JPH08181118A - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JPH08181118A
JPH08181118A JP6323353A JP32335394A JPH08181118A JP H08181118 A JPH08181118 A JP H08181118A JP 6323353 A JP6323353 A JP 6323353A JP 32335394 A JP32335394 A JP 32335394A JP H08181118 A JPH08181118 A JP H08181118A
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JP
Japan
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voltage
power supply
frequency power
electrode
generated
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Application number
JP6323353A
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English (en)
Inventor
Yoshitaka Sasamura
義孝 笹村
Koji Matsuda
耕自 松田
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Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH08181118A publication Critical patent/JPH08181118A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 下部電極1に高周波電力を付与したときに発
生するウェーハ4の自己バイアス電圧により発生する静
電気力と、下部電極1に直流電圧が印加されることによ
り発生する静電気力とをウェーハ4に作用させて絶縁膜
5を介してウェーハ4を下部電極1上に吸着保持しなが
ら、プラズマ処理を行なう。プラズマ処理を行なう際、
高周波電源7および直流電源8をスイッチ12・13に
より同時に投入し、高周波電力および直流電圧を徐々に
上昇させる。 【効果】 下部電極1、ウェーハ4および絶縁膜3によ
り形成されるコンデンサに流れ込む充電電流を大幅に減
少させることができ、突入電流を抑えることができる。
これにより、計測回路等の突入電流による損傷を防止す
るとともに、絶縁膜の電気的な劣化を防止することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、エッチング装置、CV
D装置、その他、ウェーハ等の試料をプラズマを用いて
処理するプラズマ処理装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】RIE(Reactive Ion Etching)装置等
のプラズマ処理装置は、プラズマを用いて試料を処理す
ることにより化学反応を速く進行させることから処理効
率や処理品質が高く、半導体製造装置等の分野ですでに
工業的に定着している。
【0003】例えば、プラズマエッチング装置は、図3
に示すように、チャンバ(図示せず)内に充填されたエ
ッチングガスを、高周波電源21によりグロー放電させ
ることで発生したプラズマによりウェーハ22をエッチ
ングするようになっている。ウェーハ22は、チャンバ
内に固定された下部電極23上に絶縁膜24を介して載
置されている。
【0004】このプラズマエッチング装置では、プラズ
マの発生に伴って生じるウェーハ22の自己バイアス電
圧と、直流電源25から下部電極23に印加される直流
電圧とにより静電気力を発生させて、ウェーハ22を下
部電極23上に吸着保持するようになっている。ウェー
ハ22に静電気力を作用させる際には、高周波電源21
と直流電源25とのそれぞれの通電路を開閉するスイッ
チ26が同時に投入される。このときの直流電圧および
高周波電力は、通常、図4に示すように矩形波状にON
される。
【0005】また、上記のプラズマエッチング装置で
は、直流電圧を計測するための計測アンプ27が設けら
れている。この計測アンプ27は、直流電源25の接地
側電極に直列に接続された抵抗28の両端の電位差を計
測するようになっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の構成
では、ウェーハ22、下部電極23および絶縁膜24に
よりコンデンサが形成されているので、上記のように瞬
時に直流電圧が立ち上がると、図4に示すように、コン
デンサの充電電流として過大な突入電流が流れる。この
ため、計測アンプ27に過大な電圧が入力され、計測ア
ンプ27が損傷するおそれがある。この現象は、高周波
電力と直流電圧とをONするタイミングを変化させても
同様に生じる。また、上記のような突入電流により、絶
縁膜24に電気的な劣化が生じて絶縁膜24の寿命を縮
めるという不都合もある。
【0007】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであって、突入電流を抑えることにより、計測回路や
絶縁膜を保護することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明のプラズマ処理装
置は、絶縁膜を介して電極上に載置されたウェーハ等の
被処理物を、その電極に高周波電力が付与されることに
より生成されたプラズマにて処理するとともに、プラズ
