JP4699127B2 - Plasma processing apparatus and plasma processing method - Google Patents
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Description
本発明は,プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method.
例えば半導体装置や液晶表示装置等の製造プロセスにおいては,例えば基板上に形成された膜を蝕刻するエッチング処理や,基板の表面に電極や絶縁膜を形成する成膜処理などが行われている。これらのエッチング処理や成膜処理には,プラズマを用いて基板を処理するプラズマ処理が多用されている。 For example, in a manufacturing process of a semiconductor device or a liquid crystal display device, for example, an etching process for etching a film formed on a substrate, a film forming process for forming an electrode or an insulating film on the surface of the substrate, and the like are performed. In these etching processes and film forming processes, a plasma process for processing a substrate using plasma is frequently used.
上述のプラズマ処理は,通常プラズマ処理装置において行われる。プラズマ処理装置には,上下に電極を配置した平行平板型のものが多用されており,当該平行平板型のプラズマ処理装置は,例えば処理容器内において,基板を載置した下部電極に高周波電源により高周波電力を供給し,下部電極と上部電極との間の処理空間にプラズマを生成し,当該プラズマによって基板を処理していた。 The plasma processing described above is usually performed in a plasma processing apparatus. A parallel plate type in which electrodes are arranged on the upper and lower sides is often used in the plasma processing apparatus, and the parallel plate type plasma processing apparatus is, for example, in a processing vessel by a high frequency power source on a lower electrode on which a substrate is placed. High-frequency power was supplied, plasma was generated in a processing space between the lower electrode and the upper electrode, and the substrate was processed with the plasma.
ところで,近年,上記プラズマ処理装置では,例えばより高精度のエッチング処理や成膜処理を行うために,高周波電源に波長の短い高周波が用いられるようになっている。このように波長の短い高周波を用いた場合,処理空間内においてプラズマが中心部に集中し,周辺部よりも中心部のプラズマ密度が高くなる傾向が認められる。このため,基板の中心部のプラズマ処理だけが早く進んで,最終的な処理結果が基板面内おいて不均一になることがあった。 Incidentally, in recent years, in the above plasma processing apparatus, for example, a high frequency with a short wavelength is used for a high frequency power source in order to perform a more accurate etching process or film forming process. When a high-frequency wave having a short wavelength is used in this way, it is recognized that the plasma is concentrated in the central part in the processing space and the plasma density in the central part is higher than that in the peripheral part. For this reason, only the plasma processing at the center of the substrate progresses quickly, and the final processing result may be non-uniform on the substrate surface.
かかる問題を解決するために,例えば上部電極を外側から中心にかけて高くなるように凸状に形成し,処理容器内のプラズマの拡散度合いを均等にして処理容器内のプラズマ密度を均一にするプラズマ処理装置(例えば,特許文献1参照。)が提案されている。しかしながら,このような装置によっても,例えば基板面内におけるエッチング速度や成膜速度を十分に均一化するまでには至っていない。 In order to solve such a problem, for example, the plasma processing is performed such that the upper electrode is formed in a convex shape so as to increase from the outside to the center, and the plasma diffusion in the processing vessel is made uniform by equalizing the degree of plasma diffusion in the processing vessel. An apparatus (see, for example, Patent Document 1) has been proposed. However, even with such an apparatus, for example, the etching rate and film formation rate within the substrate surface have not been sufficiently uniformed.
本発明は,かかる点に鑑みてなされたものであり,基板面内におけるプラズマ処理の速度のばらつきを低減して,基板面内における基板処理の均一性を向上するプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することをその目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and provides a plasma processing apparatus and a plasma processing method for reducing the variation in the speed of plasma processing in the substrate surface and improving the uniformity of substrate processing in the substrate surface. Its purpose is to provide.
上記目的を達成するために,本発明は,プラズマを用いて基板を処理するプラズマ処理装置であって,基板を収容して処理する処理容器と,前記処理容器内において基板を載置する下部電極と,前記処理容器内において前記下部電極に対向するように配置された上部電極と,前記下部電極にプラズマ生成用の高周波電力を供給し,前記下部電極と前記上部電極との間にプラズマを生成する第1の高周波電源と,前記下部電極に,前記プラズマ生成用の高周波電力よりも低い周波数を有するイオン引き込み用の高周波電力を供給する第2の高周波電源と,前記処理容器内に存在する少なくとも一つの高周波の周波数に対する,前記プラズマから見た上部電極側の回路のインピーダンスを,前記回路が共振しないように調整する電気特性調整部と,を備え,前記電気特性調整部は,インピーダンスが調整される上部電極側に接続された電気特性調整機構を有し,前記プラズマに面した上部電極の電極面から電気特性調整機構側の回路におけるリアクタンスを負の値に調整することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a plasma processing apparatus for processing a substrate using plasma, a processing container for storing and processing the substrate, and a lower electrode for mounting the substrate in the processing container. And an upper electrode disposed in the processing container so as to face the lower electrode, and high-frequency power for plasma generation is supplied to the lower electrode, and plasma is generated between the lower electrode and the upper electrode. A first high-frequency power source, a second high-frequency power source that supplies the lower electrode with a high-frequency power for ion attraction having a frequency lower than the high-frequency power for plasma generation, and at least the processing chamber. with respect to the frequency of one high frequency, the impedance of the circuit of the upper electrode side as viewed from the plasma, the circuit and the electrical characteristic adjustment unit for adjusting so as not to resonate Wherein the electrical characteristic adjustment unit has an electrical characteristic adjustment mechanism connected to the upper electrode side where the impedance is adjusted, the reactance in the circuit of the electrical characteristics adjusting mechanism side from the electrode surface of the upper electrode facing the plasma Is adjusted to a negative value.
