JP2011096690A - Plasma processing apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To freely and precisely control plasma density distribution by using a simple magnetic shielding member without requiring special revision to an RF antenna for plasma generation or a high frequency power supply system. <P>SOLUTION: An inductive coupling type plasma etching apparatus is configured to generate inductive coupling plasma like a donut under a dielectric window 52 in proximity to an RF antenna 54, and distribute the donut-like plasma in a wide processing space to equalize the density of the plasma in the vicinity of a susceptor 12 (i.e. on a semiconductor wafer W). The apparatus includes a magnetic shield cavity conductor 70 for shielding magnetism with an opening end downward on the RF antenna 54 in equalizing the plasma density distribution in the vicinity of the susceptor 12 in a diameter direction. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、被処理基板にプラズマ処理を施す技術に係り、特に誘導結合型のプラズマ処理装置に関する。   The present invention relates to a technique for performing plasma processing on a substrate to be processed, and more particularly to an inductively coupled plasma processing apparatus.

半導体デバイスやFPD(Flat Panel Display)の製造プロセスにおけるエッチング、堆積、酸化、スパッタリング等の処理では、処理ガスに比較的低温で良好な反応を行わせるためにプラズマがよく利用されている。従来より、この種のプラズマ処理には、MHz領域の高周波放電によるプラズマが多く用いられている。高周波放電によるプラズマは、より具体的(装置的)なプラズマ生成法として、容量結合型プラズマと誘導結合型プラズマとに大別される。   In processes such as etching, deposition, oxidation, sputtering and the like in the manufacturing process of semiconductor devices and FPDs (Flat Panel Displays), plasma is often used in order to cause a favorable reaction to a processing gas at a relatively low temperature. Conventionally, plasma of high frequency discharge in the MHz region is often used for this type of plasma processing. Plasma by high frequency discharge is roughly classified into capacitively coupled plasma and inductively coupled plasma as more specific (device-like) plasma generation methods.

一般に、誘導結合型のプラズマ処理装置は、処理容器の壁部の少なくとも一部(たとえば天井)を誘電体の窓で構成し、その誘電体窓の外に設けたコイル状のRFアンテナに高周波電力を供給する。処理容器は減圧可能な真空チャンバとして構成されており、チャンバ内の中央部に被処理基板(たとえば半導体ウエハ、ガラス基板等)が配置され、誘電体窓と基板との間に設定される処理空間に処理ガスが導入される。RFアンテナに流れるRF電流によって、磁力線が誘電体窓を貫通してチャンバ内の処理空間を通過するようなRF磁界がRFアンテナの周りに発生し、このRF磁界の時間的な変化によって処理空間内で方位角方向に誘導電界が発生する。そして、この誘導電界によって方位角方向に加速された電子が処理ガスの分子や原子と電離衝突を起こし、ドーナツ状のプラズマが生成される。   In general, an inductively coupled plasma processing apparatus is configured such that at least a part (for example, a ceiling) of a wall of a processing container is formed of a dielectric window, and a high frequency power is applied to a coiled RF antenna provided outside the dielectric window. Supply. The processing container is configured as a vacuum chamber that can be depressurized, and a processing space is set between the dielectric window and the substrate in which a substrate to be processed (for example, a semiconductor wafer, a glass substrate, etc.) is disposed in the center of the chamber A processing gas is introduced into the system. The RF current flowing through the RF antenna generates an RF magnetic field around the RF antenna so that the magnetic lines of force pass through the dielectric window and pass through the processing space in the chamber. An induced electric field is generated in the azimuth direction. Then, the electrons accelerated in the azimuth direction by the induced electric field cause ionization collision with the molecules and atoms of the processing gas, and a donut-shaped plasma is generated.

チャンバ内に大きな処理空間が設けられることによって、上記ドーナツ状のプラズマは効率よく四方(特に半径方向)に拡散し、基板上ではプラズマの密度がかなり均される。しかしながら、通常のRFアンテナを用いるだけでは、基板上に得られるプラズマ密度の均一性は大抵のプラズマプロセスにおいて不十分である。誘導結合型のプラズマ処理装置においても、基板上のプラズマ密度の均一性を向上させることは、プラズマプロセスの均一性・再現性ひいては製造歩留まりを左右することから、最重要課題の一つとなっており、これまでにもこの関係の技術が幾つか提案されている。   By providing a large processing space in the chamber, the doughnut-shaped plasma is efficiently diffused in all directions (particularly in the radial direction), and the density of the plasma is fairly uniform on the substrate. However, using only a normal RF antenna, the plasma density uniformity obtained on the substrate is insufficient for most plasma processes. Even in the inductively coupled plasma processing apparatus, improving the uniformity of the plasma density on the substrate is one of the most important issues because it affects the uniformity and reproducibility of the plasma process and, in turn, the manufacturing yield. So far, several related techniques have been proposed.

従来の代表的なプラズマ密度均一化の技術は、RFアンテナを複数のセグメントに分割するものである。このRFアンテナ分割方式には、各々のアンテナ・セグメントに個別の高周波電力を供給する第1の方式(たとえば特許文献1)と、各々のアンテナ・セグメントのインピーダンスをコンデンサ等の付加回路で可変して1つの高周波電源より全部のアンテナ・セグメントにそれぞれ分配されるRF電力の分割比を制御する第2の方式(たとえば特許文献2)とがある。   Conventional typical plasma density equalization techniques divide the RF antenna into a plurality of segments. This RF antenna division method includes a first method (for example, Patent Document 1) that supplies individual high-frequency power to each antenna segment, and the impedance of each antenna segment is varied by an additional circuit such as a capacitor. There is a second method (for example, Patent Document 2) that controls the division ratio of RF power distributed to all antenna segments from one high-frequency power source.

また、単一のRFアンテナを使用し、このRFアンテナの近くに受動アンテナを配置する技法(特許文献3)も知られている。この受動アンテナは、高周波電源から高周波電力の供給を受けない独立したコイルとして構成され、RFアンテナ(誘導性アンテナ)の発生する磁界に対して、受動アンテナのループ内の磁界強度を減少させると同時に受動アンテナのループ外近傍の磁界強度を増加させるように振る舞う。それによって、チャンバ内のプラズマ発生領域中のRF電磁界の半径方向分布が変更されるようになっている。   Further, a technique (Patent Document 3) in which a single RF antenna is used and a passive antenna is disposed in the vicinity of the RF antenna is also known. This passive antenna is configured as an independent coil that is not supplied with high-frequency power from a high-frequency power source, and simultaneously reduces the magnetic field strength in the loop of the passive antenna against the magnetic field generated by the RF antenna (inductive antenna). It behaves so as to increase the magnetic field strength near the outside of the loop of the passive antenna. As a result, the radial distribution of the RF electromagnetic field in the plasma generation region in the chamber is changed.

米国特許第5401350号US Pat. No. 5,401,350 米国特許第5907221号US Pat. No. 5,907,221 特表2005−534150Special table 2005-534150

しかしながら、上記のようなRFアンテナ分割方式のうち、上記第1の方式は、複数の高周波電源のみならず同数の整合器を必要とし、高周波給電部の煩雑化と著しいコスト高が大きなネックになっている。また、上記第2の方式は、各アンテナ・セグメントのインピーダンスには他のアンテナ・セグメントだけでなくプラズマのインピーダンスも影響するため、付加回路だけで分割比を任意に決めることができず、制御性に難があり、あまり用いられていない。   However, among the RF antenna division methods as described above, the first method requires not only a plurality of high-frequency power sources but also the same number of matching units, which is a bottleneck due to the complexity of the high-frequency power feeding unit and the significant cost increase. ing. In the second method, the impedance of each antenna segment is affected not only by the other antenna segments but also by the plasma impedance. Therefore, the division ratio cannot be arbitrarily determined only by the additional circuit, and the controllability It is difficult to use.

また、上記特許文献3に開示されるような受動アンテナを用いる従来方式は、受動アンテナの存在によってRFアンテナ(誘導性アンテナ)の発生する磁界に影響を与え、それによってチャンバ内のプラズマ発生領域中のRF電磁界の半径方向分布を変更できることを教示しているが、受動アンテナの作用に関する考察・検証が不十分であり、受動アンテナを用いてプラズマ密度分布を自在かつ高精度に制御するための具体的な装置構成をイメージできてない。   Further, the conventional method using a passive antenna as disclosed in Patent Document 3 affects the magnetic field generated by the RF antenna (inductive antenna) due to the presence of the passive antenna, thereby causing a plasma generation region in the chamber to be generated. Although it is taught that the radial distribution of the RF electromagnetic field can be changed, the consideration and verification of the action of the passive antenna is insufficient, and the passive antenna can be used to freely and accurately control the plasma density distribution. I cannot imagine the specific device configuration.

今日のプラズマプロセスは、基板の大面積化とデバイスの微細化に伴って、より低圧で高密度かつ大口径のプラズマを必要としており、基板上のプロセスの均一性は以前にも増して困難な課題になっている。   Today's plasma processes require lower-pressure, higher-density, and larger-diameter plasma as the substrate becomes larger and devices become finer, and process uniformity on the substrate is more difficult than ever. It has become an issue.

この点、誘導結合型のプラズマ処理装置は、RFアンテナに近接する誘電体窓の内側でプラズマをドーナツ状に生成し、このドーナツ状のプラズマを基板に向けて四方に拡散させるようにしているが、チャンバ内の圧力によってプラズマの拡散する形態が変化し、基板上のプラズマ密度分布が変わりやすい。さらには、RFアンテナに供給される高周波のパワーやチャンバ内に導入される処理ガスの流量等に応じてドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度分布が変わることもある。したがって、プロセスレシピでプロセス条件が変更されても、基板上のプラズマプロセスの均一性を保てるように、RFアンテナ(誘導性アンテナ)の発生する磁界に補正をかけることができなければ、今日のプラズマ処理装置に要求される多様かつ高度なプロセス性能を適えることはできない。   In this regard, the inductively coupled plasma processing apparatus generates a plasma in a donut shape inside a dielectric window close to the RF antenna, and diffuses the donut plasma toward the substrate in all directions. The plasma diffusion form changes depending on the pressure in the chamber, and the plasma density distribution on the substrate tends to change. Furthermore, the plasma density distribution in the donut-shaped plasma may change depending on the high-frequency power supplied to the RF antenna, the flow rate of the processing gas introduced into the chamber, and the like. Therefore, if the magnetic field generated by the RF antenna (inductive antenna) cannot be corrected so that the uniformity of the plasma process on the substrate can be maintained even if the process conditions are changed in the process recipe, today's plasma It is impossible to meet the various and advanced process performance required for the processing equipment.

本発明は、上記のような従来技術に鑑みてなされたものであって、プラズマ生成用のRFアンテナや高周波給電系統に特別な細工を必要とせずに、簡易な磁気シールド部材を用いてプラズマ密度分布を自在かつ精細に制御することができる誘導結合形のプラズマ処理装置を提供する。   The present invention has been made in view of the prior art as described above, and does not require any special work on the RF antenna for plasma generation or the high-frequency power supply system, and uses a simple magnetic shield member to achieve plasma density. Provided is an inductively coupled plasma processing apparatus capable of controlling the distribution freely and finely.

本発明の第1の観点における誘導結合型のプラズマ処理装置は、天井に誘電体の窓を有する真空排気可能な処理容器と、前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のRFアンテナと、前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記RFアンテナに供給する高周波給電部と、前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、前記RFアンテナの上で開口端を下に向けて磁気を遮蔽する磁気シールド空洞導体とを有する。   An inductively coupled plasma processing apparatus according to a first aspect of the present invention includes a processing container having a dielectric window on a ceiling and capable of being evacuated; a coiled RF antenna disposed on the dielectric window; A substrate holding section for holding a substrate to be processed in the processing container; a processing gas supply section for supplying a desired processing gas into the processing container in order to perform a desired plasma processing on the substrate; In order to generate plasma of the processing gas by inductive coupling, a high frequency power supply unit that supplies high frequency power having a frequency suitable for high frequency discharge of the processing gas to the RF antenna, and a plasma density distribution on the substrate in the processing container In order to control the magnetic field, a magnetic shield cavity conductor that shields magnetism with the open end facing down on the RF antenna is provided.

上記第1の観点による誘導結合型のプラズマ処理装置においては、上記のような構成により、特に磁気シールド空洞導体を備える構成により、高周波給電部よりRFアンテナに高周波電力を供給したときに、RFアンテナを流れる高周波電流によってアンテナ導体の周りに発生するRF磁界に対する磁気シールド空洞導体の磁気遮蔽効果により、誘電体窓内側の処理容器内で電磁誘導により生成されるコアな(通常ドーナツ状の)プラズマ内のプラズマ密度分布に補正をかけることが可能である。   In the inductively coupled plasma processing apparatus according to the first aspect, when the high frequency power is supplied from the high frequency power feeding unit to the RF antenna by the above configuration, particularly by the configuration including the magnetic shield hollow conductor, the RF antenna In the core (usually donut-shaped) plasma generated by electromagnetic induction in the processing container inside the dielectric window due to the magnetic shielding effect of the magnetic shield cavity conductor against the RF magnetic field generated around the antenna conductor by the high-frequency current flowing through It is possible to correct the plasma density distribution.

