JPH0883776A - 表面処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 放電用電力の間欠的供給によるプラズマ発生
法と、基板への電力バイアスを両立させ、低圧力で高速
処理が可能な低圧力高密度プラズマ表面処理装置の特徴
を生かし、より広い範囲のプロセスに応用できるように
する。 【構成】 基板処理用と放電用の真空容器１１，１２
と、真空容器を減圧する排気機構１５と、真空容器内に
放電用ガスを導入するガス導入機構１６と、ガスを放電
させプラズマを発生させるための電力を供給する放電用
電力供給機構１７〜１９と、基板保持機構１３と、この
基板保持機構にバイアスを与えるためのバイアス用電力
供給機構２１〜２３を備え、放電用電力供給機構とバイ
アス用電力供給機構の各々の出力電力を同一周期で間欠
的に出力させる変調信号を各電力供給機構に与える変調
信号発生器２４を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は表面処理装置に関し、特
に、直流、高周波、マイクロ波等の供給電力による放電
で発生したプラズマを利用して基板の表面処理を行うも
ので、半導体デバイス製作工程で例えばドライエッチン
グ装置やプラズマＣＶＤ装置として利用される表面処理
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の表面処理装置の一例として、半導
体デバイス製作工程の一つであるドライエッチングに利
用される表面処理装置について説明する。

【０００３】ドライエッチングは半導体デバイス製作に
不可欠である配線パターン形成工程で用いられる。ドラ
イエッチングでは、ハロゲンを含むガスを主成分とした
混合ガスを放電によってプラズマ化し、これによって発
生した各種活性種（例えば原子状塩素、原子状フッ素、
フッ素炭素化合物およびそれらのイオン等）を基板表面
の薄膜と反応させ、電子デバイスの構造上不要な薄膜部
分を除去する。

【０００４】上記ドライエッチングに使用される表面処
理装置の例として、マイクロ波と磁界の相互作用による
電子のサイクロトロン共鳴現象を利用したＥＣＲ（電子
サイクロトロン共鳴）型表面処理装置や、ランダウ減衰
を利用したヘリコン波型表面処理装置等が知られてい
る。これらの表面処理装置は、現在、低圧力高密度プラ
ズマ表面処理装置としてその応用が研究されている。

【０００５】ここで、上記の低圧力高密度プラズマ表面
処理装置の一例として、ドライエッチング装置として使
用される従来のヘリコン波型表面処理装置の代表的構成
例を図６を参照して説明する。

【０００６】図６において、１１は基板処理用真空容
器、１２は石英等の誘電体を用いて形成される放電用真
空容器、１３は基板保持機構を兼ねた電極、１４は処理
される基板である。２つの真空容器１１，１２は真空封
止構造を介して結合され、一体化される。１５は真空容
器１１，１２の内部を所要の減圧状態にする排気機構、
１６は真空容器１１，１２の内部に放電反応用ガスを供
給するためのガス導入管である。１７は放電用真空容器
１２内に放電を発生させるための高周波電力を供給して
プラズマを発生させるためのアンテナ、１８は高周波電
源、１９は整合回路である。特定形状をしたアンテナ１
７は放電用真空容器１２の外側周囲に配置され、整合回
路１９から高周波電力を供給される。２０は磁場発生用
の電磁石コイルである。また電極１３には、基板バイア
ス用の高周波電力を供給する機構として、バイアス用高
周波電源２１、バイアス用整合回路２２、真空封止を兼
ねた絶縁物２３が付設される。

【０００７】バイアス用高周波電源２１による基板バイ
アスによって基板１４に入射するイオンのエネルギを制
御することができる。この入射イオンのエネルギ制御機
構に基づき、例えばシリコン酸化膜のエッチングやアル
ミニウムのエッチングのように、エッチング反応を進行
させるために基板に入射するイオンに適切なエネルギを
与える必要があるプロセスに対する応用することもでき
る。

