JP2003037101A - Helical resonance apparatus for plasma generation - Google Patents

Helical resonance apparatus for plasma generation

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a helical resonance apparatus improved in order to easily correspond to resonance characteristics with changed treatment conditions wherein, the apparatus is for generation of plasma applied to a plasma treatment unit for etching, ashing, CVD or the like on semiconductor substrates and the like. SOLUTION: The helical resonance apparatus for generation of plasma is equipped with a resonator (1) consisting of a container (11) composed decommpressible and supplied with gas for plasma, resonance coil (12) and an electrically grounded outer shield (13), and is provided with a high frequency power source (2) for supplying high frequency power. The coil (12) is composed in such a manner that the grounding position can be selected according to treatment conditions in order to be compatible with load impedance of the resonator (1) at a side of the power source (2).

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板などに
エッチング、アッシング、CVD等の処理を施すプラズ
マ処理装置に適用されるプラズマ生成用の螺旋共振装置
であって、処理条件の変更に対応して簡単に共振特性を
適合させ得るプラズマ生成用の螺旋共振装置に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a spiral resonance apparatus for plasma generation applied to a plasma processing apparatus that performs processing such as etching, ashing, and CVD on a semiconductor substrate and the like, and is compatible with changes in processing conditions. The present invention relates to a spiral resonance device for plasma generation whose resonance characteristics can be easily adjusted.

【0002】[0002]

【従来の技術】プラズマ処理装置は、例えば、半導体基
板に対するドライエッチング、イオンエッチング、アッ
シング、プラズマ蒸着などの種々の乾式処理に使用され
る。この種の処理の中、例えば、CVD処理において
は、ラジカルによる反応を促進し、イオンダメージを極
力低減することが要求される。すなわち、過剰なイオン
は、基板における層間での材料の混合、酸化物の破壊、
汚染物質の侵入、形質変化などを惹起する。また、高精
度に選択比を規定するエッチング処理などにおいては、
低選択性をもたらすイオン衝撃を避けるのが好ましい。
2. Description of the Related Art A plasma processing apparatus is used for various dry processing such as dry etching, ion etching, ashing, and plasma deposition on a semiconductor substrate. In this type of processing, for example, in the CVD processing, it is required to promote reactions by radicals and reduce ion damage as much as possible. That is, excess ions can mix materials between layers in the substrate, destroy oxides,
Causes invasion of pollutants and changes in traits. In addition, in etching processes that specify the selection ratio with high accuracy,
It is preferred to avoid ion bombardment which results in low selectivity.

【0003】本発明者等は、電位の低いプラズマを得る
ことを主眼に鋭意検討した結果、特に全波長モードで共
振するコイル(螺旋共振コイル)によって定在波を誘導
し、減圧容器内に誘導電界を発生させることにより、位
相電圧と逆位相電圧を互いに相殺し、位相電圧の切り替
わり点、すなわち、電位が略ゼロのノードにおいて、誘
導性結合によって極めて電位の低いプラズマを励起し得
る螺旋共振装置に関する技術を見出し、先に、「誘導結
合によるプラズマ放電処理方法」として特許出願済みで
ある(特表2000−501568号公報参照)。
The inventors of the present invention have intensively studied to obtain a plasma having a low potential, and as a result, a standing wave is induced by a coil (helical resonance coil) that resonates in all wavelength modes, and is induced in a decompression container. By generating an electric field, the phase voltage and the anti-phase voltage are canceled each other, and at the switching point of the phase voltage, that is, at the node where the potential is substantially zero, a spiral resonance device capable of exciting plasma having an extremely low potential by inductive coupling. A technique has been found, and a patent has already been applied for as a "plasma discharge treatment method by inductive coupling" (see Japanese Patent Publication No. 2000-501568).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の様な
螺旋共振装置においては、一種類の処理のみに適用する
場合は予め共振特性(共振周波数およびインピーダン
ス)を一定に設定しておけばよいが、実際、幾つかの処
理に適用せんとした場合、プラズマ自体の抵抗成分、な
らびに、共振コイルの電圧部とプラズマとの間の容量結
合がプラズマの種類(処理条件)によって異なるため、
処理条件の変更により共振器の共振特性にずれが生じ、
プラズマ電位が高くなると言う問題がある。特に、プラ
ズマの容量結合や誘導結合によるプラズマ発生回路の負
荷インピーダンスの電源側インピーダンスに対する不整
合は実効負荷電力の低下を惹起する。
By the way, in the above-described spiral resonance device, when it is applied to only one type of processing, the resonance characteristics (resonance frequency and impedance) may be set in advance. Actually, when it is not applied to some processes, the resistance component of the plasma itself and the capacitive coupling between the voltage part of the resonance coil and the plasma differ depending on the type of the plasma (processing condition).
Due to the change of the processing condition, the resonance characteristics of the resonator are shifted,
There is a problem that the plasma potential becomes high. In particular, mismatch of the load impedance of the plasma generation circuit with the impedance on the power source side due to capacitive coupling or inductive coupling of plasma causes a reduction in effective load power.

【0005】もっとも、従来の同軸給電型や対向電極型
のプラズマ装置では、容器側のプラズマ発生回路におけ
るインピーダンスの変動を調整し、電力の転送効率を高
めるためのLCネットワーク回路(マッチング回路)が
設けられている。しかしながら、マッチング回路は、そ
れ自体がプラズマ発生回路の一部として機能するために
電力を消費し、また、可変コンデンサの応答速度が遅く
且つプラズマ状態も常に変動するため、インピーダンス
整合回路によっては完全な整合が得られていないのが実
情である。
However, in the conventional coaxial power supply type or counter electrode type plasma apparatus, an LC network circuit (matching circuit) is provided for adjusting the fluctuation of impedance in the plasma generating circuit on the container side and increasing the power transfer efficiency. Has been. However, the matching circuit consumes power because it functions as a part of the plasma generating circuit, and the response speed of the variable capacitor is slow and the plasma state constantly fluctuates. The reality is that no match has been obtained.

【0006】本発明は、上記の螺旋共振装置における効
用を一層高めるべくなされたものであり、その目的は、
半導体基板などにエッチング、アッシング、CVD等の
処理を施すプラズマ処理装置に適用されるプラズマ生成
用の螺旋共振装置であって、処理条件の変更に対応して
簡単に共振特性を適合させ得る様に改良されたプラズマ
生成用の螺旋共振装置を提供することにある。
The present invention has been made to further enhance the utility of the above-mentioned spiral resonance device, and its purpose is to:
A spiral resonance device for plasma generation applied to a plasma processing apparatus that performs processing such as etching, ashing, and CVD on a semiconductor substrate, etc., so that resonance characteristics can be easily adapted in response to changes in processing conditions. An object is to provide an improved spiral resonator for plasma generation.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係るプラズマ生成用の螺旋共振装置は、減
圧可能に構成され且つプラズマ用ガスが供給される容器
と、当該容器の外周に巻回された共振コイルと、当該共
振コイルの外周に配置され且つ電気的に接地された外側
シールドとから成る共振器、ならびに、前記共振コイル
に所定周波数の高周波電力を供給する高周波電源を備
え、かつ、前記共振コイルの電気的長さが前記所定周波
数における1波長の整数倍または半波長もしくは1/4
波長に相当する長さに設定されたプラズマ生成用の螺旋
共振装置において、前記共振コイルは、前記共振器の負
荷インピーダンスが前記高周波電源側のインピーダンス
に整合する様に、処理条件に応じて接地位置を選択可能
に構成されていることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, a spiral resonance apparatus for plasma generation according to the present invention is provided with a container configured to be decompressible and supplied with a plasma gas, and an outer periphery of the container. And a high-frequency power supply for supplying high-frequency power of a predetermined frequency to the resonance coil, and a resonance coil wound around the resonance coil and an outer shield arranged around the resonance coil and electrically grounded. And the electrical length of the resonance coil is an integral multiple of one wavelength at the predetermined frequency or a half wavelength or 1/4.
In a spiral resonance device for plasma generation set to a length corresponding to a wavelength, the resonance coil has a ground position according to a processing condition so that a load impedance of the resonator matches an impedance on the high frequency power supply side. Is configured to be selectable.

