JPH0539578A - プラズマ処理装置 - Google Patents
プラズマ処理装置Info
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- JPH0539578A JPH0539578A JP3196897A JP19689791A JPH0539578A JP H0539578 A JPH0539578 A JP H0539578A JP 3196897 A JP3196897 A JP 3196897A JP 19689791 A JP19689791 A JP 19689791A JP H0539578 A JPH0539578 A JP H0539578A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】パルス状マイクロ波を発生するマイクロ波発生
手段と，プラズマ生成室と，プラズマ生成室を囲むソレ
ノイドと, 基板が置かれる処理室と，基板にＲＦバイア
スを印加するためのＲＦ発生手段とを備えてなるＥＣＲ
型プラズマ処理装置を、ＲＦバイアス印加時に基板に異
常電圧が現れず、放電による基板損傷が確実に防止され
る装置とする。 【構成】プラズマ発光を検出するプラズマ検出手段を設
け、この検出手段の出力とＲＦバイアス印加とを同期さ
せる装置とする。検出手段の出力をプラズマ発光強度に
比例した電圧信号とする場合は、この出力を直接ＲＦ発
生手段に入力し、あるいは出力電圧信号の大きさいかん
にかかわらず、矩形波パルス発生器を介してＲＦ発生手
段に入力してプラズマとＲＦバイアス印加とを同期させ
る。
手段と，プラズマ生成室と，プラズマ生成室を囲むソレ
ノイドと, 基板が置かれる処理室と，基板にＲＦバイア
スを印加するためのＲＦ発生手段とを備えてなるＥＣＲ
型プラズマ処理装置を、ＲＦバイアス印加時に基板に異
常電圧が現れず、放電による基板損傷が確実に防止され
る装置とする。 【構成】プラズマ発光を検出するプラズマ検出手段を設
け、この検出手段の出力とＲＦバイアス印加とを同期さ
せる装置とする。検出手段の出力をプラズマ発光強度に
比例した電圧信号とする場合は、この出力を直接ＲＦ発
生手段に入力し、あるいは出力電圧信号の大きさいかん
にかかわらず、矩形波パルス発生器を介してＲＦ発生手
段に入力してプラズマとＲＦバイアス印加とを同期させ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置の製造な
どに使用される、マイクロ波プラズマを利用したドライ
エッチングおよびＣＶＤ (Chemical Vapor Deposition)
による薄膜形成が可能なマイクロ波プラズマ処理装置に
関し、特に、ＲＦバイアスを処理基板に印加するものに
関する。
どに使用される、マイクロ波プラズマを利用したドライ
エッチングおよびＣＶＤ (Chemical Vapor Deposition)
による薄膜形成が可能なマイクロ波プラズマ処理装置に
関し、特に、ＲＦバイアスを処理基板に印加するものに
関する。
【０００２】
【従来の技術】この種のマイクロ波プラズマ処理装置と
して、ＥＣＲ (Electron Cycrotron Resonance) プラズ
マを用いたプロセス技術が注目されている。ＥＣＲプラ
ズマとは、磁場とマイクロ波との共鳴効果を用いて電子
を加速し、この電子の運動エネルギーを用いてガスを電
離してプラズマを発生させる原理に基づくものである。
マイクロ波に励振された電子は磁力線の周りを円運動
し、その際、遠心力とローレンツ力とがバランスする条
件を、ＥＣＲ条件と呼んでいる。遠心力をｍｒω2 , ロ
ーレンツ力を−ｑｒωＢで表わすと、これらがバランス
する条件は、ω／Ｂ＝ｑ／ｍである。ここでωはマイク
ロ波の角周波数、Ｂは磁束密度、ｑ／ｍは電子の比電荷
である。マイクロ波周波数は工業的に認められている2.
４５GHz が一般に用いられ、その場合の共鳴磁束密度は
８７５ガウスである。
して、ＥＣＲ (Electron Cycrotron Resonance) プラズ
マを用いたプロセス技術が注目されている。ＥＣＲプラ
ズマとは、磁場とマイクロ波との共鳴効果を用いて電子
を加速し、この電子の運動エネルギーを用いてガスを電
離してプラズマを発生させる原理に基づくものである。
マイクロ波に励振された電子は磁力線の周りを円運動
し、その際、遠心力とローレンツ力とがバランスする条
件を、ＥＣＲ条件と呼んでいる。遠心力をｍｒω2 , ロ
ーレンツ力を−ｑｒωＢで表わすと、これらがバランス
する条件は、ω／Ｂ＝ｑ／ｍである。ここでωはマイク
ロ波の角周波数、Ｂは磁束密度、ｑ／ｍは電子の比電荷
である。マイクロ波周波数は工業的に認められている2.
