JPH06275222A - Self-bias control device by plural electrodes - Google Patents

Self-bias control device by plural electrodes

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JPH06275222A
JPH06275222A JP5084088A JP8408893A JPH06275222A JP H06275222 A JPH06275222 A JP H06275222A JP 5084088 A JP5084088 A JP 5084088A JP 8408893 A JP8408893 A JP 8408893A JP H06275222 A JPH06275222 A JP H06275222A
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JP
Japan
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electrode
plasma
high frequency
self
bias
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Application number
JP5084088A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideki Fujita
秀樹 藤田
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Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To reconcile an optimum etching strength and a high etching rate by providing a divided electrode, and freely controlling the capacity between the divided electrode and a plasma to change the self-bias regardless of a high frequency power source or gas pressure. CONSTITUTION:A vacuum vessel 1 is formed of an insulator, and a plurality of divided electrodes 7 are provided along the wall surface in the inner part of the vessel 1. The electrode 7 is connected to a ground potential by an independent variable resistor 12 or switch, and the electrode 7 and the ground potential are short-circuited or separated by regulating the resistor 12 or switch to effectively change the surface area of the electrode 7. Namely, the electrode 7 is provided so that the capacity between the electrode 7 and a plasma can be freely controlled. Since the self-bias can be changed regardless of a high frequency power source or gas pressure, thus, an optimum etching strength and a high etching rate can be reconciled.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は高周波を用いて原料ガ
スをプラズマにする薄膜形成装置、エッチング装置など
の高周波プラズマ装置に関する。特にプラズマの自己バ
イアスを自由に調整することのできる高周波プラズマ装
置を提供する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-frequency plasma apparatus such as a thin film forming apparatus and an etching apparatus for converting a source gas into plasma by using high frequency. In particular, the invention provides a high-frequency plasma device capable of freely adjusting the self-bias of plasma.

【0002】高周波を電極間に印加してガスをプラズマ
にする装置は、エッチングやCVDのために多数利用さ
れている。ガスの種類によって膜形成したり表面物質を
除去したりすることができる。
A large number of apparatuses for applying a high frequency between electrodes to turn gas into plasma are used for etching and CVD. Depending on the type of gas, it is possible to form a film or remove surface substances.

【0003】平行平板電極を用いて一方を接地し他方に
高周波を印加することがある。この場合は平板電極の間
にプラズマが発生する。或は装置の内壁の全体を接地
し、1枚の電極に高周波を印加することもある。この場
合はプラズマが内部空間の全体を満たす。プラズマは電
子とイオンの集合体である。このときウエハとプラズマ
の間の電位は重要なパラメ−タである。
In some cases, parallel plate electrodes are used to ground one and apply a high frequency to the other. In this case, plasma is generated between the plate electrodes. Alternatively, the entire inner wall of the device may be grounded and a high frequency may be applied to one electrode. In this case, the plasma fills the entire internal space. Plasma is an assembly of electrons and ions. At this time, the potential between the wafer and the plasma is an important parameter.

【0004】[0004]

【従来の技術】この電位差は重要なパラメ−タであるに
も拘らずこれを自由に調節することができない。これは
電子とイオンの移動度の差に基づいて自然に発生するか
ら、高周波電極に自己バイアスが発生することになる。
実際にはコンデンサを介して高周波電圧を電極間に印加
する。電子は軽いので、高周波電界の変化に対応してプ
ラズマ中を運動することができる。しかし重いイオンは
高周波電界に追随できず殆ど実効的に静止したままであ
る。ために基板を戴置した電極の方が負になり、コンデ
ンサに直流分が乗ることになる。
2. Description of the Related Art Although this potential difference is an important parameter, it cannot be adjusted freely. Since this naturally occurs based on the difference in mobility of electrons and ions, self-bias is generated in the high frequency electrode.
Actually, a high frequency voltage is applied between the electrodes via a capacitor. Since the electrons are light, they can move in the plasma in response to changes in the high frequency electric field. However, the heavy ions cannot keep up with the high-frequency electric field and remain almost stationary. Therefore, the electrode on which the substrate is placed becomes more negative, and a direct current component is added to the capacitor.

