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JP3424182B2 - Surface treatment equipment - Google Patents

Surface treatment equipment

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Publication number
JP3424182B2
JP3424182B2 JP24468894A JP24468894A JP3424182B2 JP 3424182 B2 JP3424182 B2 JP 3424182B2 JP 24468894 A JP24468894 A JP 24468894A JP 24468894 A JP24468894 A JP 24468894A JP 3424182 B2 JP3424182 B2 JP 3424182B2
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JP
Japan
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power supply
surface treatment
plasma
supply mechanism
discharge
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Inventor
行人 中川
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アネルバ株式会社
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Publication date
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  • Drying Of Semiconductors (AREA)
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Description

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

【0001】[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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface treatment apparatus and, more particularly, to a surface treatment of a substrate by utilizing plasma generated by discharge of electric power such as direct current, high frequency and microwave. The present invention relates to a surface treatment apparatus used as, for example, a dry etching apparatus or a plasma CVD apparatus.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art As an example of a conventional surface treatment apparatus, a surface treatment apparatus used for dry etching, which is one of semiconductor device manufacturing processes, will be described.

【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。
Dry etching is used in a wiring pattern forming process which is indispensable for manufacturing semiconductor devices. In dry etching, a mixed gas containing a gas containing halogen as a main component is converted into plasma by discharge, and various active species generated by this (for example, atomic chlorine, atomic fluorine,
Fluorocarbon compounds and their ions, etc.) are reacted with the thin film on the surface of the substrate to remove the thin film portion unnecessary for the structure of the electronic device.

【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。
As an example of the surface treatment device used for the above dry etching, an ECR (electron cyclotron resonance) type surface treatment device utilizing the electron cyclotron resonance phenomenon due to the interaction between a microwave and a magnetic field and a Landau damping are utilized. Helicon wave type surface treatment devices and the like are known. The application of these surface treatment devices is currently being studied as a low-pressure high-density plasma surface treatment device.

【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。
Here, as an example of the above-mentioned low-pressure high-density plasma surface treatment apparatus, a typical configuration example of a conventional helicon wave type surface treatment apparatus used as a dry etching apparatus will be described with reference to FIG.

【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。
In FIG. 6, 11 is a vacuum container for processing a substrate, 12 is a vacuum container for discharge formed by using a dielectric such as quartz, 13 is an electrode also serving as a substrate holding mechanism, and 14 is a substrate to be processed. is there. The two vacuum vessels 11 and 12 are joined and integrated via a vacuum sealing structure. Reference numeral 15 is an exhaust mechanism for bringing the inside of the vacuum containers 11 and 12 into a required reduced pressure state,
Reference numeral 16 is a gas introduction pipe for supplying a discharge reaction gas into the vacuum vessels 11 and 12. Reference numeral 17 is an antenna for supplying high-frequency power for generating discharge in the discharge vacuum container 12 to generate plasma, 18 is a high-frequency power source, and 19 is a matching circuit. Antenna 1 with a specific shape
7 is arranged around the outside of the discharge vacuum container 12 and is supplied with high frequency power from a matching circuit 19. Reference numeral 20 is an electromagnet coil for generating a magnetic field. Further, the electrode 13 is provided with a bias high frequency power source 21, a bias matching circuit 22, and an insulator 23 also serving as a vacuum seal, as a mechanism for supplying high frequency power for substrate bias.

【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。
The energy of the ions incident on the substrate 14 can be controlled by the substrate bias generated by the bias high frequency power source 21. Based on this energy control mechanism of incident ions, application to a process such as etching of a silicon oxide film or etching of aluminum which needs to give appropriate energy to ions incident on a substrate in order to promote an etching reaction. You can also

【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。
The helicon wave type surface treatment apparatus can obtain a high plasma density at a low gas pressure as compared with the parallel plate type surface treatment apparatus which has been widely used in the past. Utilizing this characteristic, application as a single-wafer dry etching apparatus has been started, which performs etching processing on each substrate precisely and at high speed.