４５GHz が一般に用いられ、その場合の共鳴磁束密度は
８７５ガウスである。
【０００３】ＥＣＲ型のプラズマエッチング, ＣＶＤ装
置においては、プラズマの高密度化をはかり、効率のよ
いエッチングもしくは薄膜形成を行うためには、プラズ
マを発生させるためにプラズマ生成室に導入するマイク
ロ波を、ピーク電力の大きいパルス状にして加える必要
がある。さらに、エッチングにおいて、異方性の高い加
工を行うためには被加工基板とプラズマとの間にＲＦバ
イアスを印加することが行われる。また薄膜形成におい
てもエッチングと同様にＲＦバイアスを印加することに
より、基板表面の溝, 穴などを緻密な膜で均一に埋める
ことができ、また基板表面に段差がある場合にも段差を
なくし平坦な表面にすることが可能となる。その理由は
公知のように、ＲＦバイアスを印加した場合、基板に対
して垂直方向の電界だけでなく横方向にも電界が生じ、
これが膜形成に効果的に作用すること、また電界の集中
により基板表面のとがった部分が削れ易くなるなどのた
めである (特開昭61−218134号公報参照) 。
置においては、プラズマの高密度化をはかり、効率のよ
いエッチングもしくは薄膜形成を行うためには、プラズ
マを発生させるためにプラズマ生成室に導入するマイク
ロ波を、ピーク電力の大きいパルス状にして加える必要
がある。さらに、エッチングにおいて、異方性の高い加
工を行うためには被加工基板とプラズマとの間にＲＦバ
イアスを印加することが行われる。また薄膜形成におい
てもエッチングと同様にＲＦバイアスを印加することに
より、基板表面の溝, 穴などを緻密な膜で均一に埋める
ことができ、また基板表面に段差がある場合にも段差を
なくし平坦な表面にすることが可能となる。その理由は
公知のように、ＲＦバイアスを印加した場合、基板に対
して垂直方向の電界だけでなく横方向にも電界が生じ、
これが膜形成に効果的に作用すること、また電界の集中
により基板表面のとがった部分が削れ易くなるなどのた
めである (特開昭61−218134号公報参照) 。
【０００４】上記のようなＥＣＲプラズマエッチング,
ＣＶＤ装置として、例えば図５に示すものが知られてい
る。この装置の構成および動作の概要を以下に説明す
る。まず、プラズマ生成室３, 処理室９を図示しない排
気手段により真空排気しておき、ガス供給手段４から例
えばＮ2 ガスをプラズマ生成室３に流したところへ、マ
イクロ波発生器17で発生したパルス状のマイクロ波を、
その伝達手段である導波管１を介してプラズマ生成室３
へ導入する。前記導波管１とプラズマ生成室３との間に
は、大気圧下にある導波管１側と真空排気されたプラズ
マ生成室３とを気密に隔離するための真空窓２を設けて
ある。プラズマ生成室３の下部には中心に大口径の開口
７を有する金属板が取り付けられており、この金属板と
プラズマ生成室３とで半開放のマイクロ波共振器を構成
している。この共振器の外部には励磁用ソレノイド６が
配置され、共振器内にＥＣＲ条件を満たす磁場を生ぜし
めて、共振器内にプラズマを発生する。このプラズマが
磁力線に沿って処理室９内に押し出され、基板台10に向
かう空間内にガス供給手段12から例えばモノシランガス
(ＳｉＨ4 ) を供給して、このガスを前記プラズマによ
り活性化すると、活性種が、ＲＦ発生器20によりＲＦバ
イアスを印加された被加工試料である基板11と反応して
基板表面に薄膜が形成される。
ＣＶＤ装置として、例えば図５に示すものが知られてい
る。この装置の構成および動作の概要を以下に説明す
る。まず、プラズマ生成室３, 処理室９を図示しない排
気手段により真空排気しておき、ガス供給手段４から例
えばＮ2 ガスをプラズマ生成室３に流したところへ、マ
イクロ波発生器17で発生したパルス状のマイクロ波を、
その伝達手段である導波管１を介してプラズマ生成室３
へ導入する。前記導波管１とプラズマ生成室３との間に
は、大気圧下にある導波管１側と真空排気されたプラズ
マ生成室３とを気密に隔離するための真空窓２を設けて
ある。プラズマ生成室３の下部には中心に大口径の開口
７を有する金属板が取り付けられており、この金属板と
プラズマ生成室３とで半開放のマイクロ波共振器を構成
している。この共振器の外部には励磁用ソレノイド６が
配置され、共振器内にＥＣＲ条件を満たす磁場を生ぜし
めて、共振器内にプラズマを発生する。このプラズマが
磁力線に沿って処理室９内に押し出され、基板台10に向
かう空間内にガス供給手段12から例えばモノシランガス
(ＳｉＨ4 ) を供給して、このガスを前記プラズマによ
り活性化すると、活性種が、ＲＦ発生器20によりＲＦバ
イアスを印加された被加工試料である基板11と反応して
基板表面に薄膜が形成される。
【０００５】なおガス供給手段４からＮ2 ガスの代わり
にエッチング用ガスを供給することにより、この装置は
基板のエッチング加工用にも使用可能となる。
にエッチング用ガスを供給することにより、この装置は
基板のエッチング加工用にも使用可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来この種のＥＣＲプ
ラズマエッチング, ＣＶＤ装置における問題点は次のと
おりである。すなわち、プラズマが発生するのはマイク
ロ波がプラズマ生成室に導入されている時のみである。
従ってマイクロ波のパルス周期のうちマイクロ波が発生
していない時はプラズマも発生しない。ＲＦバイアスを
印加する際、プラズマが発生している時はプラズマが負
荷となるのでインピーダンスの整合がとれ、基板上に適
切な電圧を印加することが可能である。しかしながらマ
イクロ波が発生しておらずプラズマも発生していない時