【０００８】上記ヘリコン波型表面処理装置は、従来広
く用いられている平行平板型表面処理装置と比較し、低
いガス圧力において高いプラズマ密度を得ることができ
る。この特性を生かして基板を一枚づつ精密かつ高速に
エッチング処理する枚葉型ドライエッチング装置として
の応用が開始されている。

【０００９】上記ヘリコン波型表面処理装置に代表され
る低圧力高密度プラズマ表面処理装置の特徴は、第１
に、低い放電圧力においても十分な処理速度を得ること
が可能な点、第２に、放電圧力が低いためプラズマ中の
電子温度が高く、従来の平行平板型表面処理装置と比較
し、放電反応用ガスの解離が進行しやすい点である。第
２の特徴は、処理速度の高速化に対して非常に有効であ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】半導体デバイス製作工
程の微細加工においてドライエッチングを利用する最も
大きな理由は、異方性エッチング、すなわち基板表面の
垂直方向へのエッチングが可能な点にある。しかしなが
ら、１μｍ以下の微細な構造に対してドライエッチング
によって垂直方向へのエッチングを行うためには、プラ
ズマ中のイオンを被処理基板に対して垂直に入射させる
ことが要求される。プラズマ中のイオンの直進性を良く
するために最も簡単な手法は放電圧力を低くすることで
ある。

【００１１】従って、低い放電圧力で十分な処理速度が
得られる低圧力高密度プラズマ表面処理装置は、ドライ
エッチング装置に最適であるといえる。

【００１２】しかし、例えばシリコン酸化膜のエッチン
グを行うプロセスでは、基板上の薄膜の材質に応じて放
電反応用ガスの重合膜を選択的に堆積させる必要がある
ので、前述したようにガスの解離が過大に進行するとい
う特徴（第２の特徴）を有する低圧力高密度プラズマ表
面処理装置を用いた場合、重合膜の堆積量が減少し、結
果的にシリコンとシリコン酸化膜のエッチング速度の選
択性が低下するという問題が提起される。

【００１３】従って低圧力高密度プラズマ表面処理装置
を用いてシリコン酸化膜のエッチングを行うためには、
放電反応用ガスの解離を抑制することが必要となる。

【００１４】ＥＣＲプラズマ型表面処理装置について、
放電用ガスの過大な解離を抑制する技術として、従来、
マイクロ波電力を間欠的に供給する方法が知られている
（文献１；Proc. 2nd Int'l. Conf. on Reactive Plasm
as and 11th Symp.on PlasmaProcessing：応用物理学会
主催 (1994) 横浜 , p. 41. ）。この方法によれば、
プラズマ密度は、プラズマ発生用の電力供給機構の出力
が供給されると急速に立上り、出力の供給が停止される
とプラズマ中の電子とイオンの両極性拡散により定まる
時定数によって減少するという特性を有する。

【００１５】しかし、現象的には、エッチングまたはＣ
ＶＤ等の反応プロセスに重要な役割を果たしているプラ
ズマ中の中性活性種の増加および減少の時定数は、一般
にプラズマ密度の増加および減少の時定数とは異なって
いる。この現象を利用してエッチングプロセスの精度を
向上できることは、上記文献１に記述される。

【００１６】しかしながら、前述のシリコン酸化膜のエ
ッチングのように、基板へのバイアスの供給によるイオ
ン入射エネルギの制御を要求されるプロセスにこの方法
を応用した場合、電極１３への高周波バイアスの整合が
困難となり、基板１４へのイオン入射エネルギを制御で
きないという欠点が生じる。この理由は、バイアス用整
合回路２２の出力側からみた電極１３のインピーダンス
（プラズマを含むインピーダンス）がプラズマ密度に対
応して大きく変化するのに対し、整合回路は一般に可変
コンデンサを用いているため、高速のインピーダンス変
化に対応することができないことにある。

