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JP2630603B2 - Plasma processing equipment - Google Patents

Plasma processing equipment

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JP2630603B2
JP2630603B2 JP62291329A JP29132987A JP2630603B2 JP 2630603 B2 JP2630603 B2 JP 2630603B2 JP 62291329 A JP62291329 A JP 62291329A JP 29132987 A JP29132987 A JP 29132987A JP 2630603 B2 JP2630603 B2 JP 2630603B2
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JP
Japan
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self
magnetic field
cathode
bias voltage
bias
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敏明 小川
照夫 芝野
博之 森田
久作 西岡
伸夫 藤原
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Mitsubishi Electric Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明はプラズマ処理装置に関するものであり、特
に、磁場発生機構を備えたプラズマ処理装置に関するも
のである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a plasma processing apparatus, and more particularly, to a plasma processing apparatus having a magnetic field generating mechanism.

[従来の技術] 第3図は従来のプラズマ処理装置の断面図である。図
において、3は真空容器である。該真空容器3内には、
高周波電力を印加する高周波電極(以下、陰極という)
2と、この陰極2と対向して配置される対向電極(以
下、陽極という)1とが配置されている。陰極2には、
ブロッキング容量7を介して、高周波電源6が接続され
ている。陽極1は接地されている。真空容器3には、ガ
スを導入するガス導入口4が設けられ、さらに使用済み
のガスを排出するガス排気管8が設けられている。
[Prior Art] FIG. 3 is a sectional view of a conventional plasma processing apparatus. In the figure, reference numeral 3 denotes a vacuum container. In the vacuum vessel 3,
High frequency electrode for applying high frequency power (hereinafter referred to as cathode)
2 and a counter electrode (hereinafter, referred to as an anode) 1 that is disposed to face the cathode 2. On the cathode 2,
The high frequency power supply 6 is connected via the blocking capacitor 7. The anode 1 is grounded. The vacuum vessel 3 is provided with a gas inlet 4 for introducing a gas, and further provided with a gas exhaust pipe 8 for discharging a used gas.

次に、このプラズマ装置の動作について説明する。 Next, the operation of the plasma device will be described.

ガス導入口4より、真空容器3内に反応性のガスを導
入する。一方、排気口8より排気を行ない、真空容器3
内を所定のガス圧に保つ。次に、高周波電源6より真空
容器3内に高周波電力を印加する。これにより、上記ガ
スの活性なイオン種およびラジカルが発生する。この活
性なイオン種およびラジカルにより、試料5のプラズマ
処理たとえばエッチングが行なわれる。
A reactive gas is introduced from the gas inlet 4 into the vacuum vessel 3. On the other hand, air is exhausted from the exhaust port 8 and the vacuum vessel 3
The inside is maintained at a predetermined gas pressure. Next, high frequency power is applied from the high frequency power supply 6 into the vacuum vessel 3. As a result, active ionic species and radicals of the gas are generated. The plasma treatment, for example, etching of the sample 5 is performed by the active ion species and radicals.

[発明が解決しようとする問題点] 従来のプラズマ処理装置は以上のように構成されてい
る。したがって、プラズマと高周波電源6間のインピー
ダンス整合回路にて、正味の直流電流を0にするような
ブロッキング容量7が挾まれているため、陰極2表面上
に、電子とイオンの移動度の差により自己バイアス電圧
(Vdc)が発生する。従来のプラズマ処理装置では、こ
の自己バイアス電圧(Vdc)を高周波電源6の電力を変
化することにより、または、ガス圧力およびガス流量を
変化することにより制御していた。しかしながら、エッ
チング加工形状、エッチング速度、選択比等を変えるた
めには、上記高周波電源6の出力またはガス圧力および
ガス流量を変化させる必要がある。この場合に、前述の
自己バイアス電圧が発生し、結果として、エッチング試
料表面の輻射損傷を引き起こすという問題点があった。
また、従来のプラズマ処理装置では、プラズマの乱れ等
による自己バイアス電圧の変動には追従できず、結果と
してイオンエネルギーの制御が困難であるという問題点
もあっった。
[Problems to be Solved by the Invention] A conventional plasma processing apparatus is configured as described above. Therefore, in the impedance matching circuit between the plasma and the high-frequency power supply 6, the blocking capacitance 7 for reducing the net DC current to 0 is sandwiched. A self-bias voltage (Vdc) is generated. In a conventional plasma processing apparatus, the self-bias voltage (Vdc) is controlled by changing the power of the high frequency power supply 6 or by changing the gas pressure and the gas flow rate. However, in order to change the etching shape, the etching rate, the selectivity, etc., it is necessary to change the output of the high-frequency power supply 6 or the gas pressure and the gas flow rate. In this case, the above-mentioned self-bias voltage is generated, and as a result, there is a problem that radiation damage is caused on the surface of the etched sample.
In addition, the conventional plasma processing apparatus cannot follow the fluctuation of the self-bias voltage due to the turbulence of the plasma or the like, and as a result, it is difficult to control the ion energy.