【0008】すなわち、共振コイルにおいて接地位置を
選択可能に構成された構造は、処理条件に応じて共振器
の負荷インピーダンスを高周波電源側のインピーダンス
に直ちに整合させることが出来るため、共振器において
最適な共振特性が得られ、しかも、高周波電力を最大限
に供給できる。
That is, the structure in which the grounding position can be selected in the resonance coil is suitable for the resonator because the load impedance of the resonator can be immediately matched with the impedance on the high frequency power source side according to the processing conditions. Resonance characteristics can be obtained, and high frequency power can be supplied to the maximum.

【0009】また、上記プラズマ生成用の螺旋共振装置
においては、より簡便に共振コイルの接地位置を選択す
るため、共振コイルと外側シールドの間に介装された真
空リレーにより、前記共振コイルの接地位置を切替可能
に構成されているのが好ましい。
Further, in the above-mentioned spiral resonance apparatus for plasma generation, in order to more easily select the grounding position of the resonance coil, a vacuum relay interposed between the resonance coil and the outer shield grounds the resonance coil. It is preferable that the position can be switched.

【0010】更に、上記の各プラズマ生成用の螺旋共振
装置においては、電力の転送効率を一層高めるため、高
周波電源には、その出力側に設置された反射波パワーメ
ータによって検出される反射波電力が最小となる様に発
振周波数を調整する周波数整合器が付設されていてもよ
い。
Further, in each of the above-described spiral resonance devices for plasma generation, in order to further improve the power transfer efficiency, the high frequency power source has a reflected wave power detected by a reflected wave power meter installed on the output side thereof. A frequency matching device that adjusts the oscillation frequency so as to minimize can be attached.

【0011】また、上記の各プラズマ生成用の螺旋共振
装置においては、電力の転送効率を一層高めるため、高
周波電源には、その出力側に設置された位相検出器によ
って検出される電圧と電流の位相差が0°となる様に発
振周波数を調整する周波数整合器が付設されていてもよ
い。
Further, in each of the above-described spiral resonance devices for plasma generation, in order to further improve the power transfer efficiency, the high frequency power supply has a voltage and a current detected by a phase detector installed on the output side thereof. A frequency matching device that adjusts the oscillation frequency so that the phase difference becomes 0 ° may be additionally provided.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】本発明に係るプラズマ生成用の螺
旋共振装置の実施形態を図面に基づいて説明する。図1
は、プラズマ処理装置に適用したプラズマ生成用の螺旋
共振装置の概要を示す縦断面図である。図2は、共振コ
イルにおける接地位置の選択手段の一例を示すブロック
図である。図3〜図5は、共振コイルの接地位置と共振
器の電気的特性の関係を示す波形図である。図6及び図
7は、各々、高周波電源に設けられた周波数整合器の構
成例を示す回路ブロック図である。以下、実施形態の説
明においては、プラズマ生成用の螺旋共振装置を「螺旋
共振装置」と略記する。また、被処理物としての半導体
基板または半導体素子を「基板」と略記する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of a spiral resonance apparatus for plasma generation according to the present invention will be described with reference to the drawings. Figure 1
FIG. 3 is a vertical cross-sectional view showing the outline of a spiral resonance device for plasma generation applied to a plasma processing device. FIG. 2 is a block diagram showing an example of the grounding position selecting means in the resonance coil. 3 to 5 are waveform charts showing the relationship between the grounding position of the resonance coil and the electrical characteristics of the resonator. 6 and 7 are circuit block diagrams each showing a configuration example of a frequency matching device provided in a high frequency power supply. In the following description of the embodiments, the spiral resonance device for plasma generation is abbreviated as “spiral resonance device”. Further, a semiconductor substrate or a semiconductor element as an object to be processed is abbreviated as “substrate”.

【0013】本発明の螺旋共振装置は、主にプラズマ処
理装置に適用される装置であり、図1に示す様に、減圧
可能に構成され且つプラズマ用ガスが供給される容器
(11)と、当該容器の外周に巻回された共振コイル
(12)と、当該共振コイルの外周に配置され且つ電気
的に接地された外側シールド(13)とから成る共振器
(1)、ならびに、共振コイル(12)に所定周波数の
高周波電力を供給する高周波電源(2)を備えている。
The spiral resonance apparatus of the present invention is an apparatus mainly applied to a plasma processing apparatus, and as shown in FIG. 1, a container (11) configured to be decompressible and supplied with a plasma gas, A resonator (1) including a resonance coil (12) wound around the outer circumference of the container and an outer shield (13) arranged on the outer circumference of the resonance coil and electrically grounded, and a resonance coil ( 12) is provided with a high frequency power supply (2) for supplying high frequency power of a predetermined frequency.

【0014】容器(11)は、通常、高純度の石英硝子
やセラミックスにて円筒状に形成された所謂チャンバー
である。容器(11)は、プラズマ処理装置に適用する
場合、通常、軸線が垂直になる様に配置され、後述のプ
ラズマ処理装置のトッププレート(42)及び基板処理
室(5)によって上下端を気密に封止される。容器(1
1)の下方(プラズマ装置の基板処理室)には、真空ポ
ンプに接続され且つ容器(11)内部を真空引きするた
めの排気管(41)が設けられ、容器(11)の上部
(トッププレート(42))には、材料ガス供給設備か
ら伸長され且つ所要のプラズマ用ガスを供給するための
ガス供給管(43)が付設される。
The container (11) is usually a so-called chamber which is formed of high-purity quartz glass or ceramics into a cylindrical shape. When applied to a plasma processing apparatus, the container (11) is usually arranged so that its axis is vertical, and the upper and lower ends are hermetically sealed by a top plate (42) and a substrate processing chamber (5) of the plasma processing apparatus described later. It is sealed. Container (1
An exhaust pipe (41) connected to a vacuum pump and for evacuating the inside of the container (11) is provided below (1) the substrate processing chamber of the plasma device, and an upper part (top plate) of the container (11) is provided. A gas supply pipe (43) extending from the material gas supply equipment and supplying a required plasma gas is attached to (42).

【0015】共振コイル(12)は、所定の波長の定在
波を形成するため、一定波長モードで共振する様に巻
径、巻回ピッチ、巻数が設定される。すなわち、共振コ
イル(12)の電気的長さは、高周波電源(2)から供
給される電力の所定周波数における1波長の整数倍(1
倍,2倍,…)又は半波長もしくは1/4波長に相当す
る長さに設定される。
Since the resonance coil (12) forms a standing wave having a predetermined wavelength, the winding diameter, the winding pitch, and the number of windings are set so as to resonate in the constant wavelength mode. That is, the electrical length of the resonance coil (12) is an integral multiple (1) of one wavelength at a predetermined frequency of the power supplied from the high frequency power supply (2).
Double, double, ...) Or a length corresponding to a half wavelength or a quarter wavelength.