【００１７】上記装置において、バイアス用整合回路２
２の整合状態は、プラズマ発生用電力供給機構から電力
が供給されている時間、すなわちプラズマが存在してい
る時間における電極１３のプラズマを含むインピーダン
スに対して行われなければならない。しかし現実の整合
回路では、例えば自動整合を行う場合、自動整合回路が
整合状態をインピーダンスの時間的に平均した値に合わ
せ込むため、バイアス用電力が供給されている時間にお
ける整合状態とは異なった整合状態となり、バイアス電
力が電極１３に供給される効率が極端に低下する。

【００１８】また手動による整合を行う場合には、電極
１３に供給されるバイアス電力の電圧を測定しながら整
合をとることにより、プラズマ存在時のインピーダンス
に合わせた整合が可能である。しかし、このときには、
プラズマが存在しない時間における整合状態とは全く異
なるために、バイアス用整合回路２２内の異常な発熱を
引き起こし、反射波が大量に発生してバイアス用高周波
電源２１を破壊するという不具合が発生した。

【００１９】本発明の目的は、上記の問題に鑑み、放電
用電力の間欠的供給によるプラズマ発生法と、基板への
電力バイアスを両立させ、低圧力で高速処理が可能な低
圧力高密度プラズマ表面処理装置の特徴を生かしつつ、
より広い範囲のプロセスに応用できる表面処理装置を提
供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る表面処理装
置は、放電用と基板処理用の真空容器と、この真空容器
内を減圧状態にする排気機構と、真空容器内に放電用ガ
スを導入するガス導入機構と、ガスを放電させプラズマ
を発生させるための電力を供給する放電用電力供給機構
と、基板保持機構（電極）と、この基板保持機構にバイ
アスを与えるためのバイアス用電力供給機構を備え、放
電用電力供給機構とバイアス用電力供給機構の各々の出
力電力を同一周期で間欠的に出力させる変調信号を発生
する変調信号発生器を設けるように構成される。

【００２１】前記の構成において、好ましくは、変調信
号発生器は単一であって、変調信号発生器から出力され
る変調信号が放電用電力供給機構とバイアス用電力供給
機構に与えられるように構成される。

【００２２】前記の構成において、好ましくは、変調信
号発生器は放電用電力供給機構に変調信号を与える第１
の変調信号発生器とバイアス用電力供給機構に変調信号
を与える第２の変調信号発生器とからなり、第２の変調
信号発生器から出力される変調信号は基板保持機構のイ
ンピーダンスが低い一定状態に保持される期間に対応し
て生成されるように構成される。

【００２３】前記の構成において、好ましくは、放電用
電力供給機構とバイアス用電力供給機構の各電源は高周
波電源である。

【００２４】

【作用】本発明では、変調信号発生器によって放電用電
力供給機構の放電用電力とバイアス用電力供給機構のバ
イアス用電力を同一周期で間欠的な出力に変調し、基板
保持機構に与えられるバイアス用電力を、従来の連続的
な電力から放電用電力と同期する間欠的な電力に変換す
る。放電用ガスの過大な解離を抑制する目的で放電用電
力を間欠的に供給するように構成された表面処理装置で
は、プラズマの密度が時間的に変化しているので、基板
保持機構に供給されるバイアス用電力の供給点における
インピーダンスが時間的に変化する。従って、電極に供
給されるバイアス用電力の最適な整合条件も時間的に変
化する。そこで、バイアス用電力を放電用電力が供給さ
れている時間に限って供給する。前述したインピーダン
スはバイアス用電力の供給中にはほぼ一定となり、整合
状態も安定する。間欠的な放電用電力の供給によって低
圧力高密度のプラズマを生成させる方式の表面処理装置
で、基板に入射するイオンのエネルギを制御するための
バイアス用電力の供給方法を改善し、バイアスの効率を
格段に向上できる。

