JPH0748488B2 - Plasma controller - Google Patents

Plasma controller

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JPH0748488B2
JPH0748488B2 JP62143077A JP14307787A JPH0748488B2 JP H0748488 B2 JPH0748488 B2 JP H0748488B2 JP 62143077 A JP62143077 A JP 62143077A JP 14307787 A JP14307787 A JP 14307787A JP H0748488 B2 JPH0748488 B2 JP H0748488B2
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plasma
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power supply
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high frequency
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体製造工程においてエッチング処理等を行
うプラズマ制御装置にかかわり、特に、微細なパターン
を形成するのに好適なプラズマ制御装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a plasma control device that performs an etching process or the like in a semiconductor manufacturing process, and more particularly to a plasma control device suitable for forming a fine pattern.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

放電プラズマをエッチングに応用した技術分野におい
て、被エッチング物(例えば半導体ウエハ基板)を載置
する電極に対してプラズマ中のイオンを加速するための
高周波電源を備えたプラズマ処理装置であって、対向す
る電極間に被エッチング物を配置するものとして、特開
昭57−131374号公報、特開昭56−33839号公報及び特開
昭60−160620号公報に記載のプラズマ処理装置がある。
In a technical field of applying discharge plasma to etching, a plasma processing apparatus equipped with a high-frequency power source for accelerating ions in plasma with respect to an electrode on which an object to be etched (for example, a semiconductor wafer substrate) is mounted, There are plasma processing apparatuses described in JP-A-57-131374, JP-A-56-33839, and JP-A-60-160620 for disposing the etching object between the electrodes.

これらの装置は、対向する平板電極等の間に高周波電源
を接続してプラズマを発生させ、これとは別の周波数の
高周波電源を基板載置側の電極に接続して、基板に入射
するイオンエネルギーを制御するものである。
In these devices, a high-frequency power source is connected between opposing flat plate electrodes to generate plasma, and a high-frequency power source with a different frequency is connected to the electrode on the substrate mounting side to make the ions incident on the substrate. It controls energy.

上記2つの高周波電源は共にプラズマに電力を供給する
構成となっており、その際、電源の各周波数に対し、電
極の1つを等価的にアース電位とみなせるよう、フィル
タ回路を具備している。
The two high-frequency power supplies are both configured to supply power to the plasma, and at this time, a filter circuit is provided so that one of the electrodes can be equivalently regarded as the ground potential for each frequency of the power supply. .

この従来構成では、プラズマに安定して電力を供給する
ためには、プラズマのインピーダンスのみならず、上記
フィルタ回路をも含めた総合インピーダンスに対して、
各電源周波数のための整合回路が必要である。
In this conventional configuration, in order to stably supply electric power to the plasma, not only the impedance of the plasma but also the total impedance including the filter circuit,
A matching circuit is needed for each power supply frequency.

以上のように従来のプラズマ処理装置においては、フィ
ルタ回路や整合回路がコイル、コンデンサを含むため、
プラズマに供給できる周波数帯域が制限され、特定の周
波数の正弦波以外の波形を印加することが困難であっ
た。
As described above, in the conventional plasma processing apparatus, since the filter circuit and the matching circuit include the coil and the capacitor,
The frequency band that can be supplied to plasma is limited, and it is difficult to apply a waveform other than a sine wave of a specific frequency.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

エッチングに要求される加工精度が、パターン寸法にし
て0.8μmないし1.3μm程度であることから、被エッチ
ング物(被覆材)と下地材とのエッチング選択比(被覆
材と下地材とのエッチング速度の比)を増加すること、
並びに高い寸法精度でエッチングを行うことが必要であ
る。
Since the processing accuracy required for etching is about 0.8 μm to 1.3 μm in pattern size, the etching selection ratio between the material to be etched (covering material) and the base material (the etching rate of the coating material and the base material Increasing the ratio),
In addition, it is necessary to perform etching with high dimensional accuracy.

こうしたエッチングを行うには、被エッチング物に入射
するイオンエネルギーの分布幅を狭くすること、プラズ
マと電極との間の電界強度を一定にすること等が要求さ
れるが、このためには、まず、前記公報に記載された矩
形波、三角波等の高次の周波数成分を含む特殊波形を、
その波形を鈍らせることなく電極に印加することが必須
の技術的課題である。
In order to perform such etching, it is necessary to narrow the distribution width of ion energy incident on the object to be etched, to keep the electric field strength between the plasma and the electrode constant, and for this purpose, first, , A special waveform including high-order frequency components such as a rectangular wave and a triangular wave described in the above publication,
It is an essential technical subject to apply the voltage to the electrodes without blunting the waveform.