【0005】図3は従来例に係る高周波プラズマ発生装
置の概略構成図である。CVD装置として用いられるこ
ともあるしエッチング装置として用いられることもあ
る。またプラズマ中で物質の改質に用いられることもあ
ろう。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a conventional high-frequency plasma generator. It may be used as a CVD apparatus or as an etching apparatus. It may also be used to modify substances in plasma.

【0006】真空容器1は密封できる容器である。これ
は金属でできており接地される。高周波の印加される高
周波電極2は真空容器1の内部にガイシ3によって絶縁
された状態で支持される。コンデンサ4を介して高周波
電源5の一方の端子が高周波電極2に接続される。高周
波電源5の他の端子は真空容器1に接続される。これは
大地電圧である。
The vacuum container 1 is a container that can be sealed. It is made of metal and is grounded. The high frequency electrode 2 to which a high frequency is applied is supported inside the vacuum container 1 in an insulated state by the insulator 3. One terminal of the high frequency power supply 5 is connected to the high frequency electrode 2 via the capacitor 4. The other terminal of the high frequency power supply 5 is connected to the vacuum container 1. This is the ground voltage.

【0007】一旦真空容器1を真空に引き、原料ガスが
真空容器1に導入される。真空容器1と高周波電極2の
間に高周波電圧が印加される。電子が主に振動してエネ
ルギ−を得る。そして原子から飛び出して自由電子にな
る。これがさらにエネルギ−を得て飛び回るので原子分
子から電子を新たに叩きだし、正イオンと電子になる。
こうして高周波電極2の近傍に濃いプラズマが発生す
る。プラズマはイオンと電子と中性の原子分子などを含
む。電界の作用でイオンと電子がプラズマ中で振動す
る。
[0007] The vacuum container 1 is once evacuated, and the raw material gas is introduced into the vacuum container 1. A high frequency voltage is applied between the vacuum container 1 and the high frequency electrode 2. Electrons mainly vibrate to obtain energy. And it jumps out of the atom and becomes a free electron. This gains more energy and flies around, so new electrons are knocked out from the atomic molecules, becoming positive ions and electrons.
In this way, a dense plasma is generated near the high frequency electrode 2. Plasma includes ions, electrons, neutral atomic molecules, and the like. The action of the electric field causes ions and electrons to oscillate in the plasma.

【0008】電極の板の面積が異なるので、プラズマが
高周波電極2の近傍に密に存在するが、電子は高周波電
極2が正にバイアスされた時に高周波電極2に飛び込み
消滅する。イオンは交番電界が変化する間に殆ど動かな
い。ために電子の分布が高周波電極2に近い領域に局在
する。正イオンが高周波電極2から遠くに存在するとい
うことになる。それで高周波電極2が負にバイアスされ
る。つまり真空容器1が0ボルトで、高周波電極2が数
百ボルトの負電圧になる。
Since the plate areas of the electrodes are different, the plasma is densely present in the vicinity of the high frequency electrode 2, but the electrons jump into the high frequency electrode 2 and disappear when the high frequency electrode 2 is positively biased. The ions hardly move while the alternating electric field changes. Therefore, the distribution of electrons is localized in a region close to the high frequency electrode 2. It means that the positive ions exist far from the high frequency electrode 2. As a result, the high frequency electrode 2 is negatively biased. That is, the vacuum container 1 has a voltage of 0 V, and the high-frequency electrode 2 has a negative voltage of several hundred V.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ただしここで問題にす
るのは、プラズマの電位と、高周波電極2の電位の差で
ある。そこでこの差電圧のことをここでは自己バイアス
と呼ぶことにする。基板を高周波電極2の上に於いてこ
れの表面を反応性エッチングする場合を考える。この場
合イオンの加速エネルギ−はプラズマ電位と高周波電極
2の電位の差によって決まる。つまり自己バイアスに等
しい。エッチングの能力は原料ガスの化学的な活性にも
よるが衝撃時の力積にもよる。力積は当然自己バイアス
によって決まる。エッチングの速さは従って自己バイア
スによって強く影響される。
However, the problem here is the difference between the plasma potential and the high-frequency electrode 2. Therefore, this difference voltage is referred to as self-bias here. Consider the case where the substrate is placed on the high-frequency electrode 2 and the surface thereof is reactively etched. In this case, the acceleration energy of the ions is determined by the difference between the plasma potential and the potential of the high frequency electrode 2. That is, it is equal to self-bias. The etching ability depends on the chemical activity of the source gas, but also on the impulse at the time of impact. Impulse naturally depends on self-bias. The etching rate is therefore strongly influenced by self-bias.