【００２５】放電用電力供給機構とバイアス用電力供給
機構のそれぞれに対して設けた同期された２つの変調信
号発生器から、それぞれが出力する変調信号を、放電用
電力供給機構とバイアス用電力供給機構に別々に与え、
放電用電力で生成されるプラズマの密度の時間的変化に
おける立ち上がりまたは立ち下がりの過渡状態を排除
し、基板保持機構のインピーダンスが低い一定状態に保
持される期間にバイアス用電力を供給することにより、
基板保持機構のプラズマを含むインピーダンスに対して
非常に精密に整合をとることができる。

【００２６】

【実施例】以下に、本発明の好適実施例を添付図面に基
づいて説明する。

【００２７】図１は本発明に係る表面処理装置の第１実
施例を示す構成図である。本実施例で示す表面処理装置
は、低圧力高密度プラズマ表面処理装置の一例としての
ヘリコン波型表面処理装置である。図１で、図６を参照
して説明した従来の表面処理装置の構成要素と実質的に
同一の要素には同一の符号を付している。

【００２８】図１で、基板処理用の真空容器１１の上に
石英等の誘電体を用いて形成された放電用真空容器１２
が載置され、固定される。これらの２つの真空容器１
１、１２の境界部は真空封止可能な構造が形成される。
真空容器１１，１２の内部空間は、基板の表面処理を行
うときに必要な真空状態（減圧状態）に保持され、内部
に導入された放電反応用ガスを供給電力で放電させ、必
要なプラズマが生成される。また真空容器１１は接地電
位に保持される。

【００２９】真空容器１１内には基板保持機構を兼ねた
電極１３が、その基板保持面を放電用真空容器１２に向
けて設置される。電極１３は、リング状の絶縁物２３に
よって真空容器１１から絶縁される。絶縁物２３は真空
容器１１と電極１３との間を真空封止する。この電極１
３の上に載置された被処理基板１４に対して表面処理が
行われる。

【００３０】放電用真空容器１２の外側周囲にはリング
状の電磁石コイル２０が設置される。また真空容器１１
には排気機構１５が設けられ、そ真空容器１１，１２の
内部空間に存在するガスを排気し、真空状態を形成す
る。また真空容器１１には、ガス導入管１６とガス導入
機構（図示せず）とによって所定流量のプラズマ発生用
ガスが導入される。図示しないコントローラで排気機構
１５の排気速度とガス導入機構によるガス導入流量とを
調整し、これにより真空容器１１，１２の圧力を所定の
値に設定するのが一般的である。

【００３１】放電用真空容器１２に対して、放電に必要
な電力を供給する電力供給機構が付設される。放電用電
力供給機構は高周波電源１８と整合回路１９とアンテナ
１７によって構成される。アンテナ１７は、真空容器１
２の外側周囲に配置される。高周波電源１８から発生し
た高周波電力はインピーダンス整合を行う整合回路１９
を経由してアンテナ１７に供給される。アンテナ１７の
構造は、例えば、文献２：Journal of Vacuum Science
and Technology, A10 (1992) 1389.に記述される。な
お、プラズマ発生させる放電用電力供給機構について
は、高周波の電力供給機構の代わりにマイクロ波による
電力供給機構を用いることもできる。

【００３２】また基板保持機構を兼ねた電極１３にはバ
イアス用電力供給機構が付設され、電極１３に対して必
要なバイアス用電力が供給される。バイアス用電力供給
機構はバイアス用の高周波電源２１と整合回路２２とか
ら構成される。高周波電源２１から発生した高周波電力
は、整合回路２２を経由して電極１３に供給される。な
お、バイアス用電力供給機構については、高周波の電力
供給機構の代わりに、直流またはマイクロ波の電力供給
機構を用いることもできる。

【００３３】放電用高周波電源１８とバイアス用高周波
電源２１は、いずれも、外部から与えられる変調信号に
よってその出力が変調され得る回路構成を内蔵する。本
実施例では、放電用高周波電源１８とバイアス用高周波
電源２１は、矩形波発生器２４から出力された矩形波を
変調信号として入力し、この方形波に基づいて変調が行
われ、出力を間欠的に発生する。なお変調信号は矩形波
に限定されない。

