JP3339597B2 - プラズマ処理方法およびプラズマ処理装置 - Google Patents
プラズマ処理方法およびプラズマ処理装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はプラズマ処理方法および
プラズマ処理装置に関し、特に、半導体基板上に薄膜を
形成するためのスパッタリング工程等の前段階として必
須の基板表面清浄工程を改良したプラズマ処理方法およ
びプラズマ処理装置に関する。
プラズマ処理装置に関し、特に、半導体基板上に薄膜を
形成するためのスパッタリング工程等の前段階として必
須の基板表面清浄工程を改良したプラズマ処理方法およ
びプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体基板の上に半導体デバイスを作製
するため、従来広く薄膜作製技術が適用され、この薄膜
作製技術ではスパッタリング法やＣＶＤ法が利用されて
いる。これらの方法による薄膜作製では、薄膜を付けよ
うとする基板の表面が原子レベルおよび分子レベルで清
浄であることが、次の理由により必要である。
するため、従来広く薄膜作製技術が適用され、この薄膜
作製技術ではスパッタリング法やＣＶＤ法が利用されて
いる。これらの方法による薄膜作製では、薄膜を付けよ
うとする基板の表面が原子レベルおよび分子レベルで清
浄であることが、次の理由により必要である。
【０００３】例えば空気中の酸素と化合して基板表面の
全面に酸化膜が形成される場合に、その基板表面に薄膜
を付けると、下地膜が本来的に意図したものと異なるの
で、所望の特性（物理的、化学的、電気的な諸特性）を
得ることができない。一般的に、薄膜電子素子は、膜と
膜の界面における物理的特性、化学的特性、電気的特性
を利用して、必要とする電子特性（例えば整流作用を生
じる特性、電子光学的作用を生じる特性、増幅作用を生
じる特性等）を作り出す。従って、新しい膜を堆積させ
る下地層の表面が異物で汚染されていたり、異物が付着
していれば、界面特有の諸特性が得られないのは明らか
である。そこで、従来、基板表面の汚染を取り除いて基
板表面を清浄にし、その上に新しい膜を付けるようにし
ている。基板表面を清浄にする工程は、膜作製の前段階
として必須の工程である。膜作製の前段階の基板表面清
浄工程は、従来、プリスパッタエッチクリーニングと呼
ばれるスパッタ現象を利用した方法が使われていた。
全面に酸化膜が形成される場合に、その基板表面に薄膜
を付けると、下地膜が本来的に意図したものと異なるの
で、所望の特性（物理的、化学的、電気的な諸特性）を
得ることができない。一般的に、薄膜電子素子は、膜と
膜の界面における物理的特性、化学的特性、電気的特性
を利用して、必要とする電子特性（例えば整流作用を生
じる特性、電子光学的作用を生じる特性、増幅作用を生
じる特性等）を作り出す。従って、新しい膜を堆積させ
る下地層の表面が異物で汚染されていたり、異物が付着
していれば、界面特有の諸特性が得られないのは明らか
である。そこで、従来、基板表面の汚染を取り除いて基
板表面を清浄にし、その上に新しい膜を付けるようにし
ている。基板表面を清浄にする工程は、膜作製の前段階
として必須の工程である。膜作製の前段階の基板表面清
浄工程は、従来、プリスパッタエッチクリーニングと呼
ばれるスパッタ現象を利用した方法が使われていた。
【０００４】プリスパッタエッチクリーニングは一般的
に次のように行われる。処理対象の基板を真空チャンバ
内の電極上に載置し、当該電極に交流電力または直流電
力を印加すると共に、真空チャンバの中にアルゴンガス
等の不活性ガスを減圧状態で導入する。上記電力の印加
によって真空チャンバ内の中にプラズマ放電が生じる。
基板を載置する電極と発生したプラズマとの間にはセル
フバイアス電圧（以下の説明で記号的には「Ｖdc」と記
す）が発生する。プラズマ中のプラス電荷のイオン（以
下プラスイオン）は負のセルフバイアス電圧で加速さ
れ、基板の表面に衝突して当該表面の原子や分子をはね
飛ばし、基板表面のごく薄い膜層を除去する。このよう
にして基板の表面は清浄になる。
に次のように行われる。処理対象の基板を真空チャンバ
内の電極上に載置し、当該電極に交流電力または直流電
力を印加すると共に、真空チャンバの中にアルゴンガス
等の不活性ガスを減圧状態で導入する。上記電力の印加
によって真空チャンバ内の中にプラズマ放電が生じる。
基板を載置する電極と発生したプラズマとの間にはセル
フバイアス電圧（以下の説明で記号的には「Ｖdc」と記
す）が発生する。プラズマ中のプラス電荷のイオン（以
下プラスイオン）は負のセルフバイアス電圧で加速さ
れ、基板の表面に衝突して当該表面の原子や分子をはね
飛ばし、基板表面のごく薄い膜層を除去する。このよう
にして基板の表面は清浄になる。
【０００５】スパッタ法を利用した基板表面の清浄法
は、従来より、スパッタリング法による薄膜作製技術と
の関連で利用され、例えば逆スパッタ法と呼ばれる清浄
法がある。この逆スパッタ法によれば、基板に膜付けを
行う前段階で基板表面を清浄にする必要があるとき、基
板を載置する陽極とターゲットの陰極からなる膜付け時
の２つの電極において、それらの極性を切り替えて基板
側の電極を陰極とし、２つの電極の間に生成されたプラ