は無負荷状態となり、整合もとれない。一方プラズマが
発生している時に整合がとれるようにＲＦバイアスを調
整しておくとプラズマの発生していない時は必然的に不
整合となり、基板上に高電圧が印加される。この高電圧
は約１kVになる場合もあり、基板表面で放電が起き、基
板表面にクレーターが生じ破損する問題があった。
ラズマエッチング, ＣＶＤ装置における問題点は次のと
おりである。すなわち、プラズマが発生するのはマイク
ロ波がプラズマ生成室に導入されている時のみである。
従ってマイクロ波のパルス周期のうちマイクロ波が発生
していない時はプラズマも発生しない。ＲＦバイアスを
印加する際、プラズマが発生している時はプラズマが負
荷となるのでインピーダンスの整合がとれ、基板上に適
切な電圧を印加することが可能である。しかしながらマ
イクロ波が発生しておらずプラズマも発生していない時
は無負荷状態となり、整合もとれない。一方プラズマが
発生している時に整合がとれるようにＲＦバイアスを調
整しておくとプラズマの発生していない時は必然的に不
整合となり、基板上に高電圧が印加される。この高電圧
は約１kVになる場合もあり、基板表面で放電が起き、基
板表面にクレーターが生じ破損する問題があった。
【０００７】この問題を解決するために、例えば、図３
に示すように、パルス状のマイクロ波とＲＦ波の発生時
期を同期させるための同期パルス発生回路22と，同軸ケ
ーブル等からなるパルス信号伝達手段31とからなるＲＦ
発生同期手段41を付設し、同期パルス発生回路22で発生
したパルスを、マイクロ波発生器17とＲＦ発生器20とに
並列に供給するか、あるいは、図４に示すように、ＲＦ
バイアスが印加されている基板の電位が所定値を超えた
ときに信号を出力してＲＦ発生器20からの出力を停止さ
せるＲＦバイアス変調回路23と，同軸ケーブル等からな
るＲＦＯＮ／ＯＦＦ伝達手段とからなるＲＦ発生同期手
段41を付設して、基板11に所定値以上の電位が現れない
ようにする方法が提案されている (特願昭63−275786号
公報) 。
に示すように、パルス状のマイクロ波とＲＦ波の発生時
期を同期させるための同期パルス発生回路22と，同軸ケ
ーブル等からなるパルス信号伝達手段31とからなるＲＦ
発生同期手段41を付設し、同期パルス発生回路22で発生
したパルスを、マイクロ波発生器17とＲＦ発生器20とに
並列に供給するか、あるいは、図４に示すように、ＲＦ
バイアスが印加されている基板の電位が所定値を超えた
ときに信号を出力してＲＦ発生器20からの出力を停止さ
せるＲＦバイアス変調回路23と，同軸ケーブル等からな
るＲＦＯＮ／ＯＦＦ伝達手段とからなるＲＦ発生同期手
段41を付設して、基板11に所定値以上の電位が現れない
ようにする方法が提案されている (特願昭63−275786号
公報) 。
【０００８】しかしながら、これらの方法は下記の点で
問題がある。 (1) 通常のマイクロ波発生手段 (以下マイクロ波源とも
記す)は、アノード電圧として商用周波数交流を両波整
流したものを用いており、マイクロ波発生のタイミング
はこのアノード電圧に依存し、アノード電圧がスレシホ
ールド値を超えた時点でマイクロ波が発生し、スレシホ
ールド値を下廻った時点で発生が止まる。従って図３の
ような同期化方法を可能にするためには、特殊なマイク
ロ波源,例えば、商用周波数交流を入力する直流電源回
路が構成されるとともに、同期パルス発生回路22からの
同期パルスを入力して直流電源をオン, オフさせる起
動,停止回路を備えた, より高価なマイクロ波源を必要
とする。
問題がある。 (1) 通常のマイクロ波発生手段 (以下マイクロ波源とも
記す)は、アノード電圧として商用周波数交流を両波整
流したものを用いており、マイクロ波発生のタイミング
はこのアノード電圧に依存し、アノード電圧がスレシホ
ールド値を超えた時点でマイクロ波が発生し、スレシホ
ールド値を下廻った時点で発生が止まる。従って図３の
ような同期化方法を可能にするためには、特殊なマイク
ロ波源,例えば、商用周波数交流を入力する直流電源回
路が構成されるとともに、同期パルス発生回路22からの
同期パルスを入力して直流電源をオン, オフさせる起
動,停止回路を備えた, より高価なマイクロ波源を必要
とする。
【０００９】(2) 通常のマイクロ波源の発生するマイク
ロ波パルスは矩形波ではなくアノード電圧がスレシホー
ルド値を超えた時点で発振を始め、その後パワーを増し
たのち次第に減衰する。そのためこのマイクロ波によっ
て発生するプラズマはかなり遅い立ち上がりを示すた
め、図３に示すように単にＲＦをマイクロ波と同期させ
ただけではＲＦとプラズマとが必ずしも同期しないこと
があり、同期してもＲＦパワーの過剰により基板台にお
けるスパークの発生の危険が依然として残り、それを避
けるために例えばＲＦをマイクロ波強度ピークの位置か
ら印加したのでは、こんどは成膜上のＲＦ重畳効果がプ
ラズマ発生の前半において損なわれるためプロセス性能
が充分に満たせないといった問題がある。
ロ波パルスは矩形波ではなくアノード電圧がスレシホー
ルド値を超えた時点で発振を始め、その後パワーを増し
たのち次第に減衰する。そのためこのマイクロ波によっ
て発生するプラズマはかなり遅い立ち上がりを示すた
め、図３に示すように単にＲＦをマイクロ波と同期させ
ただけではＲＦとプラズマとが必ずしも同期しないこと
があり、同期してもＲＦパワーの過剰により基板台にお
けるスパークの発生の危険が依然として残り、それを避
けるために例えばＲＦをマイクロ波強度ピークの位置か
ら印加したのでは、こんどは成膜上のＲＦ重畳効果がプ