【0010】ところがある物質をエッチングするという
場合、エッチングの作用が随時変化した方が望ましいと
いうことがある。この場合自己バイアスを変化させるの
がひとつの方法である。
However, when etching a certain substance, it may be desirable that the action of etching be changed at any time. In this case, changing the self-bias is one method.

【0011】反応性イオンエッチングにおいて自己バイ
アスの調整は通常高周波電力の制御によって行われる。
高周波電力は電圧と電流の積である。プラズマのインピ
−ダンスが一定でないので、単純に電圧の2乗に電力が
比例するとはいえない。ガス圧の上昇下降や、電源電圧
の上昇下降により電力を制御することができる。電力を
下げると自己バイアスが下がる、電力を挙げると自己バ
イアスが上がる。
In the reactive ion etching, the adjustment of the self-bias is usually performed by controlling the high frequency power.
RF power is the product of voltage and current. Since the impedance of the plasma is not constant, it cannot be said that the power is simply proportional to the square of the voltage. Electric power can be controlled by increasing and decreasing the gas pressure and increasing and decreasing the power supply voltage. Lowering the power lowers the self-bias, and raising the power raises the self-bias.

【0012】これだけなら別に問題がないのであるが、
事態を複雑にするのは、プラズマの密度と電力、エッチ
ングレ−トの間にある関係である。
If this is the only problem, there is no problem.
Complicating matters is the relationship between plasma density, power and etch rate.

【0013】例えば、Siウエハの上にAlのパタ−ン
がありさらにこの上にAlの酸化膜ができておりエッチ
ングにより酸化膜を除去したいという場合がある。この
エッチングの場合、最初は大きい自己バイアスを与えて
イオンで強力に表面を叩きAl酸化物膜を除かなければ
ならない。この後は自己バイアスを下げイオンの衝撃力
を少なくして基板のダメ−ジを小さくする必要がある。
For example, there is a case where an Al pattern is formed on a Si wafer and an Al oxide film is formed on the Si pattern, and it is desired to remove the oxide film by etching. In the case of this etching, a large self-bias must first be applied to strongly strike the surface with ions to remove the Al oxide film. After this, it is necessary to lower the self-bias and reduce the impact force of ions to reduce the damage of the substrate.

【0014】初期の段階で、自己バイアスを上げるため
にはガス圧を下げる必要がある。ガス圧を下げるとエッ
チングレ−トが低下する。するとAl酸化膜の除去の能
率が悪い。後半部において自己バイアスを下げるために
はガス圧を上げる必要がある。するとエッチングレ−ト
が上がり基板に対するエッチングがより激しくなる。こ
の場合は電源の電力を下げる必要がある。しかしガスの
低下に応じてどれだけ電力を下降させれば良いのか複雑
な関係がある。
At the initial stage, it is necessary to lower the gas pressure in order to increase the self-bias. When the gas pressure is lowered, the etching rate is lowered. Then, the efficiency of removing the Al oxide film is poor. In the latter half, it is necessary to raise the gas pressure to lower the self-bias. Then, the etching rate rises and the etching on the substrate becomes more intense. In this case, it is necessary to reduce the power of the power supply. However, there is a complicated relationship as to how much the electric power should be decreased according to the decrease in gas.

