JP2000357600A - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JP2000357600A
JP2000357600A JP11165937A JP16593799A JP2000357600A JP 2000357600 A JP2000357600 A JP 2000357600A JP 11165937 A JP11165937 A JP 11165937A JP 16593799 A JP16593799 A JP 16593799A JP 2000357600 A JP2000357600 A JP 2000357600A
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JP
Japan
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self
bias potential
electrode
plasma
anode
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Application number
JP11165937A
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English (en)
Inventor
Motonari Takebayashi
基成 竹林
Unryu Ri
雲龍 李
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Hitachi Kokusai Electric Inc
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Hitachi Kokusai Electric Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高価で設置に場所をとる高周波電源装置を使
用せずに、電極の自己バイアス電位の制御なプラズマ処
理装置を提供する。 【解決手段】 反応室2内に臨ませてカソード電極3、
アノード電極4、リング電極5を配置し、反応室2内に
処理ガスを導入した状態で、カソード電極3及びリング
電極5とアノード電極4間に高周波電力を印加すること
で、反応室2内にプラズマを発生させ、このプラズマを
利用することで、アノード電極4上に載置した基板Wの
表面に所定の処理を施すプラズマCVD処理装置におい
て、カソード電極3及びリング電極5に高周波電力を印
加する高周波発振器21、23を接続すると共に、アノ
ード電極4に、該電極4のインピーダンスを変化させる
ことで該電極の自己バイアス電位を制御するコイルとコ
ンデンサよりなる整合回路30を接続した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン基板やガ
ラス基板に対して薄膜を形成したり薄膜のエッチングを
行ったりするプラズマ処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】プラズマを利用して基板に所定の処理を
施すプラズマ処理装置の一種にプラズマCVD装置があ
る。図4はプラズマCVD装置の一例を示している。
【0003】図4において、1は真空容器で、その内部
が反応室2となっている。真空容器1の上壁部には、絶
縁材8を介して円板状のカソード電極3が設けられてい
る。また、反応室2の内底部には、基板載置台を兼ねた
円板状のアノード電極4が設けられている。このアノー
ド電極4は、それを支持している軸部10と真空容器1
の間に絶縁材9を介在させることで絶縁状態に保持され
ている。これらカソード電極3とアノード電極4は上下
に対向しており、アノード電極4の上面に処理すべき基
板Wが載置されるようになっている。
【0004】アノード電極3とカソード電極4に挟まれ
た空間はプラズマ生成領域となっており、このプラズマ
生成領域を囲むように、真空容器1の周壁部にはリング
電極5が絶縁材6、7を介して配置されている。そし
て、カソード電極3、アノード電極4、及びリング電極
5には、それぞれ位相整合器22、26、24を介して
高周波発振器21、25、23が接続されている。
【0005】また、反応室2の上部に位置するカソード
電極3の中央には、アノード電極4上の基板Wに向けて
処理ガスを供給するガス導入口18が設けられ、真空容
器1の周壁底部には、反応室2内の雰囲気ガスを排気す
る排気口19が設けられている。ガス導入口18は図示
