数用と
しなくて済むのでこの発明を適用し易くなる。
In the case of a plasma source utilizing a helicon wave, the magnetic field strength on the surface of the object to be processed is smaller than that of other plasma sources such as ECR. Can be lowered.
For this reason, the high frequency power supply for bias does not need to be used for a high frequency, so that the present invention can be easily applied.

【0013】[0013]

【実施例】以下、ヘリコン波を利用したプラズマ源を有
するプラズマエッチング装置にこの発明を適用した例に
より実施例を説明する。この説明をいくつかの図面を参
照して行う。しかしながら、説明に用いる各図はこの発
明を理解できる程度に、各構成成分の寸法、形状、およ
び配置関係を概略的に示してあるにすぎない。したがっ
て、ガス導入系や、排気系などの図示は省略してある。
また、各図において同様な構成成分については同一の番
号を付して示してある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment will be described below with reference to an example in which the present invention is applied to a plasma etching apparatus having a plasma source using a helicon wave. This description is made with reference to some drawings. However, the drawings used in the description merely schematically show the dimensions, shapes, and arrangements of the components so that the present invention can be understood. Therefore, illustrations of a gas introduction system, an exhaust system, and the like are omitted.
In each figure, the same components are denoted by the same reference numerals.

【0014】図1は実施例のプラズマ処理装置の構成を
示した図である。この実施例のプラズマ処理装置は、誘
電体材料(例えば石英若しくはアルミナセラミックス)
で構成されプロセスガスが導入される中空容器51、ヘ
リコン波励起用のアンテナ53、このアンテナ53へ高
周波電力を印加するソース用高周波電源55、これらア
ンテナ53と電源55との整合を図るためのマッチング
ボックス57及び容器51に所定磁場を形成するための
磁場発生手段59で主に構成されるプラズマ源60を具
える。さらにこのプラズマ処理装置は、このプラズマ源
60で生成されたプラズマにより被プラズマ処理物61
に対しプラズマ処理を行うための室63(以下、プラズ
マ処理室63)と、該プラズマ処理室63内にバケット
磁場を形成するためこのプラズマ処理室63の外壁に設
けられた磁場発生手段65と、プラズマ処理室63内に
設けられ被プラズマ処理物61を保持するための保持部
67と、被プラズマ処理物61にバイアス用高周波電力
を印加するためのバイアス用高周波電源69とを具え
る。バイアス用高周波電力はブロッキングコンデンサ7
1及び保持部67を介し被プラズマ処理物61に印加さ
れる。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a plasma processing apparatus according to an embodiment. The plasma processing apparatus of this embodiment uses a dielectric material (for example, quartz or alumina ceramics).
, A hollow container 51 into which a process gas is introduced, an antenna 53 for helicon wave excitation, a high-frequency power source 55 for applying high-frequency power to the antenna 53, and matching for matching these antennas 53 and the power source 55. A plasma source 60 mainly comprising a box 57 and a magnetic field generating means 59 for generating a predetermined magnetic field in the container 51 is provided. Further, the plasma processing apparatus uses the plasma generated by the plasma source
A plasma processing chamber 63 (hereinafter referred to as a plasma processing chamber 63), and a magnetic field generating means 65 provided on an outer wall of the plasma processing chamber 63 for forming a bucket magnetic field in the plasma processing chamber 63; The plasma processing chamber 63 includes a holding unit 67 for holding the plasma processing target 61 and a bias RF power supply 69 for applying a bias RF power to the plasma processing target 61. The high frequency power for bias is a blocking capacitor 7
The voltage is applied to the object to be plasma-processed 61 via the holding member 1 and the holding portion 67.

