JPH05206067A - プラズマ処理装置におけるプラズマ制御方法 - Google Patents

プラズマ処理装置におけるプラズマ制御方法

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JPH05206067A
JPH05206067A JP4012226A JP1222692A JPH05206067A JP H05206067 A JPH05206067 A JP H05206067A JP 4012226 A JP4012226 A JP 4012226A JP 1222692 A JP1222692 A JP 1222692A JP H05206067 A JPH05206067 A JP H05206067A
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JP
Japan
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plasma
frequency
potential waveform
high frequency
state
Prior art date
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JP4012226A
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Satoru Narai
哲 奈良井
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Kobe Steel Ltd
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Kobe Steel Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラズマ処理装置において、低ガス圧力状態
(高真空状態)においてもプラズマを消滅させることな
く安定な状態に維持できるようにする。 【構成】 高周波電極5aの電位波形の周波数分布をスペ
クトラムアナライザ装置21により測定する。高周波電源
6の周波数よりも高い周波数においてピーク強度を持ち
そのときの周波数値が不規則に変動する周波数成分を有
する、高周波電極5aの電位波形が測定されたときに、処
理ガス圧力、高周波電力などのプラズマ制御パラメータ
を制御する。例えば、真空容器1内の処理ガス圧力をわ
ずかに高める。これにより、低ガス圧力状態においても
プラズマを消滅させることなく安定な状態に維持するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、試料基板にエッチン
グ、CVD(Chemical Vapor Deposition )、スパッタ
リングなどのプラズマ処理を行うプラズマ処理装置にお
いて、高周波電極の電位波形の周波数分布を測定してプ
ラズマ消滅直前状態を検知し、プラズマ制御パラメータ
を制御することにより、低ガス圧力状態(高真空状態)
においてもプラズマを安定に維持し得るようにした、プ
ラズマ処理装置におけるプラズマ制御方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】真空容器の内部に設けられた高周波電極
に高周波電源から高周波電圧を印加して、真空容器内に
導入された処理ガスをプラズマ化し、このプラズマによ
り高周波電極上に載置された試料基板を例えばエッチン
グするプラズマ処理装置としては、その構成説明図の図
5に示すようなものが知られている。
【0003】図5において、1は真空容器であり、真空
容器1には、処理ガス導入配管2が接続される処理ガス
導入口1aと、処理ガス排気口1bとが設けられている。処
理ガス導入配管2の途中には真空容器1内の処理ガス圧
力を調整するために処理ガス流量を調整するためのガス
流量調整バルブ3が設けられている。ガス流量調整バル
ブ3は、ガス流量コントローラ4によりその開度が制御
されるものである。処理ガス導入配管2の他端側は図示
しない処理ガスボンベに接続されるようになっている。
なお、処理ガス導入配管2の途中に設けられるストップ
バルブなどについては、図示省略している。
【0004】真空容器1内には、所定の間隔を隔てて電
極として高周波電極5aと陽極電極5bとが配されている。
高周波電極5a上には試料基板Wが載置されるようになっ