略のガス供給系に接続され、排気口19は図示略の排気
ポンプに接続されている。
【0006】基板処理に用いるガスとしては、Si
4 、Si(OC2 5)4 、NH3 、NF3 、C
2 6 、O2 、Ar、He、N2 、N2 Oの各ガスの中
から選択される1種類のガス、または、2種類以上の混
合ガスが利用される。
【0007】次に基板処理の流れについて説明する。ま
ず、図示略の基板搬送手段によって、反応室2内のアノ
ード電極4上に基板Wを搬送し、図示略の排気ポンプを
用いて反応室2内を真空にする。次にその基板Wをその
処理に適した温度に図示略の加熱手段で加熱する。加熱
したら、ガス導入口18から処理ガスを反応室2内に供
給する。同時に、高周波発振器21、25、23から高
周波電力をそれぞれカソード電極3、アノード電極4、
リング電極5に印加し、反応室2内にプラズマを発生さ
せ、そのプラズマを利用して基板Wの表面に薄膜を形成
する。
【0008】このように、従来の装置では、アノード電
極4の自己バイアス電位Vdcを制御する方法として、ア
ノード電極4に印加する高周波電力を制御する方法を用
いている。アノード電極4に高周波電力を印加したとき
の電圧振幅Vppとアノード電極4の自己バイアス電位V
dcの関係は図5のようになる。この自己バイアス電位V
dcは、図6に示すように、アノード電極4に印加する高
周波電力の大きさに比例している。このため、自己バイ
アス電位Vdcの制御は、高周波電力の制御で行うことが
できる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うに従来の装置では、アノード電極4の自己バイアス電
位の制御を、アノード電極4に印加する高周波電力を制
御することで行っていたので、以下の問題があった。 (1)高価な高周波電源装置が余分に必要である。 (2)高周波電源装置は、主に高周波発振器と位相整合
器とからなるが、それらの外形寸法が大きいため、アノ
ード電極の自己バイアス電位制御用に余分な高周波電源
装置を用意すると、その設置面積の確保が難しい。 (3)高周波電源装置を遠隔操作する場合には、別の高
価な制御回路が必要となり、一層コストアップになる。 (4)高パワーを印加すると、プラズマ電位に悪影響が
出るおそれがある。
【0010】本発明は、上記事情を考慮し、高価で設置
に場所をとる高周波電源装置を使用せずに、電極の自己
バイアス電位の制御が可能であり、遠隔装置する場合に
も特別な制御回路が要らず、プラズマ電位にも悪影響を
及ぼすおそれのない、プラズマ処理装置を提供すること
を目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、反応
室内に臨ませて2つの電極を配置し、前記反応室内に処
理ガスを導入した状態でこれら2つの電極間に高周波電
力を印加することで反応室内にプラズマを発生させ、こ
のプラズマを利用することで、いずれか一方の電極上に
配した基板に所定の処理を施すプラズマ処理装置におい
て、前記2つの電極のうちの一方の電極に、該電極に対
して高周波電力を印加する高周波電力印加回路を接続す
ると共に、他方の電極に、該電極のインピーダンスを変
化させることで該電極の自己バイアス電位を制御する自
己バイアス電位制御回路を接続したことを特徴とする。
【0012】この発明のプラズマ処理装置では、一方の
電極には高周波電力を印加するが、他方の電極には高周
波電力を印加せず、該電極の自己バイアス電位を制御す
るために単に電極のインピーダンスを変化させるだけと
したので、構造が簡単で、場所をとらない。従って、イ
ンピーダンスを変化させて電極の自己バイアス電位を制
御する回路を、請求項2のように、コイルとコンデンサ
の少なくとも一方を1個以上含んだ回路で構成すること
ができる。また、このようなコイルとコンデンサ等の単
純な要素で回路を構成できるので、遠隔操作によるイン
ピーダンス制御も簡単にできる上、プラズマ電位に悪影
響を及ぼすおそれもない。
【0013】請求項3の発明のプラズマ処理装置は、前
記他方の電極の自己バイアス電位を検出する検出手段を
設けると共に、該検出手段により検出された自己バイア
ス電位と目標とする自己バイアス電位との差を縮めるよ
うに前記自己バイアス電位制御回路をフィードバック制
御する手段を設けたことを特徴とする。
【0014】このプラズマ処理手段では、電極の自己バ
イアス電位をフィードバック制御するので、精度のよい
自己バイアス電位制御が可能となる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図1は本発明の実施形態としてのプ