【0016】具体的には、共振コイル(12)は、印加
する電力や発生させる磁界強度または適用する装置の外
形などを勘案し、例えば、800kHz〜50MHz、
0.5〜5KWの高周波電力によって0.01〜10ガ
ウス程度の磁場を発生し得る様に、50〜300mm2
有効断面積であって且つ200〜500mmのコイル直径
に構成され、容器(1)の外周側に2〜60回程度巻回
される。共振コイル(12)を構成する素材としては、
銅パイプ、銅の薄板、アルミニウムパイプ、アルミニウ
ム薄板、ポリマーベルトに銅またはアルミニウムを蒸着
した素材などが使用される。共振コイル(12)は、絶
縁性材料にて平板状に形成され且つ後述するプラズマ処
理装置のベースプレート(4)の上端面に鉛直に立設さ
れた複数のサポートによって支持される。
Specifically, the resonance coil (12) is, for example, 800 kHz to 50 MHz, in consideration of the power to be applied, the strength of the magnetic field to be generated, the outer shape of the applied device, and the like.
In order to be able to generate a magnetic field of about 0.01 to 10 Gauss by a high frequency power of 0.5 to 5 kW, an effective cross-sectional area of 50 to 300 mm 2 and a coil diameter of 200 to 500 mm are used. ) Is wound about 2 to 60 times on the outer peripheral side. As the material forming the resonance coil (12),
A copper pipe, a copper thin plate, an aluminum pipe, an aluminum thin plate, a material obtained by depositing copper or aluminum on a polymer belt, and the like are used. The resonance coil (12) is formed of an insulating material in a flat plate shape, and is supported by a plurality of supports vertically provided on an upper end surface of a base plate (4) of a plasma processing apparatus described later.

【0017】また、共振コイル(12)の両端は固定グ
ランドとして電気的に接地されるが、通常、その一端
は、最初の装置組立の際に当該共振コイルの電気的長さ
を微調整するため、可動タップ(15)を介して接地さ
れる。図1中の符号(14)は他方の固定グランドを示
す。更に、位相及び逆位相電流が共振コイル(12)の
電気的中点に関して対称に流れる様に、共振コイル(1
2)の一端(若しくは他端または両端)には、コイル及
びシールドから成る波形調整回路が挿入されてもよい。
斯かる波形調整回路は、共振コイル(12)の端部を電
気的に非接続状態とするか又は電気的に等価の状態に設
定することにより開路に構成される。また、共振コイル
(12)の端部は、チョーク直列抵抗によって非接地と
し、固定基準電位に直流接続されてもよい。
Further, both ends of the resonance coil (12) are electrically grounded as a fixed ground, but normally one end of the resonance coil (12) is used for fine adjustment of the electric length of the resonance coil at the time of initial device assembly. , Grounded via a movable tap (15). Reference numeral (14) in FIG. 1 indicates the other fixed ground. Further, the resonance coil (1) is arranged so that the phase and anti-phase currents flow symmetrically with respect to the electrical midpoint of the resonance coil (12).
A waveform adjusting circuit including a coil and a shield may be inserted at one end (or the other end or both ends) of 2).
Such a waveform adjusting circuit is configured as an open circuit by electrically disconnecting the ends of the resonance coil (12) or setting them in an electrically equivalent state. Further, the end of the resonance coil (12) may be ungrounded by a choke series resistance and may be DC-connected to a fixed reference potential.

【0018】外側シールド(13)は、共振コイル(1
2)の外側の電界を遮蔽すると共に、共振回路を構成す
るのに必要な容量成分を共振コイル(12)との間に形
成するために設けられる。外側シールド(13)は、一
般的には、アルミニウム合金、銅または銅合金などの導
電性材料を使用して円筒状に構成される。外側シールド
(13)は、共振コイル(12)の外周から5〜150
mm程度隔てて配置される。そして、通常、外側シール
ド(13)は、共振コイル(12)の両端と電位が等し
くなる様に接地されるが、共振コイル(12)の共振数
を正確に設定するため、外側シールド(13)の一端ま
たは両端は、タップ位置を調整可能になされたり、ある
いは、共振コイル(12)と外側シールド(13)の間
には、トリミングキャパシタンスが挿入されてもよい。
The outer shield (13) is connected to the resonance coil (1
It is provided in order to shield the electric field outside of 2) and to form the capacitance component necessary for forming the resonance circuit between the resonance coil and the resonance coil. The outer shield (13) is generally constructed in a cylindrical shape using a conductive material such as aluminum alloy, copper or copper alloy. The outer shield (13) is 5 to 150 from the outer circumference of the resonance coil (12).
They are arranged at a distance of about mm. Usually, the outer shield (13) is grounded so that the potentials are equal to both ends of the resonance coil (12), but in order to accurately set the resonance number of the resonance coil (12), the outer shield (13). One or both ends of the coil may be adjusted in tap position, or a trimming capacitance may be inserted between the resonance coil (12) and the outer shield (13).

【0019】高周波電源(2)としては、共振器(1)
に必要な電圧および周波数の電力を供給し得る電源であ
る限り、Rfジェネレータ等の各種の電源を使用し得
る。例えば、上記の共振器(1)を備えたプラズマ処理
装置に対しては、周波数80kHz〜800MHzで
0.5〜5KW程度の電力を供給可能な高周波発生器が
使用される。
As the high frequency power source (2), the resonator (1) is used.
Various power sources such as an Rf generator may be used as long as the power source can supply the power of the voltage and frequency required for the. For example, a high frequency generator capable of supplying about 0.5 to 5 kW of power at a frequency of 80 kHz to 800 MHz is used for the plasma processing apparatus including the resonator (1).

【0020】具体的には、上記の電源としては、コムデ
ル社(Comdel Inc)製の商品名「CX−3000」とし
て知られる固定周波数型の高周波電源(周波数:27.
12MHz、出力:3KW)が挙げられる。また、IF
I社製の商品名「TCCX3500」として知られる高
出力の高帯域増幅をヒューレットパッカード社製の商品
名「HP116A」として知られる0〜50MHzのパ
ルス発生器と共に使用することにより、800kHz〜
50MHzの周波数域で2kWの出力が可能な可変周波
数電源を構成できる。
Specifically, as the above-mentioned power source, a fixed frequency type high frequency power source (frequency: 27.30) known by the trade name "CX-3000" manufactured by Comdel Inc. is used.
12 MHz, output: 3 kW). IF
800 kHz ~ by using the high-power, high-bandwidth amplification known under the trade name "TCCX3500" manufactured by Company I with the 0-50 MHz pulse generator known under the trade name "HP116A" manufactured by Hewlett Packard.
A variable frequency power supply capable of outputting 2 kW in the frequency range of 50 MHz can be configured.

【0021】高周波電源(2)は、通常、少なくとも出
力を規定するためのプリアンプを含む制御回路と、所定
出力に増幅するための増幅器とを備えている。すなわ
ち、高周波電源(2)において、制御回路は、操作パネ
ルを通じて予め設定された出力条件に基づいて増幅器の
出力を制御し、増幅器は、共振装置(1)の共振コイル
(12)に伝送線路(25)を介して一定の高周波電力
を出力する。なお、伝送線路(25)は、最初の装置組
立の際に給電位置を微調整するため、共振コイル(1
2)の接地された両端の間の所定位置に可動タップ(2
8)を介して接続されてもよい。
The high frequency power source (2) usually comprises at least a control circuit including a preamplifier for defining the output and an amplifier for amplifying the output to a predetermined output. That is, in the high frequency power supply (2), the control circuit controls the output of the amplifier based on the output condition preset through the operation panel, and the amplifier transmits the transmission line () to the resonance coil (12) of the resonance device (1). A constant high frequency power is output via 25). It should be noted that the transmission line (25) has a resonance coil (1) for fine adjustment of the feeding position during the initial device assembly.
2) A movable tap (2
It may be connected via 8).