ている。6は13.56 MHzの高周波(Radio Frequency
)電力を電極5a,5b間に供給するための高周波電源、
7は高周波出力制御ユニット、8はインピーダンス整合
用のマッチング回路、9はバイアス用の結合コンデンサ
である。
【0005】高周波電源6は、図に示すように、その一
端側が高周波出力制御ユニット7、マッチング回路8及
び結合コンデンサ9を順に直列に介して高周波電極5aに
接続され、他端側が陽極電極5bに接続されている。10a
及び10bは、電極5a,5bと真空容器1間を絶縁するため
の絶縁体である。
【0006】このように構成されるプラズマ処理装置に
おいては、真空容器1内が所定圧力になるように排気し
ながらCl2 ガス等の処理ガスを導入し、電極5a,5b間に
高周波を印加すると、高周波放電が起こり、真空容器1
内に導入された処理ガスがプラズマ化される。このプラ
ズマにより高周波電極4上に載置された試料基板Wをこ
の例ではエッチングするようにしている。
【0007】この場合、電極5a,5b間に供給される高周
波電力が変化すると、プラズマ中のイオンを試料基板W
に向かって加速させる電圧(シース電圧)が変化する。
最適なプラズマ処理条件を安定して得るためには、シー
ス電圧が一定になるように、高周波電力を制御しなけれ
ばならない。したがって、従来は、高周波電源6の出力
を一定に保ってシース電位を一定にするようにしたり、
プラズマ処理中にシース電位の大きさを測定し、その測
定値に基づいて高周波電源6の出力を調整したりするこ
とにより、プラズマを制御するようにしている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
プラズマ処理装置におけるプラズマ制御方法では、シー
ス電位がプラズマの安定性に強く依存されることから、
例えば、プラズマが不安定になった場合には、シース電
位が不安定となり、最適なプラズマ処理条件を安定して
得ることができず、特に、イオンエネルギーを高めてイ
オンの平均自由行程を長くし、異方的なプラズマ処理が
可能な低ガス圧力状態では、プラズマが不安定になり易
いことから、プラズマを安定な状態に維持することが容
易でないという問題点があった。
【0009】この発明は、上記従来の問題点を解消する
ためになされたものであって、プラズマ処理装置におい
て、低ガス圧力状態(高真空状態)においてもプラズマ
を消滅させることなく安定な状態に維持し得るようにし
た、プラズマ処理装置におけるプラズマ制御方法の提供
を目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明によるプラズマ処理装置におけるプラズ
マ制御方法は、試料基板が載置されるとともに高周波電
源から結合コンデンサを介して高周波電圧が印加される
高周波電極が配された真空容器内に処理ガスを導入し、
高周波放電により処理ガスをプラズマ化することによ
り、試料基板にエッチング、CVD、スパッタリングな
どのプラズマ処理を行うプラズマ処理装置におけるプラ
ズマ制御方法において、高周波電極の電位波形の周波数
分布を測定し、高周波電源の周波数よりも高い周波数に
おいてピーク強度を持ちそのときの周波数値が不規則に
変動する周波数成分を有する前記電位波形が測定された
ときに、処理ガス圧力、高周波電力などのプラズマ制御
パラメータを制御することにより、プラズマを安定化さ
せるようにしたことを特徴とする。
【0011】
【作用】この発明によるプラズマ制御方法においては、
高周波電極の電位波形の周波数分布が測定される。プラ
ズマの状態が不安定になってプラズマ消滅直前状態にな
ると、プラズマのインピーダンスが不規則に変動するた
め、その不規則な変動に基づく周波数成分により、高周
波電源の周波数よりも高い周波数においてピーク強度を
持つ、高周波電極の電位波形が測定される。このプラズ
マ消滅直前状態を示す高周波電極の電位波形が測定され
たとき、処理ガス圧力、高周波電力などのプラズマ制御
パラメータを制御することにより、プラズマが消滅する
ことなく安定に維持されることになる。
【0012】
【実施例】以下、実施例に基づいてこの発明を説明す
る。図1はこの発明による方法が適用されるプラズマ処
理装置の一例を示す構成説明図である。なお、図1にお
いては、図5に示すものと実質的に同一部分には同一符
号を付して説明を省略し、異なる点についてのみ説明す
る。