ラズマ発生の前半において損なわれるためプロセス性能
が充分に満たせないといった問題がある。
【００１０】(3) これらを防ぐために、図４に示すよう
に、基板に現れたバイアス電圧をフィードバックするシ
ステムを採用するとしても、例えば基板台としてこのと
ころ盛んに用いられる静電チャックを用いた場合、静電
チャック表面に存在する絶縁層のためにバイアス電圧そ
のものが検出できず、異常電圧防止方法として汎用性に
欠ける面があった。
に、基板に現れたバイアス電圧をフィードバックするシ
ステムを採用するとしても、例えば基板台としてこのと
ころ盛んに用いられる静電チャックを用いた場合、静電
チャック表面に存在する絶縁層のためにバイアス電圧そ
のものが検出できず、異常電圧防止方法として汎用性に
欠ける面があった。
【００１１】(4) さらに、パルスでなく連続波を発生す
るマイクロ波源も一般に入手可能であるが、これを用い
た場合でもプラズマはその物理的性質によりマイクロ波
を吸収し続けることができず、発生と消滅を繰り返すこ
とが実験的に確認されているが、そうしたとき図３のよ
うな従来の同期化方法では、同期させるべきマイクロ波
パルスが存在せず、プラズマの発生, 消滅にＲＦを同期
させることができない問題点が存在した。
るマイクロ波源も一般に入手可能であるが、これを用い
た場合でもプラズマはその物理的性質によりマイクロ波
を吸収し続けることができず、発生と消滅を繰り返すこ
とが実験的に確認されているが、そうしたとき図３のよ
うな従来の同期化方法では、同期させるべきマイクロ波
パルスが存在せず、プラズマの発生, 消滅にＲＦを同期
させることができない問題点が存在した。
【００１２】この発明の目的は、マイクロ波発生手段が
発生するパルス状マイクロ波の包絡線であるパルス波形
のいかんにかかわらず、ＥＣＲプラズマとＲＦバイアス
との重畳が効果的に同期して行われ、装置内における異
常電圧の発生による放電を確実に抑制することのできる
プラズマ処理装置を提供することである。
発生するパルス状マイクロ波の包絡線であるパルス波形
のいかんにかかわらず、ＥＣＲプラズマとＲＦバイアス
との重畳が効果的に同期して行われ、装置内における異
常電圧の発生による放電を確実に抑制することのできる
プラズマ処理装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明においては、パルス状のマイクロ波発生手
段と、該マイクロ波の伝達手段と、該マイクロ波伝達手
段と結合されて前記マイクロ波が導入されるとともに、
ガス供給手段を介して供給されたガスを前記マイクロ波
との共鳴効果によりプラズマ化して活性な原子, 分子ま
たはイオンを生ぜしめるための磁力線を発生する励磁用
ソレノイドを備え、かつ軸線が該ソレノイドが生じる磁
力線束の中心軸と一致する開口を前記マイクロ波伝達手
段と対向する側に有するプラズマ生成室と、該プラズマ
生成室と前記開口を介して結合され該開口から前記磁力
線に沿って流出する前記活性な原子, 分子またはイオン
により表面にエッチングが施されまたは薄膜が形成され
る基板が配される処理室と、該基板にＲＦバイアスを印
加するためのＲＦ発生手段と、前記プラズマ生成室と処
理室との排気を行う真空排気手段とを備えたプラズマ処
理装置を、パルス状のマイクロ波によって生じたプラズ
マの発光を検出するプラズマ検出手段が設けられ、該プ
ラズマ検出手段の出力と同期してＲＦ発生手段からＲＦ
バイアスが基板に印加される装置とするものとする。
に、この発明においては、パルス状のマイクロ波発生手
段と、該マイクロ波の伝達手段と、該マイクロ波伝達手
段と結合されて前記マイクロ波が導入されるとともに、
ガス供給手段を介して供給されたガスを前記マイクロ波
との共鳴効果によりプラズマ化して活性な原子, 分子ま
たはイオンを生ぜしめるための磁力線を発生する励磁用
ソレノイドを備え、かつ軸線が該ソレノイドが生じる磁
力線束の中心軸と一致する開口を前記マイクロ波伝達手
段と対向する側に有するプラズマ生成室と、該プラズマ
生成室と前記開口を介して結合され該開口から前記磁力
線に沿って流出する前記活性な原子, 分子またはイオン
により表面にエッチングが施されまたは薄膜が形成され
る基板が配される処理室と、該基板にＲＦバイアスを印
加するためのＲＦ発生手段と、前記プラズマ生成室と処
理室との排気を行う真空排気手段とを備えたプラズマ処
理装置を、パルス状のマイクロ波によって生じたプラズ
マの発光を検出するプラズマ検出手段が設けられ、該プ
ラズマ検出手段の出力と同期してＲＦ発生手段からＲＦ
バイアスが基板に印加される装置とするものとする。
【００１４】この場合、プラズマの発光を検出するプラ
ズマ検出手段に、光電変換素子を用いてプラズマ発光強
度に比例したアナログ電圧信号を出力する光電変換型プ
ラズマ検出手段を用い、プラズマ検出手段の出力とＲＦ
バイアス印加との同期が、光電変換型プラズマ検出手段
から出力される，プラズマ発光強度に比例したアナログ
電圧信号をＲＦ発生手段に直接入力することにより行わ
れるようにするか、あるいはプラズマ検出手段の出力と
ＲＦバイアス印加との同期が、プラズマ検出手段の出力
信号を、入力信号と同期して矩形波パルスを発生するパ
ルス発生器に入力し、このパルス発生器から出力される
矩形波パルスをＲＦ発生手段に入力することにより行わ
れるようにすれば好適である。
ズマ検出手段に、光電変換素子を用いてプラズマ発光強
度に比例したアナログ電圧信号を出力する光電変換型プ
ラズマ検出手段を用い、プラズマ検出手段の出力とＲＦ
バイアス印加との同期が、光電変換型プラズマ検出手段