本発明によれば,電極側の回路が共振しないようにインピーダンスを調整できる。発明者の検証によれば,こうすることにより,処理容器内の基板面内におけるプラズマ処理速度のばらつきを低減できる。したがって,基板面内においてプラズマ処理が均等な速度で行われ,基板面内の基板処理の均一性を向上できる。 According to the present invention, the impedance can be adjusted so that the circuit on the electrode side does not resonate. According to the inventor's verification, this makes it possible to reduce variations in the plasma processing speed in the substrate surface within the processing container. Therefore, the plasma processing is performed at a uniform speed in the substrate surface, and the uniformity of the substrate processing in the substrate surface can be improved.
前記電気特性調整部は,前記インピーダンスを変更するための可変素子を有していてもよい。前記電気特性調整部は,前記可変素子を調整してインピーダンスを制御する制御部を有していてもよい。 The electrical property adjusting unit may include a variable element for changing the impedance. The electrical characteristic adjusting unit may include a control unit that controls the impedance by adjusting the variable element.
前記電気特性調整部は,前記インピーダンスを検出するインピーダンス検出部を有していてもよい。かかる場合,前記制御部は,前記インピーダンス検出部からの検出結果に基づいて前記可変素子を調整してインピーダンスを制御できてもよい。 The electrical characteristic adjustment unit may include an impedance detection unit that detects the impedance. In such a case, the control unit may be able to control the impedance by adjusting the variable element based on the detection result from the impedance detection unit.
前記電気特性調整部は,前記インピーダンスを共振点から±10Ω以内にずらすように調整できるようにしてもよい。 The electrical characteristic adjustment unit may be configured to adjust the impedance so as to shift within ± 10Ω from the resonance point.
また,前記電気特性調整部は,前記リアクタンスを-50Ω以下の負の値に調整してもよい。かかる場合,電極側の回路における前記インピーダンスが共振点から大きくずらされるので,電極側の電気的な性質が安定し,プラズマ処理の装置間で生じる電気的な性質に起因した性能のばらつきが低減される。 The electrical characteristic adjusting unit may adjust the reactance to a negative value of −50Ω or less. In such a case, the impedance in the circuit on the electrode side is largely shifted from the resonance point, so that the electrical properties on the electrode side are stabilized, and performance variations due to the electrical properties occurring between plasma processing apparatuses are reduced. The
前記上部電極は,複数の電極部に分割されており,前記電気特性調整部は,少なくとも一つの電極部に対して備えられていてもよい。 The upper electrode may be divided into a plurality of electrode portions, and the electrical characteristic adjusting portion may be provided for at least one electrode portion.
以上に記載のプラズマ処理装置は,前記上部電極又は前記下部電極の少なくともいずれかに直流電圧を印加する直流電源を有していてもよい。また,前記上部電極に前記直流電圧が印加されてもよい。 The plasma processing apparatus described above may include a DC power source that applies a DC voltage to at least one of the upper electrode and the lower electrode. Further, the DC voltage may be applied to the upper electrode.
別の観点による本発明は,処理容器内において,上部電極に対向するように配置された下部電極上に基板を載置し,前記下部電極と前記上部電極との間にプラズマを生成し,当該プラズマによって基板を処理するプラズマ処理方法であって,前記下部電極に,第1の高周波電源からプラズマ生成用の高周波電力を供給し,前記下部電極と前記上部電極との間に前記プラズマを生成し,前記下部電極に,第2の高周波電源から前記プラズマ生成用の高周波電力よりも低い周波数を有するイオン引き込み用の高周波電力を供給し,前記プラズマ中の荷電粒子を基板側に誘導し,電気特性調整部によって,前記処理容器内に存在する少なくとも一つの高周波の周波数に対する,前記プラズマから見た上部電極側の回路におけるインピーダンスを,前記回路が共振しないように調整し,前記電気特性調整部は,前記プラズマに面した上部電極の電極面からインピーダンスが調整される上部電極側の回路におけるリアクタンスを負の値に調整することを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, a substrate is placed on a lower electrode disposed to face an upper electrode in a processing vessel, and plasma is generated between the lower electrode and the upper electrode, A plasma processing method of processing a substrate with plasma, wherein high-frequency power for plasma generation is supplied from a first high-frequency power source to the lower electrode, and the plasma is generated between the lower electrode and the upper electrode. , Supplying a high-frequency power for ion attraction having a frequency lower than the high-frequency power for plasma generation from a second high-frequency power source to the lower electrode, inducing charged particles in the plasma to the substrate side, the adjustment unit, for at least one high frequency of existing in the processing chamber, the impedance of the circuit of the upper electrode side as viewed from the plasma, before Circuit is adjusted so as not to resonate, the electrical characteristic adjustment unit includes a feature to adjust the reactance in the circuit of the upper electrode side where the impedance is adjusted from the electrode surface of the upper electrode facing the plasma to a negative value To do.
本発明のように,電極側の回路におけるインピーダンスを回路が共振しないように調整することにより,処理容器内の基板面内におけるプラズマ処理速度のばらつきを低減できる。したがって,基板面内においてプラズマ処理が均等な速度で行われ,基板面内の基板処理の均一性を向上できる。 As in the present invention, by adjusting the impedance in the circuit on the electrode side so that the circuit does not resonate, it is possible to reduce the variation in the plasma processing speed in the substrate surface in the processing container. Therefore, the plasma processing is performed at a uniform speed in the substrate surface, and the uniformity of the substrate processing in the substrate surface can be improved.
前記プラズマ処理方法において,前記インピーダンスを共振点から±10Ω以内にずらすように調整してもよい。 In the plasma processing method, the impedance may be adjusted to be shifted within ± 10Ω from the resonance point.
前記プラズマ処理方法において,前記上部電極又は前記下部電極の少なくともいずれかに直流電圧を印加してもよい。また,前記上部電極に直流電圧を印加してもよい。 In the plasma processing method, a DC voltage may be applied to at least one of the upper electrode and the lower electrode. Further, a DC voltage may be applied to the upper electrode.