ズマ中のプラスイオンを基板表面に衝突させることによ
り、基板表面をスパッタエッチングする。
は、従来より、スパッタリング法による薄膜作製技術と
の関連で利用され、例えば逆スパッタ法と呼ばれる清浄
法がある。この逆スパッタ法によれば、基板に膜付けを
行う前段階で基板表面を清浄にする必要があるとき、基
板を載置する陽極とターゲットの陰極からなる膜付け時
の２つの電極において、それらの極性を切り替えて基板
側の電極を陰極とし、２つの電極の間に生成されたプラ
ズマ中のプラスイオンを基板表面に衝突させることによ
り、基板表面をスパッタエッチングする。
【０００６】前述したスパッタ法による基板表面の清浄
法に関連する従来技術の文献として例えば、特公平３−
５９９８６号公報および特開昭６３−５００２５号公
報、さらに、特開昭６０−１６０６２０号公報、特開平
３−１７１６２３号公報を挙げることができる。
法に関連する従来技術の文献として例えば、特公平３−
５９９８６号公報および特開昭６３−５００２５号公
報、さらに、特開昭６０−１６０６２０号公報、特開平
３−１７１６２３号公報を挙げることができる。
【０００７】特公平３−５９９８６号公報および特開昭
６３−５００２５号公報に開示される薄膜形成装置で
は、２電極方式の装置であって、プラズマ励起のため
に、１つの高周波（例えば１００ＭＨｚ）と２つの直流
バイアス電圧を印加する第１の装置構成（特公平３−５
９９８６号）と、２周波のそれぞれを各電極に印加する
第２の装置構成（特開昭６３−５００２５号）を示して
いる。第１の装置構成によれば、セルフバイアス電圧が
弱くターゲットに与えられるイオンの衝突エネルギが小
さい場合に、直流バイアスで必要なスパッタ速度を得る
ことができる。また第２の装置構成によれば、チャンバ
のアースから浮いている２つの電極のそれぞれに所定の
高周波を印加することで、ターゲット側のセルフバイア
ス電圧と基板側のセルフバイアス電圧のそれぞれを独立
に調整することができる。
６３−５００２５号公報に開示される薄膜形成装置で
は、２電極方式の装置であって、プラズマ励起のため
に、１つの高周波（例えば１００ＭＨｚ）と２つの直流
バイアス電圧を印加する第１の装置構成（特公平３−５
９９８６号）と、２周波のそれぞれを各電極に印加する
第２の装置構成（特開昭６３−５００２５号）を示して
いる。第１の装置構成によれば、セルフバイアス電圧が
弱くターゲットに与えられるイオンの衝突エネルギが小
さい場合に、直流バイアスで必要なスパッタ速度を得る
ことができる。また第２の装置構成によれば、チャンバ
のアースから浮いている２つの電極のそれぞれに所定の
高周波を印加することで、ターゲット側のセルフバイア
ス電圧と基板側のセルフバイアス電圧のそれぞれを独立
に調整することができる。
【０００８】特開昭６０−１６０６２０号公報に示され
るプラズマリアクタ装置は、単一電極方式であって、こ
の単一電極に、低周波と高周波を供給する電源装置が接
続される。プラズマを生成するための電力として、少な
くとも低周波と高周波の２周波が使用される。その明細
書中、低周波は「略１ＭＨｚ以下のいかなる周波数」、
高周波は「約１０ＭＨｚ以上のいかなる周波数」と説明
され、実施例の説明では代表的に、低周波を１００ＫＨ
ｚ、高周波を１３．５６ＭＨｚとして説明を行ってい
る。この従来文献に開示される発明は、単一電極方式で
かつ低周波と高周波の２周波印加方式のプラズマリアク
タ装置を改良するものであり、単一電極に対する低周波
電力と高周波電力の供給を能率的に行える結合手段を設
けた点に特徴がある。
るプラズマリアクタ装置は、単一電極方式であって、こ
の単一電極に、低周波と高周波を供給する電源装置が接
続される。プラズマを生成するための電力として、少な
くとも低周波と高周波の２周波が使用される。その明細
書中、低周波は「略１ＭＨｚ以下のいかなる周波数」、
高周波は「約１０ＭＨｚ以上のいかなる周波数」と説明
され、実施例の説明では代表的に、低周波を１００ＫＨ
ｚ、高周波を１３．５６ＭＨｚとして説明を行ってい
る。この従来文献に開示される発明は、単一電極方式で
かつ低周波と高周波の２周波印加方式のプラズマリアク
タ装置を改良するものであり、単一電極に対する低周波
電力と高周波電力の供給を能率的に行える結合手段を設
けた点に特徴がある。
【０００９】特開平３−１７１６２３号公報に示される
プラズマ処理方法等は、プラズマ放電を励起する電力と
して例えば３０〜２００ＭＨｚの範囲に含まれる周波数
の単一周波（例えば６０ＭＨｚ）を使用し、この高周波
を単一電源から基板載置電極に供給するように構成して
いる。このプラズマ処理方法等では、単一周波の電力の
調整のみでプラズマ条件の設定を行っている。
プラズマ処理方法等は、プラズマ放電を励起する電力と
して例えば３０〜２００ＭＨｚの範囲に含まれる周波数
の単一周波（例えば６０ＭＨｚ）を使用し、この高周波
を単一電源から基板載置電極に供給するように構成して
いる。このプラズマ処理方法等では、単一周波の電力の
調整のみでプラズマ条件の設定を行っている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】特公平３−５９９８６
号および特開昭６３−５００２５号で提案される薄膜形
成装置によれば、ターゲット電極と基板載置電極のいず