【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。
The characteristics of the low-pressure high-density plasma surface treatment apparatus represented by the helicon wave type surface treatment apparatus are as follows.
In addition, it is possible to obtain a sufficient processing speed even at a low discharge pressure. Secondly, since the discharge pressure is low, the electron temperature in the plasma is high. This is the point that the dissociation of the working gas easily proceeds. The second feature is very effective in increasing the processing speed.

【0010】[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。
The most important reason for using dry etching in the fine processing in the semiconductor device manufacturing process is that anisotropic etching, that is, vertical etching of the substrate surface is possible. However, in order to perform vertical etching by dry etching on a fine structure having a size of 1 μm or less, it is required that the ions in the plasma be vertically incident on the substrate to be processed. The simplest method to improve the straightness of ions in plasma is to lower the discharge pressure.

【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。
Therefore, it can be said that the low-pressure high-density plasma surface treatment apparatus which can obtain a sufficient treatment rate at a low discharge pressure is most suitable for the dry etching apparatus.

【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。
However, in the process of etching a silicon oxide film, for example, it is necessary to selectively deposit a polymerized film of a discharge reaction gas according to the material of the thin film on the substrate. When a low-pressure high-density plasma surface treatment apparatus having the characteristic that the progress of the excessive amount (second characteristic) is used, the deposition amount of the polymer film is reduced, and as a result, the etching rate of the silicon and the silicon oxide film is selected. This raises the problem of the decrease in sex.

【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。
Therefore, in order to etch a silicon oxide film using a low pressure high density plasma surface treatment apparatus,
It is necessary to suppress the dissociation of the discharge reaction gas.

【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。
Regarding the ECR plasma type surface treatment apparatus,
As a technology to suppress excessive dissociation of discharge gas,
A method of supplying microwave power intermittently is known (Reference 1; Proc. 2nd Int'l. Conf. On Reactive Plasm
as and 11th Symp.on Plasma Processing: Sponsored by Japan Society of Applied Physics (1994) Yokohama, p. 41.). According to this method
The plasma density rises rapidly when the output of the power supply mechanism for plasma generation is supplied, and when the output supply is stopped, it decreases with the time constant determined by the bipolar diffusion of electrons and ions in the plasma. Have.

【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。
However, as a phenomenon, etching or C
The time constant of increase and decrease of neutral active species in plasma, which plays an important role in reaction processes such as VD, is generally different from the time constant of increase and decrease of plasma density. The fact that the accuracy of the etching process can be improved by utilizing this phenomenon is described in Reference 1 above.

【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。
However, when this method is applied to a process that requires control of ion incident energy by supplying a bias to the substrate, such as the etching of the silicon oxide film, matching of the high frequency bias to the electrode 13 is achieved. It becomes difficult, and there is a drawback that the energy of ion incident on the substrate 14 cannot be controlled. This is because the impedance of the electrode 13 (impedance including plasma) viewed from the output side of the bias matching circuit 22 greatly changes according to the plasma density, whereas the matching circuit generally uses a variable capacitor. This is because it cannot respond to high-speed impedance changes.

【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。
In the above device, the bias matching circuit 2
The matching state of No. 2 must be performed with respect to the impedance including the plasma of the electrode 13 during the time when the power is supplied from the power supply mechanism for plasma generation, that is, the time when the plasma is present. However, in an actual matching circuit, when performing automatic matching, for example, the automatic matching circuit adjusts the matching state to a value obtained by averaging the impedance over time, so that the matching state is different from the time when the bias power is supplied. The matching state is achieved, and the efficiency with which the bias power is supplied to the electrode 13 is extremely reduced.

【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。
In the case of manual matching, matching can be performed while measuring the voltage of the bias power supplied to the electrode 13 to match the impedance in the presence of plasma. But at this time,
Since it is completely different from the matching state during the time when plasma is not present, abnormal heat generation in the bias matching circuit 22 is caused, and a large amount of reflected waves are generated to destroy the bias high frequency power source 21.