本発明によれば,基板処理を基板面内におけるプラズマ処理の速度のばらつきを低減でき,基板面内における基板処理の均一性を向上することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the variation in the speed of the plasma processing in the substrate surface and improve the uniformity of the substrate processing in the substrate surface.
以下,本発明の好ましい実施の形態について説明する。図1は,本発明にかかるプラズマ処理装置としてのプラズマエッチング装置1の構成の概略を示す縦断面の説明図である。なお,本明細書及び図面において,実質的に同一の機能構成を有する構成要素については,同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. FIG. 1 is an explanatory view of a longitudinal section showing an outline of a configuration of a plasma etching apparatus 1 as a plasma processing apparatus according to the present invention. In the present specification and drawings, components having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1に示すように,プラズマエッチング装置1は,例えば上面が開口し有底円筒状の処理容器2を備えている。処理容器2は,接地されている。処理容器2内の中央部には,ウェハWを載置する載置台を兼ねた下部電極3が設けられている。この下部電極3は,図示しない昇降機構により上下動可能である。また,下部電極3は,内部に埋め込まれたヒータや温度測定部材などからなる温度調節機構(図示せず)により所定温度に維持できる。
As shown in FIG. 1, the plasma etching apparatus 1 includes a
下部電極3の載置面と対向する処理容器2の天井部には,例えば略円盤形状の上部電極4が配置されている。上部電極4と処理容器2との間には,環状に絶縁体5が介装され,上部電極4と処理容器2とは電気的に絶縁されている。上部電極4の下面には,例えば多数のガス吐出孔4aが形成されている。ガス吐出孔4aは,上部電極4の上面に接続されたガス供給管6に連通している。ガス供給管6は,エッチング処理のための処理ガス,例えばHBrガス,O2ガスなどのガス供給源(図示せず)に接続されている。ガス供給管6から上部電極4内に導入された処理ガスは,複数のガス吐出孔4aから処理容器2内に供給される。
For example, a substantially disk-shaped
下部電極3には,導電線10によりプラズマ生成用の第1の高周波電源11が接続されている。第1の高周波電源11は,接地されている。第1の高周波電源11は,下部電極3に対し,所定の高周波電力,例えばプラズマ生成用の100MHzの高周波電力を供給することができる。この第1の高周波電源11により下部電極3に高周波電力を供給することによって,下部電極3と上部電極4との間の処理空間Kに高周波電圧が印加され,当該処理空間K内に処理ガスのプラズマPを生成できる。なお,下部電極3に第1の高周波電源11が接続されているため,本実施の形態においては,下部電極3が給電電極となり,上部電極4が対向電極となる。
The
また,下部電極3には,導電線12によりイオン引き込み用の第2の高周波電源13が接続されている。第2の高周波電源13は,接地されている。第2の高周波電源13は,下部電極3に対し,前記第1の高周波電源11の周波数よりも低い,例えばイオン引き込み用の13.56MHzの高周波電力を供給することができる。この第2の高周波電源13により下部電極3に高周波電力を供給することによって,処理空間K内に生成されたプラズマP中の荷電粒子をウェハW側に誘導することができる。なお,第2の高周波電源13による高周波電力の供給によってもプラズマPが生成されることがある。
The
プラズマエッチング装置1は,プラズマPから見た上部電極4側の回路C1におけるインピーダンスZC1を調整する電気特性調整部20を備えている。図2に示すように処理空間K内に生成されるプラズマPの形成領域と上部電極4との間には,真空のシース領域SUが形成される。本実施の形態において,プラズマPから見た上部電極4側の回路C1は,シース領域SU,上部電極4,後述する導電線24及び電気特性調整回路21を含むもの(上部電極4に電気的に接続された領域とシース領域SUとを合わせたもの)である。また,インピーダンスZC1は,その回路C1におけるインピーダンスであって,例えばプラズマ生成用の第1の高周波電源11の周波数に対するものである。なお,上部電極4に高周波電源が接続されている場合,回路C1には,その高周波電源も含まれる。
The plasma etching apparatus 1 includes an electrical
電気特性調整部20は,図1に示すように例えば電気特性調整回路21と,インピーダンス検出部22と,制御部23を備えている。電気特性調整回路21は,例えば導電線24によって上部電極4に接続されている。電気特性調整回路21は,例えば図3に示すように例えば可変素子としての可変コンデンサ25,固定コイル26などから構成されている。可変コンデンサ25の容量を変更することによって,インピーダンスZC1を変更できる。
As shown in FIG. 1, the electrical
インピーダンス検出部22は,例えば電気特性調整回路21や導電線24に対して取り外し自在であり,例えば導電線24に接続した上部電極4側のインピーダンスZC1の値を検出できる。
制御部23は,例えば電気特性調整回路21の可変コンデンサ25を調整して予め設定された設定値になるようにインピーダンスZC1を制御できる。
The
処理容器2の下部には,排気機構(図示せず)に通じる排気管30が接続されている。排気管30を介して処理容器2内を真空引きすることで,処理容器2内を所定の圧力に維持できる。なお,処理容器2の両側壁外部に磁石を設け,処理容器内に磁場を与えるようにしてもよい。この場合,磁石は磁場の強度が可変であるように構成されることが好ましい。
An
次に,以上のように構成されたプラズマエッチング装置1で行われるエッチング処理について説明する。先ず,プラズマエッチング装置1では,例えばエッチング処理が開始される前に,インピーダンス検出部22が例えば導電線24に取り付けられる。インピーダンス検出部22によって,例えば電気特性調整回路21における可変コンデンサ25の各容量値に対しインピーダンスZC1の値が検出される。これにより,例えば電気特性調整回路21の可変コンデンサ25の容量値(調整値)とインピーダンスZC1の値との相関関係が把握される。かかる相関関係に基づいて,制御部23には,回路C1が共振(直列共振)しないような可変コンデンサ25の調整値,例えばインピーダンスZC1が共振点から±10Ω以内の所定値になるような調整値が設定される。制御部23は,当該設定された調整値に基づいて可変コンデンサ25を調整し,回路C1が共振しない所定値にインピーダンスZC1が調整される。
Next, an etching process performed by the plasma etching apparatus 1 configured as described above will be described. First, in the plasma etching apparatus 1, before the etching process is started, for example, the
そして,図1に示すようにウェハWが処理容器2内に搬入され,下部電極3上に載置されると,排気管30から処理容器2内の雰囲気が排気されると共に,ガス吐出孔4aから所定の処理ガスが供給される。このとき,処理容器2内は,所定の減圧圧力に維持される。
As shown in FIG. 1, when the wafer W is loaded into the