本発明の目的は、プラズマ放電に悪影響を与えることな
く、電極に高次の周波数成分を含む特殊波形を印加可能
とするプラズマ処理装置を提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus capable of applying a special waveform including a high-order frequency component to an electrode without adversely affecting plasma discharge.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記目的は、基板を載置する電極を抵抗器を介して接地
し、当該抵抗器の一端と基板載置電極とに当該電極の電
位を制御するための高周波電源(特殊波形発生電源)を
接続するとともに、基板載置電極(接地側電極)に対向
する電極(電源側電極)をコイルを介して接地し、その
一方でプラズマを発生させるための高周波電源、整合回
路、電源側電極、プラズマ発生空間、接地側電極、バイ
パスコンデンサからなる電気回路を設け、上記2つの電
源系を分離して構成することにより達成される。
The purpose is to ground the electrode on which the substrate is mounted via a resistor, and to connect one end of the resistor and the substrate mounting electrode to a high frequency power supply (special waveform generation power supply) for controlling the potential of the electrode. In addition, the electrode (power supply side electrode) facing the substrate mounting electrode (ground side electrode) is grounded via the coil, while a high frequency power supply for generating plasma, matching circuit, power supply side electrode, plasma generation This is achieved by providing an electric circuit composed of a space, a ground side electrode, and a bypass capacitor and separating the above two power supply systems.

換言すれば、プラズマを発生させるための高周波電源、
整合回路、電源側電極、プラズマ発生空間、接地側電
極、当該高周波電極の電力を通過させるバイパスフィル
タであって抵抗とコンデンサによって構成されたものか
らなるプラズマ発生電源系の上記バイパスフィルタの抵
抗に接地側電極の電位を制御するための高周波電源の電
力を重畳して印加し、当該高周波電源の電力の一部がプ
ラズマ発生空間を通過して電源側電極に流れる分をコイ
ルによってアースに流す構成を採ることが、解決手段で
ある。
In other words, a high frequency power supply for generating plasma,
A matching circuit, a power supply side electrode, a plasma generation space, a grounding side electrode, and a bypass filter for passing the power of the high frequency electrode, which is composed of a resistor and a capacitor and is grounded to the resistance of the bypass filter of the plasma generation power system. The power of the high frequency power supply for controlling the potential of the side electrode is superimposed and applied, and a part of the power of the high frequency power supply that passes through the plasma generation space and flows to the power supply side electrode is sent to the ground by the coil. Taking is the solution.

〔作用〕[Action]

上記の構成において、特殊波形発生電源の出力インピー
ダンスと前記抵抗器のインピーダンスとを整合しておけ
ば、電源の出力波形に忠実に接地側電極の電位を制御で
きる。また、抵抗器にインダクタンス分の極少な所定の
ものを用いれば十分な制御性が付与され得る。
In the above configuration, if the output impedance of the special waveform generating power source and the impedance of the resistor are matched, the potential of the ground side electrode can be controlled faithfully to the output waveform of the power source. In addition, sufficient controllability can be provided by using a predetermined resistor having a minimum inductance.

プラズマの発生に寄与する高周波電源からの電力は、当
該周波数において十分低いインピーダンスとなるよう定
められたコンデンサを介して接地側電極が接地されるこ
とで、安定してプラズマを発生させる。特殊波形発生電
源からの電力は、ほとんどが前記抵抗器に流れるが、一
部はプラズマを介して電源側電極へ流れる。ただし、そ
の量は全体の5%以下とわずかであるので、プラズマに
悪影響を及ぼすことはない。また、電源側電極に接続さ
れたコイルを介してアースへ流れるので、プラズマ発生
に寄与する高周波電源に悪影響を与えることもない。
Electric power from the high-frequency power source that contributes to the generation of plasma stably generates plasma by grounding the ground-side electrode through a capacitor that has a sufficiently low impedance at the frequency. Most of the electric power from the special waveform generating power supply flows to the resistor, but part of it flows to the power supply side electrode through the plasma. However, since the amount is as small as 5% or less of the whole, it does not adversely affect the plasma. Further, since it flows to the ground through the coil connected to the power source side electrode, it does not adversely affect the high frequency power source that contributes to plasma generation.

〔実施例〕〔Example〕

以下、抵抗やコイル、コンデンサの回路定数を決める上
で便宜となるよう若干の説明を行った後、実施例の説明
を行うこととする。
Hereinafter, some explanation will be given for convenience in determining the circuit constants of the resistors, the coils, and the capacitors, and then the embodiments will be described.