【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。
In view of the above problems, an object of the present invention is to realize a plasma generation method by intermittent supply of electric power for discharge and a power bias to a substrate at the same time, and a low-pressure high-density plasma capable of high-speed processing at low pressure. While taking advantage of the features of surface treatment equipment,
An object of the present invention is to provide a surface treatment device applicable to a wider range of processes.

【0020】[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、変調信号発生器から出力さ
れる変調信号の周波数を、放電用電力供給機構の出力電
圧が供給されていない時でも上記プラズマが消滅せずプ
ラズマ密度が維持される程度に高くし、かつ、変調信号
で変調されて供給されるバイアス用電力に加えてその間
においてもバイアス電力を前記基板保持機構に与えるよ
うにするように構成される。
A surface treatment apparatus according to the present invention comprises a vacuum container for discharge and substrate processing, an exhaust mechanism for reducing the pressure in the vacuum container, and a discharge gas in the vacuum container. A gas introduction mechanism for introducing, a discharge power supply mechanism for supplying electric power for discharging gas to generate plasma, a substrate holding mechanism (electrode), and a bias power supply for biasing the substrate holding mechanism. a mechanism, a modulation signal generator for generating a modulation signal provided intermittently to output the respective output power of the discharge power supply mechanism and the bias power supply mechanism at the same period, is output from the modulating signal generator
The frequency of the modulated signal that is
Even when the pressure is not supplied, the above plasma does not disappear
High enough to maintain the plasma density and modulated signal
In addition to the bias power that is modulated and supplied by
Even in the case of applying bias power to the substrate holding mechanism,
Configured to let go.

【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。
In the above configuration, preferably, the modulation signal generator is single, and the modulation signal output from the modulation signal generator is applied to the discharge power supply mechanism and the bias power supply mechanism. To be done.

【0022】前記の構成において、好ましくは、変調信
号の周波数は100kHzであることで特徴づけられ
る。
In the above arrangement, preferably the modulation signal
The frequency of the signal is characterized by being 100 kHz
It

【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。
In the above structure, preferably, each power source of the discharge power supply mechanism and the bias power supply mechanism is a high frequency power source.

【0024】[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。また変調信号発生器から出力される
変調信号の周波数を、放電用電力供給機構の出力電圧が
供給されていない時でもプラズマが消滅せずプラズマ密
度が維持される条件を満たすように高くすると、放電用
電力が供給されていない時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。そこで、このような場合には、
変調信号で変調されて供給されるバイアス用電力に加え
て、その間においてもバイアス電力を基板保持機構に与
えるようにする
According to the present invention, the modulation signal generator modulates the discharge power of the discharge power supply mechanism and the bias power of the bias power supply mechanism into intermittent outputs in the same cycle, and the bias applied to the substrate holding mechanism. The electric power for use is converted from the conventional continuous electric power to the intermittent electric power synchronized with the electric power for discharge. In the surface treatment apparatus configured to intermittently supply the electric power for discharge for the purpose of suppressing the excessive dissociation of the discharge gas, the plasma density is temporally changed, so that the plasma is supplied to the substrate holding mechanism. The impedance at the bias power supply point changes over time. Therefore, the optimum matching condition of the bias power supplied to the electrodes also changes with time. Therefore, the bias power is supplied only during the time when the discharge power is supplied. The above-mentioned impedance is almost constant during the supply of the bias power, and the matching state is stable. In a surface treatment system that generates low-pressure and high-density plasma by intermittently supplying electric power for discharge, the method for supplying electric power for bias for controlling the energy of ions entering the substrate has been improved to improve the efficiency of bias. Can be significantly improved. Also output from the modulation signal generator
The output voltage of the discharge power supply mechanism changes the frequency of the modulation signal.
Plasma does not disappear even when it is not supplied
High enough to satisfy the condition that the
When the power is not supplied, the bias power supply mechanism
Even if the output voltage is supplied, a large reflected wave does not occur,
The efficiency of the scan can be improved. So in this case,
In addition to the bias power that is modulated and supplied with the modulation signal,
Bias power is applied to the substrate holding mechanism during that time.
To get it .