から出力される，プラズマ発光強度に比例したアナログ
電圧信号をＲＦ発生手段に直接入力することにより行わ
れるようにするか、あるいはプラズマ検出手段の出力と
ＲＦバイアス印加との同期が、プラズマ検出手段の出力
信号を、入力信号と同期して矩形波パルスを発生するパ
ルス発生器に入力し、このパルス発生器から出力される
矩形波パルスをＲＦ発生手段に入力することにより行わ
れるようにすれば好適である。
【００１５】また、プラズマ検出手段とＲＦ発生手段と
の間にパルス発生器を介在させるものでは、パルス発生
器内に、入力信号より遅れて同期した矩形波パルスを発
生させるためのパルス発生遅延手段を備えしめるものと
する。
の間にパルス発生器を介在させるものでは、パルス発生
器内に、入力信号より遅れて同期した矩形波パルスを発
生させるためのパルス発生遅延手段を備えしめるものと
する。
【００１６】
【作用】このように、プラズマ検出手段の出力と同期し
てＲＦバイアスを基板に印加するようにすれば、マイク
ロ波発生手段として、アノード電圧に商用周波数交流の
両波整流した電圧が用いられる通常のマイクロ波源の場
合のように、プラズマの立ち上がりが遅いものでも、Ｒ
Ｆバイアスの印加は、プラズマ検出手段の出力電圧にス
レシホールドを設定するなどの方法により、プラズマが
十分立ち上がってから行われ、またプラズマが大きく減
衰する前にＲＦバイアス印加を停止するようにすること
ができるので、ＲＦバイアスが印加される時点では、プ
ラズマは常にインピーダンスの整合可能な負荷状態で存
在し、基板に異常電圧が発生しない。
てＲＦバイアスを基板に印加するようにすれば、マイク
ロ波発生手段として、アノード電圧に商用周波数交流の
両波整流した電圧が用いられる通常のマイクロ波源の場
合のように、プラズマの立ち上がりが遅いものでも、Ｒ
Ｆバイアスの印加は、プラズマ検出手段の出力電圧にス
レシホールドを設定するなどの方法により、プラズマが
十分立ち上がってから行われ、またプラズマが大きく減
衰する前にＲＦバイアス印加を停止するようにすること
ができるので、ＲＦバイアスが印加される時点では、プ
ラズマは常にインピーダンスの整合可能な負荷状態で存
在し、基板に異常電圧が発生しない。
【００１７】ＲＦ発生手段は、外部からの制御信号を入
力するための外部制御信号入力端子を備え、この端子を
介して制御信号を入力することにより、制御信号電圧に
比例したＲＦパワーを制御信号と同一時間幅出力するこ
とができる。従って、プラズマの発光を検出するプラズ
マ検出手段に、光電変換素子を用いてプラズマ発光強度
に比例したアナログ電圧信号を出力する光電変換型プラ
ズマ検出手段を用い、この光電変換型プラズマ検出手段
からプラズマ発光強度に略比例したアナログ電圧信号を
ＲＦ発生手段に入力すると、ＲＦ発生手段からＲＦバイ
アスを印加された基板の電位は以下のようになる。すな
わち、プラズマインピーダンスがプラズマ発光強度に略
逆比例することから、 ｖ∝１／Ｚ と書くことができる。ここで、ｖはプラズマ検出手段の
発生する電圧、Ｚはプラズマインピーダンスである。
力するための外部制御信号入力端子を備え、この端子を
介して制御信号を入力することにより、制御信号電圧に
比例したＲＦパワーを制御信号と同一時間幅出力するこ
とができる。従って、プラズマの発光を検出するプラズ
マ検出手段に、光電変換素子を用いてプラズマ発光強度
に比例したアナログ電圧信号を出力する光電変換型プラ
ズマ検出手段を用い、この光電変換型プラズマ検出手段
からプラズマ発光強度に略比例したアナログ電圧信号を
ＲＦ発生手段に入力すると、ＲＦ発生手段からＲＦバイ
アスを印加された基板の電位は以下のようになる。すな
わち、プラズマインピーダンスがプラズマ発光強度に略
逆比例することから、 ｖ∝１／Ｚ と書くことができる。ここで、ｖはプラズマ検出手段の
発生する電圧、Ｚはプラズマインピーダンスである。
【００１８】そこで、プラズマ検出手段が出力する電圧
信号ｖを外部制御信号入力端子に入力し、ＲＦ発生手段
から電圧信号ｖに比例したＲＦパワーＷを出力させる
と、 ｖ∝Ｗ であるから、 Ｗ∝１／Ｚ すなわち ＷＺ＝const. となる。一方、プラズマ両端の電圧をＶとすると、 Ｗ＝Ｖ2 ／Ｚ であるから、 Ｖ2 ＝ＷＺ＝const. となり、基板にかかる電圧が一定に保たれ、異常電圧の
発生を防止することができる。
信号ｖを外部制御信号入力端子に入力し、ＲＦ発生手段
から電圧信号ｖに比例したＲＦパワーＷを出力させる
と、 ｖ∝Ｗ であるから、 Ｗ∝１／Ｚ すなわち ＷＺ＝const. となる。一方、プラズマ両端の電圧をＶとすると、 Ｗ＝Ｖ2 ／Ｚ であるから、 Ｖ2 ＝ＷＺ＝const. となり、基板にかかる電圧が一定に保たれ、異常電圧の
発生を防止することができる。
【００１９】また、プラズマ検出手段の出力とＲＦバイ
アス印加との同期が、プラズマ検出手段の出力信号を、
入力信号と同期して矩形波パルスを発生するパルス発生
器に入力し、このパルス発生器から出力される矩形波パ
ルスをＲＦ発生手段に入力することにより行われるよう
にしても、ＲＦバイアスの印加はプラズマ発生中にのみ
行われ、従って、矩形波パルスの波高値と幅とを適宜に
設定して基板に異常電圧がかからないＲＦパワーを出力
させることができる。また、プラズマ検出手段の感度が
劣化した場合にも、ＲＦパワーの減衰をもたらすことな
く所期の成膜上の効果を得ることができる。
アス印加との同期が、プラズマ検出手段の出力信号を、
入力信号と同期して矩形波パルスを発生するパルス発生
器に入力し、このパルス発生器から出力される矩形波パ
ルスをＲＦ発生手段に入力することにより行われるよう