すなわち、磁気シールド空洞導体は、典型的には、RFアンテナに対して同軸に配置され、その開口端が径方向においてRFアンテナの内周と外周との間に位置するような開口径を有する。径方向において磁気シールド空洞導体の開口端がRFアンテナの内周エッジ部とミドル部との間に位置しているときは、磁気シールド空洞導体の開口端付近およびその径方向内側の領域の直下でドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度を局所的に低減させる効果が得られる。また、径方向において磁気シールド空洞導体の開口端がRFアンテナのミドル部と外周エッジ部との間に位置しているときは、磁気シールド空洞導体の開口端付近およびその径方向外側の領域の直下でドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度を局所的に低減させる効果が得られる。   That is, the magnetic shield cavity conductor is typically arranged coaxially with respect to the RF antenna, and has an opening diameter such that the opening end thereof is located between the inner periphery and the outer periphery of the RF antenna in the radial direction. When the opening end of the magnetic shield cavity conductor is located between the inner peripheral edge portion and the middle portion of the RF antenna in the radial direction, it is near the opening end of the magnetic shield cavity conductor and immediately below the radially inner region. An effect of locally reducing the plasma density in the donut-shaped plasma can be obtained. Also, when the opening end of the magnetic shield cavity conductor is located between the middle portion and the outer peripheral edge portion of the RF antenna in the radial direction, it is near the opening end of the magnetic shield cavity conductor and immediately below the radially outer region. Thus, the effect of locally reducing the plasma density in the donut-shaped plasma can be obtained.

こうして、ドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度を任意に制御することにより、基板近傍のプラズマ密度分布を任意に制御することが可能であり、プラズマプロセスの均一性の向上も容易に達成できる。   Thus, by arbitrarily controlling the plasma density in the doughnut-shaped plasma, it is possible to arbitrarily control the plasma density distribution in the vicinity of the substrate, and the uniformity of the plasma process can be easily improved.

本発明の第2の観点における誘導結合型のプラズマ処理装置は、天井に誘電体の窓を有する真空排気可能な処理容器と、前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のRFアンテナと、前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記RFアンテナに供給する高周波給電部と、前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、前記RFアンテナの上でそれぞれ異なる口径の開口端を下に向けて磁気を遮蔽する複数の磁気シールド空洞導体とを有する。   An inductively coupled plasma processing apparatus according to a second aspect of the present invention includes a processing container having a dielectric window on a ceiling and capable of being evacuated, a coiled RF antenna disposed on the dielectric window, A substrate holding section for holding a substrate to be processed in the processing container; a processing gas supply section for supplying a desired processing gas into the processing container in order to perform a desired plasma processing on the substrate; In order to generate plasma of the processing gas by inductive coupling, a high frequency power supply unit that supplies high frequency power having a frequency suitable for high frequency discharge of the processing gas to the RF antenna, and a plasma density distribution on the substrate in the processing container In order to control the magnetic field, a plurality of magnetic shield hollow conductors are provided on the RF antenna for shielding magnetism with opening ends having different diameters facing downward.

上記第2の観点による誘導結合型のプラズマ処理装置においては、上記のような構成により、特に開口径の異なる複数の磁気シールド空洞導体を備える構成により、磁気シールド空洞導体の磁気遮蔽効果を利用してドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度を任意に制御する機能を更に向上させることができる。   In the inductively coupled plasma processing apparatus according to the second aspect, the magnetic shielding effect of the magnetic shield cavity conductor is utilized by the configuration as described above, particularly by the configuration including a plurality of magnetic shield cavity conductors having different opening diameters. Thus, the function of arbitrarily controlling the plasma density in the donut-shaped plasma can be further improved.

本発明による誘導結合型のプラズマ処理装置によれば、上記のような構成および作用により、プラズマ生成用のRFアンテナや高周波給電系統に特別な細工を必要とせずに、簡易な磁気シールド空洞導体を用いてプラズマ密度分布を自在かつ精細に制御することができる。   According to the inductively coupled plasma processing apparatus of the present invention, a simple magnetic shield hollow conductor can be obtained without requiring any special work on the RF antenna for generating plasma or the high-frequency power supply system due to the above configuration and operation. It is possible to control the plasma density distribution freely and finely.

本発明の第1の実施形態における誘導結合型プラズマエッチング装置の構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the inductively coupled plasma etching apparatus in the 1st Embodiment of this invention. 磁気シールド空洞導体を備えない場合のRFアンテナ周りの磁界分布、径方向の磁束密度分布および電子密度分布の一例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically an example of the magnetic field distribution around a RF antenna, the magnetic flux density distribution of radial direction, and an electron density distribution in the case of not providing a magnetic shield hollow conductor. 磁気シールド空洞導体をRFアンテナの上に配置した場合の電磁界的な作用を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the electromagnetic field effect | action at the time of arrange | positioning a magnetic shield cavity conductor on RF antenna. 磁気シールド空洞導体の代わりに平板状の導体をRFアンテナの上に配置した場合(参考例)の電磁界的な作用を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the electromagnetic field effect | action when a flat conductor is arrange | positioned on an RF antenna instead of a magnetic shield hollow conductor (reference example). 第2の実施形態における誘導結合型プラズマエッチング装置の構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the inductively coupled plasma etching apparatus in 2nd Embodiment. 第2の実施形態における要部の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the principal part in 2nd Embodiment. RFアンテナに対する磁気シールド空洞導体の高さ位置(離間距離)に依存して誘導結合プラズマ内の径方向の電流密度(プラズマ)密度分布が変化する特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic from which the current density (plasma) density distribution of the radial direction in inductively coupled plasma changes depending on the height position (separation distance) of the magnetic shield cavity conductor with respect to RF antenna. 多層レジスト法の工程を段階的に示す図である。It is a figure which shows the process of a multilayer resist method in steps. 磁気シールド空洞導体を備えない場合のRFアンテナ周りの磁界分布、径方向の磁束密度分布および電子密度分布の一例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically an example of the magnetic field distribution around a RF antenna, the magnetic flux density distribution of radial direction, and an electron density distribution in the case of not providing a magnetic shield hollow conductor. 磁気シールド空洞導体をRFアンテナの上に配置した場合の電磁界的な作用を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the electromagnetic field effect | action at the time of arrange | positioning a magnetic shield cavity conductor on RF antenna. 多層レジスト法によるマルチステップのエッチングプロセスにおいて磁気シールド空洞導体の高さ位置を可変制御する方法を示す図である。It is a figure which shows the method of variably controlling the height position of a magnetic shield cavity conductor in the multistep etching process by a multilayer resist method. 第3の実施形態における誘導結合型プラズマエッチング装置の構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the inductively coupled plasma etching apparatus in 3rd Embodiment. RFアンテナに対する磁気シールド空洞導体の開口径のサイズに依存して誘導結合プラズマ内の径方向の電流密度(プラズマ)密度分布が変化する特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic from which the current density (plasma) density distribution of the radial direction in an inductively coupled plasma changes depending on the size of the opening diameter of the magnetic shield cavity conductor with respect to RF antenna. 磁気シールド空洞導体の開口径を自動で切り替えできるようにした装置構成の要部を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the principal part of the apparatus structure which enabled it to switch automatically the opening diameter of a magnetic shield cavity conductor. 磁気シールド空洞導体の開口径を自動で切り替えできるようにした装置構成の要部を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the principal part of the apparatus structure which enabled it to switch automatically the opening diameter of a magnetic shield cavity conductor. 第4の実施形態における要部の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the principal part in 4th Embodiment. 存して誘導結合プラズマ内の径方向の電流密度(プラズマ)密度分布が変化する特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic in which the current density (plasma) density distribution of the radial direction in existing inductively coupled plasma changes. 磁気シールド空洞導体に設けられるスリットの幅を可変するための一実施例の構成を示す横断面図である。It is a cross-sectional view which shows the structure of one Example for changing the width | variety of the slit provided in a magnetic shield cavity conductor. 磁気シールド空洞導体に設けられるスリットの幅を可変するための別の実施例の構成を示す横断面図である。It is a cross-sectional view which shows the structure of another Example for changing the width | variety of the slit provided in a magnetic shield cavity conductor. 磁気シールド空洞導体に設けられるスリットの一変形例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the modification of the slit provided in a magnetic shield cavity conductor. 第5の実施形態における誘導結合型プラズマエッチング装置の構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the inductively coupled plasma etching apparatus in 5th Embodiment. 内側および外側の磁気シールド空洞導体の片方または双方を配置した場合に誘導結合プラズマ内の径方向の電流密度(プラズマ)密度分布が変化する特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic that the current density (plasma) density distribution of the radial direction in an inductively coupled plasma changes, when one or both of an inner side and an outer side magnetic shield cavity conductor are arrange | positioned. 第6の実施形態において、内側および外側の磁気シールド空洞導体の双方にスリットを設ける一構成例を示す横断面図である。In 6th Embodiment, it is a cross-sectional view which shows the example of 1 structure which provides a slit in both the inner side and outer side magnetic shield cavity conductors. 内側スリットおよび外側スリットの片方または双方を開けた場合に誘導結合プラズマ内の径方向の電流密度(プラズマ)密度分布が変化する特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic in which the current density (plasma) density distribution of the radial direction in an inductively coupled plasma changes, when one or both of an inner side slit and an outer side slit are opened. 内側および外側の磁気シールド空洞導体の双方にスリットを設ける別の構成例を示す横断面図である。It is a cross-sectional view showing another configuration example in which slits are provided in both the inner and outer magnetic shield hollow conductors. 第7の実施形態における要部の構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the principal part in 7th Embodiment. 第7の実施形態において磁気シールド空洞導体に切り欠き部を形成する一構成例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the example of 1 structure which forms a notch in a magnetic shield cavity conductor in 7th Embodiment. 一実施例による磁気シールド空洞導体の構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the magnetic shield cavity conductor by one Example. 図26Aの磁気シールド空洞導体の要部構成を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the principal part structure of the magnetic shield cavity conductor of FIG. 26A. 別の実施例による磁気シールド空洞導体の構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the magnetic shield cavity conductor by another Example. 図27Aの磁気シールド空洞導体の要部構成を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the principal part structure of the magnetic shield cavity conductor of FIG. 27A. 一実施例による磁気シールド空洞導体の形体を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the form of the magnetic shield cavity conductor by one Example. スパイラルコイル状のRFアンテナの一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of RF antenna of a spiral coil shape. 同心円コイル状のRFアンテナの一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of a concentric coil-shaped RF antenna.

以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
[第1の実施形態]
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[First Embodiment]

図1〜図3につき、本発明の第1の実施形態として、本発明における誘導結合型プラズマ処理装置の基本的な構成および作用を説明する。   1 to 3, a basic configuration and operation of an inductively coupled plasma processing apparatus according to the present invention will be described as a first embodiment of the present invention.

図1に示す誘導結合型プラズマ処理装置は、平面コイル形のRFアンテナを用いる誘導結合型プラズマエッチング装置として構成されており、たとえばアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属製の円筒型真空チャンバ(処理容器)10を有している。チャンバ10は、保安接地されている。   The inductively coupled plasma processing apparatus shown in FIG. 1 is configured as an inductively coupled plasma etching apparatus using a planar coil type RF antenna. For example, a cylindrical vacuum chamber (processing vessel) made of metal such as aluminum or stainless steel is used. 10. The chamber 10 is grounded for safety.

先ず、この誘導結合型プラズマエッチング装置においてプラズマ生成に直接関係しない各部の構成を説明する。   First, the configuration of each part not directly related to plasma generation in this inductively coupled plasma etching apparatus will be described.

チャンバ10内の下部中央には、被処理基板としてたとえば半導体ウエハWを載置する円板状のサセプタ12が高周波電極を兼ねる基板保持台として水平に配置されている。このサセプタ12は、たとえばアルミニウムからなり、チャンバ10の底から垂直上方に延びる絶縁性の筒状支持部14に支持されている。   A disc-shaped susceptor 12 on which, for example, a semiconductor wafer W is mounted as a substrate to be processed is horizontally disposed as a substrate holding table that also serves as a high-frequency electrode in the lower center of the chamber 10. The susceptor 12 is made of, for example, aluminum, and is supported by an insulating cylindrical support portion 14 that extends vertically upward from the bottom of the chamber 10.