接地側電極の電位のみを制御するには、プラズマを介し
て全電力を供給するまでもなく、当該電極と接地との間
に電位差を生ぜしめれば足りる。
In order to control only the potential of the ground side electrode, it is sufficient to generate a potential difference between the electrode and the ground, without needing to supply all electric power through the plasma.

従来は、高周波電力を全部プラズマに供給していたの
で、プラズマと高周波電源とでインピーダンス整合をと
っていた。いま、プラズマのインピーダンスをa+jb
(aは抵抗成分、bはリアクタンス成分)としたとき、
虚数成分jbは通常、容量性、誘導性に応じて1/jωC,jω
Lといった具合に、周波数f(ω=2πf)に依存する
量となる。このとき、電源インピーダンスがa−jbとな
っていれば、リアクタンス成分が打ち消され、最大電力
がプラズマに損失なく供給される。これが一般的なイン
ピーダンス整合であり、公知の原理である(例えば、ブ
ライアン チャップマン(Brian Chapman)著の「グロ
ー ディスチャージ プロセスィズ(Glow Discharge P
roces−ses)(1980)」)。
Conventionally, since the high frequency power is entirely supplied to the plasma, impedance matching is performed between the plasma and the high frequency power supply. Now, let the plasma impedance be a + jb
(A is a resistance component and b is a reactance component),
The imaginary component jb is usually 1 / jωC, jω depending on the capacitive and inductive properties.
For example, L is a quantity depending on the frequency f (ω = 2πf). At this time, if the power source impedance is a-jb, the reactance component is canceled and the maximum power is supplied to the plasma without loss. This is a general impedance matching, which is a well-known principle (for example, "Glow Discharge P" by Brian Chapman).
roces-ses) (1980) ").

一方、負荷であるプラズマは、用いるガス種、圧力、供
給する電力等でインピーダンスが変化するので、通常、
変動する負荷に電源のインピーダンスをその都度合わせ
ることは難しく、コイルやコンデンサで構成された整合
回路を入れて、電源固有のインピーダンスZ0(出力イン
ピーダンス、Z0=r+jo)に合わせている。従って、広
い周波数成分の波形に対して印加を可能とするには、負
荷インピーダンスのリアクタンス成分と途中の整合回路
中のコイル,コンデンサのリアクタンス成分との合成リ
アクタンス成分を、抵抗成分に比べて十分小さくするこ
とが必要である。
On the other hand, since the impedance of plasma, which is a load, changes depending on the type of gas used, pressure, supplied power, etc.,
It is difficult to match the impedance of the power supply to the fluctuating load each time, and a matching circuit composed of a coil and a capacitor is inserted to match the impedance Z 0 (output impedance, Z 0 = r + jo) peculiar to the power supply. Therefore, in order to enable application to a wide frequency component waveform, the combined reactance component of the reactance component of the load impedance and the reactance components of the coils and capacitors in the matching circuit on the way is sufficiently smaller than the resistance component. It is necessary to.

そこで既述のように、接地側電極に電位を発生させる高
周波電源(特殊波形発生電源)側から、印加すべき電極
を見込んだときの負荷のインピーダンスが、リアクタン
ス成分を含まないように構成すれば、問題点を解決でき
る。通常電源の出力インピーダンスは抵抗成分で50Ω程
度であるのに対し、プラズマのインピーダンスは、抵抗
成分で数百ないし数千Ω、リアクタンス成分(上記特殊
波形発生電源の周波数でのリアクタンス成分)で数千Ω
と高いので、プラズマのインピーダンスより小さい値の
抵抗を電極に接続すれば、プラズマのインピーダンスの
変動の影響を受けることなく、電極の電位を制御するこ
とができる。しかも、その抵抗の抵抗値を電源の出力イ
ンピーダンスと等しくすれば、整合回路なしで電力を供
給できる。
Therefore, as described above, if the impedance of the load when the electrode to be applied is foreseen from the high frequency power supply (special waveform generation power supply) side that generates a potential at the ground side electrode does not include the reactance component, , The problem can be solved. The output impedance of a normal power supply is about 50Ω in resistance component, while the impedance of plasma is several hundred to several thousand Ω in resistance component and several thousand in reactance component (reactance component at the frequency of the above special waveform generating power supply). Ω
Therefore, if a resistor having a value smaller than the impedance of plasma is connected to the electrode, the potential of the electrode can be controlled without being affected by the fluctuation of the impedance of plasma. Moreover, if the resistance value of the resistor is made equal to the output impedance of the power supply, electric power can be supplied without a matching circuit.