この発明は上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、エッチング試料表面の輻射損傷を低下する
ことができ、かつプラズマの乱れ等による自己バイアス
電圧の変動にも追従できる、プラズマ処理装置を提供す
ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and a plasma processing method capable of reducing radiation damage on the surface of an etched sample and following a fluctuation of a self-bias voltage due to plasma turbulence or the like. It is intended to provide a device.

[問題点を解決するための手段] この発明に係るプラズマ処理装置は、その中に試料を
導入し、イオン種を用いて該試料をプラズマ処理する真
空容器と、上記真空容器内に高周波電力を印加する陰極
と、上記陰極と対向して配置される陽極とを備える。上
記陰極に印加される電界方向と直交する方向に、磁力線
を発生するように、その磁界強度を変化させることがで
きるようにされた磁場発生機構が設置されている。当該
プラズマ処理装置は、上記陰極の表面に発生する自己バ
イアス電圧を測定する自己バイアス測定機構を備える。
当該プラズマ処理装置は、さらに、上記磁場発生機構と
自己バイアス測定機構とを連動させ、上記自己バイアス
測定機構により測定された自己バイアス電圧の値をもと
に、上記磁場発生機構の上記磁界強度を変更し、自己バ
イアス電圧を所望の値に一定に制御する自己バイアス制
御機構を備える。
[Means for Solving the Problems] A plasma processing apparatus according to the present invention includes a vacuum vessel for introducing a sample therein and plasma-treating the sample using ion species, and supplying high-frequency power to the vacuum vessel. A cathode to be applied and an anode arranged to face the cathode are provided. A magnetic field generating mechanism is provided which is capable of changing its magnetic field strength so as to generate lines of magnetic force in a direction perpendicular to the direction of the electric field applied to the cathode. The plasma processing apparatus includes a self-bias measurement mechanism that measures a self-bias voltage generated on the surface of the cathode.
The plasma processing apparatus further interlocks the magnetic field generation mechanism and the self-bias measurement mechanism, and adjusts the magnetic field strength of the magnetic field generation mechanism based on the value of the self-bias voltage measured by the self-bias measurement mechanism. And a self-bias control mechanism for controlling the self-bias voltage to a desired value.

[作用] この発明に係るプラズマ処理装置は、上述のように、
磁場発生機構と自己バイアス測定機構とを連動させ、自
己バイアス測定機構により測定された自己バイアス電圧
の値をもとに磁場発生機構の磁界強度を変更し、それに
よって、自己バイアス電圧を所望の値に一定に制御する
自己バイアス制御機構を備えているので、陰極の表面に
発生する自己バイアス電圧を一定に安定させるととも
に、自由に変化させることができる。
[Operation] As described above, the plasma processing apparatus according to the present invention
The magnetic field generation mechanism and the self-bias measurement mechanism are linked, and the magnetic field strength of the magnetic field generation mechanism is changed based on the value of the self-bias voltage measured by the self-bias measurement mechanism, whereby the self-bias voltage is set to a desired value. Since the self-bias control mechanism for controlling the self-bias voltage constantly is provided, the self-bias voltage generated on the surface of the cathode can be stably maintained constant and can be freely changed.