【００３４】図１および図２を参照して、上記構成に有
する表面処理装置の基本的な動作について説明する。図
２は、各種の波形のタイミングチャートを示し、（ａ）
は矩形波発生器２４の出力電圧波形、（ｂ）は放電用電
力供給機構の出力電圧波形、（ｃ）はプラズマ密度の変
化、（ｄ）はバイアス用整合回路２２の出力側からみた
電極１３のプラズマを含むインピーダンスの変化、
（ｅ）はバイアス用電力供給機構の出力電圧波形を模式
的に示している。図２では、例えば放電用電力供給機構
の周波数を13.56MHz、バイアス用電力供給機構の周波数
を40kHz 、矩形波のパルス幅0.4msec 、周期を１msec、
デューティを40％とした。

【００３５】最初、排気機構１５によって処理用真空容
器１１と放電用真空容器１２の内部を排気し、所要の減
圧状態にする。その後、ガス導入管１６およびガス導入
機構によって所定のガスを所定圧力になるように真空容
器１１，１２内に導入する。この所定の圧力は、目的と
する表面処理プロセスによって決定される。

【００３６】次に、放電用高周波電源１８によって発生
された間欠的な高周波電力を整合回路１９を通してアン
テナ１２に供給すると、放電用真空容器１２の内側空間
に高周波による放電が発生し、プラズマが生成される。
このときのプラズマの発生状態は、アンテナ１７の構
造、および電磁石コイル２０によって生成される磁場の
強度に依存して決まる。さらに、バイアス用高周波電源
２１によって発生された間欠的な高周波電力をバイアス
用整合回路２２を通して電極１３に供給する。プラズマ
中のイオンは、電極１３にバイアスされた高周波電力に
よって加速され、基板１４の表面に入射する。これによ
り基板１４に対し表面処理が行われる。

【００３７】本実施例の表面処理装置では、矩形波発生
器２４の出力電圧によって、放電用高周波電源１８とバ
イアス用高周波電源２１の出力が間欠的に発生されるよ
うに変調する。図２に示されるように、矩形波発生器２
４の出力電圧波形（矩形波）３１に従って放電用電力供
給機構の出力電圧波形３２が変調される。これによって
図２（ｃ）に示すように、放電用電力供給機構のアンテ
ナ１７から供給される電力によって発生するプラズマの
密度が時間的に変化する。プラズマ密度の変化３３は、
放電用電力供給機構の出力電圧がアンテナ１７に供給さ
れると同時に符号３３ａで示すように上昇し始め、或る
遅れ時間の後に定常状態３３ｂに達する。放電用電力供
給機構の出力電圧がアンテナ１７に供給されなくなる
と、プラズマ密度は符号３３ｃに示すように或る時定数
で減少し、或る遅れ時間後にゼロ３３ｄとなる。図２で
は矩形波３１の周波数を１kHz とした例を示した。矩形
波３１の周波数は、プラズマの点滅の時定数とプラズマ
中の活性種の生成消滅の時定数とに応じて最適値が異な
るが、基本的な現象は矩形波の周波数によらず同じであ
る。

【００３８】このとき、バイアス用整合回路２２の出力
側から電極１３をみた時のプラズマを含むインピーダン
ス３４は、図２（ｄ）に示すように、プラズマ密度の変
化３３に対応して大きく変化する。これは、プラズマ密
度が高いときのインピーダンスが、電極１３に接するプ
ラズマの抵抗成分および電極１３の表面に形成されるシ
ースによる容量成分によって符号３４ｂで示されるよう
に小さい値を示すのに対し、プラズマ密度が小さいまた
はプラズマが存在しないときのインピーダンスは電極１
３の持つ浮遊容量のみで定まるため符号３４ａで示すよ
うに大きくなるからである。既に述べたように整合回路
２２は一般に可変コンデンサを用いているため、このよ
うな高速のインピーダンス変化に対応することができな
い。