以下、本発明の実施例を第1図ないし第5図を用いて説
明する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 5.

第1図において、1は被エッチング物(例えば半導体ウ
エハ)、2,3は互いに対向する電極、4は高い周波数fH
(例えば13.56MHz)の高周波電源、5は高周波電源4に
対する整合回路、6は低い周波数fL(例えば基本周波数
100KHz)の高周波電源、7は高周波電源6の出力インピ
ーダンス(例えば50Ω)と値の等し抵抗器、8はコンデ
ンサ、9はプラズマ、10はコイルである。また、高周波
電源6は、信号発生器6aと電力増幅器6bとによって構成
されている。電極3に接続されたコンデンサ8は、例え
ば容量値が3000pFのものであり、そのインピーダンス
は、第3図に示すように、上記高い周波数fH13.56MHzに
対しては3.9Ωと、電極3に接続された抵抗器7の抵抗
値に比べて1/10と小さく(第3図A点)、上記低い周波
数fL100KHzに対しては530Ωと、抵抗値に比べて10倍以
上の値となる。(第3図B点)。
In FIG. 1, 1 is an object to be etched (eg, a semiconductor wafer), 2 and 3 are electrodes facing each other, 4 is a high frequency f H
(Eg 13.56MHz) high frequency power supply, 5 is matching circuit for high frequency power supply 4, 6 is low frequency f L (eg fundamental frequency
100 KHz) high frequency power source, 7 is a resistor for equalizing the output impedance (for example, 50Ω) of the high frequency power source 6, 8 is a capacitor, 9 is plasma, and 10 is a coil. The high frequency power supply 6 is composed of a signal generator 6a and a power amplifier 6b. The capacitor 8 connected to the electrode 3 has, for example, a capacitance value of 3000 pF, and its impedance is 3.9 Ω for the high frequency f H 13.56 MHz as shown in FIG. It is as small as 1/10 of the resistance value of the connected resistor 7 (point A in Fig. 3), and is 530 Ω for the above low frequency f L 100 KHz, which is more than 10 times the resistance value. . (Point B in FIG. 3).

また、電極2に接続されたコイル10は、例えばインダク
タンスが3μHのものであり、そのインピーダンスは、
上記高い周波数fH13.56MHzに対しては255Ωとなる(第
3図C点)が、上記低い周波数fL100KHzに対しては、わ
ずか1.9Ωである(第3図D点)。
The coil 10 connected to the electrode 2 has, for example, an inductance of 3 μH, and its impedance is
It becomes 255 Ω for the above high frequency f H 13.56 MHz (point C in FIG. 3), but is only 1.9 Ω for the above low frequency f L 100 KHz (point D in FIG. 3).

以上の要部構成を等価回路で示した図が第2図(a)で
ある。
FIG. 2A is a diagram showing the above-mentioned configuration of the main part by an equivalent circuit.

次に、第1図ないし第3図を用いて本実施例の動作を詳
細に説明する。
Next, the operation of this embodiment will be described in detail with reference to FIGS.

第1図で、処理室内は図示しない真空ポンプにより換気
され、図示しないガス容器から反応性ガス(例えば四塩
化炭素、フロンガス等)が導入され、図示しない圧力制
御装置により所定の圧力(例えば1Paから数+Pa)に保
たれる。電極3に接続されたコンデンサ8は、高周波電
源4の周波数fHに対しては前述のように低インピーダン
スであり、電極2に接続されたコイル10は、高周波電源
4の周波数fHに対しては前述のように高インピーダンス
である。
In FIG. 1, the inside of the processing chamber is ventilated by a vacuum pump (not shown), a reactive gas (for example, carbon tetrachloride, CFC gas, etc.) is introduced from a gas container (not shown), and a predetermined pressure (for example, from 1 Pa) by a pressure control device (not shown). Number + Pa). The capacitor 8 connected to the electrode 3 has a low impedance as described above with respect to the frequency f H of the high frequency power supply 4, and the coil 10 connected to the electrode 2 has a low impedance with respect to the frequency f H of the high frequency power supply 4. Has a high impedance as described above.

高周波電源4から電極2に高周波電力を投入すると、第
3図fH=13.56MHz線上のインピーダンスの大小関係によ
り、第2図(b)の矢印で示すように電流が流れ、電極
3との間にプラズマ9が発生し、被エッチング物1をエ
ッチングする。
When high-frequency power is applied to the electrode 2 from the high-frequency power source 4, a current flows as shown by the arrow in FIG. 2 (b) due to the magnitude relationship of the impedance on the f H = 13.56 MHz line in FIG. Plasma 9 is generated in the substrate 1 to etch the object to be etched 1.