【0015】この実施例のプラズマ処理装置において、
バイアス用高周波電源69以外の構成成分は従来公知の
ものと同様なもので構成できる。また、バイアス用高周
波電源69は、この発明に係るものであり、被プラズマ
処理物61表面における電子のサイクロトロン周波数よ
り高くかつ中空容器51に生成されるプラズマにおける
左回りカットオフ周波数(左回りカットオフ角周波数を
ωL とすると、ωL /2πで示される周波数)より低い
周波数の高周波電力を印加できるもので構成してある。
以下、このバイアス用高周波電源69の構成例について
説明する。
In the plasma processing apparatus of this embodiment,
The components other than the high frequency power source for bias 69 can be configured in the same manner as those conventionally known. The biasing high-frequency power source 69 according to the present invention is higher than the cyclotron frequency of electrons on the surface of the plasma processing object 61 and has a counterclockwise cutoff frequency (counterclockwise cutoff) of plasma generated in the hollow container 51. Assuming that the angular frequency is ω L , high frequency power of a frequency lower than ω L / 2π) can be applied.
Hereinafter, a configuration example of the bias high-frequency power supply 69 will be described.

【0016】先ず、被プラズマ処理物表面における電子
のサイクロトロン周波数fC (Hz)は周知のように、
次の(1)式により表わされる。ただし、式中Bは被プ
ラズマ処理物表面での磁束密度(ガウス)である。
First, as is well known, the cyclotron frequency f C (Hz) of the electrons on the surface of the object to be processed is
It is represented by the following equation (1). Here, B is the magnetic flux density (Gauss) on the surface of the plasma processing object.

【0017】fC =2.8B×106 ・・・(1) そして、ヘリコン被を利用したプラズマ処理装置でのプ
ラズマ源60の容器51及びプラズマ処理室63にわた
る空間での磁場分布は、一般に、図2に示したようなも
のである。ただし、図2中の磁場強度の単位はガウスで
ある。つまり、ヘリコン波を利用したプラズマ処理装置
では、プラズマ源60にプラズマを生成させるために必
要な磁場がECRプラズマ処理装置に比較して小さくて
済み(例えば100〜150ガウス)、かつ、被プラズ
マ処理物61はプラズマ源60から典型的には少なくと
も10cmは離れた位置に置かれるので、被プラズマ処
理物61表面での磁場強度即ち磁束密度Bは10ガウス
以下になる。そこで、被プラズマ処理物61表面での磁
場強度即ち磁束密度Bが例えば5ガウスであると仮定し
て被プラズマ処理物61表面での電子のサイクロトロン
周波数fC を、上記(1)式より求めると、fC =2.
8×5×106 =14MHzになる。また、被プラズマ
処理物61表面での磁場強度が10ガウス、15ガウ
ス、20ガウスの場合各々での被プラズマ処理物61表
面での電子のサイクロトロン周波数fCは、それぞれ2
8MHz、42MHz、56MHzになる。
F C = 2.8 B × 10 6 (1) The magnetic field distribution in the space between the vessel 51 of the plasma source 60 and the plasma processing chamber 63 in the plasma processing apparatus using the helicon jacket generally has , As shown in FIG. However, the unit of the magnetic field strength in FIG. 2 is Gauss. That is, in the plasma processing apparatus using the helicon wave, the magnetic field required to generate plasma in the plasma source 60 may be smaller than that of the ECR plasma processing apparatus (for example, 100 to 150 Gauss), and the plasma processing apparatus may perform the plasma processing. Since the object 61 is typically placed at least 10 cm away from the plasma source 60, the magnetic field strength or magnetic flux density B on the surface of the plasma processing object 61 becomes 10 gauss or less. Then, assuming that the magnetic field strength, that is, the magnetic flux density B on the surface of the plasma processing object 61 is, for example, 5 gauss, the cyclotron frequency f C of the electrons on the surface of the plasma processing object 61 is obtained from the above equation (1). , F C = 2.
8 × 5 × 10 6 = 14 MHz. When the magnetic field strength on the surface of the plasma processing object 61 is 10 gauss, 15 gauss, and 20 gauss, the cyclotron frequency f C of the electrons on the surface of the plasma processing object 61 is 2
8 MHz, 42 MHz and 56 MHz.