【００３９】そこで、矩形波発生器２４を用いることに
よって、バイアス用電力供給機構の高周波電源２１と、
放電用電力供給機構の高周波電源１８とを同期させ、放
電用電力とバイアス用電力を間欠的に供給する構成を採
用した。図２（ｅ）には、バイアス用高周波電源２１の
出力電圧波形３５を示す。

【００４０】以上のように本実施例では、バイアス用電
力供給機構の出力を、プラズマ発生用電力供給機構の出
力と同期させて、すなわちプラズマ密度の変化と同期さ
せて供給するため、バイアス用電力が供給されている時
間における電極１３のプラズマを含むインピーダンスは
ほぼ一定となる。従って、バイアス用整合回路２２は、
図２（ｄ）の符号３４ｂに対応するインピーダンスに対
して整合がとれていればよい。この状態は、自動整合ま
たは手動整合によって簡単に達成することができる。こ
れにより従来技術での不具合はすべて解消される。

【００４１】次に、図３および図４を参照して本発明の
第２実施例を説明する。図３は本発明の第２実施例に係
る表面処理装置の構成を示す図である。図３において、
前記実施例で説明した要素と実質的に同一の要素には同
一の符号を付す。

【００４２】本実施例の特徴的構成を説明する。本実施
例では、矩形波発生器２４と同一周期でデューティの異
なる第２の矩形波発生器２５を別に設け、この矩形発生
器２５でバイアス用高周波電源２１を変調し間欠的に電
力を発生させる。矩形波発生器２４と矩形波発生器２５
とは遅延回路２６を介して接続される。遅延回路２６を
設けることにより、矩形波発生回路２４，２５の出力関
係に関して、一方の矩形波発生器２４から或る矩形パル
スが出力されたとき、他方の矩形波発生器２５から、上
記矩形パルスの発生時から或る一定の遅延時間（τ）を
おいて同期されたデューティの異なる矩形パルスが出力
される。また遅延時間（τ）は、プラズマ密度の減衰の
時定数程度となるように設定されることが好ましい。本
実施例の他の部分における装置の構成および動作は、前
述した第１実施例の場合と同じである。

【００４３】図４には第２実施例の表面処理装置の動作
を示す波形図である。図４において、（ａ）は矩形波発
生器２４の出力電圧波形、（ｂ）は放電用電力供給機構
の出力電圧波形、（ｃ）はプラズマ密度の変化、（ｄ）
はバイアス用整合回路２２の出力側からみた電極１３の
プラズマを含むインピーダンスの変化、（ｅ）はバイア
ス用電力供給機構の出力電圧波形、（ｆ）は矩形波発生
器２５の出力電圧波形を模式的に示す。また、放電用電
力供給機構の周波数を13.56MHz、バイアス用電力供給機
構の周波数を40kHz 、各矩形波のパルス幅0.4msec 、周
期を１msecとする。

【００４４】プラズマを発生させるための放電用電力供
給機構の出力電圧３２が間欠的に供給される場合、プラ
ズマ密度の時間的変化（図４（ｃ）の符号３３）におい
て立ち上がり部分３３ａまたは立ち下がり部分３３ｃの
過渡状態が発生する。これらの過渡状態は、図４（ｄ）
に示すように電極１３のプラズマを含むインピーダンス
にも反映される。従って、プラズマを含むインピーダン
スに対してバイアス用整合回路２２を用いて非常に精密
に整合をとりたい場合、バイアス用電力供給機構に入力
する矩形波を、電極１３のプラズマを含むインピーダン
スが低い状態で一定に保持される時間Ｔ１に限って出力
するようにすればよい。このため、矩形波発生器２４の
出力波形３１に対して時間τだけ遅れる出力波形４１を
出力する矩形波発生器２５を別に設け、矩形発生記２５
の間欠出力４１をバイアス用高周波電源２１に与えて変
調を行うように構成する。この場合、第２の矩形波発生
器２５から発生される矩形波の電圧が０Ｖとなるタイミ
ングは、矩形波発生器２４の出力電圧が０Ｖとなるタイ
ミングと異なるので、２つの矩形波発生器２４，２５の
各出力波形のデューティは異なる。