【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。
Modulation signals output from two synchronized modulation signal generators provided for the discharge power supply mechanism and the bias power supply mechanism, respectively, are supplied to the discharge power supply mechanism and the bias power supply. To the mechanism separately,
By eliminating the rising or falling transient state in the temporal change of the density of the plasma generated by the electric power for discharge, by supplying the electric power for bias during the period when the impedance of the substrate holding mechanism is held in a low constant state,
A very precise match can be made to the plasma-containing impedance of the substrate holding mechanism.

【0026】[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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【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。
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a surface treatment apparatus according to the present invention. The surface treatment apparatus shown in this embodiment is a helicon wave type surface treatment apparatus as an example of a low pressure high density plasma surface treatment apparatus. In FIG. 1, elements that are substantially the same as the constituent elements of the conventional surface treatment apparatus described with reference to FIG. 6 are given the same reference numerals.

【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。
In FIG. 1, a discharge vacuum container 12 formed by using a dielectric material such as quartz on a vacuum container 11 for processing a substrate.
Is placed and fixed. These two vacuum vessels 1
A structure capable of being vacuum-sealed is formed at the boundary between 1 and 12.
The internal spaces of the vacuum chambers 11 and 12 are maintained in a vacuum state (reduced pressure state) necessary for performing the surface treatment of the substrate, and the discharge reaction gas introduced therein is discharged with supply power to generate a required plasma. Is generated. The vacuum container 11 is held at the ground potential.

【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。
An electrode 13 also serving as a substrate holding mechanism is installed in the vacuum container 11 with its substrate holding surface facing the discharge vacuum container 12. The electrode 13 is insulated from the vacuum container 11 by a ring-shaped insulator 23. The insulator 23 vacuum-seals the vacuum container 11 and the electrode 13. This electrode 1
Surface treatment is performed on the substrate to be processed 14 placed on the substrate 3.

【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。
A ring-shaped electromagnet coil 20 is installed around the outside of the discharge vacuum container 12. Also, the vacuum container 11
An evacuation mechanism 15 is provided in the chamber to evacuate the gas existing in the internal spaces of the vacuum vessels 11 and 12 to form a vacuum state. Further, a predetermined flow rate of plasma generating gas is introduced into the vacuum container 11 by a gas introducing pipe 16 and a gas introducing mechanism (not shown). It is general to adjust the exhaust speed of the exhaust mechanism 15 and the gas introduction flow rate by the gas introduction mechanism by a controller (not shown), and thereby set the pressure of the vacuum vessels 11 and 12 to a predetermined value.

【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。
An electric power supply mechanism for supplying electric power necessary for electric discharge is attached to the electric discharge vacuum container 12. The discharging power supply mechanism includes a high frequency power supply 18, a matching circuit 19 and an antenna 17. The antenna 17 is the vacuum container 1
2 is arranged around the outside. The high frequency power generated from the high frequency power supply 18 is matched with a matching circuit 19 for impedance matching.
Is supplied to the antenna 17 via. The structure of the antenna 17 is described in, for example, Document 2: Journal of Vacuum Science.
and Technology, A10 (1992) 1389. As for the discharge power supply mechanism for generating plasma, a microwave power supply mechanism may be used instead of the high frequency power supply mechanism.

【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。
A bias power supply mechanism is attached to the electrode 13 also serving as a substrate holding mechanism, and the necessary bias power is supplied to the electrode 13. The bias power supply mechanism includes a high frequency bias power supply 21 for bias and a matching circuit 22. The high frequency power generated from the high frequency power supply 21 is supplied to the electrode 13 via the matching circuit 22. Regarding the bias power supply mechanism, a DC or microwave power supply mechanism may be used instead of the high frequency power supply mechanism.