【0018】一方、生成されるプラズマにおける左回り
カットオフ周波数をfL (Hz)で示すとすると、この
L と左回りカットオフ角周波数ωL とはfL =ωL
2πの関係を有し、かつ、ωL は周知の通り下記の
(2)式により表わされるので、左回りカットオフ周波
数fL は結局下記の(3)式により表わされる。
On the other hand, if the counterclockwise cut-off frequency of the generated plasma is represented by f L (Hz), this f L and the counterclockwise cut-off angular frequency ω L are f L = ω L /
Since it has a relationship of 2π and ω L is expressed by the following equation (2) as is well known, the counterclockwise cutoff frequency f L is eventually expressed by the following equation (3).

【0019】 ωL =[−Ωe +(Ωe 2 +4ωPe 2 1/2 ]/2 ・・・(2) fL =[−Ωe +(Ωe 2 +4ωPe 2 1/2 ]/4π ・・・(3) ただし、(2),(3)式中、Ωe は被プラズマ処理物
表面における電子のサイクロトロン角周波数、ωPeは電
子のプラズマ角周波数であり、それぞれは下記の(3−
1)式、(3−2)式により表わされる。
Ω L = [− Ω e + (Ω e 2 + 4ω Pe 2 ) 1/2 ] / 2 (2) f L = [− Ω e + (Ω e 2 + 4ω Pe 2 ) 1/2 ] / 4π (3) In the equations (2) and (3), Ω e is the cyclotron angular frequency of the electrons on the surface of the object to be processed, and ω Pe is the plasma angular frequency of the electrons. (3-
It is expressed by the expression 1) and the expression (3-2).

【0020】 Ωe =2π・fC ・・・(3−1) ωPe=(ne 2 /mε0 1/2 ・・・(3−2) ただし、(3−1)式中のfC は上記(1)式で求まる
値であり、(3−2)式中、ne は電子の密度、eは電
子の電荷、mは電子の質量、ε0 は真空の誘電率であ
る。
[0020] Ω e = 2π · f C ··· (3-1) ω Pe = (n e e 2 / mε 0) 1/2 ··· (3-2) However, (3-1) In the formula 's f C is a value obtained in the above (1), (3-2) wherein, n e is the density of electrons, e is the electron charge, m is the electron mass, epsilon 0 is a dielectric constant of vacuum is there.

【0021】そして、ヘリコン波でのne は通常1012
個/cm3 であるのでωPeはおおよそ2π・1010(ラ
ジアン/s)程度になる。そこで、電子のサイクロトロ
ン周波数fC が例えば14MHzであるとしてこのfC
の値を上記(3−1)式に代入してΩe を求めこの求め
たΩe =28π×106 (ラジアン/s)と、上記ωPe
=2π・1010(ラジアン/s)とを、それぞれ106
で除した後にそれぞれ上記(3)式に代入する。する
と、(3)式は下記(4)式となる。
[0021] Then, the n e in the helicon wave Normal 10 12
Ω Pe is about 2π · 10 10 (radian / s) since the number is pcs / cm 3 . Therefore, assuming that the electron cyclotron frequency f C is, for example, 14 MHz, this f C
Is substituted into the above equation (3-1) to obtain Ω e, and the obtained Ω e = 28π × 10 6 (radian / s) and the above ω Pe
= 2π · 10 10 (radians / s) and 10 6
And then substitute in the above equation (3). Then, the equation (3) becomes the following equation (4).

【0022】 fL =[−28π+{(28π)2 +4(2π・104 2 1/2 ]/4π ・・・(4) この(4)式において、4(2π・104 2 の項は他
の項に比べ十分に大であるので(4)式は次の(4−
1)式のごとく近似できる。
F L = [− 28π + {(28π) 2 +4 (2π · 10 4 ) 21/2 ] / 4π (4) In the equation (4), 4 (2π · 10 4 ) 2 Is sufficiently larger than the other terms, so equation (4) is
1) It can be approximated as in the equation.