れにも直流または交流の電圧を印加しかつ各電極はアー
スから浮いた構造となるので、電極構造が複雑になると
いう不具合を有する。
号および特開昭６３−５００２５号で提案される薄膜形
成装置によれば、ターゲット電極と基板載置電極のいず
れにも直流または交流の電圧を印加しかつ各電極はアー
スから浮いた構造となるので、電極構造が複雑になると
いう不具合を有する。
【００１１】特開昭６０−１６０６２０号で提案される
プラズマリアクタ装置によれば、２周波の単一電極印加
方式という構造を採用するので、２電極方式に比較して
構造的に簡素になるという利点を有する。本発明者ら
は、２電極方式の装置において、より簡単な構造で、エ
ッチングレートを高め、セルフバイアス電圧の制御性を
向上し、パーティクルを低減すること等を企図するもの
であるので、原理的に異なるこの従来装置について、こ
こでは関連技術として言及するにとどめる。
プラズマリアクタ装置によれば、２周波の単一電極印加
方式という構造を採用するので、２電極方式に比較して
構造的に簡素になるという利点を有する。本発明者ら
は、２電極方式の装置において、より簡単な構造で、エ
ッチングレートを高め、セルフバイアス電圧の制御性を
向上し、パーティクルを低減すること等を企図するもの
であるので、原理的に異なるこの従来装置について、こ
こでは関連技術として言及するにとどめる。
【００１２】特開平３−１７１６２３号で提案されるプ
ラズマ処理方法等によれば、設定パラメータが少ないの
で、基板の種別に応じた条件の設定が難しいという問題
がある。
ラズマ処理方法等によれば、設定パラメータが少ないの
で、基板の種別に応じた条件の設定が難しいという問題
がある。
【００１３】本発明の目的は、２電極方式および２周波
印加方式の構成の下で、２周波の各周波数値および供給
電力値に関し所定関係を与えることにより、より簡単な
構造で、エッチングレートを高め、セルフバイアス電圧
の制御性を向上し、パーティクルを低減した基板清浄用
のプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置を提供する
ことにある。
印加方式の構成の下で、２周波の各周波数値および供給
電力値に関し所定関係を与えることにより、より簡単な
構造で、エッチングレートを高め、セルフバイアス電圧
の制御性を向上し、パーティクルを低減した基板清浄用
のプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置を提供する
ことにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明に係るプラズマ処
理方法は、基板を載置する第１電極と、第１電極に対向
する第２電極との間の空間でプラズマ放電を励起してプ
ラズマを生成し、このプラズマ中のプラスイオンを基板
の表面に衝突させて基板表面を清浄にする方法であり、
さらに、プラズマ放電を励起するための電力として周波
数６０ＭＨｚの高周波電力と周波数４００ＫＨｚの低周
波電力を第１電極に対し重ね合わせて供給し、前記低周
波電力の電力値のみを所定範囲内で変化させることによ
り前記プラスイオンの衝突エネルギを決めるセルフバイ
アス電圧（Ｖdc）を１０００Ｖを超えずかつ少なくとも
２００〜６００Ｖの範囲で安定して変化させるように制
御し、前記セルフバイアス電圧が周波数６０ＭＨｚの前
記高周波電力に依存せず、周波数４００ＫＨｚの前記低
周波電力に依存して安定して決められるようにした方法
である。
理方法は、基板を載置する第１電極と、第１電極に対向
する第２電極との間の空間でプラズマ放電を励起してプ
ラズマを生成し、このプラズマ中のプラスイオンを基板
の表面に衝突させて基板表面を清浄にする方法であり、
さらに、プラズマ放電を励起するための電力として周波
数６０ＭＨｚの高周波電力と周波数４００ＫＨｚの低周
波電力を第１電極に対し重ね合わせて供給し、前記低周
波電力の電力値のみを所定範囲内で変化させることによ
り前記プラスイオンの衝突エネルギを決めるセルフバイ
アス電圧（Ｖdc）を１０００Ｖを超えずかつ少なくとも
２００〜６００Ｖの範囲で安定して変化させるように制
御し、前記セルフバイアス電圧が周波数６０ＭＨｚの前
記高周波電力に依存せず、周波数４００ＫＨｚの前記低
周波電力に依存して安定して決められるようにした方法
である。
【００１５】前記の方法において、好ましくは、低周波
電力の電力値を５０〜１５０Ｗの範囲に含まれるいずれ
かの値に設定することによりセルフバイアス電圧を制御
する。
電力の電力値を５０〜１５０Ｗの範囲に含まれるいずれ
かの値に設定することによりセルフバイアス電圧を制御
する。
【００１６】前記の方法において、好ましくは、高周波
電力と低周波電力は、相互に干渉しないように２つの電
力を重ね合わせて第１電極に供給される。
電力と低周波電力は、相互に干渉しないように２つの電
力を重ね合わせて第１電極に供給される。
【００１７】また本発明に係るプラズマ処理方法は、基
板を載置する第１電極と、第１電極に対向する第２電極
との間の空間でプラズマ放電を励起してプラズマを生成
し、このプラズマ中のプラスイオンを基板の表面に衝突
させて基板の表面をエッチングして清浄にする方法であ
り、プラズマ放電を励起するための電力として、６０Ｍ