【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。
Both the discharging high frequency power source 18 and the bias high frequency power source 21 have a built-in circuit structure whose output can be modulated by a modulation signal given from the outside. In this embodiment, the discharging high frequency power supply 18 and the bias high frequency power supply 21 input the rectangular wave output from the rectangular wave generator 24 as a modulation signal, perform modulation based on this square wave, and intermittently output. Occurring in a sudden way. The modulation signal is not limited to the rectangular wave.

【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。
With reference to FIGS. 1 and 2, the basic operation of the surface treatment apparatus having the above configuration will be described. FIG. 2 shows a timing chart of various waveforms, (a)
Is the output voltage waveform of the rectangular wave generator 24, (b) is the output voltage waveform of the discharge power supply mechanism, (c) is the change in plasma density, and (d) is the electrode 13 as seen from the output side of the bias matching circuit 22. Change in impedance, including plasma
(E) schematically shows the output voltage waveform of the bias power supply mechanism. In FIG. 2, for example, the frequency of the power supply mechanism for discharge is 13.56 MHz, the frequency of the power supply mechanism for bias is 40 kHz, the pulse width of the rectangular wave is 0.4 msec, and the cycle is 1 msec.
The duty is set to 40%.

【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。
First, the inside of the processing vacuum vessel 11 and the discharge vacuum vessel 12 is evacuated by the evacuation mechanism 15 to bring it to a required reduced pressure state. After that, a predetermined gas is introduced into the vacuum containers 11 and 12 by the gas introduction pipe 16 and the gas introduction mechanism so as to have a predetermined pressure. This predetermined pressure is determined by the target surface treatment process.

【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。
Next, when the intermittent high-frequency power generated by the high-frequency power source 18 for discharge is supplied to the antenna 12 through the matching circuit 19, high-frequency discharge is generated in the inner space of the discharge vacuum container 12, and plasma is generated. To be done.
The generation state of plasma at this time is determined depending on the structure of the antenna 17 and the strength of the magnetic field generated by the electromagnet coil 20. Further, the intermittent high frequency power generated by the bias high frequency power supply 21 is supplied to the electrode 13 through the bias matching circuit 22. The ions in the plasma are accelerated by the high frequency power biased on the electrode 13 and enter the surface of the substrate 14. As a result, the surface treatment is performed on the substrate 14.

【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。
In the surface treatment apparatus of this embodiment, the output voltage of the rectangular wave generator 24 modulates the outputs of the discharge high frequency power source 18 and the bias high frequency power source 21 so as to be generated intermittently. As shown in FIG. 2, the rectangular wave generator 2
According to the output voltage waveform (rectangular wave) 31 of No. 4, the output voltage waveform 32 of the electric power supply mechanism for discharge is modulated. As a result, as shown in FIG. 2C, the density of plasma generated by the electric power supplied from the antenna 17 of the electric power supply mechanism for discharge temporally changes. The change 33 in the plasma density is
The output voltage of the discharge power supply mechanism starts to rise as indicated by the reference numeral 33a at the same time when it is supplied to the antenna 17, and reaches a steady state 33b after a certain delay time. When the output voltage of the discharge power supply mechanism is no longer supplied to the antenna 17, the plasma density decreases with a certain time constant as indicated by reference numeral 33c, and reaches zero 33d after a certain delay time. FIG. 2 shows an example in which the frequency of the rectangular wave 31 is 1 kHz. The optimum value of the frequency of the rectangular wave 31 differs depending on the time constant of blinking plasma and the time constant of generation and extinction of active species in plasma, but the basic phenomenon is the same regardless of the frequency of the rectangular wave. .