【0022】ところで、共振コイル(12)によって構
成される共振器(1)のプラズマ発生回路は、RLCの
並列共振回路であり、高周波電源(2)の波長と共振コ
イル(12)の電気的長さを同じにした場合、共振器
(1)の共振条件は、共振器(1)の容量成分や誘導成
分によって作り出されるリアクタンス成分が相殺され、
純抵抗になることである。しかしながら、共振器(1)
においては、共振コイル(12)の電圧部と発生するプ
ラズマとの間の容量結合あるいは容器(11)とプラズ
マとの間の誘導結合が処理条件(プラズマの種類)によ
って相違するため、処理条件を変更する都度、共振器
(1)における実際のインピーダンスが僅かながら変動
する。
By the way, the plasma generation circuit of the resonator (1) constituted by the resonance coil (12) is an RLC parallel resonance circuit, and the wavelength of the high frequency power supply (2) and the electrical length of the resonance coil (12). When the height is the same, the resonance condition of the resonator (1) cancels out the reactance component created by the capacitive component and the inductive component of the resonator (1),
It becomes pure resistance. However, the resonator (1)
In the above, since the capacitive coupling between the voltage part of the resonance coil (12) and the generated plasma or the inductive coupling between the container (11) and the plasma is different depending on the processing condition (type of plasma), With each change, the actual impedance in the resonator (1) fluctuates slightly.

【0023】そこで、本発明においては、処理条件の変
更に迅速に対応するため、共振コイル(12)は、共振
器(1)の負荷インピーダンスが高周波電源(2)側の
インピーダンスに整合する様に、処理条件に応じて接地
位置を選択可能に構成されている。すなわち、本発明の
螺旋共振装置においては、図2に示す様に、予め設定さ
れた幾つかのプロセス条件に対応させて共振コイル(1
2)の接地端子が固定グランドを含めて複数設けられて
おり、稼働に際してプロセス条件に応じて共振コイル
(12)の接地端子を選択する様になされている。斯か
る構成により、本発明の螺旋共振装置においては、プロ
セス条件の変更に拘わらず、共振器(1)側の負荷イン
ピーダンスを最適に保持することが出来る。
Therefore, in the present invention, in order to quickly respond to changes in processing conditions, the resonance coil (12) is designed so that the load impedance of the resonator (1) matches the impedance on the high frequency power supply (2) side. The grounding position can be selected according to the processing conditions. That is, in the spiral resonance device of the present invention, as shown in FIG. 2, the resonance coil (1
A plurality of ground terminals 2) are provided including a fixed ground, and the ground terminal of the resonance coil (12) is selected according to process conditions during operation. With such a configuration, in the spiral resonance device of the present invention, the load impedance on the resonator (1) side can be optimally maintained regardless of changes in process conditions.

【0024】具体的には、図2に示す様に、共振コイル
(12)の接地位置は、共振コイル(12)と外側シー
ルド(13)の間に介装された真空リレー(16)によ
り切替可能になされている。真空リレー(16)は、周
知の通り、ソレノイド及び接点を真空容器に収容した継
電器であり、外部の制御回路の一般リレーの作動により
開閉する様に回路構成されている。斯かる真空リレー
(16)は、共振コイル(12)と外側シールド(1
3)の間の例えば2箇所に挿入される。挿入位置は、予
定されたプロセス条件に応じて、各々、共振器(1)の
インピーダンスが例えば50オームとなる位置とされ
る。これにより、固定グランド(14)を含め、共振コ
イル(12)の接地位置を処理条件の変更に合わせて例
えば3つの中から選択できる。
Specifically, as shown in FIG. 2, the ground position of the resonance coil (12) is switched by a vacuum relay (16) interposed between the resonance coil (12) and the outer shield (13). Has been made possible. As is well known, the vacuum relay (16) is a relay in which a solenoid and contacts are housed in a vacuum container, and is configured to open and close by the operation of a general relay of an external control circuit. Such a vacuum relay (16) comprises a resonant coil (12) and an outer shield (1
It is inserted in, for example, two places between 3). The insertion position is set to a position where the impedance of the resonator (1) is, for example, 50 ohms, depending on the planned process conditions. Thereby, the grounding position of the resonance coil (12) including the fixed ground (14) can be selected from, for example, three according to the change of the processing condition.

【0025】本発明の螺旋共振装置は、基板などにエッ
チング、アッシング、CVD等の乾式処理を施す高周波
無電極放電型のプラズマ処理装置に適用される。プラズ
マ処理装置は、図1に示す様に、架台として構成された
水平なベースプレート(4)上に上記の螺旋共振装置の
共振器(1)を配置して構成される。そして、共振器
(1)の下方には、基板(W)を収容するために例えば
短軸の略有底円筒状に形成された基板処理室(5)がベ
ースプレート(4)の開口部を介して容器(11)と連
続的する状態で設けられる。
The spiral resonance apparatus of the present invention is applied to a high frequency electrodeless discharge type plasma processing apparatus for performing dry processing such as etching, ashing and CVD on a substrate or the like. As shown in FIG. 1, the plasma processing apparatus is configured by disposing the resonator (1) of the above-mentioned spiral resonator on a horizontal base plate (4) configured as a pedestal. Then, below the resonator (1), a substrate processing chamber (5) formed in, for example, a short-axis, substantially bottomed cylindrical shape for accommodating the substrate (W) is inserted through an opening of the base plate (4). It is provided in a continuous state with the container (11).

【0026】基板処理室(5)には、基板(W)を水平
に保持する短軸円柱状のサセプタ(6)が設けられる。
サセプタ(6)には、一般に使用される静電チャックが
備えられていてもよい。また、サセプタ(6)は、基板
搬送機構(図示省略)によって基板(W)を装填・排出
するため、昇降可能に構成されていてもよい。なお、基
板(W)の装填および排出は、基板処理室(5)の周面
に設けられたゲートバルブ(図示省略)を介して行われ
る様になされている。
The substrate processing chamber (5) is provided with a short-axis columnar susceptor (6) for holding the substrate (W) horizontally.
The susceptor (6) may be equipped with a commonly used electrostatic chuck. Further, the susceptor (6) may be configured to be movable up and down because the substrate (W) is loaded / unloaded by a substrate transfer mechanism (not shown). The substrate (W) is loaded and discharged through a gate valve (not shown) provided on the peripheral surface of the substrate processing chamber (5).

【0027】螺旋共振装置の容器(11)の内部および
基板処理室(5)は、当該基板処理室の底部に取り付け
られた上記の排気管(41)を通じて所定の真空度に減
圧可能に構成される。また、容器(11)の内部および
基板処理室(5)は、容器(11)上端のトッププレー
ト(42)に設けられた上記のガス供給管(43)を通
じてプラズマ生成用の材料ガスが供給される様になされ
ている。
The inside of the container (11) of the spiral resonance apparatus and the substrate processing chamber (5) are constructed so that the pressure can be reduced to a predetermined degree of vacuum through the exhaust pipe (41) attached to the bottom of the substrate processing chamber. It The material gas for plasma generation is supplied to the inside of the container (11) and the substrate processing chamber (5) through the gas supply pipe (43) provided on the top plate (42) at the upper end of the container (11). It is designed to

【0028】上記の様なプラズマ処理装置においては、
先ず、被処理物としての基板(W)が基板処理室(5)
に装填されてサセプタ(6)上に保持される。次いで、
真空ポンプの駆動により、排気管(41)を通じて減圧
され、容器(11)及び基板処理室(5)の内部が例え
ば10〜2000ミリトールまで減圧される。そして、
容器(11)内の真空度を維持しつつ、ガス供給管(4
3)を通じてプラズマ用ガスが供給される。
In the plasma processing apparatus as described above,
First, a substrate (W) as an object to be processed is a substrate processing chamber (5).
And held on the susceptor (6). Then
By driving the vacuum pump, the pressure is reduced through the exhaust pipe (41), and the pressure inside the container (11) and the substrate processing chamber (5) is reduced to, for example, 10 to 2000 mTorr. And
While maintaining the degree of vacuum in the container (11), the gas supply pipe (4
Gas for plasma is supplied through 3).