Ｈｚまたはこれに近い周波数の高周波電力と、４００Ｋ
Ｈｚまたはこれに近い周波数の低周波電力を、第１電極
に対し重ね合わせて供給しエッチングレートを高めるよ
うにした方法である。
板を載置する第１電極と、第１電極に対向する第２電極
との間の空間でプラズマ放電を励起してプラズマを生成
し、このプラズマ中のプラスイオンを基板の表面に衝突
させて基板の表面をエッチングして清浄にする方法であ
り、プラズマ放電を励起するための電力として、６０Ｍ
Ｈｚまたはこれに近い周波数の高周波電力と、４００Ｋ
Ｈｚまたはこれに近い周波数の低周波電力を、第１電極
に対し重ね合わせて供給しエッチングレートを高めるよ
うにした方法である。
【００１８】本発明に係るプラズマ処理装置は、基板を
載置する第１電極と、第１電極に対向する第２電極との
間の空間でプラズマ放電を励起してプラズマを生成し、
このプラズマ中のプラスイオンを基板の表面に衝突させ
て前記表面を清浄にするプラズマ処理装置であり、第１
電極に周波数６０ＭＨｚの高周波電力を供給する高周波
電源と、第１電極に周波数４００ＫＨｚの低周波電力を
上記高周波電力に重ね合わせて供給する低周波電源と、
この低周波電源の出力する低周波電力の電力値のみを所
定範囲内で調整するセルフバイアス電圧制御用調整手段
を備え、セルフバイアス電圧制御用調整手段により、プ
ラスイオンの衝突エネルギを決めるセルフバイアス電圧
（Ｖdc）は１０００Ｖを超えずかつ少なくとも２００〜
６００Ｖの範囲で安定して変化させるように制御され、
さらにセルフバイアス電圧は、周波数６０ＭＨｚの高周
波電力に依存せず、周波数４００ＫＨｚの低周波電力に
依存して安定して決められる。
載置する第１電極と、第１電極に対向する第２電極との
間の空間でプラズマ放電を励起してプラズマを生成し、
このプラズマ中のプラスイオンを基板の表面に衝突させ
て前記表面を清浄にするプラズマ処理装置であり、第１
電極に周波数６０ＭＨｚの高周波電力を供給する高周波
電源と、第１電極に周波数４００ＫＨｚの低周波電力を
上記高周波電力に重ね合わせて供給する低周波電源と、
この低周波電源の出力する低周波電力の電力値のみを所
定範囲内で調整するセルフバイアス電圧制御用調整手段
を備え、セルフバイアス電圧制御用調整手段により、プ
ラスイオンの衝突エネルギを決めるセルフバイアス電圧
（Ｖdc）は１０００Ｖを超えずかつ少なくとも２００〜
６００Ｖの範囲で安定して変化させるように制御され、
さらにセルフバイアス電圧は、周波数６０ＭＨｚの高周
波電力に依存せず、周波数４００ＫＨｚの低周波電力に
依存して安定して決められる。
【００１９】前記の構成において、好ましくは、セルフ
バイアス電圧制御用調整手段は低周波電力の電力値を５
０〜１５０Ｗの範囲に含まれるいずれかの値に設定する
ように調整する。
バイアス電圧制御用調整手段は低周波電力の電力値を５
０〜１５０Ｗの範囲に含まれるいずれかの値に設定する
ように調整する。
【００２０】
【作用】本発明では、６０ＭＨｚまたはその近傍の高周
波電力と４００ＫＨｚまたはその近傍の低周波電力を組
み合わせることにより、かつ低周波電力の電力値を調整
することにより、高周波と低周波の相互作用に基づきプ
ラズマ放電を励起した。これによれば、エッチングレー
トを高め、セルフバイアス電圧の制御性を向上し、パー
ティクルを低減することが可能になった。
波電力と４００ＫＨｚまたはその近傍の低周波電力を組
み合わせることにより、かつ低周波電力の電力値を調整
することにより、高周波と低周波の相互作用に基づきプ
ラズマ放電を励起した。これによれば、エッチングレー
トを高め、セルフバイアス電圧の制御性を向上し、パー
ティクルを低減することが可能になった。
【００２１】
【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。
て説明する。
【００２２】図１は、本発明に係るプラズマ処理装置の
構成を示し、プリスパッタエッチクリーニングを行うた
めの構成を示している。図１において、１は真空容器
で、真空容器１は基板２を載置するための電極３と、電
極３に対向する電極４を備えている。プリスパッタエッ
チクリーニングを行う構成では、電極３は陰極、電極４
は陽極になる。電極４は、内部にマグネット５を備えて
いる。マグネット５は陽極表面に所要の磁場を形成する
ためのものである。図示されたプラズマ処理装置は、ス
パッタエッチング作用によって基板２の表面を清浄にす
る（クリーニングする）ための働きを有する。基板２の
表面を清浄にするために、電極３と電極４の間の空間に
プラズマ放電を励起し、プラズマ６を生成する。プラズ
マ６が生成されると、プラズマ６中のプラスイオンが、
陰極である電極３上に載置された基板２の表面に衝突
し、基板２の表面を清浄にする。
構成を示し、プリスパッタエッチクリーニングを行うた
めの構成を示している。図１において、１は真空容器
で、真空容器１は基板２を載置するための電極３と、電
極３に対向する電極４を備えている。プリスパッタエッ
チクリーニングを行う構成では、電極３は陰極、電極４
は陽極になる。電極４は、内部にマグネット５を備えて
いる。マグネット５は陽極表面に所要の磁場を形成する
ためのものである。図示されたプラズマ処理装置は、ス
パッタエッチング作用によって基板２の表面を清浄にす