続いて,例えば第1の高周波電源11と第2の高周波電源13により,下部電極3にプラズマ生成用の100MHzの高周波電力とイオン引き込み用の13.56MHzの高周波電力が供給され,処理空間Kに各高周波電圧が印加される。この高周波電圧により,処理空間Kの処理ガスがプラズマ化し,プラズマPが生成される。当該プラズマP中の荷電粒子は,ウェハWの表面に引きつけられて,ウェハWの表面がエッチングされる。所定時間のエッチングが行われると,高周波電力の供給と処理ガスの供給が停止され,ウェハWが処理容器2内から搬出されて,一連のエッチング処理が終了する。
Subsequently, for example, 100 MHz high frequency power for plasma generation and 13.56 MHz high frequency power for ion attraction are supplied to the
ここで,上記エッチング処理において調整されたインピーダンスZC1の値とエッチング処理結果との関係について検証する。実験は,上記プラズマエッチング装置1を用いて,処理ガスHBrの流量:90cm3/min,処理圧力:0.4Pa(3mTorr),100MHz/13.56MHzの高周波電源出力:500/100Wの処理条件で行われた。 Here, the relationship between the value of the impedance Z C1 adjusted in the etching process and the etching process result will be verified. The experiment was performed using the plasma etching apparatus 1 under the processing conditions of a processing gas HBr flow rate of 90 cm 3 / min, a processing pressure of 0.4 Pa (3 mTorr), a high frequency power output of 100 MHz / 13.56 MHz: 500/100 W. It was conducted.
図4は,インピーダンスZC1とエッチングレートの面内均一性(3σ)との関係を示すグラフである。図4中のHは,インピーダンスZC1の共振点を示す。図4から,インピーダンスZC1が共振点H上にあるときには,エッチングレートの面内均一性が悪化し,インピーダンスZC1を共振点Hからずらしたときにエッチングレートの面内均一性が良くなることが確認できる。特に,インピーダンスZC1を共振点Hから±10Ω以内にずらしたときに,エッチングレートの面内均一性が良いことが確認できる。 FIG. 4 is a graph showing the relationship between the impedance Z C1 and the in-plane uniformity (3σ) of the etching rate. H in FIG. 4 indicates the resonance point of the impedance Z C1 . From FIG. 4, when the impedance Z C1 is on the resonance point H, the in-plane uniformity of the etching rate is deteriorated, and when the impedance Z C1 is shifted from the resonance point H, the in-plane uniformity of the etching rate is improved. Can be confirmed. In particular, when the impedance Z C1 is shifted within ± 10Ω from the resonance point H, it can be confirmed that the in-plane uniformity of the etching rate is good.
図5(a)は,インピーダンスZC1が共振点にある場合のウェハ面内におけるエッチングレート(ER)を示すグラフである。図5(b)は,インピーダンスZC1を共振点から+3Ωずらした場合のエッチングレートを示すグラフである。図5(c)は,インピーダンスZC1を共振点から+8Ωずらした場合のエッチングレートを示すグラフである。 FIG. 5A is a graph showing the etching rate (ER) in the wafer surface when the impedance Z C1 is at the resonance point. FIG. 5B is a graph showing the etching rate when the impedance Z C1 is shifted + 3Ω from the resonance point. FIG. 5C is a graph showing the etching rate when the impedance Z C1 is shifted + 8Ω from the resonance point.
図5(a)〜(c)から,インピーダンスZC1を共振点から外した場合,エッチングレートが飛躍的に向上していることが確認できる。また,ウェハ面内のエッチングレートの均一性も向上していることが確認できる。 5A to 5C, it can be confirmed that when the impedance Z C1 is removed from the resonance point, the etching rate is dramatically improved. It can also be confirmed that the uniformity of the etching rate within the wafer surface is improved.
また,図6(a)は,回路C1を共振させた場合のシース領域SL(図2に示す)における電位差の面内均一性(ΔVdc)を示すグラフである。この電位差の面内均一性(ΔVdc)により,ウェハ表面におけるエッチング処理によるダメージ量を評価できる。図6(b)は,インピーダンスZC1を共振点から−4Ωずらした場合の電位差の面内均一性を示すグラフである。 FIG. 6A is a graph showing the in-plane uniformity (ΔVdc) of the potential difference in the sheath region SL (shown in FIG. 2) when the circuit C1 is resonated. The in-plane uniformity (ΔVdc) of this potential difference can evaluate the amount of damage caused by the etching process on the wafer surface. FIG. 6B is a graph showing the in-plane uniformity of the potential difference when the impedance Z C1 is shifted by −4Ω from the resonance point.
図6(a),(b)に示すようにインピーダンスZC1を共振点から外した場合,シース領域SLにおける電位差の面内均一性が向上し,エッチング処理のダメージが低減されていることが確認できる。 As shown in FIGS. 6A and 6B, it is confirmed that when the impedance Z C1 is removed from the resonance point, the in-plane uniformity of the potential difference in the sheath region SL is improved and the damage of the etching process is reduced. it can.