【0029】プラズマ用ガスとしては、従来の処理装置
と同様に、処理に応じて各種の材料ガスが使用される。
例えば、アッシング処理の場合は、酸素、水素、アルゴ
ン、水などが使用され、また、エッチング処理の場合
は、フッ素、臭素、塩素などが使用される。そして、高
周波電源(2)から共振器(1)の共振コイル(12)
に例えば27.12MHz、2KWの高周波電力が供給
される。その結果、共振コイル(12)が1波長のとき
には周囲に誘導電界が発生し、共振コイル(12)の電
気的中点に相当する例えば容器(11)の中間高さの位
置にドーナツ状の誘導プラズマが励起される。
As the plasma gas, various material gases are used depending on the processing, as in the conventional processing apparatus.
For example, oxygen, hydrogen, argon, water, etc. are used in the ashing process, and fluorine, bromine, chlorine, etc. are used in the etching process. And the resonance coil (12) of the resonator (1) from the high frequency power supply (2)
High frequency power of, for example, 27.12 MHz and 2 KW is supplied to the. As a result, when the resonance coil (12) has one wavelength, an induction electric field is generated around the resonance coil (12), and a donut-shaped induction is formed at a position corresponding to an electrical midpoint of the resonance coil (12), for example, at an intermediate height of the container (11). Plasma is excited.

【0030】上記の様なプラズマ処理装置においては、
プロセスの変更に伴い、供給するプラズマ用ガスの種類
と流量、共振器(1)の容器(11)の真空度、印加す
る高周波電力が変更される。その結果、プラズマ発生時
の共振器(1)における負荷インピーダンスが異なって
くる。因に、図3は、固定グランドを使用した状態で負
荷インピーダンスが50オームに調整された共振器
(1)の電気的特性を示しており、図4は、処理条件が
変更されて負荷インピーダンスが60オームに変化した
共振器(1)の電気的特性を示している。
In the plasma processing apparatus as described above,
As the process is changed, the type and flow rate of the plasma gas to be supplied, the degree of vacuum of the container (11) of the resonator (1), and the applied high-frequency power are changed. As a result, the load impedance in the resonator (1) when plasma is generated is different. Incidentally, FIG. 3 shows the electrical characteristics of the resonator (1) whose load impedance is adjusted to 50 ohms in the state where a fixed ground is used, and FIG. 4 shows that the processing conditions are changed and the load impedance is changed. The electrical characteristics of the resonator (1) changed to 60 ohms are shown.

【0031】これに対し、本発明の螺旋共振装置は、処
理条件(プロセス条件)に応じて共振コイル(12)の
接地位置を選択することが出来るため、迅速に対応する
ことが出来る。すなわち、螺旋共振装置においては、処
理条件を変更する都度、共振器(1)におけるインピー
ダンスが変動するが、本発明においては、予め設定され
た幾つかのプロセス条件に対応して複数設けられた共振
コイル(12)の接地端子を真空リレー(16)の切替
操作によって選択できるため、プロセス条件の変更に応
じて、プラズマ発生時の共振器(1)側の負荷インピー
ダンスを例えば50オームに直ちに再設定できる。
On the other hand, in the spiral resonance device of the present invention, since the grounding position of the resonance coil (12) can be selected according to the processing condition (process condition), it is possible to quickly respond. That is, in the spiral resonance device, the impedance of the resonator (1) changes each time the processing condition is changed, but in the present invention, a plurality of resonances provided corresponding to some preset process conditions. Since the ground terminal of the coil (12) can be selected by switching operation of the vacuum relay (16), the load impedance on the resonator (1) side at the time of plasma generation is immediately reset to, for example, 50 ohms in accordance with changes in process conditions. it can.

【0032】換言すれば、本発明の螺旋共振装置におい
て、共振コイル(12)において接地位置を選択可能に
構成された構造は、処理条件に応じて共振器(1)の負
荷インピーダンスを高周波電源(2)側のインピーダン
スに直ちに整合させることが出来る。従って、処理条件
を変更する都度に初期調整を行う必要がなく、共振器
(1)において最適な共振特性が得られ、高周波電力を
最大限に供給できる。因に、図5は、処理条件の変更に
応じて真空リレーをオンにすることにより、負荷インピ
ーダンスが50オームに再設定されした共振器(1)の
電気的特性を示している。
In other words, in the spiral resonance device of the present invention, the structure in which the ground position of the resonance coil (12) is selectable allows the load impedance of the resonator (1) to be changed to a high frequency power source ( It can be immediately matched to the impedance on the 2) side. Therefore, it is not necessary to perform the initial adjustment each time the processing condition is changed, the optimum resonance characteristic is obtained in the resonator (1), and the high frequency power can be supplied to the maximum. Incidentally, FIG. 5 shows the electrical characteristics of the resonator (1) in which the load impedance is reset to 50 ohms by turning on the vacuum relay according to the change in the processing conditions.

【0033】ところで、螺旋共振装置における共振コイ
ル(12)の電気的な長さは、例えば27.12MHz
の場合、全波長モードで約11mであるのに対し、共振
器(1)の負荷インピーダンスの調整は、共振コイル
(12)の給電位置と一方の接地位置との間の約20c
mの長さの間に1cm程度の間隔で予め設定されたグラ
ンド用端子(固定グランド(14)、真空リレー(1
6,16))の選択によって行われる。従って、斯かる
負荷インピーダンスの調整においては、電気的特性の共
振周波数には殆ど影響を与えることなく、インピーダン
スだけを整合させることが出来る。
By the way, the electrical length of the resonance coil (12) in the spiral resonance device is, for example, 27.12 MHz.
In this case, the load impedance of the resonator (1) is adjusted to about 20 m between the feeding position of the resonance coil (12) and one of the ground positions, while the total wavelength mode is about 11 m.
A ground terminal (fixed ground (14), vacuum relay (1
6, 16)). Therefore, in such adjustment of the load impedance, only the impedance can be matched with almost no effect on the resonance frequency of the electrical characteristics.

【0034】しかしながら、上記の様に共振コイル(1
2)の接地位置を切り替えた場合には、極めて僅かでは
あるが、結果的に共振コイル(12)の電気的長さが変
わり、共振周波数も変化することになる。また、プラズ
マを発生させた場合の共振コイル(12)の電圧部とプ
ラズマとの間の上記の容量結合、容器(11)とプラズ
マの間の上記の誘導結合の変動などにより、共振周波数
が僅かながら変動する。実際には、共振器(1)の無負
荷状態における共振点よりも僅かに高い周波数で共振す
る。その結果、固定された共振周波数では反射波電力が
発生し、高周波電力の転送効率も僅かではあるが低下す
る。
However, as described above, the resonance coil (1
When the grounding position of 2) is switched, as a result, the electrical length of the resonance coil (12) changes and the resonance frequency also changes, although it is extremely small. Further, due to the above-mentioned capacitive coupling between the voltage portion of the resonance coil (12) and the plasma when plasma is generated, the above-mentioned inductive coupling between the container (11) and the plasma, and the like, the resonance frequency is slightly reduced. While fluctuating. In reality, the resonator (1) resonates at a frequency slightly higher than the resonance point in the unloaded state. As a result, reflected wave power is generated at a fixed resonance frequency, and the transfer efficiency of high frequency power is slightly reduced.