ラズマCVD装置を示している。図4にて示したものと
同じように、このプラズマCVD装置は、反応室2の上
部にカソード電極3、反応室2の内底部にアノード電極
4、反応室2の周壁部にリング電極5を有している。
【0016】カソード電極3とリング電極5には、図4
の装置と同様に、位相整合器22、24及び高周波発振
器21、23からなる高周波電源装置(高周波電力印加
回路)が接続されており、所望の高周波電力をカソード
電極3及びリング電極5に印加できるようになってい
る。しかし、アノード電極4には、高周波電源装置は接
続されていず、代わりに、アノード電極4のインピーダ
ンスを変化させることで該電極4の自己バイアス電位を
制御する整合回路(自己バイアス電位制御回路)30が
接続されている。それ以外の構成は、図4の装置と同じ
であるので、同一要素に同一符号を付して説明を省略す
る。
【0017】この場合の整合回路30は、図2に示すよ
うに、1つのコイルLと2つの可変コンデンサC1、C
2を用いて構成されている。2つの可変コンデンサC
1、C2は、アノード電極4とアースEの間に並列に接
続され、コイルLは片方の可変コンデンサC1に直列に
接続されている。
【0018】このように2つの可変コンデンサC1、C
2と1つのコイルLとで整合回路30を構成することに
より、例えば、コイルLのインダクタンス値(L)を固
定しておき、2つの可変コンデンサC1、C2のキャパ
シタンス値(C1、C2)を変化させることで、アノー
ド電極4に所望の自己バイアス電位を与えることができ
る。
【0019】図2は、反応室2内の概略的な等価回路を
示している。ここでは、説明を簡単にするために、高周
波電力はリング電極5にのみ印加するものとする。リン
グ電極5の前面、反応室2の壁前面、アノード電極4の
前面のインピーダンスをそれぞれZr、Ze、Za、ア
ノード電極4のインピーダンスをZb、整合回路30の
インピーダンスをZxとすると、反応室2内の全インピ
ーダンスZは、次式のようになる。
【0020】Z=Zr+{Ze(Zb+Zx)}/{Z
e+(Zb+Zx)}
【0021】ここで、 Zx=(1−ω2 C1L)/(jωC1+jωC2−j
ω3 C1C2L) と表すことができるから、上式により、整合回路30の
コイルL、コンデンサC1、C2の各値により、反応室
2内のインピーダンスZを制御できることがわかる。
【0022】なお、図2において、V1はリング電極5
に印加する高周波電圧、Vrはリング電極5の電圧、V
bはアノード電極4の電圧、Vsはプラズマ電圧、i1
〜i4は電流、C1〜C6はコンデンサ、Lはコイル、
Eはアースを示す。
【0023】図3は、図2に示した等価回路において、
コンデンサC1のキャパシタンス値(C1)を変化させ
たときの、アノード電極4の自己バイアス電圧の依存性
を調べた結果を例示している。
【0024】この図に示すように、コンデンサC1の容
量が変化すると、アノード電極4の自己バイアス電位が
変化していることが分かる。例えば、アノード電極4の
自己バイアス電位を−160Vとする場合は、コンデン
サC1の静電容量を200PFとすればよい。
【0025】このように、コイルLとコンデンサC1、
C2で構成した整合回路30のインピーダンスを変化さ
せることにより、アノード電極4の自己バイアス電位を
制御できるので、従来の高周波電源装置を利用する場合
と比べて、安価に構成することができるのは勿論、構造
の簡略化が図れて、余分な設置場所を確保する必要もな
くなる。また、インピーダンスを遠隔制御する場合も、
例えばコンデンサの容量を変化させるだけで足りるた
め、高価な制御回路を設ける必要もない。また、アノー
ド電極4に高周波電力を印加するわけではないので、高
パワー時にもプラズマ電位に悪影響が出るおそれもなく
なる。
【0026】なお、アノード電極4の自己バイアス電位
を検出する検出手段を付加すると共に、該検出手段によ
り検出された自己バイアス電位と目標とする自己バイア
ス電位との差を縮めるように整合回路30のインピーダ
ンスをフィードバック制御する手段を設ければ、一層精
度の高い自己バイアス電位制御を実現することができ
る。
【0027】また、上記実施形態では、プラズマCVD
装置の場合を示したが、他のタイプのプラズマ処理装置
にも本発明は適用することができる。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
一方の電極には高周波電力を印加するが、他方の電極に
は高周波電力を印加せず、該電極の自己バイアス電位を