以上の実施の形態によれば,プラズマエッチング装置1に電気特性調整部20を設け,プラズマPから見た上部電極4側の回路C1におけるインピーダンスZC1を回路C1が共振しないように調整したので,ウェハW面内におけるエッチングレートの均一性を向上することができる。特に,インピーダンスZC1を共振点から±10Ω以内の所定値にずらすことにより,エッチングレートを向上し,さらにエッチング処理によるダメージも低減できる。
According to the above embodiment, the electrical
以上の実施の形態では,電気特性調整部20の可変コンデンサ25により,上部電極4側の電気特性を調整して比較的簡単にインピーダンスZC1を変更できる。
In the above embodiment, the impedance Z C1 can be changed relatively easily by adjusting the electrical characteristics on the
以上の実施の形態では,インピーダンスZC1の検出時にインピーダンス検出器22を導電線24に接続していたが,図7に示すようにインピーダンス検出器22を予め導電線24に取り付け,インピーダンス検出器22の検出結果を制御部23に出力できるようにしてもよい。かかる場合,例えば制御部23は,インピーダンス検出器22からの検出結果に基づいて,電気特性調整回路21の可変コンデンサ25を調整して,インピーダンスZC1を回路C1が共振しない所定値に制御する。こうすることにより,インピーダンスZC1を自動調整できる。また,エッチング処理中においても,例えばインピーダンス検出器22がリアルタイムでインピーダンスZC1を検出し,何らかの原因でインピーダンスZC1の値が変動し共振点に近づいた場合には,制御部23は,例えば可変コンデンサ25の調整値を変えてインピーダンスZC1を回路C1が共振しないような値に修正できる。この結果,回路C1が共振することがより確実に防止される。したがって,エッチング処理の面内均一性が安定的に向上される。
In the above embodiment, the
以上の実施の形態で記載したように回路C1が共振しないようにインピーダンスZC1を調整する場合において,図2に示すようにシース領域SUに面する上部電極4の電極面4aから電気特性調整回路21側の回路C2におけるリアクタンスXC2を負に調整するようにしてもよい。この回路C2は,上部電極4,導電線24及び電気特性調整回路21を含む回路であって,リアクタンスXC2は,その回路C2におけるリアクタンスである。
In the case of adjusting the impedance Z C1 so that the circuit C1 does not resonate as described in the above embodiment, the electric characteristic adjusting circuit starts from the
一般にある回路におけるインピーダンスZは,下記の数式(1)で表される。
Z=R+iX,(1)
(Rは,レジスタンス,Xはリアクタンスを示す。)
また,回路の直列共振とは,リアクタンスXの値が0のときのことを言う。
In general, the impedance Z in a certain circuit is expressed by the following formula (1).
Z = R + iX, (1)
(R represents resistance, and X represents reactance.)
The series resonance of the circuit means that the value of reactance X is zero.
プラズマエッチング装置1におけるプラズマPと上部電極4との間のシース領域SUは,容量性,すなわちリアクタンスの値が電気的に常に負であるので,電極面4aから電気特性調整回路21方向の回路C2におけるリアクタンスXC2を負の値にしておくことによって,プラズマPから見た電極面4a側の全体の回路C1のリアクタンスを常に負に維持することができる。こうすることによって,回路C1のリアクタンスが0にならないので,結果的に回路C1が共振しないようにインピーダンスZC1が調整される。かかる場合,処理空間K内のプラズマ状態によらず,原理的に共振を起こさせないようにできる。なお,回路C2のリアクタンスXC2を常に負に維持する際には,電気特性調整機構を使用する。この電気特性調整機構としては電気特性調整回路21が好ましい。この電気特性調整機構における電気特性(リアクタンス)を所望の値にしておくことで,回路C2におけるリアクタンスXC2を常に負の値にする。かかる点から,この電気特性調整機構は,電気特性調整回路21のように可変コンデンサ25のような可変素子を有していてもよいし,固定素子のみからなる構成であってもよい。
Since the sheath region SU between the plasma P and the
この例において,例えばリアクタンスXC2を負の値に50Ω以上ずらしてもよい。かかる場合,回路C1のリアクタンスが0になることがないので,回路C1の共振を確実に防止できるので,プラズマエッチング装置1の動作を安定させることができる。これにより,例えば複数のプラズマエッチング装置間で生じる動作のばらつき(機差)を低減することができる。 In this example, for example, the reactance X C2 may be shifted to 50Ω or more negative. In such a case, since the reactance of the circuit C1 does not become zero, the resonance of the circuit C1 can be reliably prevented, so that the operation of the plasma etching apparatus 1 can be stabilized. As a result, for example, it is possible to reduce variation in operation (machine difference) that occurs between a plurality of plasma etching apparatuses.