マ発生により上記被処理物に生じた自己バイアス電圧に
て発生した静電気力および上記電極に直流電圧が印加さ
れることにより発生した静電気力にて上記電極上に吸着
保持するプラズマ処理装置において、上記の課題を解決
するために、次の二つの異なる構成を採用していること
を特徴としている。
【0009】まず、第1の構成は、電源の投入時に直流
電圧を時間の経過とともに上昇させる制御手段を備えて
いる。
【0010】また、第2の構成は、電源の投入時に直流
電圧および高周波電力を時間の経過とともに上昇させる
制御手段を備えている。
【0011】
【作用】上記の第1の構成では、制御手段により、電源
投入時に直流電圧を時間の経過とともに上昇させるの
で、被処理物、電極および絶縁膜により構成されるコン
デンサに過大な充電電流が流れ込むことがなくなる。こ
れにより、突入電流を減少させることが可能になり、計
測回路等に突入電流による影響が及ぶことを防止でき
る。
【0012】主に直流電圧が急激に立ち上がることによ
り突入電流が流れることから、上記の第1の構成では直
流電圧を徐々に立ち上げて突入電流の発生を抑えている
が、高周波電力の付与によっても少ないながら突入電流
が生じる。これに対し、上記の第2の構成では、直流電
圧に加えて高周波電力も制御手段により時間の経過とと
もに上昇させているので、より突入電流の減少を図るこ
とができる。
【0013】
【実施例】本発明の一実施例について図1に基づいて説
明すれば、以下の通りである。
【0014】本実施例に係るプラズマエッチング装置
は、処理室として図示しないチャンバを備えており、こ
のチャンバは、真空引きがなされるとともに、ガス導入
口から導入されるエッチングガスで満たされるようにな
っている。このチャンバは、アノードとしての機能を有
しており、接地されている。
【0015】また、本プラズマエッチング装置は、電極
としての下部電極1を備えている。この下部電極1は、
上記のチャンバ内に配置されており、中央部に上下に貫
通する穴1aが形成され、その内周面が円筒状の絶縁体
2により覆われている。
【0016】また、下部電極1の上端面には、その径よ
り小さい径の絶縁膜3が設けられている。この絶縁膜3
は、絶縁体2の内径にほぼ等しい穴3aを中央部に有
し、上端面に被処理物としてのウェーハ4が載置される
ようになっている。
【0017】下部電極1の下端面における穴1aの開口
部周囲には、上下方向に伸縮するベローズ5が取り付け
られている。ベローズ5は、内部がチャンバ内と同様に
大気に対して気密状態となるように設けられる一方、底
面部5aが絶縁体(図示せず)を介してエアシリンダ
(図示せず)により上下方向に駆動されるようになって
いる。また、底面部5a上には、搬送アーム(図示せ
ず)による搬送位置にウェーハ4を昇降させるペディス
タル6が固定されている。
【0018】下部電極1には、可変出力の高周波電源7
が、マッチングネットワーク(図示せず)を介して接続
されるとともに、この高周波電源7と並列に設けられた
可変出力の直流電源8が接続されている。また、直流電
源8と下部電極1との間には、高周波電源7からの高周
波の阻止およびウェーハ4のバイアス電圧を測定する目
的でLC回路9が設けられている。
【0019】直流電源8の負極側には抵抗10が接続さ
れており、この抵抗10と直流電源8との接続点は、計
測アンプ11の入力端子に接続されている。計測アンプ
11は、演算増幅器等により形成されており、抵抗10
の両端の電位差により直流電圧を計測するようになって
いる。
【0020】上記の高周波電源7と下部電極1との間に
はスイッチ12が設けられ、上記の直流電源8の正極側
とLC回路9との間にはスイッチ13が設けられてい
る。これらのスイッチ12・13は、制御装置14によ
り制御され、同時にON/OFFするようになってい
る。制御装置14は、本プラズマエッチング装置の動作
を制御する装置であり、計測アンプ11の出力を監視し
て、プラズマ処理にフィードバックするようになってい
る。また、制御装置14は、高周波電源7の高周波電力
および直流電源8の直流電圧を、後述するように、電源
投入時に指数関数的に上昇させるとともに、電源遮断時
に指数関数的に低下させるようになっており、制御手段
としての機能を有している。
【0021】上記の構成において、エッチング処理を行
なう際には、まず、スイッチ12・13がONすること
により、下部電極1に高周波電源7により高周波電力が
付与されるとともに、下部電極1に直流電圧が印加され
る。エッチングガスが満たされたチャンバ内には、高周
波電力で生じたグロー放電によりプラズマが生成され
て、このプラズマによりウェーハ4がエッチング処理さ
れる。このとき、プラズマの発生により、ウェーハ4に
は、自己バイアス電圧が生じる。すると、ウェーハ4
は、この自己バイアス電圧により発生した静電気力と上
記の直流電圧により発生した静電気力とが併せて作用し
て下部電極1上に吸着保持される。
【0022】高周波電力および直流電圧は、図2に示す
ように、時刻t=t1 における高周波電源7および直流
電源8の投入時から所定の時定数をもって指数関数的に
上昇し、時刻t2 後に定常値に達する。続いて、時刻t
3 で高周波電源7および直流電源8が遮断されると電源
出力が次第に低下し時刻t4 で0となる。このように、
電源出力を徐々に立ち上げることにより、下部電極1、
ウェーハ4および絶縁膜3により形成されるコンデンサ
に流れ込む充電電流(突入電流)は、同図に示すように
大幅に低減される。
【0023】なお、高周波電源7および直流電源8の時
定数は、電源からみた負荷回路(下部電極1等)の時定
数以上となるように設定されている。これにより、電源
出力の立ち上がり時間は、負荷回路の時定数ではなく、
電源の時定数に依存することになる。