[実施例] 以下、この発明の一実施例を図について説明する。Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は、この発明の一実施例であるプラズマ処理装
置の断面図である。図において、3は真空容器であり、
該真空容器3内に高周波電力を印加する高周波電極(以
下、陰極2という)と該陰極2と対向して配置される対
向電極(以下、陽極1という)が配置されている。陰極
2には試料5が載せられている。陰極2にはブロッキン
グ容量7を介して、高周波電源6が接続されている。陽
極1は接地されている。真空容器3にはガスを導入する
ガス導入口4が設けられ、エッチングガスを排出するガ
ス排気管8が設けられている。真空容器3の外部には、
高周波電源6から印加される電界の印加方向と直交する
方向に磁力線が発生するように、磁場発生機構たとえば
電磁石9が設置されている。そして、この電磁石の磁界
強度は変化させられるように構成されている。
FIG. 1 is a sectional view of a plasma processing apparatus according to one embodiment of the present invention. In the figure, 3 is a vacuum container,
A high-frequency electrode (hereinafter, referred to as a cathode 2) for applying high-frequency power and a counter electrode (hereinafter, referred to as an anode 1) arranged to face the cathode 2 are arranged in the vacuum vessel 3. A sample 5 is placed on the cathode 2. A high frequency power source 6 is connected to the cathode 2 via a blocking capacitor 7. The anode 1 is grounded. The vacuum vessel 3 is provided with a gas inlet 4 for introducing a gas, and a gas exhaust pipe 8 for discharging an etching gas. Outside the vacuum vessel 3,
A magnetic field generating mechanism such as an electromagnet 9 is provided so that magnetic lines of force are generated in a direction orthogonal to the direction of application of the electric field applied from the high frequency power supply 6. The magnetic field strength of the electromagnet is configured to be changed.

次に、このプラズマ処理装置を用いて、陰極2表面に
発生する自己バイアス電圧を制御する方法を説明する。
電磁石9のコイル電流を変化させ、磁界強度を変化させ
る。磁界強度を変化させると陰極2表面に発生する自己
バイアス電圧は変化する。直流電圧計等により、この自
己バイアス電圧を測定し、フィードバックをコイル電流
かける。こうすることにより、自己バイアス電圧を所望
の値に一定に制御することができる。
Next, a method of controlling a self-bias voltage generated on the surface of the cathode 2 using the plasma processing apparatus will be described.
The magnetic field strength is changed by changing the coil current of the electromagnet 9. When the magnetic field intensity is changed, the self-bias voltage generated on the surface of the cathode 2 changes. The self-bias voltage is measured by a DC voltmeter or the like, and feedback is applied to the coil current. By doing so, the self-bias voltage can be controlled to a desired value.

第2図は、電磁石の磁界強度を変化させた場合の自己
バイアス電圧の変化の様子を図示したものである。第2
図から明らかなように、磁界強度を制御することによ
り、自己バイアス電圧を制御することができる。自己バ
イアス電圧を自由に制御できると、イオンエネルギーが
自由に制御できるようになり、エッチング試料表面の輻
射損傷を低下させることができるようになる。
FIG. 2 illustrates how the self-bias voltage changes when the magnetic field strength of the electromagnet is changed. Second
As is apparent from the figure, the self-bias voltage can be controlled by controlling the magnetic field strength. If the self-bias voltage can be controlled freely, ion energy can be controlled freely, and radiation damage on the surface of the etched sample can be reduced.