絶縁性筒状支持部14の外周に沿ってチャンバ10の底から垂直上方に延びる導電性の筒状支持部16とチャンバ10の内壁との間に環状の排気路18が形成され、この排気路18の上部または入口に環状のバッフル板20が取り付けられるとともに、底部に排気ポート22が設けられている。チャンバ10内のガスの流れをサセプタ12上の半導体ウエハWに対して軸対象に均一にするためには、排気ポート22を円周方向に等間隔で複数設ける構成が好ましい。各排気ポート22には排気管24を介して排気装置26が接続されている。排気装置26は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ10内のプラズマ処理空間を所望の真空度まで減圧することができる。チャンバ10の側壁の外には、半導体ウエハWの搬入出口27を開閉するゲートバルブ28が取り付けられている。   An annular exhaust path 18 is formed between the conductive cylindrical support section 16 extending vertically upward from the bottom of the chamber 10 along the outer periphery of the insulating cylindrical support section 14 and the inner wall of the chamber 10. An annular baffle plate 20 is attached to an upper portion or an inlet of 18 and an exhaust port 22 is provided at the bottom. In order to make the gas flow in the chamber 10 uniform on the axis of the semiconductor wafer W on the susceptor 12, it is preferable to provide a plurality of exhaust ports 22 at equal intervals in the circumferential direction. An exhaust device 26 is connected to each exhaust port 22 via an exhaust pipe 24. The exhaust device 26 has a vacuum pump such as a turbo molecular pump, and can depressurize the plasma processing space in the chamber 10 to a desired degree of vacuum. Outside the side wall of the chamber 10, a gate valve 28 that opens and closes a loading / unloading port 27 for the semiconductor wafer W is attached.

サセプタ12には、RFバイアス用の高周波電源30が整合器32および給電棒34を介して電気的に接続されている。この高周波電源30は、半導体ウエハWに引き込むイオンのエネルギーを制御するのに適した一定周波数(13.56MHz以下)の高周波RFLを可変のパワーで出力できるようになっている。整合器32は、高周波電源30側のインピーダンスと負荷(主にサセプタ、プラズマ、チャンバ)側のインピーダンスとの間で整合をとるためのリアクタンス可変の整合回路を収容している。その整合回路の中に自己バイアス生成用のブロッキングコンデンサが含まれている。 A high frequency power source 30 for RF bias is electrically connected to the susceptor 12 via a matching unit 32 and a power feed rod 34. The high-frequency power source 30 can output a high-frequency RF L having a constant frequency (13.56 MHz or less) suitable for controlling the energy of ions drawn into the semiconductor wafer W with variable power. The matching unit 32 accommodates a reactance variable matching circuit for matching between the impedance on the high frequency power source 30 side and the impedance on the load (mainly susceptor, plasma, chamber) side. A blocking capacitor for generating a self-bias is included in the matching circuit.

サセプタ12の上面には、半導体ウエハWを静電吸着力で保持するための静電チャック36が設けられ、静電チャック36の半径方向外側に半導体ウエハWの周囲を環状に囲むフォーカスリング38が設けられる。静電チャック36は導電膜からなる電極36aを一対の絶縁膜36b,36cの間に挟み込んだものであり、電極36aには高圧の直流電源40がスイッチ42および被覆線43を介して電気的に接続されている。直流電源40より印加される高圧の直流電圧により、静電力で半導体ウエハWを静電チャック36上に吸着保持することができる。   On the upper surface of the susceptor 12, an electrostatic chuck 36 for holding the semiconductor wafer W with an electrostatic attraction force is provided, and a focus ring 38 that surrounds the periphery of the semiconductor wafer W in an annular shape is provided radially outward of the electrostatic chuck 36. Provided. The electrostatic chuck 36 is obtained by sandwiching an electrode 36 a made of a conductive film between a pair of insulating films 36 b and 36 c, and a high voltage DC power supply 40 is electrically connected to the electrode 36 a through a switch 42 and a covered wire 43. It is connected. The semiconductor wafer W can be attracted and held on the electrostatic chuck 36 with an electrostatic force by a high-voltage DC voltage applied from the DC power supply 40.

サセプタ12の内部には、たとえば円周方向に延びる環状の冷媒室44が設けられている。この冷媒室44には、チラーユニット(図示せず)より配管46,48を介して所定温度の冷媒たとえば冷却水が循環供給される。冷媒の温度によって静電チャック36上の半導体ウエハWの処理中の温度を制御できる。これと関連して、伝熱ガス供給部(図示せず)からの伝熱ガスたとえばHeガスが、ガス供給管50を介して静電チャック36の上面と半導体ウエハWの裏面との間に供給される。また、半導体ウエハWのローディング/アンローディングのためにサセプタ12を垂直方向に貫通して上下移動可能なリフトピンおよびその昇降機構(図示せず)等も設けられている。   Inside the susceptor 12, for example, an annular refrigerant chamber 44 extending in the circumferential direction is provided. A refrigerant having a predetermined temperature, such as cooling water, is circulated and supplied to the refrigerant chamber 44 through pipes 46 and 48 from a chiller unit (not shown). The temperature during processing of the semiconductor wafer W on the electrostatic chuck 36 can be controlled by the temperature of the coolant. In this connection, a heat transfer gas such as He gas from a heat transfer gas supply unit (not shown) is supplied between the upper surface of the electrostatic chuck 36 and the back surface of the semiconductor wafer W via the gas supply pipe 50. Is done. Further, for loading / unloading of the semiconductor wafer W, lift pins that can vertically move through the susceptor 12 and a lifting mechanism (not shown) and the like are also provided.

次に、この誘導結合型プラズマエッチング装置においてプラズマ生成に関係する各部の構成を説明する。   Next, the configuration of each part related to plasma generation in this inductively coupled plasma etching apparatus will be described.

チャンバ10の天井には、サセプタ12から比較的大きな距離間隔を隔てて、たとえば石英板からなる円形の誘電体窓52が気密に取り付けられている。この誘電体窓52の上には、通常はチャンバ10またはサセプタ12と同軸に、コイル状のRFアンテナ54が水平に配置されている。このRFアンテナ54は、好ましくは、たとえばスパイラルコイル(図29A)または各一周内で半径一定の同心円コイル(図29B)の形体を有しており、絶縁体からなるアンテナ固定部材(図示せず)によって誘電体窓52の上に固定されている。   A circular dielectric window 52 made of, for example, a quartz plate is airtightly attached to the ceiling of the chamber 10 at a relatively large distance from the susceptor 12. On the dielectric window 52, a coiled RF antenna 54 is disposed horizontally, usually coaxially with the chamber 10 or the susceptor 12. The RF antenna 54 preferably has, for example, a spiral coil (FIG. 29A) or a concentric coil (FIG. 29B) having a constant radius within each circumference, and an antenna fixing member (not shown) made of an insulator. Is fixed on the dielectric window 52.

RFアンテナ54の一端(中心端)には、プラズマ生成用の高周波電源56の出力端子が整合器58および給電導体(たとえば給電線)60を介して電気的に接続されている。RFアンテナ54の他端(外周端)は、アース線(帰線)55を介して電気的にグランド電位に接続されている。   An output terminal of a high-frequency power source 56 for generating plasma is electrically connected to one end (center end) of the RF antenna 54 via a matching unit 58 and a feed conductor (for example, a feed line) 60. The other end (outer peripheral end) of the RF antenna 54 is electrically connected to the ground potential via an earth line (return line) 55.

高周波電源56は、高周波放電によるプラズマの生成に適した一定周波数(13.56MHz以上)の高周波RFHを可変のパワーで出力できるようになっている。整合器58は、高周波電源56側のインピーダンスと負荷(主にRFアンテナ、プラズマ、チャンバ)側のインピーダンスとの間で整合をとるためのリアクタンス可変の整合回路を収容している。 The high-frequency power source 56 can output a high-frequency RF H having a constant frequency (13.56 MHz or more) suitable for generating plasma by high-frequency discharge with variable power. The matching unit 58 accommodates a reactance variable matching circuit for matching between the impedance on the high-frequency power source 56 side and the impedance on the load (mainly RF antenna, plasma, and chamber) side.

チャンバ10内の処理空間に処理ガスを供給するための処理ガス供給部は、誘電体窓52より幾らか低い位置でチャンバ10の側壁の中(または外)に設けられる環状のマニホールドまたはバッファ部62と、円周方向に等間隔でバッファ部62からプラズマ生成空間に臨む多数の側壁ガス吐出孔64と、処理ガス供給源66からバッファ部62まで延びるガス供給管68とを有している。処理ガス供給源66は、流量制御器および開閉弁(図示せず)を含んでいる。   A processing gas supply unit for supplying a processing gas to a processing space in the chamber 10 is an annular manifold or buffer unit 62 provided in (or outside) the side wall of the chamber 10 at a position somewhat lower than the dielectric window 52. A plurality of side wall gas discharge holes 64 facing the plasma generation space from the buffer unit 62 at equal intervals in the circumferential direction, and a gas supply pipe 68 extending from the processing gas supply source 66 to the buffer unit 62. The processing gas supply source 66 includes a flow rate controller and an on-off valve (not shown).

この誘導結合型プラズマエッチング装置は、チャンバ10内の処理空間に生成される誘導結合プラズマの密度分布を径方向で可変制御するために、チャンバ10の天井裏に設けた大気空間のアンテナ室72内に、開口端を下に向けてRFアンテナ54の上に配置される、天井部が塞がった筒状またはドーム状の導体からなる磁気シールド空洞導体70を備えている。磁気シールド空洞導体70の詳細な構成および作用は後に説明する。   In the inductively coupled plasma etching apparatus, in order to variably control the density distribution of inductively coupled plasma generated in the processing space in the chamber 10 in the radial direction, the inside of the antenna room 72 in the atmospheric space provided on the ceiling of the chamber 10 In addition, a magnetic shield cavity conductor 70 made of a cylindrical or dome-shaped conductor with the ceiling portion closed is disposed on the RF antenna 54 with the open end facing downward. The detailed configuration and operation of the magnetic shield cavity conductor 70 will be described later.

主制御部74は、たとえばマイクロコンピュータを含み、このプラズマエッチング装置内の各部たとえば排気装置26、高周波電源30,56、整合器32,58、静電チャック用のスイッチ42、処理ガス供給源66、チラーユニット(図示せず)、伝熱ガス供給部(図示せず)等の個々の動作および装置全体の動作(シーケンス)を制御する。   The main control unit 74 includes, for example, a microcomputer. Each unit in the plasma etching apparatus, for example, the exhaust device 26, the high frequency power sources 30, 56, the matching units 32, 58, the electrostatic chuck switch 42, the processing gas supply source 66, The individual operations of the chiller unit (not shown), the heat transfer gas supply unit (not shown), and the operation (sequence) of the entire apparatus are controlled.

このプラズマエッチング装置において、エッチングを行なうには、先ずゲートバルブ28を開状態にして加工対象の半導体ウエハWをチャンバ10内に搬入して、静電チャック36の上に載置する。そして、ゲートバルブ28を閉めて、処理ガス供給源66よりガス供給管68、バッファ部62および側壁ガス吐出孔64を介してエッチングガス(一般に混合ガス)を所定の流量および流量比でチャンバ10内に導入し、排気装置26によりチャンバ10内の圧力を設定値にする。さらに、高周波電源56をオンにしてプラズマ生成用の高周波RFHを所定のRFパワーで出力させ、整合器58,給電導体60を介してRFアンテナ54に高周波RFHの電流を供給する。一方、高周波電源30をオンにしてイオン引き込み制御用の高周波RFLを所定のRFパワーで出力させ、この高周波RFLを整合器32および給電棒34を介してサセプタ12に印加する。また、伝熱ガス供給部より静電チャック36と半導体ウエハWとの間の接触界面に伝熱ガス(Heガス)を供給するとともに、スイッチ42をオンにして静電チャック36の静電吸着力により伝熱ガスを上記接触界面に閉じ込める。 In order to perform etching in this plasma etching apparatus, first, the gate valve 28 is opened, and the semiconductor wafer W to be processed is loaded into the chamber 10 and placed on the electrostatic chuck 36. Then, the gate valve 28 is closed, and an etching gas (generally a mixed gas) is supplied from the processing gas supply source 66 through the gas supply pipe 68, the buffer unit 62, and the side wall gas discharge holes 64 at a predetermined flow rate and flow rate ratio. And the pressure in the chamber 10 is set to a set value by the exhaust device 26. Further, the high-frequency power source 56 is turned on to output a high-frequency RF H for plasma generation at a predetermined RF power, and a high-frequency RF H current is supplied to the RF antenna 54 via the matching unit 58 and the feeding conductor 60. On the other hand, the high frequency power supply 30 is turned on to output a high frequency RF L for controlling the ion attraction at a predetermined RF power, and this high frequency RF L is applied to the susceptor 12 via the matching unit 32 and the power feed rod 34. Further, the heat transfer gas (He gas) is supplied from the heat transfer gas supply unit to the contact interface between the electrostatic chuck 36 and the semiconductor wafer W, and the electrostatic chucking force of the electrostatic chuck 36 is turned on by turning on the switch 42. The heat transfer gas is confined in the contact interface.