【0015】ガス圧を上げるとエッチングレ−トが上が
るが、これはプラズマの密度を高めるので自己バイアス
を下げる。イオンの衝撃力は自己バイアスによるので、
自己バイアスを高めてエッチング能力を高揚できる。し
かしそうするとエッチングレ−トが下がるという二律背
反の関係にある。高周波電源の電力制御はこの二律背反
を解く鍵にはならない。プラズマを安定して発生させる
ためにはガス圧や電力の最適の範囲があり、相互に自由
に変化させることができないのである。
When the gas pressure is increased, the etching rate increases, but this increases the density of plasma and thus lowers the self-bias. Since the impact force of ions is due to self-bias,
The self-bias can be increased to enhance the etching ability. However, if this is done, the etching rate will drop, which is a trade-off. Power control of high frequency power supplies is not the key to solving this tradeoff. There is an optimum range of gas pressure and electric power for stable plasma generation, and they cannot be freely changed.

【0016】ここに述べたものは、エッチング装置とし
ての問題である。しかしCVD装置として用いる場合
も、プラズマの自己バイアスを自由に設定したいという
場合がある。薄膜形成の際に化学反応を起こすためにエ
ネルギ−が必要である。これは熱としてあるいはプラズ
マの運動エネルギ−として与える。運動エネルギ−は自
己バイアスによるので、自己バイアスの制御が望まれ
る。
What has been described here is a problem as an etching apparatus. However, even when it is used as a CVD apparatus, there are cases where it is desired to freely set the plasma self-bias. Energy is required to cause a chemical reaction when forming a thin film. This is given as heat or kinetic energy of plasma. Since kinetic energy depends on self-bias, control of self-bias is desired.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明は、真空容器の中
に電極を設け、電極に基板を置き、ガスを真空容器に導
入しこれを高周波電力によってプラズマとし、プラズマ
によって基板に何らかの作用を及ぼすようにしたプラズ
マ装置において、真空容器は絶縁体とし、真空容器の内
部に壁面にそって複数の分割電極を設け、分割電極と接
地電位とを独立の可変抵抗あるいはスイッチで接続し、
可変抵抗あるいはスイッチを調整することにより、分割
電極と接地電位を短絡したり切り放したりして実効的に
電極の表面積を変化させるものである。
According to the present invention, an electrode is provided in a vacuum container, a substrate is placed on the electrode, a gas is introduced into the vacuum container, plasma is generated by high frequency power, and the plasma causes some action on the substrate. In the plasma device configured to exert the effect, the vacuum container is an insulator, a plurality of divided electrodes are provided along the wall surface inside the vacuum container, and the divided electrodes and the ground potential are connected by independent variable resistors or switches,
By adjusting the variable resistance or the switch, the divided electrode and the ground potential are short-circuited or cut off to effectively change the surface area of the electrode.

【0018】[0018]

【作用】プラズマ装置において、電圧は実効的なコンデ
ンサを構成する電極間に印加される。従来の図3に示す
装置の場合は一方の電極は容器内壁の全体になってい
る。他方の高周波電極は狭く、容器全体の壁面は大き
い。中間のプラズマは導電体であり、これもひとつのコ
ンデンサの電極と考えることができる。
In the plasma device, the voltage is applied between the electrodes forming the effective capacitor. In the case of the conventional apparatus shown in FIG. 3, one electrode is the entire inner wall of the container. The other high-frequency electrode is narrow and the wall surface of the entire container is large. The plasma in the middle is a conductor, which can also be considered as the electrode of one capacitor.