にしても、ＲＦバイアスの印加はプラズマ発生中にのみ
行われ、従って、矩形波パルスの波高値と幅とを適宜に
設定して基板に異常電圧がかからないＲＦパワーを出力
させることができる。また、プラズマ検出手段の感度が
劣化した場合にも、ＲＦパワーの減衰をもたらすことな
く所期の成膜上の効果を得ることができる。
【００２０】そこで、このパルス発生器に、入力信号よ
り遅れて同期した矩形波パルスを発生させるためのパル
ス発生遅延手段を備えさせ、プラズマが成長するのに必
要な時間の遅れをもって矩形波パルスをＲＦ発生手段の
外部制御信号入力端子に入力することができるようにす
ることにより、マイクロ波源から出るパルス状マイクロ
波の包絡線形状のいかんにかかわらず、常に基板への異
常電圧印加を防止することができる。
り遅れて同期した矩形波パルスを発生させるためのパル
ス発生遅延手段を備えさせ、プラズマが成長するのに必
要な時間の遅れをもって矩形波パルスをＲＦ発生手段の
外部制御信号入力端子に入力することができるようにす
ることにより、マイクロ波源から出るパルス状マイクロ
波の包絡線形状のいかんにかかわらず、常に基板への異
常電圧印加を防止することができる。
【００２１】
【実施例】本発明に基づいて構成されるプラズマ処理装
置であるＥＣＲ型プラズマエッチング, ＣＶＤ装置の第
１の実施例を図１に示す。ここで従来の構成例である図
５と同一の部材には同一の符号を付して説明を省略す
る。図において、パルス状のマイクロ波によって生じた
パルス状プラズマの強度は、処理室９の壁面に設けた真
空窓を介して配した, 光電変換の原理によるフォトセン
サ52によって検出され、アナログ信号発生器51によって
略プラズマ強度に比例した電圧信号が発生する。この電
圧信号をＲＦ発生器20の外部制御信号入力端子に投入す
れば、ＲＦ発生器20からはプラズマ強度に略比例するパ
ワーのＲＦ電力が発振され、基板11を介してプラズマに
注入される。
置であるＥＣＲ型プラズマエッチング, ＣＶＤ装置の第
１の実施例を図１に示す。ここで従来の構成例である図
５と同一の部材には同一の符号を付して説明を省略す
る。図において、パルス状のマイクロ波によって生じた
パルス状プラズマの強度は、処理室９の壁面に設けた真
空窓を介して配した, 光電変換の原理によるフォトセン
サ52によって検出され、アナログ信号発生器51によって
略プラズマ強度に比例した電圧信号が発生する。この電
圧信号をＲＦ発生器20の外部制御信号入力端子に投入す
れば、ＲＦ発生器20からはプラズマ強度に略比例するパ
ワーのＲＦ電力が発振され、基板11を介してプラズマに
注入される。
【００２２】図２に本発明の第２の実施例を示す。この
実施例は、アナログ信号発生器51から出る電圧信号をプ
ラズマの点火を知るためのトリガ信号として用い、この
信号よりプラズマが成長するのに必要な時間の遅れをも
って矩形波パルスを遅れパルス発生器53から発生させ、
ＲＦ発生器20の外部制御信号入力端子に投入しようとす
るもので、ＲＦパワーのアナログ制御はできない代わり
にフォトセンサの感度の劣化に対してはＲＦパワーの減
衰をもたらさずに基板11への異常電圧印加防止と効果的
な基板処理とが可能になる利点を有する。
実施例は、アナログ信号発生器51から出る電圧信号をプ
ラズマの点火を知るためのトリガ信号として用い、この
信号よりプラズマが成長するのに必要な時間の遅れをも
って矩形波パルスを遅れパルス発生器53から発生させ、
ＲＦ発生器20の外部制御信号入力端子に投入しようとす
るもので、ＲＦパワーのアナログ制御はできない代わり
にフォトセンサの感度の劣化に対してはＲＦパワーの減
衰をもたらさずに基板11への異常電圧印加防止と効果的
な基板処理とが可能になる利点を有する。
【００２３】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明において
は、本発明が対象とするプラズマ処理装置、すなわち、
パルス状のマイクロ波発生手段と、該マイクロ波の伝達
手段と、該マイクロ波伝達手段と結合されて前記マイク
ロ波が導入されるとともに、ガス供給手段を介して供給
されてガスを前記マイクロ波との共鳴効果によりプラズ
マ化して活性な原子, 分子またはイオンを生ぜしめるた
めの磁力線を発生する励磁用ソレノイドを備え、かつ軸
線が該ソレノイドが生じる磁力線束の中心軸と一致する
開口を前記マイクロ波伝達手段と対向する側に有するプ
ラズマ生成室と、該プラズマ生成室と前記開口を介して
結合され該開口から前記磁力線に沿って流出する前記活
性な原子, 分子またはイオンにより表面にエッチングが
施されまたは薄膜が形成される基板が配される処理室
と、該基板にＲＦバイアスを印加するためのＲＦ発生手
段と、前記プラズマ生成室と処理室との排気を行う真空
排気手段とを備えたプラズマ処理装置を、パルス状のマ
イクロ波によって生じたプラズマの発光を検出するプラ
ズマ検出手段が設けられ、該プラズマ検出手段の出力と
同期してＲＦ発生手段からＲＦバイアスが基板に印加さ
れる装置としたので、従来のように、同期信号をマスタ
ー信号、パルス状マイクロ波を発生させるマイクロ波信
号, パルス状ＲＦ波を発生させるＲＦ波信号をスレーブ
信号とするもの、あるいは、マイクロ波信号をマスター
信号、ＲＦ波信号をスレーブ信号とするものと比べ、Ｒ
Ｆ波が必ずパルス的プラズマの発生中に基板に印加さ
れ、過電圧による基板表面での放電の発生をより確実に
防ぐことができ、かつ、通常市販される一般仕様のマイ
クロ波源、すなわち、アノード電圧として商用周波数交
流の両波整流された電圧を用いるマイクロ波源でプラズ