【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。
At this time, the impedance 34 including the plasma when the electrode 13 is viewed from the output side of the bias matching circuit 22 greatly changes in accordance with the change 33 in the plasma density, as shown in FIG. 2D. . This is because the impedance when the plasma density is high shows a small value as indicated by reference numeral 34b due to the resistance component of the plasma in contact with the electrode 13 and the capacitance component due to the sheath formed on the surface of the electrode 13, while the impedance is low. The impedance when the density is low or plasma is not present is electrode 1
This is because it is determined only by the stray capacitance of 3 and becomes large as indicated by reference numeral 34a. Since the matching circuit 22 generally uses a variable capacitor as described above, it is not possible to cope with such a high-speed impedance change.

【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。
Therefore, by using the rectangular wave generator 24, the high frequency power source 21 of the bias power supply mechanism,
The high frequency power supply 18 of the discharge power supply mechanism is synchronized with the discharge power and the bias power to be supplied intermittently. FIG. 2E shows an output voltage waveform 35 of the bias high frequency power supply 21.

【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。
As described above, in the present embodiment, since the output of the bias power supply mechanism is supplied in synchronization with the output of the plasma generation power supply mechanism, that is, in synchronization with the change in the plasma density, the bias power is supplied. The impedance of the electrode 13 including the plasma becomes substantially constant during the time that the current is being supplied. Therefore, the bias matching circuit 22 is
It suffices if the impedance corresponding to the reference numeral 34b in FIG. 2D is matched. This state can be easily achieved by automatic or manual alignment. This eliminates all the problems of the prior art.

【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。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the surface treatment apparatus according to the second embodiment of the present invention. In FIG.
Elements that are substantially the same as the elements described in the above embodiments are given the same reference numerals.

【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。
The characteristic configuration of this embodiment will be described. In the present embodiment, a second rectangular wave generator 25 having the same cycle as the rectangular wave generator 24 and a different duty is provided separately, and the rectangular high frequency power supply 21 is modulated by this rectangular wave generator 25 to intermittently generate electric power. . Square wave generator 24 and square wave generator 25
Are connected via a delay circuit 26. By providing the delay circuit 26, regarding the output relationship of the rectangular wave generation circuits 24 and 25, when one rectangular wave pulse is output from one rectangular wave generator 24, the other rectangular wave generator 25 outputs the rectangular pulse. After the occurrence of the above, a rectangular pulse having different duty is output after a certain delay time (τ). Further, it is preferable that the delay time (τ) is set to be about the time constant of the decay of the plasma density. The configuration and operation of the device in the other parts of this embodiment are the same as in the case of the first embodiment described above.

【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。
FIG. 4 is a waveform diagram showing the operation of the surface treatment apparatus of the second embodiment. In FIG. 4, (a) is the output voltage waveform of the rectangular wave generator 24, (b) is the output voltage waveform of the discharge power supply mechanism, (c) is the change in plasma density, and (d).
Is a change in impedance including plasma of the electrode 13 viewed from the output side of the bias matching circuit 22, (e) is an output voltage waveform of the bias power supply mechanism, and (f) is an output voltage waveform of the rectangular wave generator 25. To indicate. The frequency of the discharge power supply mechanism is 13.56 MHz, the frequency of the bias power supply mechanism is 40 kHz, the pulse width of each rectangular wave is 0.4 msec, and the cycle is 1 msec.

【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。
When the output voltage 32 of the discharge power supply mechanism for generating the plasma is intermittently supplied, the rising portion 33a or the falling portion in the temporal change of the plasma density (reference numeral 33 in FIG. 4C). The transient state of the portion 33c occurs. These transient states are shown in FIG.
It is also reflected in the impedance of the electrode 13 including the plasma as shown in FIG. Therefore, when the bias matching circuit 22 is used to perform very precise matching with respect to the impedance including the plasma, a rectangular wave input to the bias power supply mechanism is generated in a state where the impedance including the plasma of the electrode 13 is low. The output may be limited to the time T1 which is kept constant. Therefore, a rectangular wave generator 25 that outputs an output waveform 41 delayed by a time τ with respect to the output waveform 31 of the rectangular wave generator 24 is separately provided, and the rectangular wave generator 25 is generated.
The intermittent output 41 is applied to the high frequency bias power source 21 to perform modulation. In this case, the timing at which the voltage of the rectangular wave generated from the second rectangular wave generator 25 becomes 0V is different from the timing at which the output voltage of the rectangular wave generator 24 becomes 0V, so the two rectangular wave generators 24 , 25 have different output waveform duty.