【0035】そこで、上記の様な共振周波数の僅かな変
動による高周波電力の転送効率の低下を補完するため、
本発明に係る螺旋共振装置の好ましい態様においては、
図6に示す様に、高周波電源(2)には、その出力側に
設置された反射波パワーメータ(26)によって検出さ
れる反射波電力が最小となる様に発振周波数を調整する
周波数整合器(3)が付設される。
Therefore, in order to compensate for the decrease in the transfer efficiency of the high frequency power due to the slight variation of the resonance frequency as described above,
In a preferred embodiment of the spiral resonance device according to the present invention,
As shown in FIG. 6, the high frequency power supply (2) has a frequency matching device that adjusts the oscillation frequency so that the reflected wave power detected by the reflected wave power meter (26) installed on the output side is minimized. (3) is attached.

【0036】周波数整合器(3)は、図6(a)に示す
様に、制御用アナログ信号を周波数信号にデジタル変換
するA/Dコンバータ(31)、変換された周波数信号
の値と予め設定記憶された発振周波数の値に基づいて発
振周波数を演算する演算処理回路(32)、演算処理し
て得られた周波数の値を電圧信号にアナログ変換するD
/Aコンバータ(33)、および、D/Aコンバータ
(33)からの印加電圧に応じて発振する電圧制御発振
器(34)によって構成される。
The frequency matching unit (3) is, as shown in FIG. 6 (a), an A / D converter (31) for digitally converting a control analog signal into a frequency signal, a value of the converted frequency signal and a preset value. An arithmetic processing circuit (32) for calculating the oscillation frequency based on the stored value of the oscillation frequency, and D for analog-converting the frequency value obtained by the arithmetic processing into a voltage signal.
It is composed of a / A converter (33) and a voltage controlled oscillator (34) that oscillates according to the voltage applied from the D / A converter (33).

【0037】また、周波数整合器(3)は、D/Aコン
バータ(33)及び電圧制御発振器(34)に代え、図
6(b)に示す様に、演算処理して得られた周波数の値
をデジタル出力するデジタルI/O(35)、および、
デジタルI/O(35)からの信号に応じてデジタル信
号を合成し、斯かる合成信号に基づいて周波数信号を発
生させる直接デジタル合成方式の周波数発生器(36)
によって構成されていてもよい。
Further, the frequency matching unit (3) is replaced with the D / A converter (33) and the voltage controlled oscillator (34) and, as shown in FIG. 6 (b), the value of the frequency obtained by the arithmetic processing. Digital I / O (35) for digitally outputting
A frequency generator (36) of a direct digital synthesis system that synthesizes digital signals according to signals from the digital I / O (35) and generates frequency signals based on the synthesized signals.
May be configured by.

【0038】すなわち、図6中、分図(a)は、アナロ
グ方式の電圧制御発振器が使用された周波数整合器
(3)の態様を示し、分図(b)は、デジタル方式の周
波数発生器が使用された周波数整合器(3)の態様を示
す。以下、図7中における分図の(a)及び(b)の区
分も図6と同様の態様区分を示す。
That is, in FIG. 6, a diagram (a) shows a mode of the frequency matching device (3) in which an analog voltage controlled oscillator is used, and a diagram (b) shows a digital frequency generator. Shows an embodiment of a frequency matcher (3) in which is used. Hereinafter, the sections (a) and (b) of the diagram in FIG. 7 also show the same mode sections as in FIG.

【0039】周波数整合器(3)は、高周波電源(2)
の出力側に設置された反射波パワーメータ(26)によ
って検出される反射波電力が最小となる様に、高周波電
源(2)の発振周波数を調整する機能を備えていること
により、実効負荷電力の低下を確実に補完できる。
The frequency matching unit (3) is a high frequency power source (2).
Since the reflected wave power detected by the reflected wave power meter (26) installed on the output side of the device has a function of adjusting the oscillation frequency of the high frequency power supply (2), the effective load power is adjusted. Can certainly compensate for the decrease.

【0040】具体的には、増幅器(24)の出力側に
は、高周波電源(2)の一部としての反射波パワーメー
タ(26)が設けられ、伝送線路(25)における反射
波電力を検出し、その電圧信号を周波数整合器(3)の
A/Dコンバータ(31)にフィードバックする様にな
されている。そして、反射波電力が最小となる様に高周
波電源(2)の周波数を増加または減少させる様になさ
れている。これにより、螺旋共振装置(1)で生じた周
波数の僅かな不整合を高周波電源(2)側で補完でき
る。
Specifically, a reflected wave power meter (26) as a part of the high frequency power source (2) is provided on the output side of the amplifier (24) to detect the reflected wave power in the transmission line (25). Then, the voltage signal is fed back to the A / D converter (31) of the frequency matching device (3). Then, the frequency of the high frequency power source (2) is increased or decreased so that the reflected wave power is minimized. As a result, the slight frequency mismatch generated in the spiral resonator (1) can be complemented on the high frequency power supply (2) side.

【0041】螺旋共振装置においては、上記の様に、高
周波電源(2)から高周波電力を供給されることにより
プラズマを生成する。その際、反射波パワーメータ(2
6)は、反射波電力を検出し、周波数整合器(3)のA
/Dコンバータ(31)にフィードバックする。演算処
理回路(32)は、反射波電力に相当する共振周波数の
ずれ分を演算し、伝送線路(25)における反射波電力
がゼロに近づく様に、補正された周波数信号を出力す
る。
In the spiral resonance device, as described above, high frequency power is supplied from the high frequency power supply (2) to generate plasma. At that time, the reflected wave power meter (2
6) detects the reflected wave power and outputs A of the frequency matching device (3).
Feedback to the / D converter (31). The arithmetic processing circuit (32) calculates the deviation of the resonance frequency corresponding to the reflected wave power, and outputs a corrected frequency signal so that the reflected wave power on the transmission line (25) approaches zero.

【0042】そして、図6(a)の態様において、演算
処理回路(32)は、D/Aコンバータ(33)を介し
て電圧制御発振器(34)に電圧出力し、電圧制御発振
器(34)は、螺旋共振装置に適した共振周波数の周波
数信号を増幅器(24)に与える。一方、図6(b)の
態様において、演算処理回路(32)は、デジタルI/
O(35)を介して周波数発生器(36)にデジタル出
力し、周波数発生器(36)は、上記と同様の補正され
た周波数信号を増幅器(24)に与える。
In the mode of FIG. 6A, the arithmetic processing circuit (32) outputs a voltage to the voltage controlled oscillator (34) via the D / A converter (33), and the voltage controlled oscillator (34) A frequency signal having a resonance frequency suitable for the spiral resonance device is given to the amplifier (24). On the other hand, in the mode of FIG. 6B, the arithmetic processing circuit (32) is
It is digitally output to the frequency generator (36) via O (35), and the frequency generator (36) gives the corrected frequency signal similar to the above to the amplifier (24).