【0019】するとプラズマ装置において二つのコンデ
ンサが存在すると考えることができる。ひとつのコンデ
ンサは容器壁とプラズマを電極とする。もうひとつのコ
ンデンサはプラズマと高周波電極を電極とする。コンデ
ンサの容量Cは電極間距離dに反比例し電極面積Sに比
例する。つまりC=εS/dである。プラズマと容器壁
の距離をda 、プラズマと高周波電極の距離をde 、容
器壁面の面積をSa 、高周波電極2の面積をSe とす
る。プラズマと容器の間の容量をCa 、プラズマと高周
波電極2の間の容量をCe とすると、Ca =εSa /d
a 、Ce =εSe/de である。プラズマの電位は、コ
ンデンサ4の負電圧−Vq をCe :Ca に分割したもの
である。自己バイアスは、この内後者に当たり、−Vq
a /(Ca +Ce )になる。従来はCa とCe が固定
されていたので、電圧−Vq を変えない限り自己バイア
スを調整することができなかった。
Then, it can be considered that there are two capacitors in the plasma device. One capacitor uses the vessel wall and plasma as electrodes. The other capacitor uses plasma and high frequency electrodes as electrodes. The capacitance C of the capacitor is inversely proportional to the inter-electrode distance d and proportional to the electrode area S. That is, C = εS / d. The distance between the plasma and the container wall d a, the distance between the plasma and the high frequency electrode d e, the area of the container wall S a, the area of the high-frequency electrode 2 and S e. When the capacitance between the plasma and the container is C a and the capacitance between the plasma and the high frequency electrode 2 is C e , C a = εS a / d
a and C e = εS e / d e . The plasma potential is the negative voltage -V q of the capacitor 4 divided into C e : C a . The self-bias corresponds to the latter of these, and −V q
It becomes C a / (C a + C e ). Conventionally, since C a and C e were fixed, the self-bias could not be adjusted unless the voltage −V q was changed.

【0020】ところが本発明では容器を絶縁体とし、分
割電極を複数枚用いているので、プラズマと容器壁の対
向面積に当たるものを実効的に変化させることができ
る。すなわち従来では容器面積S1 となって一定値であ
ったものが、接地電位にある分割電極の面積に置きかわ
るのである。接地電位にある分割電極がプラズマとの間
にコンデンサを形成するからである。分割電極1、2、
……nの面積をA1 、A2 、……An とし、この内低抵
抗またはスイッチで繋がれているものの面積の和をS1
として、Ca =εSa /da 、Ce =εSe /de とな
る。プラズマと容器の間のコンデンサの容量が変化する
から、自己バイアス−Vqa /(Ca +Ce )を自由
に変化させることができるのである。
However, in the present invention, since the container is made of an insulator and a plurality of divided electrodes are used, it is possible to effectively change the area corresponding to the facing area between the plasma and the container wall. That is, what is conventionally a constant value for the container area S 1 is replaced by the area of the divided electrode at the ground potential. This is because the divided electrodes at the ground potential form a capacitor with the plasma. Split electrodes 1, 2,
The area of ...... n is A 1 , A 2 , ...... A n, and the sum of the areas of those connected by low resistance or switch is S 1
Then, C a = εS a / d a and C e = εS e / d e . The capacity of the capacitor between the plasma and the container is changed, it is possible to freely change the self-bias -V q C a / (C a + C e).

【0021】i番目の分割電極が低抵抗またはスイッチ
で接続されている時に1となり、そうでないときに(高
抵抗で接続またはスイッチが切れている)0となる変数
iを考える。このパラメ−タを用いると、Sa =ΣWi
i と書くことができる。Ca =εSa /da =εΣ
ii /da となるので、コンデンサの容量Ca が変
化するということが良くわかる。
Consider a variable W i which is 1 when the i-th divided electrode is connected by a low resistance or a switch, and is 0 when it is not connected (switch is disconnected by a high resistance). Using this parameter, S a = ΣW i
It can be written as A i . C a = εS a / d a = εΣ
Since it becomes W i A i / d a , it is well understood that the capacitance C a of the capacitor changes.

【0022】[0022]

【実施例】図1は本発明の実施例に係るプラズマ装置の
概略構成図である。真空容器1は、真空にひくことがで
きガスをプラズマにする空間を与える。真空容器1は絶
縁体である。この内部に平板な高周波電極2がガイシ3
により絶縁されて設けられる。高周波電極2は外部のコ
ンデンサ4を介して外部の高周波電源5に接続される。
高周波電源5のもう一方の端子は接地される。真空容器
1の内壁にそって複数の平板電極が数多く設けられる。
これは真空容器1が一体として電極であったものを複数
の電極に分割したものであるから分割電極7と呼ぶこと
にする。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a plasma device according to an embodiment of the present invention. The vacuum vessel 1 provides a space that can be evacuated to a gas and turned into plasma. The vacuum container 1 is an insulator. Inside this is a flat high-frequency electrode 2
It is provided by being insulated. The high frequency electrode 2 is connected to an external high frequency power source 5 via an external capacitor 4.
The other terminal of the high frequency power supply 5 is grounded. A plurality of flat plate electrodes are provided along the inner wall of the vacuum container 1.
This is referred to as a split electrode 7 because the vacuum container 1 is an electrode which is integrally formed and is divided into a plurality of electrodes.