【0013】図1において、21はスペクトラムアナライ
ザ装置である。このスペクトラムアナライザ装置21は、
図に示すように、高周波電極5aの電位波形(信号)の周
波数分布を測定し、後述するプラズマ消滅直前状態を示
す高周波電極5aの電位波形が測定されたときに、プラズ
マ消滅直前状態を示す検知信号をガス流量コントローラ
4に与えるものである。
【0014】次にエッチングを行う上記プラズマ処理装
置において行われるプラズマ制御方法について以下に説
明する。図2はプラズマ発生前の状態における高周波電
極の電位波形及びその電位波形の周波数分布を示す図、
図3はプラズマが安定して発生している状態における高
周波電極の電位波形及びその電位波形の周波数分布を示
す図、図4はプラズマ消滅直前状態における高周波電極
の電位波形及びその電位波形の周波数分布を示す図であ
る。なお、図2〜図4においては、その(a)は高周波
電極の電位波形を示し、その(b)は電位波形の周波数
分布を示すものである。
【0015】まず、プラズマ発生(生成)前の状態にお
いては、図2に示すように、高周波電極5aの電位波形は
ゼロボルトラインを基準として高周波電源6の周波数f
R (13.56 MHz)でもって規則的に変化する。したが
って、スペクトラムアナライザ装置21では、高周波電源
6の周波数が測定されることになる。
【0016】次に、プラズマが安定した状態で発生して
いる場合においては、図3に示すように、プラズマ中の
電子の移動度がイオンのそれよりも圧倒的に大きいこと
から整流作用が生じることにより、高周波電極5aの電位
波形は、負にバイアスされた状態で高周波電源6の周波
数fR でもって規則的に変化する。この場合、スペクト
ラムアナライザ装置21では、高周波電源6の周波数fR
が測定されることになる。なお、図3(a)において、
2Vp は正側ピーク値、Vf は自己バイアス電位をそれ
ぞれ示す。
【0017】そして、イオンエネルギーを高めるために
低ガス圧力状態(高真空状態)でエッチングを行う場合
には、本質的にプラズマの状態が不安定になり易く、プ
ラズマの局部的な消滅、生成が起こり、プラズマのイン
ピーダンスが不規則に変動する状態になる。そのため、
図4に示すように、プラズマ消滅直前状態になると、ス
ペクトラムアナライザ装置21によって、高周波電源6の
周波数fR よりも高い周波数においてピーク強度を持ち
そのときの周波数値が不規則に変動(例えば、100 MH
z〜1GHz程度)する周波数成分を有する、高周波電
極5aの電位波形が測定される。なお、図4に示すような
高周波電極5aの電位波形は、図2に示すプラズマ発生前
の状態から図3に示すプラズマ安定発生状態へ移行する
プラズマ処理開始時期においても生じるものである。
【0018】スペクトラムアナライザ装置21は、このプ
ラズマ消滅直前状態を示す高周波電極の電位波形が測定
されたときに、そのことを示す検知信号をガス流量コン
トローラ4に与える。ガス流量コントローラ4は、この
プラズマ消滅直前状態を示す検知信号を受けて、ガス流
量調整バルブ3の開度をわずかに大きくする。これによ
り、真空容器1内の処理ガス圧力をわずかに高めること
により不安定な状態にあったプラズマが安定化され、従
来よりも低ガス圧力状態において、プラズマを消滅させ
ることなく安定な状態に維持してエッチングを行うこと
ができる。
【0019】例えば、Cl2 ガスを用いて反応性イオンエ
ッチングを行う場合、この発明による方法によると、プ
ラズマを安定な状態に維持してエッチング処理可能なガ
ス圧力を、従来の3×10-3Torrから1×10-3Torrにする
ことができた。なお、処理ガス圧力を調整することに代
えて、高周波電力をわずかに高めてプラズマを制御する
ようにしてもよい。
【0020】なお、上記実施例では、処理ガスを高周波
電源から供給される高周波電力により励起してプラズマ
化するものについて説明したが、この発明によるプラズ
マ制御方法は、高周波電源、マイクロ波電源(周波数f
M =2.45GHz)及びプラズマ中の電子をマイクロ波と
同じ周波数で共鳴させるための磁場発生手段などを備
え、例えばスパッタリングを行うようにしたプラズマ処
理装置にも適用可能である。このマイクロ波が併用され
るプラズマ処理装置の場合には、磁場強度もプラズマ制
御パラメータとなり、また、高周波電極5aの電位波形か
らはスペクトラムアナライザ装置21によって、図2〜図
4に破線で示すマイクロ波周波数fM も測定されること