このとき、高周波電流4側から見た負荷は、プラズマ9
とコンデンサ8との合成負荷と考えることができ、その
合成インピーダンスは、整合回路5の回路定数を調整す
ることにより、従来と全く同様に高周波電源4の出力イ
ンピーダンスと整合をとることができ、プラズマは安定
して放電を維持する。整合回路の構成および動作やイン
ピーダンス整合については、特開昭59−73900号公報、
特開昭59−130098号公報や、前掲の「グロー ディスチ
ャージ プロセスィズ」等に記載されており、公知の技
術である。
At this time, the load viewed from the high frequency current 4 side is the plasma 9
It can be considered as a combined load of the capacitor 8 and the capacitor 8. By adjusting the circuit constant of the matching circuit 5, the combined impedance can be matched with the output impedance of the high frequency power source 4 in exactly the same manner as in the conventional case. Maintains a stable discharge. For the configuration and operation of the matching circuit and impedance matching, see JP-A-59-73900.
It is a known technique as described in JP-A-59-130098 and the above-mentioned "Glow Discharge Processes".

次に、高周波電源6から電極3に高周波電力が投入され
ると、電極3に接続されたコンデンサ8及びプラズマ9
は、第3図fL=100KHz線上に示すように、高周波電源6
の周波数fLに対しては高インピーダンスとなるため、高
周波電源6からの電流は抵抗器7を流れ、抵抗器7の両
端に電位が発生する。この場合、第2図(c)の矢印で
示すように、電力の一部はプラズマ9を通って電極2に
流れ込む、この量は全体の5%以下であるため、プラズ
マ9に影響を与えることはない。また、このプラズマへ
流れ込んだ電力は、電極2とアース間に接続したコイル
10が第3図D点で示すように周波数fL=100KHzに対して
低インピーダンスであるため、コイル10を通ってアース
へ流れ、高周波電源4へ影響を与えることもない。した
がって、高周波電源6の負荷は抵抗器7だけを考えれば
よく、抵抗器7の抵抗値を高周波電源6の出力インピー
ダンス(例えば50Ω)と等しくしておけば、高い高周波
fH用の整合回路5に相当する低い周波数fL用の整合回路
は必要がない。すなわち、周波数fLに対しては、抵抗器
7の抵抗値を選ぶことにより、印加した電力の周波数に
は関係なく常にインピーダンス整合状態とすることがで
きる。
Next, when high frequency power is applied to the electrode 3 from the high frequency power supply 6, the capacitor 8 and the plasma 9 connected to the electrode 3 are connected.
Is the high-frequency power source 6 as shown on the f L = 100KHz line in Fig. 3.
Since the impedance becomes high with respect to the frequency f L , the current from the high frequency power source 6 flows through the resistor 7 and a potential is generated at both ends of the resistor 7. In this case, as shown by the arrow in FIG. 2 (c), part of the electric power flows into the electrode 2 through the plasma 9. Since this amount is 5% or less of the whole, the plasma 9 should be affected. There is no. Also, the electric power flowing into this plasma is the coil connected between the electrode 2 and the ground.
Since 10 has a low impedance with respect to the frequency f L = 100 KHz as shown by point D in FIG. 3, it does not affect the high frequency power source 4 through the coil 10 to the ground. Therefore, it suffices to consider only the resistor 7 as the load of the high frequency power supply 6, and if the resistance value of the resistor 7 is made equal to the output impedance of the high frequency power supply 6 (for example, 50Ω), the high frequency
There is no need for a matching circuit for the low frequency f L corresponding to the matching circuit 5 for f H. That is, with respect to the frequency f L , by selecting the resistance value of the resistor 7, it is possible to always maintain the impedance matching state regardless of the frequency of the applied power.

以上のように本実施例では、従来は高周波電源6と負荷
(プラズマ)との間に不可欠であった整合回路が不要と
なり、周波数fHの高周波電力に対して電極3が等価的に
アース電極と見なせるように電極3に接続したコンデン
サ8および周波数fLの高周波電力に対して電極2が等価
的にアース電極となるよう電極2に接続したコイル10が
必要なだけである。
As described above, in the present embodiment, the matching circuit which was conventionally indispensable between the high frequency power source 6 and the load (plasma) is unnecessary, and the electrode 3 is equivalent to the ground electrode for the high frequency power of the frequency f H. Therefore, it is only necessary to provide the capacitor 8 connected to the electrode 3 and the coil 10 connected to the electrode 2 so that the electrode 2 is equivalently an earth electrode for the high frequency power of the frequency f L.