【0024】ここで、直流電源8の出力電圧を次式で表
される時間tの関数とする。
【0025】
【数1】
【0026】また、上記のコンデンサの容量をCとし、
上記の負荷回路の合成インピーダンスをRとすると、
(1)式により表される直流電圧を発生する直流電源8
に流れる電流は、次式のように表される。
【0027】
【数2】
【0028】なお、(2)式において、E0 は直流電源
8の定常電圧であり、τ1 は直流電源8の時定数であ
る。そこで、τ1 を負荷回路の時定数CRと同一の値と
すると、電流I(t) が最大となるのはt=0.69CRの
ときである。また、そのときの充電電流I′は、I′=
0.25I0 となり、I0 の1/4に抑えられる。また、
τ1 を2CRとするとI′=0.148I0 となり、τ1
を10CRとするとI′=0.035I0 となる。
【0029】本実施例においては、Cが約10000P
F(10-8F)であり、Rが106Ω程度であるので、
負荷回路の時定数CRが10-2秒となり、また、直流電
源8の時定数τ1 は1秒である。このような設定による
突入電流のピーク値は、(2)式の演算により、電源投
入から0.995×10-2秒後にI′=3.66×10-3
0 となり、従来の千分の一程度にまで抑えることができ
た。
【0030】以上述べたように、本プラズマエッチング
装置では、電源投入時に直流電源8の出力電圧を時間の
経過とともに上昇させているので、上記のコンデンサに
流れ込む充電電流(突入電流)を大幅に減少させること
ができる。
【0031】なお、本実施例では、高周波電力と直流電
圧とを同様に徐々に立ち上げるようにしているが、直流
電圧のみ徐々に立ち上げても十分突入電流を抑えること
が可能である。これは、過大な突入電流が主に直流電圧
を瞬時に立ち上げることによって生じることから明らか
である。しかし、高周波電力の付与に伴って流れる電流
も少ないながら突入電流となるので、高周波電力を徐々
に立ち上げることで、より突入電流を抑えることができ
る。
【0032】また、本実施例では、本発明をプラズマエ
ッチング装置に適用した場合について説明したが、CV
D装置等のプラズマ処理装置にも、上記の同様な構成が
適用できることは勿論である。
【0033】
【発明の効果】本発明のプラズマ処理装置は、以上のよ
うに、絶縁膜を介して電極上に載置された被処理物を、
その電極に高周波電力が付与されることにより生成され
たプラズマにて処理するとともに、プラズマ発生により
上記被処理物に生じた自己バイアス電圧にて発生した静
電気力および上記電極に直流電圧が印加されることによ
り発生した静電気力にて上記電極上に吸着保持する一
方、電源の投入時に直流電圧を時間の経過とともに上昇
させる制御手段を備えているので、被処理物、電極およ
び絶縁膜により構成されるコンデンサに過大な充電電流
が流れ込むことがなくなる。これにより、突入電流を大
幅に減少させることが可能になる。それゆえ、このプラ
ズマ処理装置を採用すれば、計測回路等の突入電流によ
る損傷を防止するとともに、絶縁膜の電気的な劣化を防
止することができるという効果を奏する。
【0034】また、本発明の他のプラズマ処理装置は、
電源の投入時に直流電圧および高周波電力を時間の経過
とともに上昇させる制御手段を備えているので、高周波
電力の付与によって生じる突入電流も減少させることが
できる。それゆえ、このプラズマ処理装置を採用すれ
ば、より突入電流の減少を図ることができるという効果
を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係るプラズマエッチング装
置の要部を示す構成図である。
【図2】図1のプラズマエッチング装置における高周波
電力および直流電圧の変化および負荷回路に形成される
コンデンサへの充電電流を示す波形図である。
【図3】従来のプラズマエッチング装置の要部を示す構
成図である。
【図4】図3のプラズマエッチング装置における高周波
電力および直流電圧の変化および負荷回路に形成される
コンデンサへの充電電流を示す波形図である。
【符号の説明】
1 下部電極(電極) 3 絶縁膜 4 ウェーハ(被処理物) 7 高周波電源 8 直流電源 12・13 スイッチ 14 制御装置(制御手段)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁膜を介して電極上に載置された被処理
    物を、その電極に高周波電力が付与されることにより生
    成されたプラズマにて処理するとともに、プラズマ発生
    により上記被処理物に生じた自己バイアス電圧にて発生
    した静電気力および上記電極に直流電圧が印加されるこ
    とにより発生した静電気力にて上記電極上に吸着保持す
    る一方、電源の投入時に直流電圧を時間の経過とともに
    上昇させる制御手段を備えていることを特徴とするプラ
    ズマ処理装置。
  2. 【請求項2】絶縁膜を介して電極上に載置された被処理
    物を、その電極に高周波電力が付与されることにより生
    成されたプラズマにて処理するとともに、プラズマ発生
    により上記被処理物に生じた自己バイアス電圧にて発生
    した静電気力および上記電極に直流電圧が印加されるこ
    とにより発生した静電気力にて上記電極上に吸着保持す
    る一方、電源の投入時に直流電圧および高周波電力を時
    間の経過とともに上昇させる制御手段を備えていること
    を特徴とするプラズマ処理装置。
JP6323353A 1994-12-26 1994-12-26 プラズマ処理装置 Pending JPH08181118A (ja)

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