[発明の効果] 以上説明したとおり、この発明に係るプラズマ処理装
置によれば、磁場発生機構と自己バイアス測定機構とを
連動させ、自己バイアス測定機構により測定された自己
バイアス電圧の値をもとに磁場発生機構の磁界強度を変
更し、自己バイアス電圧を所望の値に一定に制御する自
己バイアス制御機構を備えるので、上記陰極の表面に発
生する自己バイアス電圧を制御でき、ひいてはイオンエ
ネルギが制御できるようになる。その結果、エッチング
試料表面の輻射損傷を低下させることができるようにな
る。さらに、プラズマの乱れ等による自己バイアス電圧
の変動も安定化できる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the plasma processing apparatus of the present invention, the magnetic field generation mechanism and the self-bias measurement mechanism are linked, and the value of the self-bias voltage measured by the self-bias measurement mechanism is used. Since a self-bias control mechanism that changes the magnetic field strength of the magnetic field generation mechanism and controls the self-bias voltage to a desired value is provided, the self-bias voltage generated on the surface of the cathode can be controlled, and thus the ion energy is controlled. become able to. As a result, radiation damage on the surface of the etched sample can be reduced. Further, the fluctuation of the self-bias voltage due to the disturbance of the plasma can be stabilized.

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

第1図はこの発明の一実施例によるプラズマ処理装置を
示す断面図である。第2図は電磁石のコイル電流を変化
させた場合の磁界強度と自己バイアス電圧との関係図で
ある。第3図は従来のプラズマ処理装置の断面図であ
る。 図において、1は陽極、2は陰極、3は真空容器、5は
試料、6は高周波電源、9は電磁石である。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
FIG. 1 is a sectional view showing a plasma processing apparatus according to one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the magnetic field strength and the self-bias voltage when the coil current of the electromagnet is changed. FIG. 3 is a sectional view of a conventional plasma processing apparatus. In the figure, 1 is an anode, 2 is a cathode, 3 is a vacuum vessel, 5 is a sample, 6 is a high frequency power supply, and 9 is an electromagnet. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

フロントページの続き (72)発明者 西岡 久作 兵庫県伊丹市瑞原4丁目1番地 三菱電 機株式会社エル・エス・アイ研究所内 (72)発明者 藤原 伸夫 兵庫県伊丹市瑞原4丁目1番地 三菱電 機株式会社エル・エス・アイ研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−163639(JP,A) 特開 昭60−94725(JP,A) 特開 昭59−232420(JP,A)Continued on the front page. (72) Inventor Hisakusaku Nishioka 4-1-1 Mizuhara, Itami-shi, Hyogo Mitsubishi Electric Machinery Co., Ltd. LSI Research Institute (72) Inventor Nobuo Fujiwara 4-1-1 Mizuhara, Itami-shi, Hyogo Mitsubishi Electric (56) References JP-A-61-163639 (JP, A) JP-A-60-94725 (JP, A) JP-A-59-232420 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】その中に試料を導入し、イオン種を用いて
該試料をプラズマ処理する真空容器と、 前記真空容器内に高周波電力を印加する陰極と、 前記陰極と対向して配置される陽極と、 前記陰極に印加される電界方向と直交する方向に、磁力
線を発生するように設置され、その磁界強度を変化させ
ることができるようにされた磁場発生機構と、 前記陰極の表面に発生する自己バイアス電圧を測定する
自己バイアス測定機構と、 前記磁場発生機構と前記自己バイアス測定機構とを連動
させ、前記自己バイアス測定機構により測定された自己
バイアス電圧の値をもとに前記磁場発生機構の前記磁界
強度を変更し、自己バイアス電圧を所望の値に一定に制
御する自己バイアス制御機構と、を備えたプラズマ処理
装置。
1. A vacuum container for introducing a sample into the sample and plasma-treating the sample using ionic species, a cathode for applying high-frequency power in the vacuum container, and disposed opposite to the cathode. An anode, a magnetic field generating mechanism installed to generate magnetic field lines in a direction orthogonal to the direction of an electric field applied to the cathode, and capable of changing the magnetic field intensity; and a magnetic field generating mechanism generated on the surface of the cathode. A self-bias measurement mechanism for measuring a self-bias voltage to be applied, and the magnetic field generation mechanism and the self-bias measurement mechanism are linked to each other, and the magnetic field generation mechanism is based on a value of the self-bias voltage measured by the self-bias measurement mechanism. A self-bias control mechanism for controlling the self-bias voltage to a desired value by changing the magnetic field intensity.
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