【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。
According to the second embodiment described above, the period during which the bias power is applied to the electrode 13 is strictly constant when the impedance of the electrode 13 changes (FIG. 4D) when the impedance including plasma is low. Time held at T
Since it is limited to 1, the transitional state of the rising edge 33a and the falling edge 33b can be eliminated, and extremely precise matching can be performed.

【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。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The structure of the apparatus in this embodiment is based on the structure of the first embodiment. FIG. 5 shows various timing charts similar to FIG. 2 for explaining the characteristic operation of the surface treatment apparatus according to the present embodiment. (A) to (e) of FIG.
Correspond to (a) to (e) of FIG. 2, respectively. However, in the present embodiment, the repetition frequency of the rectangular wave generated by the rectangular wave generator 24 is 100 kHz (the cycle is 10 μsec.
), And increased the repetition rate.

【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。
When the repetition rate is increased, FIG.
As shown in (c), the plasma density does not disappear even when the output voltage of the discharge power supply mechanism (shown in FIG. 5B) is not supplied, and the density is maintained above a certain level. It However, since the plasma density to be maintained differs depending on the type of gas, the pressure, etc., FIG. 5C shows an example of the plasma state. In the discharge state shown in this embodiment, as shown in FIG. 5D, the change in the impedance of the electrode 13 including the plasma is smaller than that in the other embodiments. Thus, when the repetition rate of the rectangular wave, which is the modulation signal provided from the rectangular wave generator 24 to the discharging power supply mechanism, is high, the output voltage of the bias power supply mechanism during the time when the discharging power is not supplied. , The bias efficiency can be improved without generating a large reflected wave. Therefore, by utilizing the modulation signal of the rectangular wave generator 24, the bias power synchronized with the discharge power of the discharge power supply mechanism is supplied from the bias power supply mechanism to the electrode 1.
In addition to the above, the required level of bias power is also supplied to the electrode 13 during the modulated bias power.
Can be given to.

【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。
The output control for the bias power supply mechanism as shown in each of the above embodiments can be easily realized by using the function generally provided in the rectangular wave generator.

【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。
Although the helicon wave type surface treatment apparatus has been described in each of the above-mentioned embodiments, the surface treatment apparatus of the type in which the discharge power for generating the plasma is intermittently supplied and the bias power is supplied to the substrate. If so, it can be applied to a device that adopts another discharge type. Applicable devices include conventionally used ECR type discharge reaction devices, triode type discharge reaction devices, and the like. Further, it can also be applied to a discharge reactor such as an inductively coupled high-density plasma discharge reactor and a helical resonator discharge reactor which have been recently developed.

【0050】[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。
As is apparent from the above description, according to the present invention, the surface treatment apparatus constructed by utilizing the intermittently supplied high frequency waves as the electric power for discharge is conventionally supplied with the continuous wave. The bias power to the electrodes is configured to be intermittently supplied in synchronization with the discharge power by using the modulation signal generator, so that the substrate can be efficiently biased and the helicon wave type It can be applied to a wider range of processes while taking advantage of the characteristics of a plasma surface treatment apparatus such as a surface treatment apparatus capable of high-speed treatment at a low pressure.

【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。
Since the modulation signal generator is shared by the discharge power supply mechanism and the bias power supply mechanism, the structure is simple and the above effect can be easily achieved.

【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。
A modulation signal generator is prepared for each power supply mechanism, and the modulation signals output from the two synchronized modulation signal generators are separately supplied to the discharge power supply mechanism and the bias power supply mechanism. The bias power is supplied during the period when the impedance of the substrate holding mechanism is kept low and the transient state of rising or falling in the temporal change of the density of the plasma generated by the discharging power is given. Since it is configured as described above, it is possible to achieve extremely precise matching with respect to the impedance including the plasma of the electrode.