る（クリーニングする）ための働きを有する。基板２の
表面を清浄にするために、電極３と電極４の間の空間に
プラズマ放電を励起し、プラズマ６を生成する。プラズ
マ６が生成されると、プラズマ６中のプラスイオンが、
陰極である電極３上に載置された基板２の表面に衝突
し、基板２の表面を清浄にする。
【００２３】プラズマ６を生成するためには、真空容器
１の内部は所要の減圧状態に保持される必要がある。７
は、真空容器１内を所要の減圧状態にするための排気系
である。また減圧状態である真空容器１内には、アルゴ
ンガス等の不活性ガスが、ガス導入系８によって導入さ
れる。
１の内部は所要の減圧状態に保持される必要がある。７
は、真空容器１内を所要の減圧状態にするための排気系
である。また減圧状態である真空容器１内には、アルゴ
ンガス等の不活性ガスが、ガス導入系８によって導入さ
れる。
【００２４】また、プラズマ６を生成するためには、プ
ラズマ放電を励起するための所要の電力を供給する必要
がある。本実施例では、かかる電力を供給する手段とし
て、高周波電源９と低周波電源１０が設けられる。高周
波電源９の周波数は、好ましくは６０ＭＨｚ、またはこ
れに近い周波数である。低周波電源１０の周波数は、好
ましくは４００ＫＨｚ、またはこれに近い周波数であ
る。高周波電源９から出力される高周波と低周波電源１
０から出力される低周波は、例えば整合回路１１で合成
された後、基板載置用の電極３に対し印加・供給され
る。整合回路１１は高周波と低周波を能率よく電極３に
供給する働きを有し、高周波電源９と低周波電源１０が
互いに干渉しないように、高周波と低周波の２つの電力
を重ね合わせる。なお、整合回路１１は必須のものでは
なく、省略することもできる。また低周波電源１０と整
合回路１１との間には、低周波の電力を調整するための
電力調整器１２が接続される。この電力調整器１２は、
後述するように、基板２の表面に衝突するプラスイオン
の衝突エネルギを決めるセルフバイアス電圧を制御する
働きを有する。なお、高周波電源９から出力される高周
波の電力を調整する手段も設けられるが、図１中では省
略されている。
ラズマ放電を励起するための所要の電力を供給する必要
がある。本実施例では、かかる電力を供給する手段とし
て、高周波電源９と低周波電源１０が設けられる。高周
波電源９の周波数は、好ましくは６０ＭＨｚ、またはこ
れに近い周波数である。低周波電源１０の周波数は、好
ましくは４００ＫＨｚ、またはこれに近い周波数であ
る。高周波電源９から出力される高周波と低周波電源１
０から出力される低周波は、例えば整合回路１１で合成
された後、基板載置用の電極３に対し印加・供給され
る。整合回路１１は高周波と低周波を能率よく電極３に
供給する働きを有し、高周波電源９と低周波電源１０が
互いに干渉しないように、高周波と低周波の２つの電力
を重ね合わせる。なお、整合回路１１は必須のものでは
なく、省略することもできる。また低周波電源１０と整
合回路１１との間には、低周波の電力を調整するための
電力調整器１２が接続される。この電力調整器１２は、
後述するように、基板２の表面に衝突するプラスイオン
の衝突エネルギを決めるセルフバイアス電圧を制御する
働きを有する。なお、高周波電源９から出力される高周
波の電力を調整する手段も設けられるが、図１中では省
略されている。
【００２５】前述したように、２つの電極３，４を有す
る２電極方式のプラズマ処理装置にて基板２を載置する
電極３に対し高周波と低周波の２周波を供給する構成に
おいて、高周波を６０ＭＨｚとし低周波を４００ＫＨｚ
とする構成は、以下に説明するような特性を有するもの
として、実験的に見出されたものである。
る２電極方式のプラズマ処理装置にて基板２を載置する
電極３に対し高周波と低周波の２周波を供給する構成に
おいて、高周波を６０ＭＨｚとし低周波を４００ＫＨｚ
とする構成は、以下に説明するような特性を有するもの
として、実験的に見出されたものである。
【００２６】上記の構成によれば、次のような優れた特
性を有する。
性を有する。
【００２７】図２にエッチングレートの特性を示す。図
２において、横軸は高周波（６０ＭＨｚ）の電力、縦軸
はエッチングレート（オングストローム／min ）を意味
し、３つの異なる周波数条件で５０００オングストロー
ムの厚みを有するＳｉＯ2 膜を２min （分）の間エッチ
ングした特性が示されている。図示された特性に関し、
２０Ａは６０ＭＨｚのみを給電した場合の特性、２０Ｂ
は本発明による６０ＭＨｚと４００ＫＨｚを給電した場
合の特性を示し、さらに２０Ｃは参考のために図示され
た高周波１３．５６ＭＨｚのみを給電した場合の特性例
である。特性２０Ｃについては横軸は高周波１３．５６
ＭＨｚの電力となる。図２に示されるように、本発明に
よるエッチングレート特性２０Ｂでは、例えば６００Ｗ
の電力で比較すると、従来の６０ＭＨｚ単独の特性２０
Ａに対して約１．７〜２倍になり、エッチングレートが
顕著に改善される。
２において、横軸は高周波（６０ＭＨｚ）の電力、縦軸
はエッチングレート（オングストローム／min ）を意味
し、３つの異なる周波数条件で５０００オングストロー
ムの厚みを有するＳｉＯ2 膜を２min （分）の間エッチ
ングした特性が示されている。図示された特性に関し、
２０Ａは６０ＭＨｚのみを給電した場合の特性、２０Ｂ