【0023】分割電極7はそれぞれ電流導入端子6を通
じて外部の可変抵抗R1 、R2 、……に接続される。可
変抵抗R1 、R2 、……の他端は接地される。外部の可
変抵抗は独立に制御でき、0オ−ムから無限大までの値
を取る。0オ−ムの場合分割電極は接地されている。抵
抗無限大の場合分割電極は浮いている。可変抵抗は中間
値を取ることもできるが、寧ろ0オ−ムと無限大の場合
が重要であるから、単純なスイッチで置き換えることも
できる。
The divided electrodes 7 are connected to external variable resistors R 1 , R 2 , ... Through the current introducing terminals 6, respectively. The other ends of the variable resistors R 1 , R 2 , ... Are grounded. The external variable resistor can be controlled independently and takes values from 0 ohm to infinity. In the case of 0 ohm, the divided electrodes are grounded. When the resistance is infinite, the split electrodes are floating. The variable resistor can take an intermediate value, but since it is important to have 0 ohm and infinity, it can be replaced with a simple switch.

【0024】容器の内壁に代わって、分割電極7がプラ
ズマ16との間にコンデンサを形成する。電極とプラズ
マの間に狭い遷移領域が存在する。これをプラズマシ−
ス8という。プラズマシ−スの厚さがコンデンサの厚み
dに当たる。ひとつの分割電極iの面積がAi でこれの
シ−スの厚みをdとしてこの分割電極の容量はεAi
dである。ただし分割電極が接地電位に接続されている
場合のみこれだけの容量を持つ。分割電極が接地電極か
ら離れている時は容量が0である。したがって、分割電
極iが接地電極と接続されている時に1を、接続されて
いない時に0となる接続パラメ−タWi を用いて、分割
電極とプラズマの間の容量は、常にWiεAi /d と
書くことができる。
Instead of the inner wall of the container, the divided electrode 7 forms a capacitor with the plasma 16. There is a narrow transition region between the electrode and the plasma. This is a plasma sheet
Called Su 8. The thickness of the plasma case corresponds to the thickness d of the capacitor. If the area of one divided electrode i is A i and the thickness of its sheath is d, the capacitance of this divided electrode is εA i /
d. However, only when the divided electrodes are connected to the ground potential, this capacity is provided. The capacitance is 0 when the split electrode is separated from the ground electrode. Therefore, by using the connection parameter W i which is 1 when the divided electrode i is connected to the ground electrode and 0 when it is not connected, the capacitance between the divided electrode and the plasma is always W i εA i. You can write / d.

【0025】したがって、全ての分割電極とプラズマの
間のコンデンサ容量はCa =εSa/da =εΣWii
/da と書ける。ところがプラズマと高周波電極2の
間のコンデンサは不変である。高周波電極2の上にシ−
スができるがこれは一定である。面積が変わらない。し
たがってCe =εSe /de という関係が変わらない。
[0025] Accordingly, capacitance between all the divided electrodes and the plasma C a = εS a / d a = εΣW i A i
You can write / d a . However, the capacitor between the plasma and the high frequency electrode 2 remains unchanged. Shield on the high frequency electrode 2
It is possible, but this is constant. Area does not change. Therefore, the relationship of C e = εS e / d e does not change.