【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。
When the present invention is applied to a surface treatment apparatus for performing a plasma process which requires control of ion incident energy to a substrate, its effect becomes remarkable. For example, in a dry etching apparatus for a metal film, a silicon oxide film, or the like, it is possible to improve the etching speed and improve the processing accuracy by applying appropriate substrate incident energy to the ions. Further, even in an apparatus for performing planarization film formation by plasma CVD, it is possible to improve the embedding speed while taking advantage of the effect of suppressing generation of fine particles, which is a feature of intermittent discharge.

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

【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。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a surface treatment apparatus according to the present invention.

【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。
FIG. 2 is a timing chart showing an output waveform state and a plasma generation state of each part of the apparatus in the first embodiment.

【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。
FIG. 3 is a configuration diagram showing a second embodiment of the surface treatment apparatus according to the present invention.

【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。
FIG. 4 is a timing chart showing an output waveform state and a plasma generation state of each part of the apparatus in the second embodiment.

【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。
FIG. 5 is a timing chart showing the output waveform state and plasma generation state of each part of the apparatus in the third embodiment of the surface treatment apparatus according to the present invention.

【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。
FIG. 6 is a configuration diagram showing a conventional helicon wave type surface treatment device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 11 Substrate processing vacuum container 12 Vacuum container for discharge 13 electrodes 14 board 15 Exhaust mechanism 16 Gas introduction mechanism 17 antenna 18 High frequency power supply 19 Matching circuit 20 Electromagnetic coil 21 high frequency power supply 22 Matching circuit 24,25 square wave generator 26 Delay circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/205 C23C 16/52 C23F 4/00 H01L 21/3065 H01L 21/31 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/205 C23C 16/52 C23F 4/00 H01L 21/3065 H01L 21/31

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【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 前記変調信号発生器から出力される前記変調信号の周波
数を、前記放電用電力供給機構の出力電圧が供給されて
いない時でも前記プラズマが消滅せずプラズマ密度が維
持される程度に高くし、かつ、前記変調信号で変調され
て供給されるバイアス用電力に加えてその間においても
バイアス電力を前記基板保持機構に与えるようにした、 ことを特徴とする表面処理装置。
1. A vacuum container, an exhaust mechanism for reducing the pressure inside the vacuum container, a gas introducing mechanism for introducing a discharge gas into the vacuum container, and an electric power for discharging the gas to generate plasma. And a power supply mechanism for discharging,
In a surface treatment apparatus comprising a substrate holding mechanism and a bias power supply mechanism for applying a bias to the substrate holding mechanism, the output power of each of the discharge power supply mechanism and the bias power supply mechanism is intermittently provided at the same cycle. to a modulation signal generator for generating a modulation signal to be output is provided, frequency of the modulated signal output from the modulation signal generator
The number of the output voltage of the discharge power supply mechanism is supplied
Even when not in use, the plasma does not disappear and the plasma density is maintained.
High enough to be held and modulated by the modulation signal
In addition to the bias power supplied by
A surface treatment apparatus , wherein a bias power is applied to the substrate holding mechanism .
【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。
2. The surface treatment apparatus according to claim 1, wherein
The surface treatment apparatus, wherein the modulation signal generator is single, and the modulation signal output from the modulation signal generator is supplied to the discharge power supply mechanism and the bias power supply mechanism.
【請求項3】 請求項1記載の表面処理装置において、
前記変調信号の周波数は100kHzであることを特徴
とする表面処理装置。
3. The surface treatment apparatus according to claim 1, wherein
The surface treatment apparatus, wherein the frequency of the modulation signal is 100 kHz .
【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。
4. The surface treatment apparatus according to claim 1, wherein each power source of the discharge power supply mechanism and the bias power supply mechanism is a high frequency power source. Processing equipment.
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