以上の実施の形態で記載したプラズマエッチング装置1は,下部電極3に二種類の高周波電力が供給されていたが,下部電極3には,プラズマ生成用の一種類の高周波電力のみが供給されてもよい。
In the plasma etching apparatus 1 described in the above embodiment, two types of high-frequency power are supplied to the
また,以上の実施の形態では,下部電極3側に高周波電力が供給されていたが,下部電極3に代えて上部電極4側にプラズマ生成用の高周波電力を供給し,当該高周波電力の周波数に対する,プラズマPから見た下部電極3側の回路におけるインピーダンスを当該回路が共振しないように調整してもよい。かかる場合,例えば電気特性調整回路21は,下部電極3側に設けられ,電気特性調整回路21は,下部電極3に接続される。
In the above embodiment, the high frequency power is supplied to the
さらに,上部電極4と下部電極3の両方に高周波電力を供給し,プラズマPから見たそれぞれの対向電極側の回路におけるインピーダンスを各回路が共振しないように調整してもよい。かかる場合,図8に示すように例えば上部電極4と下部電極3の両方に電気特性調整回路21が接続される。上部電極4に接続された電気特性調整回路21は,下部電極3側に供給された高周波電力の周波数に対する,プラズマPから見た上部電極4側の回路におけるインピーダンスを調整する。下部電極3に接続された電気特性調整回路21は,上部電極4側に供給された高周波電力の周波数に対する,プラズマPから見た下部電極3側の回路におけるインピーダンスを調整する。
Further, high frequency power may be supplied to both the
以上の実施の形態では,給電電極に供給される高周波電力の周波数に対する,対向電極側の回路におけるインピーダンスを回路が共振しないように調整していたが,処理空間K内で伝播し存在する他の高周波の周波数に対するインピーダンスを回路が共振しないように調整してもよい。この例における高周波には,高周波電力の供給等によって発生する高調波などが含まれる。かかる場合,例えば図9に示すように高周波電源11,13が接続されている下部電極3側には,上記実施の形態と同様の電気特性調整部20が設けられる。例えば下部電極3と各高周波電源11,13とを接続する導電線10,12には,電気特性調整回路21,インピーダンス検出部22がそれぞれ接続される。
In the above embodiment, the impedance of the circuit on the counter electrode side with respect to the frequency of the high-frequency power supplied to the power supply electrode is adjusted so that the circuit does not resonate. You may adjust the impedance with respect to the frequency of a high frequency so that a circuit may not resonate. The high frequency in this example includes harmonics generated by the supply of high frequency power. In such a case, for example, as shown in FIG. 9, an electrical
そして,例えば電気特性調整部20によって,処理空間K内に存在する所定の高調波に対して下部電極3側の回路C3が共振しないように,プラズマPから見て下部電極3側の回路C3におけるインピーダンスZC3が調整される。プラズマPから見た下部電極3側の回路C3は,図10に示すようにシース領域SL,下部電極3,導電線10,12,高周波電源11,13,インピーダンス検出部22及び電気特性調整回路21を含むものである。インピーダンスZC3は,その回路C3におけるインピーダンスであって,例えば処理空間K内に発生する高調波に対するものである。また,図10において,回路C4は,下部電極3,導電線10,12,高周波電源11,13,インピーダンス検出部22及び電気特性調整回路21を含むものあり,リアクタンスXC4は,その回路C4におけるリアクタンスである。
For example, the circuit C3 on the
より具体的には,例えば電気特性調整部20によって,インピーダンスZC3が共振点から大きく外され回路C3が共振しないように,例えば回路C4のリアクタンスXC4が負の値に50Ω以上ずらされる。こうすることによって,例えば処理状態,処理条件の異なる如何なるプラズマエッチング装置においても,高周波電源側で高調波に対して回路C3が共振することがなく,総てのプラズマエッチング装置1においてプラズマ処理が安定して行われる。この結果,プラズマ処理の装置間のばらつきが低減される。 More specifically, for example, the reactance X C4 of the circuit C4 is shifted to a negative value by 50Ω or more so that the impedance Z C3 is largely removed from the resonance point and the circuit C3 does not resonate, for example. In this way, for example, in any plasma etching apparatus having different processing conditions and processing conditions, the circuit C3 does not resonate with the harmonics on the high frequency power supply side, and the plasma processing is stable in all plasma etching apparatuses 1. Done. As a result, variations among plasma processing apparatuses are reduced.
また,以上で記載した実施の形態において,上部電極4に直流電源を接続してもよい。かかる一例を図11に示す。上部電極4には,ローパスフィルタ32を介して可変直流電源31が電気的に接続されている。このとき可変直流電源31は,バイポーラ電源であってもよい。可変直流電源31は,リレースイッチ33により給電のオン・オフが可能になっている。可変直流電源31の極性,電流値・電圧値,並びにリレースイッチ33のオン・オフは,直流電圧制御部34により制御されている。ローパスフィルタ32は,第1及び第2の高周波電源11,13からの高周波をトラップするためのものであり,好適には,LRフィルタ又はCLフィルタで構成されている。
In the embodiment described above, a DC power source may be connected to the
そして,上部電極4には,可変直流電源31から所定の極性及び大きさの直流電圧が印加される。こうすることによって,上部電極4の表面に付着する堆積物がスパッタされ,上部電極4の表面を清浄化する効果を得ることが可能になる。また,処理容器2内に形成されるプラズマPが縮小化されてウェハW上の実効レジデンスタイムが減少するので,フロロカーボン系の処理ガスの解離を抑えてフォトレジスト膜等の有機マスクがエッチングされ難くなる効果を得ることが可能になる。さらに,上部電極4近傍に生じた電子がウェハW上に照射されるので,ウェハW上のマスク組成が改質されフォトレジスト膜の荒れを解消する効果を得ることが可能になる。
A DC voltage having a predetermined polarity and magnitude is applied to the
さらに,以上の実施の形態で説明してきたプラズマエッチング装置1の電気特性調整部20と組み合わせることで,上部電極4に直流電圧を印加した際の効果と,電気特性調整部20により,プラズマPから見た上部電極4側の回路C1におけるインピーダンスZC1を回路C1が共振しないように調整して,ウェハW面内におけるエッチングレートを向上する効果の双方を同時に得ることが可能になる。
Furthermore, by combining with the electrical
上部電極4の表面に生じる自己バイアス電圧Vdcよりも大きいマイナス極性の直流電圧を上部電極4に印加すると,図2で示したプラズマPの形成領域と上部電極4との間のシース領域SUがさらに厚くなる。これによって,プラズマPから見た上部電極4側の回路C1におけるインピーダンスZC1は変化する(小さくなる)が,この変化したインピーダンスZC1に対して,回路C1が共振しないように調整することで,ウェハW面内におけるエッチングレートを向上する効果を得ることが可能になる。
When a negative DC voltage greater than the self-bias voltage Vdc generated on the surface of the
なお,図12に示すように,可変直流電源31,ローパスフィルタ32,リレースイッチ33を,電気特性調整回路21のGND側に設けても,上述した図11に示す場合と同様な効果を得ることができる。
As shown in FIG. 12, even if the variable