【００４５】上記の第２実施例によれば、電極１３にバ
イアス用電力を与える期間を、厳密に、電極１３のイン
ピーダンスの変化（図４（ｄ））においてプラズマを含
むインピーダンスが低い状態で一定に保持される時間Ｔ
１に限るようにしたため、立ち上がり３３ａと立ち下が
り３３ｂの過渡状態を排除することができ、非常に精密
な整合を行うことができる。

【００４６】次に図５を参照して本発明の第３の実施例
を説明する。本実施例における装置の構成は第１実施例
の構成を前提とする。図５は、本実施例に係る表面処理
装置の特徴的動作を説明するための図２と同様な各種の
タイミングチャートが示される。図５の（ａ）〜（ｅ）
は図２の（ａ）〜（ｅ）とそれぞれに対応している。た
だし、本実施例では、矩形波発生器２４により発生する
矩形波の繰返し周波数を１００ kHz（周期が１０μsec
）とし、繰り返し速度を高くした。

【００４７】繰返し速度を高くする場合には、図５
（ｃ）に示すように、プラズマ密度は、放電用電力供給
機構の出力電圧（図５（ｂ）に示す）が供給されていな
い時間においても消滅せず、或るレベル以上の密度が維
持される。ただし維持されるプラズマ密度はガスの種類
や圧力等によって異なるため、図５（ｃ）はあくまでも
プラズマ状態の一例を示す。本実施例に示す放電状態で
は、図５（ｄ）に示すように、電極１３のプラズマを含
むインピーダンスの変化は他の実施例の場合とくらべて
小さい。このように、矩形波発生器２４から放電用電力
供給機構に与えられる変調信号である矩形波の繰り返し
速度が高いときには、当該放電用電力が供給されていな
い時間にバイアス用電力供給機構の出力電圧を供給して
も、大きな反射波が発生せず、バイアスの効率を向上で
きる。従って、矩形波発生器２４の変調信号を利用する
ことにより、放電用電力供給機構の放電用電力に同期し
たバイアス用電力をバイアス用電力供給機構から電極１
３に与えるのに加えて、変調されたバイアス用電力の間
においても、所要のレベルのバイアス用電力を電極１３
に与えることができる。

【００４８】上記の各実施例に示すようなバイアス用電
力供給機構に対する出力制御は、矩形波発生器に一般的
に備えられている機能を用いて簡単に実現できる。

【００４９】上記の各実施例ではヘリコン波型表面処理
装置の例を説明したが、プラズマを生成するための放電
用電力を間欠的に供給しかつ基板にバイアス電力を供給
する方式の表面処理装置であれば、他の放電形式を採用
した装置にも応用できる。応用可能な装置としては、従
来から用いられているＥＣＲ型放電反応装置、三極型放
電反応装置等が挙げられる。また、最近開発されている
誘導結合型高密度プラズマ放電反応装置、ヘリカルレゾ
ネータ型放電反応装置等の放電反応装置に対しても応用
できる。

【００５０】

【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、間欠的に供給される高周波等を放電用電力として
利用して構成される表面処理装置において、従来連続波
で供給されていた電極へのバイアス用電力を、変調信号
発生器を利用して、上記放電用電力に同期させて間欠的
に供給するように構成したため、効率よく基板にバイア
スをかけることができ、ヘリコン波型表面処理装置のご
とき低圧力で高速処理が可能なプラズマ表面処理装置の
特徴を生かしつつ、より広い範囲のプロセスに応用する
ことができる。