【0026】図2は図1の構成において等価回路を示
す。プラズマ16はプラズマインピ−ダンス9を持ち、
これに複数の分割電極7が多数接続されているような構
成となる。高周波電源5は一端が接地される。他端は外
部コンデンサ4を経て高周波電極2に繋がる。コンデン
サCe が高周波電極2とプラズマの間に存在する。コン
デンサC1 、C2 、……Cn が各分割電極とプラズマの
間に存在する。プラズマインピ−ダンスは0と仮定す
る。
FIG. 2 shows an equivalent circuit in the configuration of FIG. Plasma 16 has plasma impedance 9,
A plurality of divided electrodes 7 are connected to this. One end of the high frequency power source 5 is grounded. The other end is connected to the high frequency electrode 2 via the external capacitor 4. A capacitor C e exists between the high frequency electrode 2 and the plasma. Capacitors C 1 , C 2 , ... C n exist between each split electrode and the plasma. Plasma impedance is assumed to be zero.

【0027】図4はさらに簡略化した回路を示す。分割
電極はふたつだけを示している。これによるコンデンサ
はC1 、C2 である。高周波電極2とプラズマの間のコ
ンデンサはCe で一定である。自己バイアスはV1 に比
例するが、もしもR=0なら、プラズマと分割電極の間
のコンデンサは(C1 +C2 )である。このとき、自己
バイアスはV1 =Vrf(C1 +C2 )/(C1 +C2
+Ce )に比例する。もしもRが無限大ならは、プラズ
マと分割電極の間のコンデンサはC1 である。自己バイ
アスは、V1 =VrfC1 /(C1 +Ce )に比例す
る。
FIG. 4 shows a further simplified circuit. Only two split electrodes are shown. The resulting capacitors are C 1 and C 2 . The capacitor between the high frequency electrode 2 and the plasma is constant at C e . The self-bias is proportional to V 1 , but if R = 0, the capacitor between the plasma and the split electrode is (C 1 + C 2 ). At this time, the self-bias is V 1 = Vrf (C 1 + C 2 ) / (C 1 + C 2
+ C e ). If R is infinite, the capacitor between the plasma and the split electrode is C 1 . The self-bias is proportional to V 1 = VrfC 1 / (C 1 + C e ).

【0028】実際にはn個の分割電極があるので、1≦
k≦nの整数kを用いると、自己バイアスはV1 =kC
0 Vrf/(kC0 +Ce )に比例する。ただしここで
分割電極のプラズマに対する容量が全て等しく、C1
2 =……=C0 と仮定している。C0 をCe に対して
十分に小さく選んでおけば自己バイアスの値を広範に変
化させうる。
Since there are actually n divided electrodes, 1 ≦
When an integer k of k ≦ n is used, the self-bias is V 1 = kC
It is proportional to 0 Vrf / (kC 0 + C e ). However, here, the capacities of the divided electrodes for the plasma are all equal, and C 1 =
It is assumed that C 2 = ... = C 0 . If C 0 is selected sufficiently small with respect to C e , the value of self-bias can be widely changed.

【0029】図5は自己バイアスの時間変化を示すグラ
フである。前述のようにSiウエハの上にAlのパタ−
ンがあり、それの上にAl酸化膜がある場合、初めは自
己バイアスを大きくし酸化膜を強力にエッチングしなけ
ればならない。酸化膜を除いた後は自己バイアスを下げ
てエッチングの能力を下げてゆく必要がある。これは従
来の方法と異なり、電源のパワ−を一定に保ちガス圧も
一定に保ちながら行うことができるのである。ガス圧を
下げなくても良いのでエッチングレ−トが低下しない。
エッチングの後期において自己バイアスを下げることが
できるので、ウエハのダメ−ジを回避できる。
FIG. 5 is a graph showing changes in self-bias with time. As described above, the pattern of Al is formed on the Si wafer.
If there is a silicon oxide film and an Al oxide film is formed on it, the self-bias must be increased first to strongly etch the oxide film. After removing the oxide film, it is necessary to lower the self-bias to lower the etching ability. Unlike the conventional method, this can be performed while keeping the power of the power source constant and the gas pressure constant. Since the gas pressure does not have to be lowered, the etching rate does not decrease.
Since the self-bias can be lowered in the latter stage of etching, the damage of the wafer can be avoided.