【0023】 fL ≒{4(2π・104 2 1/2 /4π =104 (MHz)=10(GHz) ・・・(4−1) したがって、この実施例の場合は、バイアス用高周波電
源69として、被プラズマ処理物表面の電子のサイクロ
トロン周波数fC より高くかつ10GHzより小さな周
波数の高周波電力を印加し得るものを具えれば良いとい
える。なお、バイアス用高周波電源69は、その周波数
について、上記周波数範囲内でバイアス効果、実用制、
経済性、及び工業用の無線周波数割り当てなどを考慮し
たものを選択するのが良い。
F L ≒ {4 (2π · 10 4 ) 21/2 / 4π = 10 4 (MHz) = 10 (GHz) (4-1) Therefore, in this embodiment, the bias is It can be said that a high-frequency power source 69 for applying high-frequency power having a frequency higher than the cyclotron frequency f C of electrons on the surface of the object to be processed and lower than 10 GHz can be used. The bias high-frequency power supply 69 has a bias effect, a practical effect,
It is preferable to select one in consideration of economy, industrial radio frequency allocation, and the like.

【0024】このように決定されたバイアス用高周波電
源69から出力される高周波電力の周波数範囲は、図4
のω−k特性図中のIIで示した範囲に含まれるものとな
る。従来の場合は図4のIで示した範囲であったことと
比べると本発明と従来技術との違いが分かる。
The frequency range of the high-frequency power output from the biasing high-frequency power source 69 determined in this way is shown in FIG.
Are included in the range indicated by II in the ω-k characteristic diagram. The difference between the present invention and the related art can be seen in comparison with the case of the related art in the range indicated by I in FIG.

【0025】上述においては、この発明のプラズマ処理
装置の実施例について説明したが、この発明は上述の実
施例に限られない。
Although the embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment.

【0026】例えば、上述の実施例ではこの発明をヘリ
コン波を利用したプラズマエッチング装置に適用した例
を示したが、この発明はヘリコン波を利用したCVD装
置、アッシング装置などの他のヘリコン波プラズマ処理
装置にも適用できる。さらには、拡散プラズマ型と称さ
れるECRプラズマ処理装置等、磁場発生手段を有しか
つプラズマソース用電磁波供給手段(マイクロ波電源、
高周波電源等)を有するプラズマ源及びバイアス用高周
波電源を具えた各種のプラズマ処理装置にも適用でき
る。
For example, in the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to a plasma etching apparatus using a helicon wave is shown. It can also be applied to processing equipment. Further, there is a magnetic field generating means such as an ECR plasma processing apparatus called a diffusion plasma type, and an electromagnetic wave supply means for a plasma source (microwave power supply,
The present invention can also be applied to various plasma processing apparatuses including a plasma source having a high-frequency power supply and a high-frequency power supply for bias.

【0027】[0027]

【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の発明のプラズマ処理装置によれば、バイアス用高周波
電源として特定の周波数範囲の高周波電力を出力し得る
電源を具えているので、バイアス用高周波電源の電磁波
がプラズマ源に影響することを防止若しくは従来より軽
減できる。このため、(1) バイアス用高周波電源に起因
するプラズマ電位の変動、浮遊電位の変動を防止若しく
は従来より低減できる。 (2) プラズマ源の高周波電源とバイアス用高周波電源と
の干渉を防止若しくは従来より軽減できるので、プラズ
マ生成条件とバイアス条件をそれぞれ独立に最適化する
ことが可能になる。
As is clear from the above description, according to the plasma processing apparatus of the present invention, a power supply capable of outputting high frequency power in a specific frequency range is provided as a high frequency power supply for bias. Electromagnetic waves of the high-frequency power supply can be prevented from affecting the plasma source or can be reduced more than before. For this reason, (1) the fluctuation of the plasma potential and the fluctuation of the floating potential due to the high frequency power supply for bias can be prevented or reduced as compared with the conventional case. (2) Since interference between the high-frequency power source of the plasma source and the high-frequency power source for bias can be prevented or reduced as compared with the related art, the plasma generation condition and the bias condition can be independently optimized.