になる。なお、上記実施例ではスペクトラムアナライザ
装置を用いたが、これに代えて、より安価なバンドパス
フィルタを用いて高周波電極の電位波形の特定の周波数
成分を検出し、これに基づいてプラズマ制御パラメータ
を制御するようにしてもよい。
【0021】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によるプラ
ズマ処理装置におけるプラズマ制御方法によると、高周
波電極の電位波形の周波数分布を測定し、高周波電源の
周波数よりも高い周波数においてピーク強度を持ちその
ときの周波数値が不規則に変動する周波数成分を有す
る、高周波電極の電位波形が測定されたときに、処理ガ
ス圧力、高周波電力などのプラズマ制御パラメータを制
御することにより、プラズマを安定化させるようにした
ので、従来よりも低ガス圧力状態(高真空状態)におい
てプラズマを消滅させることなく安定な状態に維持して
プラズマ処理を行うことができ、これにより、従来に比
べて高イオンエネルギーによるエッチングなどのプラズ
マ処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による方法が適用されるプラズマ処理
装置の一例を示す構成説明図である。
【図2】プラズマ発生前の状態における高周波電極の電
位波形及びその電位波形の周波数分布を示す図であっ
て、その(a)は高周波電極の電位波形を示し、その
(b)は電位波形の周波数分布を示すものである。
【図3】プラズマが安定して発生している状態における
高周波電極の電位波形及びその電位波形の周波数分布を
示す図であって、その(a)は高周波電極の電位波形を
示し、その(b)は電位波形の周波数分布を示すもので
ある。
【図4】プラズマ消滅直前状態における高周波電極の電
位波形及びその電位波形の周波数分布を示す図であっ
て、その(a)は高周波電極の電位波形を示し、その
(b)は電位波形の周波数分布を示すものである。
【図5】従来の技術を説明するためのプラズマ処理装置
の構成説明図である。
【符号の説明】
1…真空容器 1a…処理ガス導入口 1b…処理ガス排気
口 2…処理ガス導入配管 3…ガス流量調整バルブ
4…ガス流量コントローラ 5a…高周波電極 5b…陽極電極 6…高周波電源 7…高周波出力制御ユ
ニット 8…マッチング回路 9…結合コンデンサ 10
a,10b…絶縁体 21…スペクトラムアナライザ装置
W…試料基板

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 試料基板が載置されるとともに高周波電
    源から結合コンデンサを介して高周波電圧が印加される
    高周波電極が配された真空容器内に処理ガスを導入し、
    高周波放電により処理ガスをプラズマ化することによ
    り、試料基板にエッチング、CVD、スパッタリングな
    どのプラズマ処理を行うプラズマ処理装置におけるプラ
    ズマ制御方法において、高周波電極の電位波形の周波数
    分布を測定し、高周波電源の周波数よりも高い周波数に
    おいてピーク強度を持ちそのときの周波数値が不規則に
    変動する周波数成分を有する前記電位波形が測定された
    ときに、処理ガス圧力、高周波電力などのプラズマ制御
    パラメータを制御することにより、プラズマを安定化さ
    せるようにしたことを特徴とするプラズマ処理装置にお
    けるプラズマ制御方法。
JP4012226A 1992-01-27 1992-01-27 プラズマ処理装置におけるプラズマ制御方法 Withdrawn JPH05206067A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016076428A (ja) * 2014-10-08 2016-05-12 春日電機株式会社 放電処理装置
CN114467169A (zh) * 2020-09-02 2022-05-10 株式会社日立高新技术 等离子处理装置以及等离子处理方法

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016076428A (ja) * 2014-10-08 2016-05-12 春日電機株式会社 放電処理装置
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