【００５１】変調信号発生器を放電用電力供給機構とバ
イアス用電力供給機構で共用するようにしたため、構造
が簡素でかつ上記効果を容易に達成することができる。

【００５２】変調信号発生器を各電力供給機構ごとに用
意し、同期された２つの変調信号発生器から、それぞれ
が出力する変調信号を、放電用電力供給機構とバイアス
用電力供給機構に別々に与え、放電用電力で生成される
プラズマの密度の時間的変化における立ち上がりまたは
立ち下がりの過渡状態を排除し、基板保持機構のインピ
ーダンスが低い一定状態に保持される期間にバイアス用
電力を供給するように構成したため、電極のプラズマを
含むインピーダンスに対して非常に精密な整合をとるこ
とができる。

【００５３】本発明は、基板へのイオン入射エネルギを
制御することが要求されるプラズマプロセスを行う表面
処理装置に適用すると、その効果が顕著になる。例えば
金属膜やシリコン酸化膜等のドライエッチング装置で
は、イオンに適切な基板入射エネルギを与えることによ
りエッチングの速度を向上させ、かつ加工精度を良好に
することができる。さらにプラズマＣＶＤにより平坦化
成膜を行う装置でも、間欠放電の特徴である微粒子の発
生の抑制効果を活かしつつ、埋め込み速度の向上が可能
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係る表面処理装置の第１実施
例を示す構成図である。

【図２】図２は、第１実施例における装置各部の出力波
形状態およびプラズマ発生状態を示すタイミングチャー
トである。

【図３】図３は、本発明に係る表面処理装置の第２実施
例を示す構成図である。

【図４】図４は、第２実施例における装置各部の出力波
形状態およびプラズマ発生状態を示すタイミングチャー
トである。

【図５】図５は、本発明に係る表面処理装置の第３実施
例における装置各部の出力波形状態およびプラズマ発生
状態を示すタイミングチャートである。

【図６】図６は、従来のヘリコン波型表面処理装置を示
す構成図である。

【符号の説明】

１１ 基板処理用真空容器 １２ 放電用真空容器 １３ 電極 １４ 基板 １５ 排気機構 １６ ガス導入機構 １７ アンテナ １８ 高周波電源 １９ 整合回路 ２０ 電磁石コイル ２１ 高周波電源 ２２ 整合回路 ２４，２５ 矩形波発生器 ２６ 遅延回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/203 Ｚ 9545−4Ｍ 21/3065 21/31 Ｃ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器と、この真空容器内を減圧状態
   にする排気機構と、前記真空容器内に放電用ガスを導入
   するガス導入機構と、前記ガスを放電させプラズマを発
   生させるための電力を供給する放電用電力供給機構と、
   基板保持機構と、この基板保持機構にバイアスを与える
   ためのバイアス用電力供給機構を備える表面処理装置に
   おいて、 前記放電用電力供給機構と前記バイアス用電力供給機構
   の各々の出力電力を同一周期で間欠的に出力させる変調
   信号を発生する変調信号発生器を設けたことを特徴とす
   る表面処理装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の表面処理装置において、
   前記変調信号発生器は単一であって、前記変調信号発生
   器から出力される前記変調信号が前記放電用電力供給機
   構と前記バイアス用電力供給機構に与えられることを特
   徴とする表面処理装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の表面処理装置において、
   前記変調信号発生器は、前記放電用電力供給機構に変調
   信号を与える第１の変調信号発生器と、前記バイアス用
   電力供給機構に変調信号を与える第２の変調信号発生器
   とからなり、前記第２の変調信号発生器から出力される
   前記変調信号は前記基板保持機構のインピーダンスが低
   い一定状態に保持される期間に対応して生成されること
   を特徴とする表面処理装置。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１項に記載の表
   面処理装置において、前記放電用電力供給機構と前記バ
   イアス用電力供給機構の各電源は高周波電源であること
   を特徴とする表面処理装置。