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

【図1】実施例のプラズマ処理装置の説明に供する図で
あり、該装置の全体構成を示した側面図である。
FIG. 1 is a view for explaining a plasma processing apparatus according to an embodiment, and is a side view showing an overall configuration of the apparatus.

【図2】プラズマ源をヘリコン波を利用したものとした
場合のプラズマ処理装置での、被プラズマ処理物表面で
の磁場強度説明に供する図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining a magnetic field intensity on a surface of an object to be processed in a plasma processing apparatus in a case where a helicon wave is used as a plasma source.

【図3】(A)は拡散プラズマ型と称される従来のEC
Rプラズマ処理装置の説明に供する図であり、(B)は
ヘリコン波を利用した従来のプラズマ処理装置の説明に
供する図である。
FIG. 3A shows a conventional EC called a diffusion plasma type.
It is a figure used for description of R plasma processing equipment, and (B) is a figure provided for explanation of the conventional plasma processing equipment using a helicon wave.

【図4】従来及びこの発明の説明に供する図であり、磁
場に沿って伝播する電磁波の分散関係を示したω−k特
性図である。
FIG. 4 is a diagram provided for explanation of the related art and the present invention, and is a ω-k characteristic diagram showing a dispersion relationship of an electromagnetic wave propagating along a magnetic field.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

51:誘電材料で構成された中空容器 53:ヘリコン波励起用アンテナ 55:ソース用高周波電源 57:マッチングボックス 59:磁場発生手段 60:プラズマ源 61:被プラズマ処理物 63:プラズマ処理室 65:磁場発生手段(バケット磁場形成用) 67:被プラズマ処理物用保持部 69:この発明に係るバイアス用高周波電源 71:ブロッキングコンデンサ 51: hollow container made of dielectric material 53: helicon wave excitation antenna 55: source high-frequency power supply 57: matching box 59: magnetic field generating means 60: plasma source 61: plasma processing object 63: plasma processing chamber 65: magnetic field Generation means (for forming a bucket magnetic field) 67: Holder for a plasma processing target 69: High-frequency power supply for bias according to the present invention 71: Blocking capacitor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 21/3065 H05H 1/24 H05H 1/24 H01L 21/302 B ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI H01L 21/3065 H05H 1/24 H05H 1/24 H01L 21/302 B

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 磁場発生手段及び電磁波供給手段を有す
るプラズマ源と、被プラズマ処理物に高周波バイアスパ
ワーを印加するためのバイアス用高周波電源とを具える
プラズマ処理装置において、 バイアス用高周波電源として、被プラズマ処理物表面に
おける電子のサイクロトロン周波数より高くかつ生成さ
れるプラズマにおける左回りカットオフ周波数より低い
周波数の高周波電力を印加し得るバイアス用高周波電源
を具えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
1. A plasma processing apparatus comprising: a plasma source having a magnetic field generating means and an electromagnetic wave supplying means; and a bias high-frequency power supply for applying a high-frequency bias power to an object to be processed. A plasma processing apparatus comprising: a bias high-frequency power supply capable of applying a high-frequency power having a frequency higher than a cyclotron frequency of electrons on a surface of an object to be processed and lower than a counterclockwise cutoff frequency of generated plasma.
【請求項2】 請求項1に記載のプラズマ処理装置にお
いて、 前記プラズマ源をヘリコン波を利用したプラズマ源とし
たことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the plasma source is a plasma source using a helicon wave.
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