側壁ガス吐出孔64より吐出されたエッチングガスは、誘電体窓52の下の処理空間に拡散する。RFアンテナ54を流れる高周波RFHの電流によって、磁力線が誘電体窓52を貫通してチャンバ内のプラズマ生成空間を通過するようなRF磁界がRFアンテナ54の周りに発生し、このRF磁界の時間的な変化によって処理空間の方位角方向にRF誘導電界が発生する。そして、この誘導電界によって方位角方向に加速された電子がエッチングガスの分子や原子と電離衝突を起こし、ドーナツ状のプラズマが生成される。このドーナツ状プラズマのラジカルやイオンは広い処理空間で四方に拡散し、ラジカルは等方的に降り注ぐようにして、イオンは直流バイアスに引っぱられるようにして、半導体ウエハWの上面(被処理面)に供給される。こうしてウエハWの被処理面にプラズマの活性種が化学反応と物理反応をもたらし、被加工膜が所望のパターンにエッチングされる。 The etching gas discharged from the side wall gas discharge hole 64 diffuses into the processing space below the dielectric window 52. By the current of the high frequency RF H flowing RF antenna 54, RF magnetic field that the magnetic force lines to pass through the plasma generation space in the chamber through the dielectric window 52 is generated around the RF antenna 54, the time of the RF magnetic field Due to such a change, an RF induction electric field is generated in the azimuth direction of the processing space. Then, the electrons accelerated in the azimuth direction by the induced electric field cause ionization collisions with the molecules and atoms of the etching gas, and a donut-shaped plasma is generated. The radicals and ions of the doughnut-shaped plasma diffuse in all directions in a wide processing space, the radicals flow isotropically, and the ions are pulled by a DC bias, so that the top surface (surface to be processed) of the semiconductor wafer W To be supplied. In this way, the active species of plasma cause a chemical reaction and a physical reaction on the surface to be processed of the wafer W, and the film to be processed is etched into a desired pattern.

この誘導結合型プラズマエッチング装置は、上記のようにRFアンテナ54に近接する誘電体窓52の下で誘導結合のプラズマをドーナツ状に生成し、このドーナツ状のプラズマを広い処理空間内で分散させて、サセプタ12近傍(つまり半導体ウエハW上)でプラズマの密度を平均化するようにしている。ここで、ドーナツ状プラズマのプラズマ密度は、誘導電界の強度に依存し、ひいてはRFアンテナ54に供給される高周波RFHのパワー(より正確にはRFアンテナ54を流れる電流)の大きさに依存する。すなわち、高周波RFHのパワーを高くするほど、ドーナツ状プラズマの密度が高くなり、プラズマの拡散を通じてサセプタ12近傍でのプラズマの密度は全体的に高くなる。一方で、ドーナツ状プラズマが四方(特に径方向)に拡散する形態は主にチャンバ10内の圧力に依存し、圧力を低くするほど、チャンバ10の中心部にプラズマが多く集まって、サセプタ12近傍のプラズマ密度分布が中心部で盛り上がる傾向がある。また、RFアンテナ54に供給される高周波RFHのパワーやチャンバ10内に導入される処理ガスの流量、ガスの種類等に応じてドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度分布が変わることもある。
ここで「ドーナツ状のプラズマ」とは、チャンバ10の径方向内側(中心部)にプラズマが立たず径方向外側にのみプラズマが立つような厳密にリング状のプラズマに限定されず、むしろチャンバ10の径方向内側より径方向外側のプラズマの体積または密度が大きいことを意味する。また、処理ガスに用いるガスの種類やチャンバ10内の圧力の値等の条件によっては、ここで云う「ドーナツ状のプラズマ」にならない場合もある。
This inductively coupled plasma etching apparatus generates inductively coupled plasma in a donut shape under the dielectric window 52 close to the RF antenna 54 as described above, and disperses the donut shaped plasma in a wide processing space. Thus, the plasma density is averaged in the vicinity of the susceptor 12 (that is, on the semiconductor wafer W). Here, the plasma density of the donut-shaped plasma depends on the strength of the induction electric field, and in turn depends on the magnitude of the power of the high-frequency RF H supplied to the RF antenna 54 (more precisely, the current flowing through the RF antenna 54). . That is, as the power of the high frequency RF H is increased, the density of the donut-shaped plasma is increased, and the density of the plasma in the vicinity of the susceptor 12 is generally increased through the diffusion of the plasma. On the other hand, the form in which the donut-shaped plasma diffuses in all directions (especially in the radial direction) mainly depends on the pressure in the chamber 10, and the lower the pressure, the more plasma gathers at the center of the chamber 10, and the vicinity of the susceptor 12. The plasma density distribution tends to swell in the center. Further, the plasma density distribution in the donut-shaped plasma may change depending on the power of the high-frequency RF H supplied to the RF antenna 54, the flow rate of the processing gas introduced into the chamber 10, the type of gas, and the like.
Here, the “doughnut-shaped plasma” is not limited to a strictly ring-shaped plasma in which plasma does not stand on the radially inner side (center portion) of the chamber 10 but only on the radially outer side. This means that the volume or density of plasma on the outer side in the radial direction is larger than the inner side in the radial direction. Further, depending on conditions such as the type of gas used for the processing gas and the pressure value in the chamber 10, the “doughnut-shaped plasma” may not occur.

この誘導結合型プラズマエッチング装置では、サセプタ12近傍のプラズマ密度分布を径方向で均一化するために、RFアンテナ54の発生するRF磁界に対して所望の開口径を有する磁気シールド空洞導体70の磁気遮蔽効果により補正をかけるようにしている。   In this inductively coupled plasma etching apparatus, in order to make the plasma density distribution in the vicinity of the susceptor 12 uniform in the radial direction, the magnetism of the magnetic shield cavity conductor 70 having a desired opening diameter with respect to the RF magnetic field generated by the RF antenna 54 is obtained. Correction is applied by the shielding effect.

以下、この誘導結合型プラズマエッチング装置における主要な特徴部分である磁気シールド空洞導体70の構成および作用を説明する。   Hereinafter, the configuration and operation of the magnetic shield cavity conductor 70, which is a main characteristic part of the inductively coupled plasma etching apparatus, will be described.

上述したように、誘電体窓52の上のアンテナ室72内に磁気シールド空洞導体70が配置される。この磁気シールド空洞導体70は、円筒部70aと天井部70bとを有する導体板(たとえば銅板)からなり、RFアンテナ54に対して同軸に配置され、通常はその開口端がRFアンテナ54の内周と外周との間に位置するような所望の開口径を有する。磁気シールド空洞導体70の天井部70bには、RF給電導体60を通すための貫通孔または開口部(図示せず)も形成されている。   As described above, the magnetic shield cavity conductor 70 is disposed in the antenna chamber 72 above the dielectric window 52. The magnetic shield cavity conductor 70 is made of a conductor plate (for example, a copper plate) having a cylindrical portion 70a and a ceiling portion 70b, and is disposed coaxially with the RF antenna 54. Usually, the opening end thereof is the inner periphery of the RF antenna 54. And a desired opening diameter located between the outer periphery and the outer periphery. A through hole or an opening (not shown) for passing the RF power supply conductor 60 is also formed in the ceiling part 70 b of the magnetic shield cavity conductor 70.

なお、本発明において「同軸」とは、二次元方向で軸対称な広がりを有する複数の物体間でそれぞれの中心軸線が互いに重なっている位置関係を意味する。   In the present invention, “coaxial” means a positional relationship in which the respective central axes overlap each other between a plurality of objects having an axially symmetric extension in a two-dimensional direction.

アンテナ室72内で、磁気シールド空洞導体70は、その開口端とRFアンテナ54との離間距離が方位角方向のすべての位置で一定になるような水平姿勢で、たとえば吊下げ式の支持部材73により支持されている。アンテナ室72の壁部は、導体たとえばアルミニウムからなり、チャンバ10の上端に接続され、電気的に接地されている。磁気シールド空洞導体70は、電気的に接地されていてもよく、あるいは電気的にフローティング状態であってもよい。   In the antenna chamber 72, the magnetic shield cavity conductor 70 is in a horizontal posture such that the distance between the opening end of the magnetic shield cavity conductor 70 and the RF antenna 54 is constant at all positions in the azimuth direction, for example, a suspension type support member 73. Is supported by The wall portion of the antenna chamber 72 is made of a conductor such as aluminum, and is connected to the upper end of the chamber 10 and is electrically grounded. The magnetic shield cavity conductor 70 may be electrically grounded or may be in an electrically floating state.

図2につき、磁気シールド空洞導体70の基本的な作用を説明する。   The basic operation of the magnetic shield cavity conductor 70 will be described with reference to FIG.

RFアンテナ54の上に磁気シールド空洞導体70を配置しないときは、図2Aに示すように、RFアンテナ54を流れる高周波RFHの電流によってアンテナ導体の周りにはアンペール−マクスウェルの法則にしたがってループ状に分布するRF磁界Hが発生し、誘電体窓52の下には比較的内奥(下方)の領域でも処理空間を半径方向に横断する磁力線が形成される。 When the magnetic shield cavity conductor 70 is not disposed on the RF antenna 54, as shown in FIG. 2A, a loop shape is formed around the antenna conductor according to Ampere-Maxwell's law due to the high-frequency RF H current flowing through the RF antenna 54. An RF magnetic field H distributed in the region is generated, and magnetic lines of force that traverse the processing space in the radial direction are formed under the dielectric window 52 even in a relatively inner (lower) region.

ここで、処理空間における磁束密度の半径方向(水平)成分Brは、チャンバ10の中心(O)と周辺部では高周波RFHの電流の大きさに関係なく常に零であり、その中間つまりRFアンテナ54の内径と外径のちょうど中間辺り(以下、「アンテナミドル部」と称する)で極大になり、高周波RFHの電流が大きいほどその極大値が高くなる。RF磁界Hによって生成される方位角方向の誘導電界の強度分布も、半径方向において磁束密度Brと同様のプロファイルになる。こうして、誘電体窓52の近くの処理空間でRFアンテナ54と同軸のドーナツ状プラズマが形成される。 Here, the radial direction (horizontal) component Br of the magnetic flux density in the processing space is always zero at the center (O) and the peripheral portion of the chamber 10 regardless of the magnitude of the current of the high-frequency RF H , and the middle, that is, the RF antenna It becomes a maximum at an intermediate portion between the inner diameter and the outer diameter of 54 (hereinafter referred to as “antenna middle part”), and the maximum value increases as the current of the high frequency RF H increases. The intensity distribution of the induced electric field in the azimuth direction generated by the RF magnetic field H also has a profile similar to the magnetic flux density Br in the radial direction. Thus, a donut-shaped plasma coaxial with the RF antenna 54 is formed in the processing space near the dielectric window 52.

そして、このドーナツ状プラズマが処理空間で四方(特に半径方向)に拡散する。上述したように、その拡散形態はチャンバ10内の圧力に依存するが、一例として図2Aに示すように、サセプタ12近傍の径方向で電子密度(プラズマ密度)が相対的にアンテナミドル部で盛り上がり中心部と周辺部で落ち込むようなプロファイルを示す場合がある。   This donut-shaped plasma diffuses in all directions (particularly in the radial direction) in the processing space. As described above, the diffusion form depends on the pressure in the chamber 10, but as an example, as shown in FIG. 2A, the electron density (plasma density) in the radial direction in the vicinity of the susceptor 12 rises relatively in the antenna middle portion. In some cases, a profile that falls in the center and the periphery is shown.

このような場合に、図2Bに示すように、RFアンテナ54の上に磁気シールド空洞導体70を配置すると、図示のように、RFアンテナ54を流れる高周波RFHの電流によってアンテナ導体の周りに発生するRF磁界Hの分布が、磁気シールド空洞導体70の存在によって変化する。すなわち、RFアンテナ54の上で磁力線が磁気シールド空洞導体70を避けて通るような磁界分布になり、RFアンテナ54の周りで(誘電体窓52下のチャンバ内でも)RF磁界Hの磁力線ループが縮小化ないし局所化する。 In such a case, as shown in FIG. 2B, when the magnetic shield hollow conductor 70 is disposed on the RF antenna 54, as shown in the figure, the high frequency RF H current flowing through the RF antenna 54 generates around the antenna conductor. The distribution of the RF magnetic field H varies depending on the presence of the magnetic shield cavity conductor 70. That is, the magnetic field distribution is such that the magnetic field lines pass over the RF antenna 54, avoiding the magnetic shield cavity conductor 70, and the magnetic field line loop of the RF magnetic field H around the RF antenna 54 (even in the chamber below the dielectric window 52). Reduce or localize.