は本発明による６０ＭＨｚと４００ＫＨｚを給電した場
合の特性を示し、さらに２０Ｃは参考のために図示され
た高周波１３．５６ＭＨｚのみを給電した場合の特性例
である。特性２０Ｃについては横軸は高周波１３．５６
ＭＨｚの電力となる。図２に示されるように、本発明に
よるエッチングレート特性２０Ｂでは、例えば６００Ｗ
の電力で比較すると、従来の６０ＭＨｚ単独の特性２０
Ａに対して約１．７〜２倍になり、エッチングレートが
顕著に改善される。
【００２８】図３にセルフバイアス電圧に関する特性を
示す。図３において、横軸は高周波（６０ＭＨｚ）の電
力、縦軸はセルフバイアス電圧Ｖdc（Ｖ）を意味する。
図示された特性に関し、３０Ａは６０ＭＨｚのみを給電
した場合の特性、３０Ｂは本発明による６０ＭＨｚと４
００ＫＨｚを給電した場合の特性を示す。特性３０Ｂで
は、４００ＫＨｚの電力を異ならせた例えば３種類の特
性３０Ｂ１，３０Ｂ２，３０Ｂ３が示されている。４０
０ＫＨｚの電力は、特性３０Ｂ１では５０Ｗ、特性３０
Ｂ２では１００Ｗ、特性３０Ｂ３では１５０Ｗである。
特性３０Ａと本発明の特性３０Ｂとの比較で明らかなよ
うに、本発明の場合、セルフバイアス電圧が６０ＭＨｚ
の電力に依存せず、４００ＫＨｚの電力に依存して安定
して決まるという特長を有する。すなわち、４００ＫＨ
ｚの低周波の電力を変えることによってセルフバイアス
電圧を例えば２００〜６００Ｖの範囲で大きく変化させ
ることができ、換言すれば、４００ＫＨｚの低周波の電
力を調整することによってセルフバイアス電圧を安定し
て制御することができる。４００ＫＨｚの低周波の電力
調整は、前述の電力調整器１２によって行われる。ま
た、図３で明らかなように、６０ＭＨｚ単一周波数の場
合に比較して、６０ＭＨｚと４００ＫＨｚを給電した場
合には、Ｖdcが大きくなるという特長を有している。な
お図３中には、参考のため、４００ＫＨｚのみを給電し
た場合の特性３０Ｃと、１３．５６ＭＨｚのみを給電し
た場合の特性３０Ｄを示す。
示す。図３において、横軸は高周波（６０ＭＨｚ）の電
力、縦軸はセルフバイアス電圧Ｖdc（Ｖ）を意味する。
図示された特性に関し、３０Ａは６０ＭＨｚのみを給電
した場合の特性、３０Ｂは本発明による６０ＭＨｚと４
００ＫＨｚを給電した場合の特性を示す。特性３０Ｂで
は、４００ＫＨｚの電力を異ならせた例えば３種類の特
性３０Ｂ１，３０Ｂ２，３０Ｂ３が示されている。４０
０ＫＨｚの電力は、特性３０Ｂ１では５０Ｗ、特性３０
Ｂ２では１００Ｗ、特性３０Ｂ３では１５０Ｗである。
特性３０Ａと本発明の特性３０Ｂとの比較で明らかなよ
うに、本発明の場合、セルフバイアス電圧が６０ＭＨｚ
の電力に依存せず、４００ＫＨｚの電力に依存して安定
して決まるという特長を有する。すなわち、４００ＫＨ
ｚの低周波の電力を変えることによってセルフバイアス
電圧を例えば２００〜６００Ｖの範囲で大きく変化させ
ることができ、換言すれば、４００ＫＨｚの低周波の電
力を調整することによってセルフバイアス電圧を安定し
て制御することができる。４００ＫＨｚの低周波の電力
調整は、前述の電力調整器１２によって行われる。ま
た、図３で明らかなように、６０ＭＨｚ単一周波数の場
合に比較して、６０ＭＨｚと４００ＫＨｚを給電した場
合には、Ｖdcが大きくなるという特長を有している。な
お図３中には、参考のため、４００ＫＨｚのみを給電し
た場合の特性３０Ｃと、１３．５６ＭＨｚのみを給電し
た場合の特性３０Ｄを示す。
【００２９】図４にパーティクル（ゴミ）の発生状況を
示す。図４において、横軸はランニング枚数、縦軸にパ
ーティクル数が示される。また特性４０Ａは真空パーテ
ィクル数の推移を示し、特性４０Ｂは放電パーティクル
数の推移を示す。本発明による６０ＭＨｚと４００ＫＨ
ｚを供給した場合にパーティクル発生数は、図４に示さ
れるように、平均２０個程度で推移しており、従来の場
合には７０〜１００個であったので、パーティクルが非
常に低減されるという特長を有する。
示す。図４において、横軸はランニング枚数、縦軸にパ
ーティクル数が示される。また特性４０Ａは真空パーテ
ィクル数の推移を示し、特性４０Ｂは放電パーティクル
数の推移を示す。本発明による６０ＭＨｚと４００ＫＨ
ｚを供給した場合にパーティクル発生数は、図４に示さ
れるように、平均２０個程度で推移しており、従来の場
合には７０〜１００個であったので、パーティクルが非
常に低減されるという特長を有する。
【００３０】また本発明による基板清浄法における基板
表面のエッチング均一度について、６０ＭＨｚの電力が
例えば３００〜９００Ｗの範囲に含まれる状態で、４．
６〜４．９％の基板内均一性を維持することができる。
９００Ｗの最大に近い電力を投入しても通常の使用基準
範囲（±１０％）を越えることはない。
表面のエッチング均一度について、６０ＭＨｚの電力が
例えば３００〜９００Ｗの範囲に含まれる状態で、４．
６〜４．９％の基板内均一性を維持することができる。
９００Ｗの最大に近い電力を投入しても通常の使用基準
範囲（±１０％）を越えることはない。
【００３１】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、２電極方式でかつ高周波と低周波の２周波印加方
式の基板表面清浄のためのプラズマ処理において、高周