制御するために単に電極のインピーダンスを変化させる
だけとしたので、自己バイアス電位を制御する回路を、
高周波電源装置のような大がかりな装置ではなく、コイ
ルとコンデンサによる簡単な高周波回路で構成すること
ができる。従って、コストダウンを図れる上、余分な高
周波電源装置が省略できる分だけ、設置面積の確保が楽
にできるようになる。また、このようなコイルとコンデ
ンサ等の単純な要素で回路を構成できるので、遠隔操作
によるインピーダンス制御も簡単にできる上、高パワー
時にもプラズマ電位に悪影響を及ぼすおそれがなくな
る。
【0029】また、電極の自己バイアス電位を検出手段
で検出して、その検出値に基づいて前記インピーダンス
をフィードバック制御するようにした場合は、一層精度
のよい自己バイアス電位制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態のプラズマCVD装置の概略
構成図である。
【図2】同装置における反応室内の概略的な等価回路を
示す図である。
【図3】同等価回路におけるコンデンサC1の容量変化
に対するアノード電極の自己バイアス電位の依存性を示
す特性図である。
【図4】従来のプラズマCVD装置の概略構成図であ
る。
【図5】従来の装置においてアノード電極に高周波電力
を印加したときの電圧振幅Vppとアノード電極の自己バ
イアス電位Vdcの関係を示す特性図である。
【図6】従来の装置においてアノード電極に高周波電力
を印加した場合の印加電力と自己バイアス電位の関係を
示す特性図である。
【符号の説明】
1 真空容器 2 反応室 3 カソード電極 4 アノード電極 5 リング電極 21,23 高周波発振器(高周波電力印加回路) 22,24 位相整合器(高周波電力印加回路) 30 整合回路(自己バイアス電位制御回路) W 基板 C1,C2 コンデンサ L コイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/3065 H01L 21/31 C 21/31 21/302 C Fターム(参考) 4K030 CA04 CA06 FA03 KA20 KA30 KA39 KA41 KA45 4K057 DA20 DD01 DM40 DN01 5F004 AA16 BC08 BD04 5F045 AA08 AC01 AC12 BB08 DP03

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 反応室内に臨ませて2つの電極を配置
    し、前記反応室内に処理ガスを導入した状態でこれら2
    つの電極間に高周波電力を印加することで反応室内にプ
    ラズマを発生させ、このプラズマを利用することで、い
    ずれか一方の電極上に配した基板に所定の処理を施すプ
    ラズマ処理装置において、 前記2つの電極のうちの一方の電極に、該電極に対して
    高周波電力を印加する高周波電力印加回路を接続すると
    共に、 他方の電極に、該電極のインピーダンスを変化させるこ
    とで該電極の自己バイアス電位を制御する自己バイアス
    電位制御回路を接続したことを特徴とするプラズマ処理
    装置。
  2. 【請求項2】 前記自己バイアス電位制御回路が、前記
    インピーダンスを変化させるためのコイル及びコンデン
    サの少なくとも一方を1個以上含んでいることを特徴と
    する請求項1記載のプラズマ処理装置。
  3. 【請求項3】 前記他方の電極の自己バイアス電位を検
    出する検出手段を設けると共に、該検出手段により検出
    された自己バイアス電位と目標とする自己バイアス電位
    との差を縮めるように前記自己バイアス電位制御回路を
    フィードバック制御する手段を設けたことを特徴とする
    請求項1または2に記載のプラズマ処理装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090165713A1 (en) * 2007-12-26 2009-07-02 Samsung Electro-Mechanics Co, Ltd. Chemical vapor deposition apparatus
JP2020205444A (ja) * 2018-10-10 2020-12-24 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及び制御方法

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