図示の例では、磁気シールド空洞導体70の開口端が径方向においてRFアンテナ54のアンテナミドル部と周辺エッジ部との間に位置しているため、磁気シールド空洞導体70の開口端付近からその径方向外側の周辺部にかけての領域(磁気シールド外側領域)の直下で、RF磁界Hの磁力線ループが縮小化ないし局所化して、チャンバ10内の磁界強度が低下する。一方、磁気シールド空洞導体70の開口端付近よりも径方向内側の領域(磁気シールド内側領域)の直下では、RF磁界Hの磁力線ループが局所化するものの、チャンバ10内の磁界強度は殆ど低下しない。   In the example shown in the drawing, the opening end of the magnetic shield cavity conductor 70 is located between the antenna middle portion and the peripheral edge portion of the RF antenna 54 in the radial direction. The magnetic field line loop of the RF magnetic field H is reduced or localized just below the region (magnetic shield outer region) extending to the outer periphery in the direction, and the magnetic field strength in the chamber 10 is reduced. On the other hand, although the magnetic field line loop of the RF magnetic field H is localized immediately below the radially inner region (magnetic shield inner region) from the vicinity of the opening end of the magnetic shield hollow conductor 70, the magnetic field strength in the chamber 10 hardly decreases. .

このような磁気シールド空洞導体70の磁場遮蔽効果により、磁気シールド外側領域の直下で局所的に、誘電体窓52内側の処理空間における磁束密度の半径方向成分Brおよび方位角方向の誘導電界の強度が弱められる。結果として、サセプタ12近傍で電子密度(プラズマ密度)が径方向でほどよく均一化される。   Due to the magnetic field shielding effect of the magnetic shield cavity conductor 70, the radial component Br of the magnetic flux density and the intensity of the induced electric field in the azimuth direction locally in the processing space inside the dielectric window 52 directly under the magnetic shield outer region. Is weakened. As a result, the electron density (plasma density) is more uniform in the radial direction in the vicinity of the susceptor 12.

参考例として、RFアンテナ54の上に、磁気シールド空洞導体70の代わりに、磁気シールド空洞導体70の開口径と同一の口径(直径)を有する導体板71を配置した場合を考える。この場合は、図3に示すように、導体板71で覆われる領域では、アンテナ導体の周りに発生するRF磁界Hが導体板71の面状磁気遮蔽効果によりどの位置でも一様に縮小化ないし局所化して磁界強度が低下する。このため、誘電体窓52内側の処理空間でRF磁界Hにより生成される方位角方向の誘導電界の強度分布も、導体板71によって覆われる領域の直下では一様に低下する。その結果、サセプタ12近傍の電子密度(プラズマ密度)は径方向の各位置で一様に低下するだけであり、均一化は達成できない。   As a reference example, consider a case where a conductor plate 71 having the same diameter (diameter) as the opening diameter of the magnetic shield cavity conductor 70 is disposed on the RF antenna 54 instead of the magnetic shield cavity conductor 70. In this case, as shown in FIG. 3, in the region covered with the conductor plate 71, the RF magnetic field H generated around the antenna conductor is uniformly reduced or reduced at any position by the planar magnetic shielding effect of the conductor plate 71. Localization reduces the magnetic field strength. For this reason, the intensity distribution of the induced electric field in the azimuth direction generated by the RF magnetic field H in the processing space inside the dielectric window 52 is also uniformly reduced immediately below the region covered by the conductor plate 71. As a result, the electron density (plasma density) in the vicinity of the susceptor 12 only decreases uniformly at each position in the radial direction, and uniformity cannot be achieved.

次に、本発明の誘導結合型プラズマ処理装置においてより具体的または実用的な構造の磁気シールド空洞導体を備える実施形態について説明する。

[第2の実施形態]
Next, an embodiment provided with a magnetic shield cavity conductor having a more specific or practical structure in the inductively coupled plasma processing apparatus of the present invention will be described.

[Second Embodiment]

図4〜図9につき、第2の実施形態における誘導結合型プラズマエッチング装置の構成を示す。図中、上述した第1の実施形態の装置(図1)と同様の構成または機能を有する部分には同一の符号を附している。   4 to 9 show the configuration of an inductively coupled plasma etching apparatus according to the second embodiment. In the figure, parts having the same configuration or function as those of the apparatus of the first embodiment (FIG. 1) described above are denoted by the same reference numerals.

この誘導結合型プラズマエッチング装置では、サセプタ12近傍のプラズマ密度分布を径方向で均一化するうえで、RFアンテナ54の発生するRF磁界に対して磁気シールド空洞導体70の磁気遮蔽効果により補正をかけるとともに、アンテナ−磁気シールド間隔制御部76によりRFアンテナ54に対する磁気シールド空洞導体70の離間距離を可変制御できるようにしている。   In this inductively coupled plasma etching apparatus, the plasma density distribution in the vicinity of the susceptor 12 is made uniform in the radial direction, and the RF magnetic field generated by the RF antenna 54 is corrected by the magnetic shielding effect of the magnetic shield cavity conductor 70. At the same time, the distance between the magnetic shield hollow conductor 70 and the RF antenna 54 can be variably controlled by the antenna-magnetic shield interval control unit 76.

図示の構成例において、磁気シールド空洞導体70の筒部70aは、天井部70bに一体的に形成または固着された固定の上部筒部70a1と、この上部筒部70a1に軸方向(上下方向)でスライド可能に係合または嵌合された可動の下部筒部70a2とに2分割されている。   In the illustrated configuration example, the cylindrical portion 70a of the magnetic shield hollow conductor 70 includes a fixed upper cylindrical portion 70a1 integrally formed or fixed to the ceiling portion 70b, and an axial direction (vertical direction) on the upper cylindrical portion 70a1. The movable lower cylindrical portion 70a2 is slidably engaged or fitted into the lower cylindrical portion 70a2.

アンテナ−磁気シールド間隔制御部76は、ボールネジ78を介して磁気シールド空洞導体70の下部筒部70a2の高さ位置を可変するステッピングモータ80と、このステッピングモータ80およびボールネジ78を通じて磁気シールド空洞導体70の下部筒部70a2の高さ位置を可変制御する磁気シールド高さ制御部82とを有している。   The antenna-magnetic shield spacing control unit 76 includes a stepping motor 80 that changes the height position of the lower cylindrical portion 70 a 2 of the magnetic shield cavity conductor 70 via the ball screw 78, and the magnetic shield cavity conductor 70 through the stepping motor 80 and the ball screw 78. And a magnetic shield height control unit 82 for variably controlling the height position of the lower cylindrical portion 70a2.

磁気シールド空洞導体70の下部筒部70a2は、より詳しくは、水平の昇降支持棒84を介してボールネジ78のナット部78bに結合されている。ボールネジ78の送りネジ78aは、鉛直方向に延びて、ステッピングモータ80の回転軸に直接または減速機構(図示せず)を介して結合されている。   More specifically, the lower cylindrical portion 70a2 of the magnetic shield cavity conductor 70 is coupled to the nut portion 78b of the ball screw 78 via a horizontal elevating support bar 84. The feed screw 78a of the ball screw 78 extends in the vertical direction and is coupled to the rotating shaft of the stepping motor 80 directly or via a speed reduction mechanism (not shown).

ステッピングモータ80が作動して送りネジ78aを回転させると、ナット部78bが昇降移動し、磁気シールド空洞導体70の下部筒部70a2もナット部78bと一体に昇降移動する。磁気シールド高さ制御部82は、主制御部74より磁気シールド空洞導体70(より正確には下部筒部70a2の下端)の高さ位置(目標値または設定値)を指示する信号Shを受け取り、ステッピングモータ80の回転方向および回転量を制御して、下部筒部70a2の高さ位置、つまりRFアンテナ54との離間距離hを目標値に合わせる。   When the stepping motor 80 is operated to rotate the feed screw 78a, the nut portion 78b moves up and down, and the lower cylindrical portion 70a2 of the magnetic shield cavity conductor 70 also moves up and down integrally with the nut portion 78b. The magnetic shield height control unit 82 receives a signal Sh indicating the height position (target value or set value) of the magnetic shield hollow conductor 70 (more precisely, the lower end of the lower cylindrical portion 70a2) from the main control unit 74, By controlling the rotation direction and the rotation amount of the stepping motor 80, the height position of the lower cylindrical portion 70a2, that is, the separation distance h from the RF antenna 54 is adjusted to the target value.

アンテナ−磁気シールド間隔制御部76の別の実施例として、図1に示すような一体型磁気シールド空洞導体70の全体を昇降移動させる構成も可能である。   As another embodiment of the antenna-magnetic shield interval control unit 76, a configuration in which the whole of the integrated magnetic shield cavity conductor 70 as shown in FIG. 1 is moved up and down is also possible.

ここで、この実施形態における昇降型磁気シールド空洞導体70およびアンテナ−磁気シールド間隔制御部76の作用を説明する。本発明者は、この実施形態の誘導結合型プラズマエッチング装置について次のような電磁界シミュレーションを実施した。   Here, the operation of the elevating magnetic shield cavity conductor 70 and the antenna-magnetic shield interval controller 76 in this embodiment will be described. The inventor conducted the following electromagnetic field simulation for the inductively coupled plasma etching apparatus of this embodiment.

すなわち、RFアンテナ54に対する磁気シールド空洞導体70の相対的高さ位置(離間距離)hをパラメータとし、パラメータhの値を5mm、10m、20mm、無限大(磁気シールド空洞導体無し)の4通りに選んで、ドーナツ状プラズマ内部(上面から5mmの位置)の半径方向の電流密度分布(プラズマ密度分布に相当)を求めたところ、図6に示すようなプロファイルが得られた。   That is, the relative height position (separation distance) h of the magnetic shield hollow conductor 70 with respect to the RF antenna 54 is used as a parameter, and the value of the parameter h is 4 types of 5 mm, 10 m, 20 mm, and infinity (no magnetic shield hollow conductor). When selected, the current density distribution (corresponding to the plasma density distribution) in the radial direction inside the donut-shaped plasma (position 5 mm from the upper surface) was obtained, and a profile as shown in FIG. 6 was obtained.

この電磁界シミュレーションでは、RFアンテナ54の外径(半径)を250mmに設定し、磁気シールド空洞導体70の空洞長、板厚および開口径(半径)をそれぞれ30mm、5mmおよび130mmに設定した。RFアンテナ54の下方のチャンバ内処理空間で誘導結合により生成されるドーナツ状のプラズマは、図5に示すような円盤形状の抵抗体86で模擬し、この抵抗体86の直径を500mm、抵抗率を100Ωcm、表皮厚さを10mmに設定した。プラズマ生成用高周波RFHの周波数は13.56MHzとした。 In this electromagnetic field simulation, the outer diameter (radius) of the RF antenna 54 was set to 250 mm, and the cavity length, plate thickness, and opening diameter (radius) of the magnetic shield hollow conductor 70 were set to 30 mm, 5 mm, and 130 mm, respectively. The donut-shaped plasma generated by inductive coupling in the processing space in the chamber below the RF antenna 54 is simulated by a disk-shaped resistor 86 as shown in FIG. 5, and the resistor 86 has a diameter of 500 mm and a resistivity. Was set to 100 Ωcm, and the skin thickness was set to 10 mm. The frequency of the high frequency RF H for plasma generation was 13.56 MHz.

図6に示すように、磁気シールド空洞導体70の開口径(130mm)がRFアンテナ54のアンテナミドル部の径(125mm)に近似しているとき、あるいはそれよりも小さいときは、磁気シールド空洞導体70の開口端付近から径方向内側の中心部にかけての領域(磁気シールド内側領域)の直下で、RF磁界Hの磁力線ループ径が縮小化ないし局所化して、チャンバ10内の磁界強度が低下する。一方、磁気シールド空洞導体70の開口端付近よりも径方向外側の領域(磁気シールド外側領域)の直下では、RF磁界Hの磁力線ループが局所化するものの、チャンバ10内の磁界強度は殆ど低下しない。   As shown in FIG. 6, when the opening diameter (130 mm) of the magnetic shield cavity conductor 70 is close to or smaller than the diameter (125 mm) of the antenna middle portion of the RF antenna 54, the magnetic shield cavity conductor 70 The field line loop diameter of the RF magnetic field H is reduced or localized just below the region (magnetic shield inner region) from the vicinity of the opening end of the 70 to the radially inner center, and the magnetic field strength in the chamber 10 is reduced. On the other hand, although the magnetic field line loop of the RF magnetic field H is localized immediately below a region radially outside the vicinity of the opening end of the magnetic shield cavity conductor 70 (magnetic shield outer region), the magnetic field strength in the chamber 10 hardly decreases. .