また,図8に示すような上部電極4と下部電極3の両方に高周波電力を供給するプラズマエッチング装置1において,さらに図13に示すように上部電極4に可変直流電源31,ローパスフィルタ32及びリレースイッチ33を設けてもよい。
Further, in the plasma etching apparatus 1 for supplying high frequency power to both the
また,図14に示すように,上部電極4と下部電極3の両方に高周波電力を供給するプラズマエッチング装置1において,上述の可変直流電源31,ローパスフィルタ32及びリレースイッチ33を,電気特性調整回路21のGND側に設けても,同様な効果を得ることができる。なお,上部電極4側に代えて下部電極3側に上述の直流電圧を印加してもよい。また上部電極4と下部電極3の両方に直流電圧を印加してもよい。
Further, as shown in FIG. 14, in the plasma etching apparatus 1 that supplies high-frequency power to both the
以上の実施の形態で記載したエッチングプラズマ装置1は,上部電極4が円盤状に一体化していたが,複数の電極部に分割され,その電極部のいずれか一つに対して電気特性調整部20が備えられていてもよい。図15は,かかる一例を示すものであり,上部電極40は,内側電極部40aと,その外側を囲む環状の外側電極部40bに分割されている。内側電極部40aと外側電極部40bとの間には,環状の絶縁体40cが介在されている。内側電極部40aは,接地され,外側電極部40bは,導電線24を通じて例えば電気特性調整回路21に接続されている。なお,その他の部分の構成は,上記実施の形態のプラズマエッチング装置1と同様とする。
In the etching plasma apparatus 1 described in the above embodiment, the
そして,エッチング処理時には,電気特性調整回路21により,プラズマPから見た外側電極部40b側の回路が共振しないように当該回路におけるインピーダンスが調整される。この場合,例えば外側電極部40bに対向するウェハWの外周部で行われるエッチング処理の面内均一性が向上する。このように,ウェハ面内の所定部分のエッチング特性を向上することができる。なお,この例において,電気特性調整部20を内側電極部40aにも設けて,外側電極部40b側と内側電極部40a側の回路におけるインピーダンスをそれぞれ別々に調整してもよい。こうすることにより,ウェハWの各領域のエッチング特性を個別に向上することができる。また,電気特性調整部20を外側電極40bに設けず,内側電極部40aのみに設けてもよい。
In the etching process, the electrical
以上の実施の形態では,給電電極に対向する対向電極側のプラズマPから見た回路が共振しないように当該回路におけるインピーダンスを調整していたが,別の観点から,処理空間Kから電極に流れ込む電流の電流値が最大にならないように,プラズマPから見た電極側の電気特性を調整するようにしてもよい。かかる場合,例えば図16に示すようにプラズマエッチング装置1の対向電極である上部電極4側には,電気特性調整部50が設けられている。電気特性調整部50は,例えば電気特性調整回路51と,電流値検出部52と,制御部53とから主に構成されている。
In the above embodiment, the impedance in the circuit is adjusted so that the circuit viewed from the plasma P on the counter electrode side facing the power supply electrode does not resonate, but from another viewpoint, the impedance flows into the electrode from the processing space K. You may make it adjust the electrical property of the electrode side seen from the plasma P so that the electric current value may not become the maximum. In this case, for example, as shown in FIG. 16, an electrical
電気特性調整回路51は,上部電極4に対し導電線24によって接続されており,上記実施の形態で記載した電気特性調整回路21と同様に可変コンデンサ25と固定コイル26を備えている。可変コンデンサ25の容量を変更することによって,上部電極4に流れ込む電流の電流値を調整できる。電流値検出部52は,例えば導電線24に接続されており,上部電極4に流れ込む電流Bの電流値を検出し,その検出結果を制御部53に出力できる。制御部53には,予め求められた電流Bの最大電流値が設定されている。制御部53は,電流値検出部52の検出結果に基づいて,電気特性調整回路51の可変コンデンサ25を調整して上部電極4に流れ込む電流Bの電流値が最大電流値にならないように制御できる。なお,この例のプラズマエッチング装置1の他の部分の構成は,上記実施の形態と同様であるので説明を省略する。
The electrical
そして,エッチング処理の際には,電流値検出部52によって,上部電極4に流れ込んだ電流Bの電流値がリアルタイムで検出される。制御部53によって,電流値検出部52による検出結果に基づいて可変コンデンサ25が調整され,電流Bの電流値が最大電流値にならないように調整される。このように電流Bが最大にならないように調整されると,上述の上部電極4側の回路が共振しないので,上記実施の形態で記載したインピーダンスを回路が共振しないように調整した場合と同様にエッチング処理の面内均一性が向上する。特に,電流Bの電流値を,上部電極4に流れ込む最大電流値の1/2以上に調整した場合,つまり最大電流値の1/2≦電流Bの電流値<最大電流値とした場合には,上記実施の形態で記載したインピーダンスを共振点から±10Ω以内にずらした場合と同様にエッチングレートが向上し,さらにエッチング処理によるダメージを低減できる。
During the etching process, the current value of the current B flowing into the
この例において,例えば上部電極4に高周波電力が供給される場合には,下部電極3に流れ込む電流Bの電流値が最大にならないように,プラズマPから見た下部電極3側の電気特性を調整してもよいし,上部電極4と下部電極3の両方に高周波電力が供給される場合には,上部電極4と下部電極3の両方に流れ込む電流の電流値が最大にならないように,各電極側の電気特性を調整してもよい。
In this example, for example, when high frequency power is supplied to the
また,この例においても,上述したように上部電極4又は下部電極3の少なくともいずれかに可変直流電源を接続し,上部電極4又は下部電極3の少なくともいずれかに直流電圧を印加してもよい。
Also in this example, as described above, a variable DC power supply may be connected to at least one of the
また,上記実施の形態で記載したように,上部電極4を複数の電極部に分割し,その分割した電極部の少なくともいずれかに電気特性調整部50を設け,その電極部に流れ込む電流の電流値を最大にならないように調整してもよい。例えば図10に示したような上部電極40の外側電極部40bに対し,電気特性調整部50を設けてもよい。
Further, as described in the above embodiment, the
以上,本発明の実施の形態の一例について説明したが,本発明はこの例に限らず種々の態様を採りうるものである。例えば本実施の形態では,本発明をエッチングプラズマ装置1に適用していたが,本発明は,エッチング処理以外のウェハ処理,例えば成膜処理を行うプラズマ処理装置にも適用できる。また,本発明のプラズマ処理装置で処理される基板は,ウェハに限られず,有機EL基板,FPD(フラットパネルディスプレイ)用の基板等の他の基板であってもよい。 The example of the embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to this example and can take various forms. For example, in the present embodiment, the present invention is applied to the etching plasma apparatus 1, but the present invention can also be applied to a wafer processing other than the etching process, for example, a plasma processing apparatus that performs a film forming process. The substrate processed by the plasma processing apparatus of the present invention is not limited to a wafer, and may be another substrate such as an organic EL substrate or an FPD (flat panel display) substrate.