【0030】[0030]

【発明の効果】ガスを高周波放電によりプラズマにする
装置において、高周波電極と容器全体をコンデンサの電
極にするのではなく、分割電極を設けて分割電極とプラ
ズマの間の容量を自由に制御できるようにしている。た
めに、高周波電源やガス圧とは無関係に自己バイアスを
変化させることができる。ために最適のエッチング強さ
と高いエッチングレ−トを両立させることができる。C
VD装置に利用した時も原料プラズマの運動エネルギ−
を自在に変えうるので、薄膜の形成条件の制御自由度が
増える。
EFFECTS OF THE INVENTION In an apparatus for converting gas into plasma by high-frequency discharge, instead of using the high-frequency electrode and the entire container as electrodes of a capacitor, split electrodes are provided so that the capacitance between the split electrode and plasma can be freely controlled. I have to. Therefore, the self-bias can be changed regardless of the high frequency power supply and the gas pressure. Therefore, both optimum etching strength and high etching rate can be achieved. C
Kinetic energy of raw material plasma when used in VD equipment
The degree of freedom in controlling the conditions for forming the thin film is increased.

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

【図1】本発明の実施例に係るプラズマ装置の概略構成
図。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a plasma device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の装置の等価回路図。FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the device of FIG.

【図3】従来例に係るプラズマ装置の概略構成図。FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a plasma device according to a conventional example.

【図4】図1の装置の簡略化した回路図。4 is a simplified circuit diagram of the device of FIG.

【図5】SiウエハにAlパタ−ンがありその上にAl
酸化物が存在する場合にエッチングの際の自己バイアス
の時間的変化を示すグラフ。
FIG. 5: Si wafer has Al pattern and Al on it
FIG. 6 is a graph showing a change with time in self-bias during etching in the presence of oxide.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 真空容器 2 高周波電極 3 ガイシ 4 コンデンサ 5 高周波電源 6 電流導入端子 7 分割電極 8 プラズマシ−ス 9 プラズマインピ−ダンス 10 分割電極シ−ス容量 11 高周波電極シ−ス容量 12 可変抵抗 13 高周波電圧 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 vacuum container 2 high frequency electrode 3 insulator 4 capacitor 5 high frequency power supply 6 current introducing terminal 7 split electrode 8 plasma sheath 9 plasma impedance 10 split electrode sheath capacitance 11 high frequency electrode sheath capacitance 12 variable resistance 13 high frequency voltage

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 真空に引くことができプラズマを発生さ
せる空間を与える真空容器1と、真空容器1の内部に設
けられる平板の高周波電極2と、真空容器1の外部に設
けられプラズマを発生させるための高周波電力を与える
高周波電源5と、高周波電源5の一端と高周波電極2と
を接続する外部のコンデンサ4と、真空容器1の内部に
設けられる複数の分割電極7と、高周波電源の他端と前
記の分割電極7とを接続する可変抵抗またはスイッチを
含み、可変抵抗またはスイッチを変化させてプラズマと
高周波電極2の間の直流バイアスを変化させるようにし
たことを特徴とする複数電極による自己バイアス制御装
置。
1. A vacuum container 1 which can be evacuated to provide a space for generating plasma, a flat-plate high-frequency electrode 2 provided inside the vacuum container 1, and a plasma provided outside the vacuum container 1. A high frequency power supply 5 for supplying high frequency power, an external capacitor 4 connecting one end of the high frequency power supply 5 and the high frequency electrode 2, a plurality of split electrodes 7 provided inside the vacuum container 1, and the other end of the high frequency power supply. A variable resistance or a switch for connecting the divided electrode 7 and the divided electrode 7, and by changing the variable resistance or the switch, the DC bias between the plasma and the high frequency electrode 2 is changed. Bias control device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008501241A (en) * 2004-05-28 2008-01-17 ラム リサーチ コーポレーション Vacuum plasma processor including control responsive to DC bias voltage
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JP2022043120A (en) * 2017-09-20 2022-03-15 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド Substrate support with multiple embedded electrodes

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