【0043】すなわち、周波数整合器(3)は、螺旋共
振装置(1)の作動時における共振状態のずれ、換言す
れば、共振周波数の僅かな変動に対応し、信号処理によ
って迅速に応答して正確に共振する周波数の高周波電力
を高周波電源(2)に出力させるため、電力の転送効率
を一層最大限に高めることが出来る。また、周波数整合
器(3)は、機械的な駆動部分がなく且つ伝送線路(2
5)の途中に介在しないため、整合器自体による電力損
失がない。従って、本発明の螺旋共振装置においては、
実際の共振周波数の電力が供給されるため、一層正確な
定在波を形成でき、電位の極めて低い安定したプラズマ
を維持できる。
That is, the frequency matching device (3) responds to the shift of the resonance state during the operation of the spiral resonance device (1), in other words, a slight fluctuation of the resonance frequency, and responds promptly by signal processing. Since the high frequency power having a frequency that accurately resonates is output to the high frequency power supply (2), the power transfer efficiency can be further maximized. Further, the frequency matching device (3) has no mechanical driving part and has a transmission line (2).
There is no power loss due to the matching device itself because it is not interposed in the middle of 5). Therefore, in the spiral resonance device of the present invention,
Since the power of the actual resonance frequency is supplied, a more accurate standing wave can be formed and a stable plasma having an extremely low potential can be maintained.

【0044】また、周波数整合器(3)は、高周波電源
(2)から出力される電圧と電流の位相差によって発振
周波数を調整する様に構成されていてもよい。すなわ
ち、図7に示す様に、周波数整合器(3)は、共振器
(1)との間に設置された伝送線路(5)上の位相検出
器(7)によって検出される電圧と電流の位相差が0°
となる様に、高周波電源(2)の発振周波数を調整する
機能を備えている。
The frequency matching device (3) may be configured to adjust the oscillation frequency by the phase difference between the voltage and the current output from the high frequency power supply (2). That is, as shown in FIG. 7, the frequency matching device (3) is provided with the voltage and current detected by the phase detector (7) on the transmission line (5) provided between the frequency matching device (3) and the resonator (1). Phase difference is 0 °
Therefore, a function of adjusting the oscillation frequency of the high frequency power supply (2) is provided.

【0045】具体的には、高周波電源(2)の出力側に
は、位相検出器(27)が介装され、伝送線路(25)
における電圧と電流の位相差を検出し、その電圧信号を
周波数整合器(3)のA/Dコンバータ(31)にフィ
ードバックする様になされている。そして、電圧と電流
の位相差が0°となる様に発振周波数を増加または減少
させる様になされている。これにより、周波数整合器
(3)は、共振器(1)における共振周波数の僅かな変
動を高周波電源(2)側で補完することが出来る。
Specifically, a phase detector (27) is provided on the output side of the high frequency power source (2), and a transmission line (25) is provided.
The phase difference between the voltage and the current at the point is detected, and the voltage signal is fed back to the A / D converter (31) of the frequency matching device (3). Then, the oscillation frequency is increased or decreased so that the phase difference between the voltage and the current becomes 0 °. Thereby, the frequency matching device (3) can supplement the slight variation of the resonance frequency in the resonator (1) on the high frequency power supply (2) side.

【0046】すなわち、上記の螺旋共振装置において、
高周波電力によってプラズマを励起させた場合、位相検
出器(27)は、進行波電力の電圧と電流の位相差を検
出し、周波数整合器(3)のA/Dコンバータ(31)
にフィードバックする。演算処理回路(32)は、位相
ずれに相当する共振周波数のずれ分を演算し、伝送線路
(25)における進行波電力の位相差が0°となる様
に、前記の所定周波数を増減させる。
That is, in the above spiral resonance device,
When the plasma is excited by the high frequency power, the phase detector (27) detects the phase difference between the voltage and the current of the traveling wave power, and the A / D converter (31) of the frequency matching device (3).
Give feedback to. The arithmetic processing circuit (32) calculates a shift amount of the resonance frequency corresponding to the phase shift, and increases or decreases the predetermined frequency so that the phase difference of the traveling wave power in the transmission line (25) becomes 0 °.

【0047】そして、図6の回路と同様に、図7(a)
の態様において、演算処理回路(32)は、D/Aコン
バータ(33)を介して電圧制御発振器(34)に電圧
出力し、補正された周波数信号を増幅器(24)に与え
る。同様に、図7(b)の態様において、演算処理回路
(32)は、デジタルI/O(35)を介して周波数発
生器(36)にデジタル出力し、補正された周波数信号
を増幅器(24)に与える。
Then, similar to the circuit of FIG. 6, FIG.
In this mode, the arithmetic processing circuit (32) outputs a voltage to the voltage controlled oscillator (34) via the D / A converter (33), and supplies the corrected frequency signal to the amplifier (24). Similarly, in the mode of FIG. 7B, the arithmetic processing circuit (32) digitally outputs to the frequency generator (36) via the digital I / O (35), and the corrected frequency signal is amplified (24). ) Give to.

【0048】換言すれば、図7に示す周波数整合器
(3)は、図6の周波数整合器と同様に、電力損失がな
く、かつ、信号処理によって迅速に応答し、正確に共振
する周波数の高周波を高周波電源(2)に出力させるた
め、共振器(1)に対する電力の転送効率を最大限に高
めることが出来る。その結果、本発明の螺旋共振装置に
おいては、一層正確な定在波を形成でき、電位の極めて
低い安定したプラズマを形成できる。
In other words, the frequency matching device (3) shown in FIG. 7 has no power loss, responds promptly by signal processing, and exactly resonates at a frequency similar to the frequency matching device of FIG. Since the high frequency is output to the high frequency power source (2), the efficiency of power transfer to the resonator (1) can be maximized. As a result, in the spiral resonator of the present invention, a more accurate standing wave can be formed, and stable plasma having an extremely low potential can be formed.

【0049】本発明の螺旋共振装置は、電位の極めて低
いプラズマを発生させることが出来るため、従って、ま
た、発生したプラズマを容易に制御できるため、アッシ
ングを含むドライエッチング、イオンエッチング、遠隔
プラズマ蒸着、イオンプラズマ化学蒸着等のプラズマ化
学蒸着などの広範囲の処理技術に利用可能である。そし
て、半導体素子、平坦パネルデイスプレイ、微細加工物
などのデバイスの他、ダイヤモンド、プラスチック等の
素材も処理することが出来る。
Since the spiral resonance apparatus of the present invention can generate a plasma having an extremely low potential, and thus can easily control the generated plasma, dry etching including ashing, ion etching, remote plasma deposition. It can be used for a wide range of processing techniques such as plasma chemical vapor deposition such as ion plasma chemical vapor deposition. Then, in addition to devices such as semiconductor elements, flat panel displays, and microfabricated products, materials such as diamond and plastic can be processed.

【0050】[0050]

【発明の効果】本発明に係るプラズマ生成用の螺旋共振
装置によれば、予め設定された幾つかの処理条件に対応
して複数設けられた共振コイルの接地位置を選択でき、
処理条件の変更に応じて共振器側の負荷インピーダンス
を直ちに整合させることが出来るため、処理条件を変更
する都度に初期調整を行う必要がなく、プロセスを変更
した場合に迅速に対応することが出来、そして、共振器
において最適な共振特性が得られ、高周波電力を最大限
に供給できる。
According to the spiral resonance apparatus for plasma generation according to the present invention, it is possible to select a grounding position of a plurality of resonance coils provided corresponding to some preset processing conditions.
Since the load impedance on the resonator side can be immediately matched according to the change in the processing conditions, it is not necessary to perform initial adjustment every time the processing conditions are changed, and it is possible to quickly respond when the process is changed. Then, optimum resonance characteristics can be obtained in the resonator, and high frequency power can be supplied to the maximum extent.