いま、高周波電源6からの出力が、例えば等4図(a)
のような基本周波数100KHz、デューティ50%(T1=5μ
sec)の矩形波(矩形波は最も高い周波数成分を含んで
いる)であるとき、本実施例の3000pFのコンデンサ8の
影響で、波形は第4図(b)に示すようになる。このと
き、時定数T2は、 T2=CR=3000pF×50Ω=0.15μsecとなり、波形の
歪率(=T2/T1)はわずか3%にすぎず、イオンを制御
する印加波形として問題はない。ちなみに、従来の構成
では、電極3に接続された整合回路中のコイルインダク
タンスによって、波形は第4図(c)のようになり、時
定数はT3=1.2μsec、歪率で24%もあり、矩形波や三角
波を印加できなかった。
Now, the output from the high frequency power supply 6 is, for example, FIG. 4 (a).
Basic frequency 100KHz, duty 50% (T 1 = 5μ
sec) rectangular wave (the rectangular wave contains the highest frequency component), the waveform becomes as shown in FIG. 4 (b) due to the influence of the 3000 pF capacitor 8 of this embodiment. At this time, the time constant T 2 is T 2 = CR = 3000pF × 50Ω = 0.15μsec, and the distortion factor (= T 2 / T 1 ) of the waveform is only 3%, which is a problem as an applied waveform for controlling ions. There is no. By the way, in the conventional configuration, the waveform is as shown in Fig. 4 (c) due to the coil inductance in the matching circuit connected to the electrode 3, the time constant is T 3 = 1.2 μsec, and the distortion rate is 24%. , Rectangular wave or triangular wave could not be applied.

以上の実施例は、プラズマを発生させる高周波電源4の
周波数fHを13.56MHz、基板載置側に設ける高周波電源6
の周波数fLを基本周波数100KHz、デューティ50%の矩形
波、コンデンサ8の容量を3000pF、コイル10のインダク
タンス値を3μH、電源6の出力インピーダンスを50Ω
として説明したが、各電源の周波数はこれに限定される
ものではなく、周波数fLとfHとが2桁以上違う2つの高
周波電源であれば、適当なコンデンサ容量、コイルのイ
ンダクタンス値を電源の出力インピーダンスとプラズマ
のインピーダンスとの関係で第3図に示すように求め
て、構成可能であることはもちろんである。
In the above embodiment, the frequency f H of the high frequency power source 4 for generating plasma is 13.56 MHz, and the high frequency power source 6 provided on the substrate mounting side.
Frequency f L is basic frequency 100KHz, duty is 50% rectangular wave, capacitor 8 capacity is 3000pF, coil 10 inductance value is 3μH, power source 6 output impedance is 50Ω.
However, the frequency of each power supply is not limited to this, and if there are two high frequency power supplies in which the frequencies f L and f H are different by two digits or more, an appropriate capacitor capacity and coil inductance value are used. It is needless to say that the output impedance and the plasma impedance can be obtained and configured as shown in FIG.

以上は、本発明をドライエッチングに適用した実施例に
ついて述べたが、エッチングのみならず、プラズマを適
用したデポジジョン、重合などにも適用できることは明
らかである。
Although the embodiments in which the present invention is applied to dry etching have been described above, it is clear that the present invention can be applied to not only etching but also deposition using plasma and polymerization.

本発明の応用としては、例えば高周波電源6を信号発生
器6aと電力増幅器6bとで構成し、信号発生器6aで、プラ
ズマ−電極間の電界強度を一定化する特開昭60−126832
号公報に記載のイオンを制御する電位波形(以下、イオ
ン制御波形と称す)を発生し、この波形を基板を載置す
る電極に印加すれば、基板に入射するイオンエネルギー
の分布幅を狭くでき、エッチングの加工寸法精度や被エ
ッチング物と下地材とのエッチング速度比を数倍に上げ
ることが可能となる。
As an application of the present invention, for example, the high frequency power source 6 is composed of a signal generator 6a and a power amplifier 6b, and the signal generator 6a makes the electric field strength between the plasma and the electrode constant.
If a potential waveform for controlling ions (hereinafter referred to as an ion control waveform) described in Japanese Patent Publication No. 2003-242242 is generated and this waveform is applied to the electrode on which the substrate is placed, the distribution width of the ion energy incident on the substrate can be narrowed. It is possible to increase the processing dimensional accuracy of etching and the etching rate ratio between the object to be etched and the base material by several times.

具体的に図面を用いて説明すると次のようである。The details will be described with reference to the drawings.