マ処理装置をより安価に構成できるほか、連続発振のマ
イクロ波源を用いたときにも、プラズマの発生, 消滅に
同期したＲＦパワーの重畳が可能になる。また、本発明
の装置では、基板の保持に静電チャックが用いられる場
合にも、基板に現れるＲＦバイアス電位を知ることなく
基板への過電圧印加を防止することができ、装置として
汎用性が増すメリットがある。
は、本発明が対象とするプラズマ処理装置、すなわち、
パルス状のマイクロ波発生手段と、該マイクロ波の伝達
手段と、該マイクロ波伝達手段と結合されて前記マイク
ロ波が導入されるとともに、ガス供給手段を介して供給
されてガスを前記マイクロ波との共鳴効果によりプラズ
マ化して活性な原子, 分子またはイオンを生ぜしめるた
めの磁力線を発生する励磁用ソレノイドを備え、かつ軸
線が該ソレノイドが生じる磁力線束の中心軸と一致する
開口を前記マイクロ波伝達手段と対向する側に有するプ
ラズマ生成室と、該プラズマ生成室と前記開口を介して
結合され該開口から前記磁力線に沿って流出する前記活
性な原子, 分子またはイオンにより表面にエッチングが
施されまたは薄膜が形成される基板が配される処理室
と、該基板にＲＦバイアスを印加するためのＲＦ発生手
段と、前記プラズマ生成室と処理室との排気を行う真空
排気手段とを備えたプラズマ処理装置を、パルス状のマ
イクロ波によって生じたプラズマの発光を検出するプラ
ズマ検出手段が設けられ、該プラズマ検出手段の出力と
同期してＲＦ発生手段からＲＦバイアスが基板に印加さ
れる装置としたので、従来のように、同期信号をマスタ
ー信号、パルス状マイクロ波を発生させるマイクロ波信
号, パルス状ＲＦ波を発生させるＲＦ波信号をスレーブ
信号とするもの、あるいは、マイクロ波信号をマスター
信号、ＲＦ波信号をスレーブ信号とするものと比べ、Ｒ
Ｆ波が必ずパルス的プラズマの発生中に基板に印加さ
れ、過電圧による基板表面での放電の発生をより確実に
防ぐことができ、かつ、通常市販される一般仕様のマイ
クロ波源、すなわち、アノード電圧として商用周波数交
流の両波整流された電圧を用いるマイクロ波源でプラズ
マ処理装置をより安価に構成できるほか、連続発振のマ
イクロ波源を用いたときにも、プラズマの発生, 消滅に
同期したＲＦパワーの重畳が可能になる。また、本発明
の装置では、基板の保持に静電チャックが用いられる場
合にも、基板に現れるＲＦバイアス電位を知ることなく
基板への過電圧印加を防止することができ、装置として
汎用性が増すメリットがある。
【図１】本発明の第１の実施例を示すプラズマ処理装置
全体構成図
全体構成図
【図２】本発明の第２の実施例によるプラズマ処理装置
全体構成図
全体構成図
【図３】従来のプラズマ処理装置構成の一例を示す装置
全体構成図
全体構成図
【図４】従来のプラズマ処理装置構成の, 図３と異なる
例を示す装置全体構成図
例を示す装置全体構成図
【図５】本発明が対象とするプラズマ処理装置の基本構
成を示す装置全体構成図
成を示す装置全体構成図
１ 導波管（マイクロ波伝達手段） ３ プラズマ生成室 ７ 開口 ９ 処理室 １１ 基板 １７ マイクロ波発生器（マイクロ波発生手段） ２０ ＲＦ発生器（ＲＦ発生手段） ５０ プラズマ検出手段 ５１ アナログ信号発生器 ５２ フォトセンサ ５３ 遅れパルス発生器
Claims (4)
- 【請求項１】パルス状のマイクロ波発生手段と、該マイ
クロ波の伝達手段と、該マイクロ波伝達手段と結合され
て前記マイクロ波が導入されるとともに、ガス供給手段
を介して供給されたガスを前記マイクロ波との共鳴効果
によりプラズマ化して活性な原子, 分子またはイオンを
生ぜしめるための磁力線を発生する励磁用ソレノイドを
備え、かつ軸線が該ソレノイドが生じる磁力線束の中心
軸と一致する開口を前記マイクロ波伝達手段と対向する
側に有するプラズマ生成室と、該プラズマ生成室と前記
開口を介して結合され該開口から前記磁力線に沿って流
出する前記活性な原子, 分子またはイオンにより表面に
エッチングが施されまたは薄膜が形成される基板が配さ
れる処理室と、該基板にＲＦバイアスを印加するための
ＲＦ発生手段と、前記プラズマ生成室と処理室との排気
を行う真空排気手段とを備えたプラズマ処理装置におい
て、前記パルス状のマイクロ波によって生じたプラズマ
の発光を検出するプラズマ検出手段が設けられ、該プラ
ズマ検出手段の出力と同期してＲＦ発生手段からＲＦバ
イアスが基板に印加されることを特徴とするプラズマ処
理装置。 - 【請求項２】請求項第１項に記載のプラズマ処理装置に
おいて、プラズマの発光を検出するプラズマ検出手段
に、光電変換素子を用いてプラズマ発光強度に比例した
アナログ電圧信号を出力する光電変換型プラズマ検出手
段が用いられるとともに、プラズマ検出手段の出力とＲ
Ｆバイアス印加との同期が、光電変換型プラズマ検出手
段から出力される，プラズマ発光強度に比例したアナロ
グ電圧信号をＲＦ発生手段に直接入力することにより行
われることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項３】請求項第１項に記載のプラズマ処理装置に
おいて、プラズマ検出手段の出力とＲＦバイアス印加と
の同期が、プラズマ検出手段の出力信号を、入力信号と
同期して矩形波パルスを発生するパルス発生器に入力
し、このパルス発生器から出力される矩形波パルスをＲ
Ｆ発生手段に入力することにより行われることを特徴と
するプラズマ処理装置。 - 【請求項４】請求項第３項に記載のプラズマ処理装置に
おいて、入力信号と同期して矩形波パルスを発生するパ
ルス発生器は、入力信号より遅れて同期した矩形波パル