この実施形態では、上記のように、アンテナ−磁気シールド間隔制御部76により、水平のRFアンテナ54に対して磁気シールド空洞導体70を平行(水平)に保ちつつ、RFアンテナ54に対する磁気シールド空洞導体70の相対的高さ位置または離間距離を一定の範囲内で任意かつ精細に可変できるように構成しているので、電磁界シミュレーションで検証した図6の特性を装置的に実現し、プラズマ密度分布制御の自由度および精度を大きく向上させることができる。   In this embodiment, as described above, the magnetic shield cavity conductor for the RF antenna 54 is maintained by the antenna-magnetic shield interval control unit 76 while keeping the magnetic shield cavity conductor 70 parallel (horizontal) to the horizontal RF antenna 54. Since the relative height position or the separation distance of 70 can be arbitrarily and finely varied within a certain range, the characteristics shown in FIG. 6 verified by the electromagnetic field simulation are realized in an apparatus, and the plasma density distribution is realized. The degree of freedom and accuracy of control can be greatly improved.

この実施形態における誘導結合型プラズマエッチング装置は、たとえば、基板表面の多層膜を複数のステップで連続的にエッチング加工するアプリケーションに好適に適用できる。以下、図7に示すような多層レジスト法に係る本発明の実施例について説明する。   The inductively coupled plasma etching apparatus in this embodiment can be suitably applied to, for example, an application that continuously etches a multilayer film on a substrate surface in a plurality of steps. Examples of the present invention relating to the multilayer resist method as shown in FIG. 7 will be described below.

図7において、加工対象の半導体ウエハWの主面には、本来の被加工膜(たとえばゲート用のSi膜)100の上に最下層(最終マスク)としてSiN層102が形成され、その上に中間層として有機膜(たとえばカーボン)104が形成され、その上にSi含有の反射防止膜(BARC)106を介して最上層のフォトレジスト108が形成される。SiN層102、有機膜104および反射防止膜106の成膜にはCVD(化学的真空蒸着法)あるいはスピンオンによる塗布膜が用いられ、フォトレジスト108のパターニングにはフォトリソグラフィが用いられる。   In FIG. 7, an SiN layer 102 is formed on the main surface of a semiconductor wafer W to be processed as a lowermost layer (final mask) on an original film to be processed (for example, a Si film for a gate) 100. An organic film (for example, carbon) 104 is formed as an intermediate layer, and an uppermost photoresist 108 is formed thereon via a Si-containing antireflection film (BARC) 106. For the formation of the SiN layer 102, the organic film 104 and the antireflection film 106, a coating film by CVD (chemical vacuum deposition) or spin-on is used, and for the patterning of the photoresist 108, photolithography is used.

最初に、第1ステップのエッチングプロセスとして、図7の(A)に示すようにパターニングされたフォトレジスト108をマスクとしてSi含有反射防止膜106をエッチングする。この場合、エッチングガスにはCF4/O2の混合ガスが用いられ、チャンバ10内の圧力は比較的低く、たとえば10mTorrに設定される。 First, as a first step etching process, the Si-containing antireflection film 106 is etched using the patterned photoresist 108 as a mask as shown in FIG. In this case, a mixed gas of CF 4 / O 2 is used as the etching gas, and the pressure in the chamber 10 is relatively low, for example, set to 10 mTorr.

次に、第2ステップのエッチングプロセスとして、図7の(B)に示すようにフォトレジスト108および反射防止膜106をマスクとして有機膜104をエッチング加工する。この場合、エッチングガスにはO2の単ガスが用いられ、チャンバ10内の圧力は更に低く、たとえば5mTorrに設定される。 Next, as a second step etching process, as shown in FIG. 7B, the organic film 104 is etched using the photoresist 108 and the antireflection film 106 as a mask. In this case, a single gas of O 2 is used as the etching gas, and the pressure in the chamber 10 is further lowered, for example, set to 5 mTorr.

最後に、第3ステップのエッチングプロセスとして、図7の(C)、(D)に示すように、パターニングされた反射防止膜106および有機膜104をマスクとしてSiN膜102をエッチング加工する。この場合、エッチングガスにはCHF3/CF4/Ar/O2の混合ガスが用いられ、チャンバ10内の圧力は比較的高く、たとえば50mTorrに設定される。 Finally, as a third step etching process, as shown in FIGS. 7C and 7D, the SiN film 102 is etched using the patterned antireflection film 106 and organic film 104 as a mask. In this case, a mixed gas of CHF 3 / CF 4 / Ar / O 2 is used as the etching gas, and the pressure in the chamber 10 is relatively high, for example, set to 50 mTorr.

上記のようなマルチステップのエッチングプロセスにおいては、ステップ毎にプロセス条件の全部または一部(特にチャンバ10内の圧力)が切り換わり、それによって処理空間内でドーナツ状プラズマの拡散する形態が変化する。ここで、磁気シールド空洞導体70を設けない場合は、第1および第2ステップのプロセス(圧力10mTorr以下)では図3Aのようにサセプタ12近傍の電子密度(プラズマ密度)が相対的に中心部で顕著に盛り上がるような急峻な山形のプロファイルが現れ、第3ステップのプロセス(圧力50mTorr)では中心部がわずかに盛り上がるような緩やかな山形のプロファイルが現れるものとする。   In the multi-step etching process as described above, all or a part of the process conditions (particularly the pressure in the chamber 10) is switched for each step, thereby changing the form of diffusion of the donut-shaped plasma in the processing space. . Here, when the magnetic shield cavity conductor 70 is not provided, in the first and second step processes (pressure 10 mTorr or less), the electron density (plasma density) in the vicinity of the susceptor 12 is relatively centered as shown in FIG. 3A. It is assumed that a steep mountain-shaped profile that rises remarkably appears, and a gentle mountain-shaped profile that slightly rises in the center appears in the third step process (pressure 50 mTorr).

この実施形態によれば、たとえばプロセスレシピにおいて、通常のプロセス条件(高周波のパワー、圧力、ガス種、ガス流量等)に追加する仕方で、またはそれらと連関させる仕方で、磁気シールド空洞導体70の高さ位置をレシピ情報またはプロセスパラメータの1つとして設定する。そして、上記のようなマルチステップのエッチングプロセスを実行する際に、主制御部74が磁気シールド空洞導体70の高さ位置設定値を表すデータをメモリから読み出し、各ステップ毎に磁気シールド高さ制御部80を通じて磁気シールド空洞導体70の高さ位置を設定値(目標値)に合わせる。   According to this embodiment, in a process recipe, for example, in a manner that is added to or associated with normal process conditions (high frequency power, pressure, gas type, gas flow rate, etc.) The height position is set as one of recipe information or process parameters. When the multi-step etching process as described above is executed, the main control unit 74 reads out data representing the height position setting value of the magnetic shield cavity conductor 70 from the memory, and controls the magnetic shield height for each step. The height position of the magnetic shield cavity conductor 70 is adjusted to a set value (target value) through the portion 80.

したがって、上記のような多層レジスト法のエッチングプロセス(図7)においては、図9に示すように、第1ステップ(10mTorr)では比較的低い設定位置h1に、第2ステップ(5mTorr)では更に低い位置h2に、第3ステップ(50mTorr)では比較的高い位置h3に、磁気シールド空洞導体70の高さ位置をステップ毎に切り換える。 Therefore, in the etching process of the multilayer resist method as described above (FIG. 7), as shown in FIG. 9, the first step (10 mTorr) is set at a relatively low setting position h 1 and the second step (5 mTorr) is further reduced. In the third step (50 mTorr), the height position of the magnetic shield cavity conductor 70 is switched to the lower position h 2 for each step to the relatively higher position h 3 .

このように、一枚の半導体ウエハWに対する単一または一連のプラズマ処理を行う中で、プロセス条件の変更、切り換えまたは変化に応じて磁気シールド空洞導体70の高さ位置を可変調整することが可能である。このことにより、枚葉プラズマプロセスの全処理時間または全ステップを通じて、RFアンテナ54を流れる高周波RFHの電流によってアンテナ導体の周りに発生するRF磁界Hに対する磁気シールド空洞導体70の磁気遮蔽効果、つまり磁気シールド空洞導体70の開口端付近およびその径方向内側(もしくはその径方向外側)の領域の直下でドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度を局所的に低減させる効果の度合い(強弱)を任意・精細・リニアに調節することが可能であり、これによって、サセプタ12近傍のプラズマ密度を径方向で均一に保つことも可能である。したがって、プラズマプロセスの均一性を向上させることができる。 As described above, the height position of the magnetic shield cavity conductor 70 can be variably adjusted in accordance with the change, changeover or change of the process conditions while performing a single or a series of plasma processes on one semiconductor wafer W. It is. Thus, the magnetic shielding effect of the magnetic shield cavity conductor 70 against the RF magnetic field H generated around the antenna conductor by the high frequency RF H current flowing through the RF antenna 54 throughout the entire processing time or step of the single wafer plasma process, that is, The degree (intensity) of the effect of locally reducing the plasma density in the donut-shaped plasma just below the open end of the magnetic shield cavity conductor 70 and directly below the radially inner region (or radially outer region) It is possible to adjust linearly, and thereby, the plasma density in the vicinity of the susceptor 12 can be kept uniform in the radial direction. Therefore, the uniformity of the plasma process can be improved.

なお、マルチステップ方式において、エッチングプロセスを行わない間は、図9に示すように、磁気シールド空洞導体70の高さ位置を実質的に磁気シールド空洞導体70が無い場合に等しい高さのホームポジションhPに戻しておいてよい。 In the multi-step method, while the etching process is not performed, the height position of the magnetic shield cavity conductor 70 is substantially equal to the home position when there is no magnetic shield cavity conductor 70 as shown in FIG. it may be allowed to return to the h P.

この実施形態では、上述したように、RFアンテナ54に対する磁気シールド空洞導体70の離間距離または高さ位置を可変調整するためのアンテナ−磁気シールド間隔制御部76をボールネジ機構で構成した。しかし、ボールネジ機構の代わりに、たとえば回転体カムあるいはエンドカム等の立体カム機構を用いることも可能である。すなわち、詳細な構成は図示省略するが、アンテナ−磁気シールド間隔制御部76の別の実施例として、磁気シールド空洞導体70に回転体を有する立体カム機構を介して結合され、この立体カム機構の回転体を回転させて磁気シールド空洞導体70の高さ位置を可変するモータと、このモータの回転方向および回転量を制御して磁気シールド空洞導体70の高さ位置を制御するコイル高さ制御部とを有する構成も可能である。

[第3の実施形態]
In this embodiment, as described above, the antenna-magnetic shield interval control unit 76 for variably adjusting the separation distance or height position of the magnetic shield hollow conductor 70 with respect to the RF antenna 54 is configured by a ball screw mechanism. However, instead of the ball screw mechanism, a three-dimensional cam mechanism such as a rotating body cam or an end cam can be used. That is, although the detailed configuration is not shown, as another embodiment of the antenna-magnetic shield interval control unit 76, the magnetic shield cavity conductor 70 is coupled via a solid cam mechanism having a rotating body. A motor that rotates the rotating body to change the height position of the magnetic shield cavity conductor 70, and a coil height controller that controls the height position of the magnetic shield cavity conductor 70 by controlling the rotation direction and amount of rotation of the motor. It is also possible to have a configuration with

[Third Embodiment]

次に、図10〜図13につき、本発明の第3の実施形態を説明する。   Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図10に、第3の実施形態における誘導結合型プラズマエッチング装置の構成を示す。図中、上述した第1または第2の実施形態の装置(図1、図4)と同様の構成または機能を有する部分には同一の符号を附している。   FIG. 10 shows the configuration of an inductively coupled plasma etching apparatus according to the third embodiment. In the drawing, parts having the same configuration or function as those of the apparatus of the first or second embodiment (FIGS. 1 and 4) described above are denoted by the same reference numerals.

この第3の実施形態における固有の特徴は、磁気シールド空洞導体70の開口径を可変できるようにした構成にある。図10の装置構成例では、開口径の異なる複数(たとえば3種類)の磁気シールド空洞導体70(1),70(2),70(3)を用意し、その中のいずれか1つを選択して吊り下げ式の支持部材73に着脱可能に取り付けるようにしている。   The unique feature of the third embodiment is that the opening diameter of the magnetic shield cavity conductor 70 can be varied. In the apparatus configuration example of FIG. 10, a plurality (for example, three types) of magnetic shield hollow conductors 70 (1), 70 (2), and 70 (3) having different opening diameters are prepared, and any one of them is selected. Then, it is detachably attached to the suspension type support member 73.

本発明者は、この実施形態の誘導結合型プラズマエッチング装置について次のような電磁界シミュレーションを実施した。   The inventor conducted the following electromagnetic field simulation for the inductively coupled plasma etching apparatus of this embodiment.

すなわち、磁気シールド空洞導体70の開口径(半径)Rをパラメータとし、パラメータRの値を100mm、130m、170mm、200mmの4通りに選んで、ドーナツ状プラズマ内部(上面から5mmの位置)の半径方向の電流密度分布(プラズマ密度分布に相当)を求めたところ、図11に示すようなプロファイルが得られた。   That is, the radius (radius) R of the magnetic shield cavity conductor 70 is used as a parameter, and the value of the parameter R is selected from four types of 100 mm, 130 m, 170 mm, and 200 mm, and the radius inside the donut-shaped plasma (position 5 mm from the upper surface). When the current density distribution in the direction (corresponding to the plasma density distribution) was obtained, a profile as shown in FIG. 11 was obtained.