第5図(a),(b),(c)は、イオンを制御する波
形30を高周波電源6から被エッチング物1を載置した電
極3へ印加した場合において、イオンを引き込む負電位
をそれぞれ−40,−80,−120Vとしたときの、被エッチン
グ物1の表面電位33,34,35の変化の様子を示した図であ
る。横軸に時間、縦軸に電位を採ってある。
FIGS. 5 (a), (b), and (c) show negative potentials for attracting ions when a waveform 30 for controlling ions is applied from the high-frequency power source 6 to the electrode 3 on which the object to be etched 1 is placed. It is the figure which showed the mode of change of the surface potential 33,34,35 of the to-be-etched object 1 when it is -40, -80, -120V. The horizontal axis represents time and the vertical axis represents potential.

第5図(a),(b),(c)いずれも第1図に示した
実施例で、C2ClF5流量30sccm、圧力8Pa、プラズマを発
生させる高周波電源4の電力を250W(約1W/cm2)として
いる。基板を載置した電極3には、第5図(a),
(b),(c)のそれぞれ上側に示した基本周波数100K
Hzのイオン制御波形30を、高周波電源6から出力して印
加している。
5 (a), (b), and (c) are all the embodiments shown in FIG. 1, the C 2 ClF 5 flow rate is 30 sccm, the pressure is 8 Pa, and the power of the high frequency power source 4 for generating plasma is 250 W (about 1 W). / cm 2 ). As shown in FIG.
Basic frequency 100K shown above (b) and (c)
An ion control waveform 30 of Hz is output from the high frequency power source 6 and applied.

当該波形は31の部分をマイナス側に直線的に下げること
によって、プラズマ中の正電荷のイオンを引き込み、つ
いで、32の部分でプラス側に上げ、負電荷をもつ電子を
流入させ、ウエハ表面の電荷を中和するよう成形されて
いる。
This waveform draws positively charged ions in the plasma by linearly lowering the portion 31 toward the negative side, and then raises it to the positive side at the portion 32, causing electrons with negative charges to flow in, and Shaped to neutralize charge.

このとき、イオンを引き込む部分引の電圧を、(a),
(b),(c)のように−40V,−80V,−120Vと変えてい
くと、表面電位は33,34,35のように、それぞれ右上り
(イオンが流入して電位が上昇している状態)、平坦
(流入するイオンによる電荷がイオン制御波形の31の部
分で打ち消され電位一定となる状態)、右下り(流入す
るイオンによる電荷が、イオン制御波形の31の部分で与
えられる電荷より小さい状態)となる。すなわち、
(b)図の状態では、流入するイオンの量と制御波形に
よる供給電子量が拮抗し、基板表面の電荷が一定とな
る。イオンは、この一定電荷によって決まる電界で加速
される。したがって、基板に入射するイオンエネルギー
は一定となり、加工寸法精度、下地膜との選択比の高い
エッチングが可能となる。
At this time, the partial drawing voltage for drawing in the ions is (a),
When changing to −40V, −80V, −120V as shown in (b) and (c), the surface potential becomes to the upper right as shown in 33, 34, and 35, respectively. State), flat (state where the charge due to the inflowing ions is canceled at the portion 31 of the ion control waveform and the potential becomes constant), right downward (charge due to the inflowing ion is given at the portion 31 of the ion control waveform) It becomes a smaller state). That is,
In the state of (b), the amount of inflowing ions and the amount of supplied electrons due to the control waveform compete with each other, and the charge on the substrate surface becomes constant. Ions are accelerated by an electric field determined by this constant charge. Therefore, the ion energy incident on the substrate becomes constant, and it becomes possible to perform etching with a high processing dimension accuracy and a high selection ratio with the underlying film.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明によれば、プラズマ処理を
行う際、整合回路なしで基板を載置する電極に高周波電
位を発生させることができ、広い周波数成分の波形の電
圧を印加することが可能となる。また、基板載置電圧と
対向する電極をコイルを介して接地したことにより、基
板載置電極に印加する特殊波形の電圧がプラズマを発生
させるための高周波電源に悪影響を及ぼすことなく、プ
ラズマを安定に発生させることができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to generate a high-frequency potential in the electrode on which the substrate is placed without performing a matching circuit and to apply a voltage having a waveform of a wide frequency component when performing the plasma processing. It will be possible. In addition, since the electrode facing the substrate mounting voltage is grounded via the coil, the voltage of the special waveform applied to the substrate mounting electrode does not adversely affect the high frequency power source for generating plasma and stabilizes the plasma. Can be generated.