波と低周波のそれぞれを所定周波数に設定し、または高
周波と低周波のそれぞれを所定周波数に設定しかつ低周
波の電力を調整する構成を設けることによって、セルフ
バイアス電圧を安定して制御できる共に、従来技術に比
較し、エッチングレートを向上しかつパーティクル発生
を低減することができる。
れば、２電極方式でかつ高周波と低周波の２周波印加方
式の基板表面清浄のためのプラズマ処理において、高周
波と低周波のそれぞれを所定周波数に設定し、または高
周波と低周波のそれぞれを所定周波数に設定しかつ低周
波の電力を調整する構成を設けることによって、セルフ
バイアス電圧を安定して制御できる共に、従来技術に比
較し、エッチングレートを向上しかつパーティクル発生
を低減することができる。
【図１】本発明に係るプラズマ処理装置の構成を示す概
略断面図である。
略断面図である。
【図２】エッチングレートの特性を説明するための特性
図である。
図である。
【図３】セルフバイアス電圧の制御性を説明するための
特性図である。
特性図である。
【図４】パーティクル発生状況を説明するための特性図
である。
である。
１ 真空容器 ２ 基板 ３，４ 電極 ５ マグネット ６ プラズマ ７ 排気系 ８ ガス導入系 ９ 高周波電源 １０ 低周波電源 １１ 整合回路 １２ 電力調整器
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−239627（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−160620（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−125626（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−10384（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−4238（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−35437（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23C 14/02
Claims (6)
- 【請求項１】 基板を載置する第１電極と、この第１電
極に対向する第２電極との間の空間でプラズマ放電を励
起してプラズマを生成し、このプラズマ中のプラスイオ
ンを前記基板の表面に衝突させて前記表面を清浄にする
プラズマ処理方法において、 前記プラズマ放電を励起するための電力として周波数６
０ＭＨｚの高周波電力と周波数４００ＫＨｚの低周波電
力を前記第１電極に対し重ね合わせて供給し、前記低周
波電力の電力値のみを所定範囲内で変化させることによ
り前記プラスイオンの衝突エネルギを決めるセルフバイ
アス電圧（Ｖdc）を１０００Ｖを超えずかつ少なくとも
２００〜６００Ｖの範囲で安定して変化させるように制
御し、前記セルフバイアス電圧が周波数６０ＭＨｚの前
記高周波電力に依存せず、周波数４００ＫＨｚの前記低
周波電力に依存して安定して決められることを特徴とす
るプラズマ処理方法。 - 【請求項２】 請求項１記載のプラズマ処理方法におい
て、前記低周波電力の電力値を５０〜１５０Ｗの範囲に
含まれるいずれかの値に設定することにより前記セルフ
バイアス電圧を制御することを特徴とするプラズマ処理
方法。 - 【請求項３】 請求項１または２記載のプラズマ処理方
法において、前記高周波電力と前記低周波電力は、相互
に干渉しないように前記２つの電力を重ね合わせて前記
第１電極に供給されることを特徴とするプラズマ処理方
法。 - 【請求項４】 基板を載置する第１電極と、この第１電
極に対向する第２電極との間の空間でプラズマ放電を励
起してプラズマを生成し、このプラズマ中のプラスイオ
ンを前記基板の表面に衝突させて前記表面をエッチング
して清浄にするプラズマ処理方法において、 前記プラズマ放電を励起するための電力として、周波数
６０ＭＨｚの高周波電力と、周波数４００ＫＨｚの低周
波電力を、前記第１電極に対し重ね合わせて供給し、エ
ッチングレートを高めるようにしたことを特徴とするプ
ラズマ処理方法。 - 【請求項５】 基板を載置する第１電極と、この第１電
極に対向する第２電極との間の空間でプラズマ放電を励
起してプラズマを生成し、このプラズマ中のプラスイオ
ンを前記基板の表面に衝突させて前記表面を清浄にする
プラズマ処理装置において、 前記第１電極に周波数６０ＭＨｚの高周波電力を供給す
る高周波電源と、前記第１電極に周波数４００ＫＨｚの
低周波電力を前記高周波電力に重ね合わせて供給する低
周波電源と、この低周波電源の出力する前記低周波電力
の電力値のみを所定範囲内で調整するセルフバイアス電
圧制御用調整手段を備え、 前記セルフバイアス電圧制御用調整手段により、前記プ
ラスイオンの衝突エネルギを決めるセルフバイアス電圧
（Ｖdc）は１０００Ｖを超えずかつ少なくとも２００〜
６００Ｖの範囲で安定して変化させるように制御され、 前記セルフバイアス電圧は、周波数６０ＭＨｚの前記高
周波電力に依存せず、周波数４００ＫＨｚの前記低周波
電力に依存して安定して決められる ことを特徴とするプ