この電磁界シミュレーションでは、RFアンテナ54の外径(半径)を250mmに設定し、磁気シールド空洞導体70の空洞長および板厚をそれぞれ30mm、5mmに設定した。RFアンテナ54と磁気シールド空洞導体70との離間距離hは5mmに設定した。また、RFアンテナ54の下方のチャンバ内処理空間で誘導結合により生成されるドーナツ状のプラズマは、図5に示したものと同様に円盤形状の抵抗体86で模擬し、この抵抗体86の直径を500mm、抵抗率を100Ωcm、表皮厚さを10mmに設定した。プラズマ生成用の高周波RFHの周波数は13.56MHzとした。 In this electromagnetic field simulation, the outer diameter (radius) of the RF antenna 54 was set to 250 mm, and the cavity length and plate thickness of the magnetic shield cavity conductor 70 were set to 30 mm and 5 mm, respectively. The separation distance h between the RF antenna 54 and the magnetic shield hollow conductor 70 was set to 5 mm. Further, the donut-shaped plasma generated by inductive coupling in the processing space in the chamber below the RF antenna 54 is simulated by a disk-shaped resistor 86 similar to that shown in FIG. Was set to 500 mm, the resistivity was set to 100 Ωcm, and the skin thickness was set to 10 mm. The frequency of the high frequency RF H for plasma generation was 13.56 MHz.

図11の(a),(b)に示すように、磁気シールド空洞導体70の開口径がRFアンテナ54のアンテナミドル部の径(125mm)よりも大きいとき(R=200mm,170mm)は、磁気シールド空洞導体70の開口端付近およびそれよりも径方向外側の周辺部にかけての領域(磁気シールド外側領域)の直下で、ドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度が局所的に減少することがわかる。   As shown in FIGS. 11A and 11B, when the opening diameter of the magnetic shield hollow conductor 70 is larger than the diameter (125 mm) of the antenna middle portion of the RF antenna 54 (R = 200 mm, 170 mm), the magnetic It can be seen that the plasma density in the donut-shaped plasma is locally reduced just below the opening end of the shield cavity conductor 70 and the region (magnetic shield outer region) extending to the outer periphery in the radial direction.

一方で、図11の(c),(d)に示すように、磁気シールド空洞導体70の開口径がRFアンテナ54のアンテナミドル部の径(125mm)に近似しているとき(R=130mm)、あるいはそれよりも小さいとき(R=100mm)は、磁気シールド空洞導体70の開口端付近およびそれよりも径方向内側の中心部にかけての領域(磁気シールド内側領域)の直下で、ドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度が局所的に減少することがわかる。   On the other hand, as shown in FIGS. 11C and 11D, when the opening diameter of the magnetic shield cavity conductor 70 approximates the diameter (125 mm) of the antenna middle portion of the RF antenna 54 (R = 130 mm). Or smaller (R = 100 mm), in the donut-shaped plasma just below the opening end of the magnetic shield cavity conductor 70 and directly below the region (magnetic shield inner region) toward the radially inner center. It can be seen that the plasma density decreases locally.

図10の装置構成例では磁気シールド空洞導体70の開口径を手動の着脱交換式で可変できるようにしているが、図12および図13に模式的に示すように自動切換式で可変する構成も可能である。   In the apparatus configuration example of FIG. 10, the opening diameter of the magnetic shield cavity conductor 70 can be changed by a manual attachment / detachment exchange type, but a configuration in which it can be changed by an automatic switching type as schematically shown in FIGS. Is possible.

図12および図13の構成例は、開口径の異なる上記3種類の磁気シールド空洞導体70(1),70(2),70(3)を図4の磁気シールド空洞導体70と同様に分割昇降型に構成し、その中のいずれか1つ(または複数)を選択してRFアンテナ54の近くまで降ろすようにしている。なお、図12および図13に示すように、アンテナ室72の天板(天井壁)が磁気シールド空洞導体70の天井部を兼用する構成も可能である。図示の例ではアンテナ室72の天板(天井壁)が磁気シールド空洞導体70(1),70(2),70(3)の全部の天井部を兼用しているが、その中の一部だけ兼用する構成も可能である。   12 and FIG. 13 shows the above three types of magnetic shield cavity conductors 70 (1), 70 (2), 70 (3) having different opening diameters divided and raised in the same manner as the magnetic shield cavity conductor 70 of FIG. A mold is formed, and any one (or a plurality) of them is selected and lowered to the vicinity of the RF antenna 54. As shown in FIGS. 12 and 13, a configuration in which the top plate (ceiling wall) of the antenna chamber 72 also serves as the ceiling portion of the magnetic shield cavity conductor 70 is possible. In the illustrated example, the top plate (ceiling wall) of the antenna chamber 72 also serves as the ceiling of all the magnetic shield hollow conductors 70 (1), 70 (2), and 70 (3), but a part of them. It is also possible to use a configuration that only serves as a combination.

この実施形態では、上記のように、磁気シールド空洞導体70の開口径を可変できるようにしているので、電磁界シミュレーションで検証した図11の特性を装置的に実現し、プラズマ密度分布制御の自由度および精度を大きく向上させることができる。

[第4の実施形態]
In this embodiment, as described above, since the opening diameter of the magnetic shield cavity conductor 70 can be varied, the characteristics shown in FIG. 11 verified by the electromagnetic field simulation are realized in an apparatus, and the plasma density distribution control is free. The degree and accuracy can be greatly improved.

[Fourth Embodiment]

次に、図14〜図18につき、本発明の第4の実施形態を説明する。   Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図14に、第4の実施形態における誘導結合型プラズマエッチング装置で用いる磁気シールド空洞導体70の構成を示す。   FIG. 14 shows the configuration of the magnetic shield cavity conductor 70 used in the inductively coupled plasma etching apparatus according to the fourth embodiment.

この第4の実施形態における固有の特徴は、磁気シールド空洞導体70の筒部70aに、縦方向に延びるスリット110を方位角方向に一定の間隔を空けて多数設ける構成にある。図14に示すように、スリット110は、典型的には、一定のスリット幅Sで磁気シールド空洞導体70の下端部から上端部までまっすぐ延びるように形成される。   The unique feature of the fourth embodiment is that a large number of slits 110 extending in the vertical direction are provided in the cylindrical portion 70a of the magnetic shield cavity conductor 70 at regular intervals in the azimuth direction. As shown in FIG. 14, the slit 110 is typically formed to extend straight from the lower end to the upper end of the magnetic shield cavity conductor 70 with a constant slit width S.

本発明者は、この実施形態の誘導結合型プラズマエッチング装置について次のような電磁界シミュレーションを実施した。   The inventor conducted the following electromagnetic field simulation for the inductively coupled plasma etching apparatus of this embodiment.

すなわち、磁気シールド空洞導体70に設けられるスリット110の幅Sをパラメータとし、パラメータSの値を0mm(開口率0%)、2m、5mm、20mmの4通りに選んで、ドーナツ状プラズマ内部(上面から5mmの位置)の半径方向の電流密度分布(プラズマ密度分布に相当)を求めたところ、図15に示すようなプロファイルが得られた。   That is, the width S of the slit 110 provided in the magnetic shield cavity conductor 70 is used as a parameter, and the value of the parameter S is selected from 0 mm (aperture ratio 0%), 2 m, 5 mm, and 20 mm. When the current density distribution in the radial direction (corresponding to the plasma density distribution) at a position 5 mm from the center was obtained, a profile as shown in FIG. 15 was obtained.

この電磁界シミュレーションでは、RFアンテナ54の外径(半径)を250mmに設定し、磁気シールド空洞導体70の空洞長、板厚および開口径(半径)をそれぞれ30mm、5mmおよび130mmに設定した。スリット110の数は方位角方向に20°間隔で18個とした。この場合、スリット幅20mmは開口率45%に相当する。ここで、開口率0%はスリット110が全く無いのと等価であり、開口率100%は磁気シールド空洞導体70が無いのと等価である。RFアンテナ54と磁気シールド空洞導体70との離間距離hは5mmに設定した。RFアンテナ54の下方のチャンバ内処理空間で誘導結合により生成されるドーナツ状のプラズマは、図14に示すような円盤形状の抵抗体86で模擬し、この抵抗体86の直径を500mm、抵抗率を100Ωcm、表皮厚さを10mmに設定した。プラズマ生成用の高周波RFHの周波数は13.56MHzとした。 In this electromagnetic field simulation, the outer diameter (radius) of the RF antenna 54 was set to 250 mm, and the cavity length, plate thickness, and opening diameter (radius) of the magnetic shield hollow conductor 70 were set to 30 mm, 5 mm, and 130 mm, respectively. The number of slits 110 was 18 at 20 ° intervals in the azimuth direction. In this case, the slit width of 20 mm corresponds to an aperture ratio of 45%. Here, an aperture ratio of 0% is equivalent to the absence of the slit 110, and an aperture ratio of 100% is equivalent to the absence of the magnetic shield cavity conductor. The separation distance h between the RF antenna 54 and the magnetic shield hollow conductor 70 was set to 5 mm. The donut-shaped plasma generated by inductive coupling in the processing space in the chamber below the RF antenna 54 is simulated by a disk-shaped resistor 86 as shown in FIG. 14, and the resistor 86 has a diameter of 500 mm and a resistivity. Was set to 100 Ωcm, and the skin thickness was set to 10 mm. The frequency of the high frequency RF H for plasma generation was 13.56 MHz.

図15に示すように、スリット110の幅Sを大きくするほど、磁気シールド空洞導体70の磁気遮蔽効果、つまり磁気シールド空洞導体70の開口端付近およびその径方向内側(もしくはその径方向外側)の領域の直下でドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度を局所的に低減させる効果が弱まる。つまり、磁気シールド空洞導体70のスリット110の幅Sを可変することによって、磁気シールド空洞導体70の高さ位置を可変する場合(図6)と同様の効果が得られることがわかる。   As shown in FIG. 15, as the width S of the slit 110 is increased, the magnetic shielding effect of the magnetic shield cavity conductor 70, that is, near the opening end of the magnetic shield cavity conductor 70 and its radial inner side (or its radial outer side). The effect of locally reducing the plasma density in the donut-shaped plasma just below the region is weakened. That is, it can be seen that by changing the width S of the slit 110 of the magnetic shield cavity conductor 70, the same effect as that obtained when the height position of the magnetic shield cavity conductor 70 is changed (FIG. 6) can be obtained.

図16に、磁気シールド空洞導体70のスリット110の幅Sを可変するための一実施例を示す。この実施例では、磁気シールド空洞導体70の径方向内側に、磁気シールド空洞導体70のスリット110と同数かつ同一サイズおよび同一間隔のスリット112を有する円筒体をシャッタまたは開口率調節部材114として方位角方向(周回方向)で可動つまり回転変位可能に取り付ける。この場合、磁気シールド空洞導体70のスリット110に開口率調節部材114のスリット112が重なっている部分[110,112]が実質的なスリット幅になる。   FIG. 16 shows an embodiment for changing the width S of the slit 110 of the magnetic shield cavity conductor 70. In this embodiment, a cylindrical body having slits 112 of the same number, the same size, and the same interval as the slits 110 of the magnetic shield cavity conductor 70 on the radially inner side of the magnetic shield cavity conductor 70 is used as a shutter or an aperture ratio adjusting member 114 as an azimuth angle. It is attached so that it can move in the direction (circumferential direction), that is, can be rotationally displaced. In this case, the portion [110, 112] where the slit 112 of the aperture ratio adjusting member 114 overlaps the slit 110 of the magnetic shield hollow conductor 70 has a substantial slit width.

開口率調節部材114を周回方向で回転変位させることにより、実質スリット幅[110,112]を、図16の(a)に示すように全開とすることも、図16の(b)に示すように半開とすることも、図16の(c)に示すように全閉とすることもできる。   When the aperture ratio adjusting member 114 is rotationally displaced in the circumferential direction, the substantial slit width [110, 112] can be fully opened as shown in FIG. 16A, or as shown in FIG. 16B. It can be half open or fully closed as shown in FIG.

図17に、磁気シールド空洞導体70のスリット110の幅Sを可変するための別の実施例を示す。この実施例は、磁気シールド空洞導体70の筒部を方位角方向で多数(n個)の短冊状板体116(1),116(2),116(3),・・,116(n)に分割して、各々の短冊状板体116(1)〜116(n)を長手方向に延びる回転軸(図示せず)を中心として回転変位可能に構成する。これにより、磁気シールド空洞導体70のスリット110を、図17の(a)に示すように閉じることも、図17の(b)に示すように開けることもできる。   FIG. 17 shows another embodiment for varying the width S of the slit 110 of the magnetic shield cavity conductor 70. In this embodiment, the cylindrical portion of the magnetic shield hollow conductor 70 has a large number (n) of strip-shaped plates 116 (1), 116 (2), 116 (3),..., 116 (n) in the azimuth direction. Each of the strip-shaped plate bodies 116 (1) to 116 (n) is configured to be rotatable and displaceable about a rotation axis (not shown) extending in the longitudinal direction. Thereby, the slit 110 of the magnetic shield hollow conductor 70 can be closed as shown in FIG. 17A or can be opened as shown in FIG.