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

第1図は、本発明の実施例を示す装置の要部構成図、第
2図(a)は第1図要部の等価回路を示す図、第2図
(b)は高い周波数の電力系路を示す図、第2図(c)
は低い周波数の電力系路を示す図、第3図は周波数とイ
ンピーダンスの関係を説明するための図、第4図(a)
は基板載置電極に印加すべく成形された矩形波を示す
図、第4図(b)は3000pFのコンデンサを介して基板載
置電極に印加したときの電位波形を示す図、第4図
(c)は従来の回路を介して(a)の波形を印加したと
きの基板載置電極の電位波形を示す図、第5図はイオン
を制御する波形30を基板載置電極に印加したときの電位
波形33〜35の変化を示す図であって、(a),(b),
(c),はそれぞれ負電位を−40,−80,−120Vとした場
合の各々の関係を示す図である。 1……被エッチング物、2,3……電極、4……高周波電
源、5……整合回路、6……高周波電源、7……抵抗
器、8……コンデンサ、9……プラズマ、10……コイ
ル。
FIG. 1 is a configuration diagram of a main part of an apparatus showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 (a) is a diagram showing an equivalent circuit of the main part of FIG. 1, and FIG. 2 (b) is a high frequency power system. Figure showing the road, Figure 2 (c)
Is a diagram showing a low-frequency power system path, FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between frequency and impedance, and FIG. 4 (a).
Shows a rectangular wave formed to be applied to the substrate mounting electrode, and FIG. 4 (b) shows a potential waveform when applied to the substrate mounting electrode via a 3000 pF capacitor. c) is a diagram showing the potential waveform of the substrate mounting electrode when the waveform of (a) is applied through a conventional circuit, and FIG. 5 is a diagram when a waveform 30 for controlling ions is applied to the substrate mounting electrode. It is a figure which shows the change of electric potential waveform 33-35, (a), (b),
(C) is a figure which shows each relationship when a negative potential is -40, -80, -120V, respectively. 1 ... Etching object, 2, 3 ... Electrode, 4 ... High frequency power source, 5 ... Matching circuit, 6 ... High frequency power source, 7 ... Resistor, 8 ... Capacitor, 9 ... Plasma, 10 ... …coil.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大原 和博 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−126832(JP,A) 特開 昭61−63021(JP,A) 特開 昭54−40079(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Kazuhiro Ohara, Kazuhiro Ohara, 292 Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama, Kanagawa Pref., Institute of Industrial Science and Technology, Hitachi, Ltd. (56) References JP 60-126832 (JP, A) Kai 61-63021 (JP, A) JP 54-40079 (JP, A)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】真空室内に配置された電極の間にプラズマ
を発生させるための電源と、 前記電源からの出力電力を効率よく前記プラズマに伝播
させるための整合回路と、 前記整合回路に接続される電極と、 前記整合回路に接続される電極に一端を接続し、他端を
接地したコイルと、 プラズマに晒され処理される基板を載置する電極と、 前記基板を載置する電極に接続され前記電源からの出力
電力を接地するコンデンサと、 前記プラズマを発生させるための電源の周波数より低い
周波数の電力を出力する第2の電源と、 前記第2の電源の出力インピーダンスの抵抗成分と整合
する純抵抗器であって、前記第2の電源と前記基板を載
置する電極とに一端を接続し、他端を接地したものとか
ら成るプラズマ制御装置。
1. A power supply for generating plasma between electrodes arranged in a vacuum chamber, a matching circuit for efficiently propagating output power from the power supply to the plasma, and a matching circuit connected to the matching circuit. Connected to the matching circuit, one end of which is connected to the electrode connected to the matching circuit, and the other end of which is grounded, an electrode on which a substrate to be exposed to plasma and processed is placed, and an electrode on which the substrate is placed. A capacitor for grounding the output power from the power supply, a second power supply for outputting power at a frequency lower than the frequency of the power supply for generating the plasma, and a resistance component of the output impedance of the second power supply. Which is a pure resistor having one end connected to the second power source and the electrode on which the substrate is mounted and the other end grounded.
【請求項2】特許請求の範囲第1項記載のプラズマ制御
装置において、 前記プラズマを発生させるための電源は周波数13.56MHz
の高周波電源であり、 前記第2の電源は基本周波数100KHzの波形成形可能な高
周波電源であるプラズマ制御装置。
2. The plasma control device according to claim 1, wherein the power supply for generating the plasma has a frequency of 13.56 MHz.
Plasma control apparatus, wherein the second power source is a high frequency power source capable of waveform shaping with a fundamental frequency of 100 KHz.
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