ラズマ処理装置。 - 【請求項６】 請求項５記載のプラズマ処理装置におい
て、前記セルフバイアス電圧制御用調整手段は前記低周
波電力の電力値を５０〜１５０Ｗの範囲に含まれるいず
れかの値に設定するように調整することを特徴とするプ
ラズマ処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24401193A JP3339597B2 (ja) | 1993-09-03 | 1993-09-03 | プラズマ処理方法およびプラズマ処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24401193A JP3339597B2 (ja) | 1993-09-03 | 1993-09-03 | プラズマ処理方法およびプラズマ処理装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0774159A JPH0774159A (ja) | 1995-03-17 |
| JP3339597B2 true JP3339597B2 (ja) | 2002-10-28 |
Family
ID=17112391
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24401193A Expired - Fee Related JP3339597B2 (ja) | 1993-09-03 | 1993-09-03 | プラズマ処理方法およびプラズマ処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3339597B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| TW469534B (en) * | 1999-02-23 | 2001-12-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Plasma processing method and apparatus |
| JP3897582B2 (ja) | 2000-12-12 | 2007-03-28 | キヤノン株式会社 | 真空処理方法、真空処理装置、半導体装置の製造方法および半導体装置 |
| JP2002367969A (ja) * | 2001-06-12 | 2002-12-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | プラズマ処理方法及び装置 |
| JP4035298B2 (ja) | 2001-07-18 | 2008-01-16 | キヤノン株式会社 | プラズマ処理方法、半導体装置の製造方法および半導体装置 |
| JP4131793B2 (ja) * | 2001-12-10 | 2008-08-13 | 東京エレクトロン株式会社 | 高周波電源及びその制御方法、並びにプラズマ処理装置 |
| JP4047616B2 (ja) | 2002-04-03 | 2008-02-13 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 |
| US7838430B2 (en) * | 2003-10-28 | 2010-11-23 | Applied Materials, Inc. | Plasma control using dual cathode frequency mixing |
| US7820020B2 (en) * | 2005-02-03 | 2010-10-26 | Applied Materials, Inc. | Apparatus for plasma-enhanced physical vapor deposition of copper with RF source power applied through the workpiece with a lighter-than-copper carrier gas |
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| JP5810462B2 (ja) * | 2011-07-21 | 2015-11-11 | 地方独立行政法人山口県産業技術センター | プラズマ処理装置及び基材の表面処理方法 |
| JP7437142B2 (ja) | 2019-11-25 | 2024-02-22 | 株式会社ダイヘン | 高周波電源システム |
| JP7474591B2 (ja) | 2019-12-27 | 2024-04-25 | 株式会社ダイヘン | 高周波電源システム |
| JP7544594B2 (ja) | 2020-12-25 | 2024-09-03 | 株式会社ダイヘン | 高周波電源システム |
| JP2023097863A (ja) | 2021-12-28 | 2023-07-10 | 株式会社ダイヘン | 高周波電源システム |
-
1993
- 1993-09-03 JP JP24401193A patent/JP3339597B2/ja not_active Expired - Fee Related
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