【0051】また、反射波電力が最小となる様に発振周
波数を調整する周波数整合器が高周波電源に付設された
プラズマ生成用の螺旋共振装置、ならびに、電圧と電流
の位相差が0°となる様に発振周波数を調整する周波数
整合器が高周波電源に付設されたプラズマ生成用の螺旋
共振装置によれば、周波数整合器が螺旋共振装置の作動
時における共振状態の僅かなずれに対応し、正確に共振
する周波数の高周波電力を高周波電源に出力させるた
め、電力の転送効率を一層最大限に高めることが出来
る。従って、一層正確な定在波を形成でき、電位の極め
て低い安定したプラズマを維持できる。
Further, a spiral resonator for plasma generation in which a frequency matching device for adjusting the oscillation frequency so as to minimize the reflected wave power is attached to the high frequency power source, and the phase difference between the voltage and the current becomes 0 °. According to the spiral resonance device for plasma generation in which the frequency matching device for adjusting the oscillation frequency is attached to the high frequency power source, the frequency matching device responds to a slight deviation of the resonance state during operation of the spiral resonance device, and Since high-frequency power having a frequency that resonates with is output to the high-frequency power supply, the power transfer efficiency can be further maximized. Therefore, a more accurate standing wave can be formed, and stable plasma with an extremely low potential can be maintained.

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

【図1】プラズマ処理装置に適用したプラズマ生成用の
螺旋共振装置の概要を示す縦断面図
FIG. 1 is a vertical sectional view showing an outline of a spiral resonance device for plasma generation applied to a plasma processing apparatus.

【図2】共振コイルにおける接地位置の選択手段の一例
を示すブロック図
FIG. 2 is a block diagram showing an example of means for selecting a ground position in a resonance coil.

【図3】共振コイルの接地位置と共振器の電気的特性の
関係を示す波形図
FIG. 3 is a waveform diagram showing the relationship between the grounding position of the resonance coil and the electrical characteristics of the resonator.

【図4】共振コイルの接地位置と共振器の電気的特性の
関係を示す波形図
FIG. 4 is a waveform diagram showing the relationship between the grounding position of the resonance coil and the electrical characteristics of the resonator.

【図5】共振コイルの接地位置と共振器の電気的特性の
関係を示す波形図
FIG. 5 is a waveform diagram showing the relationship between the grounding position of the resonance coil and the electrical characteristics of the resonator.

【図6】高周波電源に設けられた周波数整合器の構成例
を示す回路ブロック図
FIG. 6 is a circuit block diagram showing a configuration example of a frequency matching device provided in a high frequency power supply.

【図7】高周波電源に設けられた周波数整合器の構成例
を示す回路ブロック図
FIG. 7 is a circuit block diagram showing a configuration example of a frequency matching device provided in a high frequency power supply.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:共振器 11:容器 12:共振コイル 13:外側シールド 14:固定グランド 15:可動タップ(固定グランド) 41:排気管 43:ガス供給管 2 :高周波電源 24:増幅器 26:反射波パワーメータ 27:位相検出器 3 :周波数整合器 5 :基板処理室 6 :サセプタ W :基板 1: Resonator 11: Container 12: Resonance coil 13: Outer shield 14: Fixed ground 15: Movable tap (fixed ground) 41: Exhaust pipe 43: Gas supply pipe 2: High frequency power supply 24: Amplifier 26: Reflected wave power meter 27: Phase detector 3: Frequency matcher 5: Substrate processing room 6: Susceptor W: Substrate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 米山 詩麻夫 山梨県中巨摩郡白根町下今諏訪907−8 ケーイーエム株式会社山梨事業所内 (72)発明者 ビノグラードフ ゲオルギー 山梨県中巨摩郡白根町下今諏訪907−8 ケーイーエム株式会社山梨事業所内 (72)発明者 メナガリチヴィリ ウラジーミル 山梨県中巨摩郡白根町下今諏訪907−8 ケーイーエム株式会社山梨事業所内 Fターム(参考) 4K030 FA04 KA15 KA30 5F004 AA01 BA20 BB11 BD01 BD04 CA03 5F045 AA08 BB02 BB16 EH11 EH19   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Shimao Yoneyama             907-8 Shimoimasuwa, Shirane-machi, Nakakoma-gun, Yamanashi Prefecture             KM Corporation Yamanashi Office (72) Inventor Vinograd Georgy             907-8 Shimoimasuwa, Shirane-machi, Nakakoma-gun, Yamanashi Prefecture             KM Corporation Yamanashi Office (72) Inventor Menagalicivilli Vladimir             907-8 Shimoimasuwa, Shirane-machi, Nakakoma-gun, Yamanashi Prefecture             KM Corporation Yamanashi Office F-term (reference) 4K030 FA04 KA15 KA30                 5F004 AA01 BA20 BB11 BD01 BD04                       CA03                 5F045 AA08 BB02 BB16 EH11 EH19

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 減圧可能に構成され且つプラズマ用ガス
が供給される容器と、当該容器の外周に巻回された共振
コイルと、当該共振コイルの外周に配置され且つ電気的
に接地された外側シールドとから成る共振器、ならび
に、前記共振コイルに所定周波数の高周波電力を供給す
る高周波電源を備え、かつ、前記共振コイルの電気的長
さが前記所定周波数における1波長の整数倍または半波
長もしくは1/4波長に相当する長さに設定されたプラ
ズマ生成用の螺旋共振装置において、前記共振コイル
は、前記共振器の負荷インピーダンスが前記高周波電源
側のインピーダンスに整合する様に、処理条件に応じて
接地位置を選択可能に構成されていることを特徴とする
プラズマ生成用の螺旋共振装置。
1. A container configured to be decompressible and supplied with a plasma gas, a resonance coil wound around the outer circumference of the container, and an outer side disposed on the outer circumference of the resonance coil and electrically grounded. A resonator including a shield; and a high-frequency power supply for supplying high-frequency power of a predetermined frequency to the resonance coil, wherein the resonance coil has an electrical length that is an integral multiple of one wavelength or a half wavelength or In a spiral resonance device for plasma generation set to a length corresponding to a quarter wavelength, the resonance coil is adapted to a processing condition so that a load impedance of the resonator matches an impedance of the high frequency power supply side. A spiral resonance device for plasma generation, which is configured so that a grounding position can be selected.
【請求項2】 共振コイルと外側シールドの間に介装さ
れた真空リレーにより、前記共振コイルの接地位置を切
替可能に構成されている請求項1に記載のプラズマ生成
用の螺旋共振装置。
2. The spiral resonance apparatus for plasma generation according to claim 1, wherein a vacuum relay interposed between the resonance coil and the outer shield is configured to switch the ground position of the resonance coil.
【請求項3】 高周波電源には、その出力側に設置され
た反射波パワーメータによって検出される反射波電力が
最小となる様に発振周波数を調整する周波数整合器が付
設されている請求項1又は2に記載のプラズマ生成用の
螺旋共振装置。
3. The high frequency power supply is provided with a frequency matching device for adjusting the oscillation frequency so that the reflected wave power detected by the reflected wave power meter installed on the output side is minimized. Or the spiral resonance device for plasma generation according to 2.
【請求項4】 高周波電源には、その出力側に設置され
た位相検出器によって検出される電圧と電流の位相差が
0°となる様に発振周波数を調整する周波数整合器が付
設されている請求項1又は2に記載のプラズマ生成用の
螺旋共振装置。
4. The high frequency power supply is provided with a frequency matching device for adjusting the oscillation frequency so that the phase difference between the voltage and the current detected by the phase detector installed on the output side becomes 0 °. The spiral resonance device for plasma generation according to claim 1.
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