本発明によれば,基板のプラズマ処理装置において,基板面内における基板処理の均一性を向上する際に有用である。 The present invention is useful for improving the uniformity of substrate processing in the substrate plane in a substrate plasma processing apparatus.
1 プラズマエッチング装置
2 処理容器
3 下部電極
4 上部電極
11 第1の高周波電源
13 第2の高周波電源
20 電気特性調整部
21 電気特性調整回路
22 インピーダンス検出部
23 制御部
K 処理空間
P プラズマ
W ウェハ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (6)
基板を収容して処理する処理容器と,
前記処理容器内において基板を載置する下部電極と,
前記処理容器内において前記下部電極に対向するように配置された上部電極と,
前記下部電極にプラズマ生成用の高周波電力を供給し,前記下部電極と前記上部電極との間にプラズマを生成する第1の高周波電源と,
前記下部電極に,前記プラズマ生成用の高周波電力よりも低い周波数を有するイオン引き込み用の高周波電力を供給する第2の高周波電源と,
前記処理容器内に存在する少なくとも一つの高周波の周波数に対する,前記プラズマから見た上部電極側の回路のインピーダンスを,前記回路が共振しないように調整する電気特性調整部と,を備え,
前記電気特性調整部は,インピーダンスが調整される上部電極側に接続された電気特性調整機構を有し,前記プラズマに面した上部電極の電極面から電気特性調整機構側の回路におけるリアクタンスを負の値に調整することを特徴とする,プラズマ処理装置。 A plasma processing apparatus for processing a substrate using plasma,
A processing container for accommodating and processing the substrate;
A lower electrode for placing a substrate in the processing vessel;
An upper electrode arranged to face the lower electrode in the processing vessel;
A first high-frequency power source for supplying high-frequency power for plasma generation to the lower electrode, and generating plasma between the lower electrode and the upper electrode;
A second high frequency power source for supplying the lower electrode with a high frequency power for ion attraction having a lower frequency than the high frequency power for plasma generation;
An electrical characteristic adjustment unit that adjusts the impedance of the circuit on the upper electrode side viewed from the plasma with respect to at least one high-frequency frequency present in the processing container so that the circuit does not resonate,
The electrical property adjusting unit has an electrical property adjusting mechanism connected to the upper electrode side whose impedance is adjusted, and negatively reacts in the circuit on the electrical property adjusting mechanism side from the electrode surface of the upper electrode facing the plasma. A plasma processing apparatus characterized by adjusting to a value.
前記電気特性調整部は,少なくとも一つの電極部に対して備えられていることを特徴とする,請求項1又は2に記載のプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the electrical characteristic adjusting unit is provided for at least one electrode unit.
前記下部電極に,第1の高周波電源からプラズマ生成用の高周波電力を供給し,前記下部電極と前記上部電極との間に前記プラズマを生成し, Supplying the lower electrode with high-frequency power for plasma generation from a first high-frequency power source, generating the plasma between the lower electrode and the upper electrode;
前記下部電極に,第2の高周波電源から前記プラズマ生成用の高周波電力よりも低い周波数を有するイオン引き込み用の高周波電力を供給し,前記プラズマ中の荷電粒子を基板側に誘導し, Supplying the lower electrode with a high-frequency power for ion attraction having a frequency lower than the high-frequency power for plasma generation from a second high-frequency power source, inducing charged particles in the plasma to the substrate side;
電気特性調整部によって,前記処理容器内に存在する少なくとも一つの高周波の周波数に対する,前記プラズマから見た上部電極側の回路におけるインピーダンスを,前記回路が共振しないように調整し, The electrical characteristic adjusting unit adjusts the impedance in the circuit on the upper electrode side viewed from the plasma with respect to at least one high frequency existing in the processing container so that the circuit does not resonate,
前記電気特性調整部は,前記プラズマに面した上部電極の電極面からインピーダンスが調整される上部電極側の回路におけるリアクタンスを負の値に調整することを特徴とする,プラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 1, wherein the electrical characteristic adjusting unit adjusts reactance in a circuit on an upper electrode side in which impedance is adjusted from an electrode surface of the upper electrode facing the plasma to a negative value.
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