スを発生させるためのパルス発生遅延手段を備えている
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 |
|---|---|---|---|
| JP3196897A JPH0539578A (ja) | 1991-08-07 | 1991-08-07 | プラズマ処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3196897A JPH0539578A (ja) | 1991-08-07 | 1991-08-07 | プラズマ処理装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0539578A true JPH0539578A (ja) | 1993-02-19 |
Family
ID=16365473
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3196897A Pending JPH0539578A (ja) | 1991-08-07 | 1991-08-07 | プラズマ処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0539578A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100363333B1 (ko) * | 2000-12-04 | 2002-12-05 | 삼성전자 주식회사 | 반도체 웨이퍼 공정 시스템의 고전압 챔버의 파라미터를 모니터링하기 위한 장치 |
| JP2013074091A (ja) * | 2011-09-28 | 2013-04-22 | Hitachi High-Technologies Corp | ドライエッチング方法および装置 |
| JP2014022482A (ja) * | 2012-07-17 | 2014-02-03 | Hitachi High-Technologies Corp | プラズマ処理装置 |
| JP2014051715A (ja) * | 2012-09-07 | 2014-03-20 | Nagoya Univ | 成膜装置、成膜方法および成膜プログラム |
| JP2016027667A (ja) * | 2015-10-01 | 2016-02-18 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | プラズマ処理装置 |
| US9349603B2 (en) | 2011-07-27 | 2016-05-24 | Hitachi High-Technologies Corporation | Plasma processing method |
-
1991
- 1991-08-07 JP JP3196897A patent/JPH0539578A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100363333B1 (ko) * | 2000-12-04 | 2002-12-05 | 삼성전자 주식회사 | 반도체 웨이퍼 공정 시스템의 고전압 챔버의 파라미터를 모니터링하기 위한 장치 |
| US9349603B2 (en) | 2011-07-27 | 2016-05-24 | Hitachi High-Technologies Corporation | Plasma processing method |
| US10600619B2 (en) | 2011-07-27 | 2020-03-24 | Hitachi High-Technologies Corporation | Plasma processing apparatus |
| US11658011B2 (en) | 2011-07-27 | 2023-05-23 | Hitachi High-Tech Corporation | Plasma processing apparatus |
| JP2013074091A (ja) * | 2011-09-28 | 2013-04-22 | Hitachi High-Technologies Corp | ドライエッチング方法および装置 |
| JP2014022482A (ja) * | 2012-07-17 | 2014-02-03 | Hitachi High-Technologies Corp | プラズマ処理装置 |
| US9514967B2 (en) | 2012-07-17 | 2016-12-06 | Hitachi High-Technologies Corporation | Plasma processing apparatus |
| US10522331B2 (en) | 2012-07-17 | 2019-12-31 | Hitachi High-Technologies Corporation | Plasma processing apparatus |
| JP2014051715A (ja) * | 2012-09-07 | 2014-03-20 | Nagoya Univ | 成膜装置、成膜方法および成膜プログラム |
| JP2016027667A (ja) * | 2015-10-01 | 2016-02-18 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | プラズマ処理装置 |
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