さらに、別の変形例として、図18に示すように、磁気シールド空洞導体70の筒部70aの下端部に限定して、任意の幅A、任意の高さ位置B、任意の全長Cを有する開口118を方位角方向に一定の間隔を空けて多数設ける構成も可能である。   Furthermore, as another modified example, as shown in FIG. 18, it has an arbitrary width A, an arbitrary height position B, and an arbitrary total length C, limited to the lower end portion of the cylindrical portion 70a of the magnetic shield hollow conductor 70. A configuration in which a large number of openings 118 are provided at regular intervals in the azimuth direction is also possible.

この実施形態では、上記のように、方位角方向に一定の間隔を空けて磁気シールド空洞導体70に多数のスリット110を設け、スリット110を開閉可能とし、あるいはスリット110のスリット幅または開口率を可変できるようにしているので、電磁界シミュレーションで検証した図15の特性を装置的に実現し、誘電体窓52近傍の処理空間で生成されるドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度分布を径方向で任意に制御し、ひいてはサセプタ12近傍のプラズマ密度分布を径方向で任意に制御することができる。

[第5の実施形態]
In this embodiment, as described above, a large number of slits 110 are provided in the magnetic shield cavity conductor 70 at regular intervals in the azimuth direction so that the slits 110 can be opened and closed, or the slit width or aperture ratio of the slits 110 is set. Since it is made variable, the characteristics shown in FIG. 15 verified by electromagnetic field simulation are realized in an apparatus, and the plasma density distribution in the donut-shaped plasma generated in the processing space near the dielectric window 52 can be arbitrarily set in the radial direction. Thus, the plasma density distribution in the vicinity of the susceptor 12 can be arbitrarily controlled in the radial direction.

[Fifth Embodiment]

次に、図19〜図22につき、本発明の第5の実施形態を説明する。   Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図19に、第5の実施形態における誘導結合型プラズマエッチング装置で用いる磁気シールド空洞導体70の構成を示す。   FIG. 19 shows a configuration of a magnetic shield cavity conductor 70 used in the inductively coupled plasma etching apparatus according to the fifth embodiment.

この第5の実施形態では、磁気シールド空洞導体70が、開口径の異なる複数(たとえば2つ)の磁気シールド空洞導体70A,70Bからなる。上述した第3の実施形態(図12、図13)では開口径の異なる複数種類の磁気シールド空洞導体70(1),70(2),70(3)の中から通常はいずれか1つを選択して用いるのに対して、この第5の実施形態では内側の磁気シールド空洞導体70Aと外側の磁気シールド空洞導体70Bとを定常的に一緒(多重)に機能させる。   In the fifth embodiment, the magnetic shield cavity conductor 70 includes a plurality (for example, two) of magnetic shield cavity conductors 70A and 70B having different opening diameters. In the third embodiment (FIGS. 12 and 13) described above, usually one of a plurality of types of magnetic shield hollow conductors 70 (1), 70 (2), and 70 (3) having different opening diameters is used. In contrast to this, in the fifth embodiment, the inner magnetic shield cavity conductor 70A and the outer magnetic shield cavity conductor 70B function constantly (multiple) together.

本発明者は、この実施形態の誘導結合型プラズマエッチング装置について次のような電磁界シミュレーションを実施した。   The inventor conducted the following electromagnetic field simulation for the inductively coupled plasma etching apparatus of this embodiment.

すなわち、磁気シールド空洞導体70として、内側の磁気シールド空洞導体70Aのみを設ける場合、外側の磁気シールド空洞導体70Bのみを設ける場合、および内側および外側の磁気シールド空洞導体70A,70Bの両方を設ける場合の3通りについてドーナツ状プラズマ内部(上面から5mmの位置)の半径方向の電流密度分布(プラズマ密度分布に相当)を求めたところ、図20に示すようなプロファイルが得られた。   That is, as the magnetic shield cavity conductor 70, only the inner magnetic shield cavity conductor 70A is provided, only the outer magnetic shield cavity conductor 70B is provided, and both the inner and outer magnetic shield cavity conductors 70A and 70B are provided. When the current density distribution (corresponding to the plasma density distribution) in the radial direction inside the donut-shaped plasma (position 5 mm from the upper surface) was determined for the three types, a profile as shown in FIG. 20 was obtained.

この電磁界シミュレーションでは、RFアンテナ54の外径(半径)を250mmに設定し、内側磁気シールド空洞導体70Aの空洞長、板厚および開口径(半径)をそれぞれ30mm、5mmおよび100mmとし、外側磁気シールド空洞導体70Bの空洞長、板厚および開口径(半径)をそれぞれ30mm、5mmおよび170mmに設定した。RFアンテナ54と磁気シールド空洞導体70A,70Bとの離間距離hは5mmに設定した。RFアンテナ54の下方のチャンバ内処理空間で誘導結合により生成されるドーナツ状のプラズマは、図19に示すような円盤形状の抵抗体86で模擬し、この抵抗体86の直径を500mm、抵抗率を100Ωcm、表皮厚さを10mmに設定した。プラズマ生成用の高周波RFHの周波数は13.56MHzとした。 In this electromagnetic field simulation, the outer diameter (radius) of the RF antenna 54 is set to 250 mm, the cavity length, plate thickness, and opening diameter (radius) of the inner magnetic shield hollow conductor 70A are set to 30 mm, 5 mm, and 100 mm, respectively. The cavity length, plate thickness, and opening diameter (radius) of the shield cavity conductor 70B were set to 30 mm, 5 mm, and 170 mm, respectively. The separation distance h between the RF antenna 54 and the magnetic shield hollow conductors 70A and 70B was set to 5 mm. The donut-shaped plasma generated by inductive coupling in the processing space in the chamber below the RF antenna 54 is simulated by a disk-shaped resistor 86 as shown in FIG. 19, and the resistor 86 has a diameter of 500 mm and a resistivity. Was set to 100 Ωcm, and the skin thickness was set to 10 mm. The frequency of the high frequency RF H for plasma generation was 13.56 MHz.

図20から、内側(開口半径100mm)の磁気シールド空洞導体70Aのみを設けた場合はドーナツ状プラズマ内の中心部からアンテナミドル部にかけてプラズマ密度が減少し、外側(開口半径170mm)の磁気シールド空洞導体70Bのみを設けた場合はドーナツ状プラズマ内のミドル部から周辺部にかけてプラズマ密度が減少し、内側および外側の磁気シールド空洞導体70A,70Bを併設した場合は両者の足し合わせでドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度が中心部から周辺部にかけて減少することがわかる。   From FIG. 20, in the case where only the inner (opening radius 100 mm) magnetic shield cavity conductor 70A is provided, the plasma density decreases from the center in the donut-shaped plasma to the antenna middle, and the outer (opening radius 170 mm) magnetic shield cavity. When only the conductor 70B is provided, the plasma density decreases from the middle portion to the peripheral portion in the doughnut-shaped plasma, and when the inner and outer magnetic shield hollow conductors 70A and 70B are provided together, It can be seen that the plasma density decreases from the center to the periphery.

なお、図示省略するが、内側および外側の磁気シールド空洞導体70A,70Bの高さ位置を個別的に可変する機構を設けることも可能である。

[第6の実施形態]
Although not shown, it is also possible to provide a mechanism for individually varying the height positions of the inner and outer magnetic shield hollow conductors 70A and 70B.

[Sixth Embodiment]

本発明の第6の実施形態は、上記した第4および第5の実施形態を組み合わせるものであり、内側および外側の磁気シールド空洞導体70A,70Bにスリット110A,110Bをそれぞれ設ける構成を特徴とする。   The sixth embodiment of the present invention is a combination of the fourth and fifth embodiments described above, and is characterized in that slits 110A and 110B are provided in the inner and outer magnetic shield cavity conductors 70A and 70B, respectively. .

好適な一実施例として、図21に示すように、内側および外側の磁気シールド空洞導体70A,70Bに開口率調節部材114A,114Bをそれぞれ取り付け、周回方向で開口率調節部材114A,114Bを回転変位させることにより、スリット110A,110Bの開閉を可能とし、あるいはスリット110A,110Bのスリット幅または開口率を可変することができる。図21では、内側のスリット110Aを全開状態、外側のスリット110Bを全閉状態にしている。   As a preferred embodiment, as shown in FIG. 21, the aperture ratio adjusting members 114A and 114B are respectively attached to the inner and outer magnetic shield hollow conductors 70A and 70B, and the aperture ratio adjusting members 114A and 114B are rotationally displaced in the circumferential direction. Thus, the slits 110A and 110B can be opened and closed, or the slit widths or aperture ratios of the slits 110A and 110B can be varied. In FIG. 21, the inner slit 110A is fully opened, and the outer slit 110B is fully closed.

本発明者は、この実施形態の誘導結合型プラズマエッチング装置について次のような電磁界シミュレーションを実施した。   The inventor conducted the following electromagnetic field simulation for the inductively coupled plasma etching apparatus of this embodiment.

すなわち、内側磁気シールド空洞導体70Aのスリット110Aと外側磁気シールド空洞導体70Bのスリット110Bとを共に全開にした場合(a)、内側磁気シールド空洞導体70Aのスリット110Aを完全に閉じて外側磁気シールド空洞導体70Bのスリット110Bを全開にした場合(b)、内側磁気シールド空洞導体70Aのスリット110Aを全開にして外側磁気シールド空洞導体70Bのスリット110Bを完全に閉じた場合(c)について、ドーナツ状プラズマ内部(上面から5mmの位置)の半径方向の電流密度分布(プラズマ密度分布に相当)を求めたところ、図22に示すようなプロファイルが得られた。   That is, when both the slit 110A of the inner magnetic shield cavity conductor 70A and the slit 110B of the outer magnetic shield cavity conductor 70B are fully opened (a), the slit 110A of the inner magnetic shield cavity conductor 70A is completely closed and the outer magnetic shield cavity is closed. When the slit 110B of the conductor 70B is fully opened (b), when the slit 110A of the inner magnetic shield cavity conductor 70A is fully opened and the slit 110B of the outer magnetic shield cavity conductor 70B is completely closed (c), the donut-shaped plasma When the current density distribution in the radial direction (corresponding to the plasma density distribution) inside (at a position 5 mm from the upper surface) was obtained, a profile as shown in FIG. 22 was obtained.

この電磁界シミュレーションでは、RFアンテナ54の外径(半径)を250mmに設定し、内側および外側磁気シールド空洞導体70A,70Bの空洞長および板厚をそれぞれ30mmおよび5mmに設定した。スリット110A,110Bの数はいずれも方位角方向に20°間隔で18個とし、スリット110A,110Bの幅を角度換算でそれぞれ10°とした。この場合、スリット全開状態は開口率50%に相当する。ここで、開口率100%は、磁気シールド空洞導体70A,70Bが無いのと等価である。RFアンテナ54と磁気シールド空洞導体70との離間距離hは5mmに設定した。RFアンテナ54の下方のチャンバ内処理空間で誘導結合により生成されるドーナツ状のプラズマは、図19に示したものと同様に円盤形状の抵抗体86で模擬し、この抵抗体86の直径を500mm、抵抗率を100Ωcm、表皮厚さを10mmに設定した。プラズマ生成用の高周波RFHの周波数は13.56MHzとした。 In this electromagnetic field simulation, the outer diameter (radius) of the RF antenna 54 was set to 250 mm, and the cavity lengths and plate thicknesses of the inner and outer magnetic shield cavity conductors 70A and 70B were set to 30 mm and 5 mm, respectively. The number of slits 110A and 110B was 18 at 20 ° intervals in the azimuth direction, and the width of the slits 110A and 110B was 10 ° in terms of angle. In this case, the slit fully open state corresponds to an aperture ratio of 50%. Here, an aperture ratio of 100% is equivalent to the absence of the magnetic shield cavity conductors 70A and 70B. The separation distance h between the RF antenna 54 and the magnetic shield hollow conductor 70 was set to 5 mm. The donut-shaped plasma generated by inductive coupling in the processing space in the chamber below the RF antenna 54 is simulated by a disk-shaped resistor 86 similar to that shown in FIG. 19, and the diameter of the resistor 86 is 500 mm. The resistivity was set to 100 Ωcm and the skin thickness was set to 10 mm. The frequency of the high frequency RF H for plasma generation was 13.56 MHz.

図22の(b)に示すように、内側磁気シールド空洞導体70Aのスリット110Aを閉じて外側磁気シールド空洞導体70Bのスリット110Bを開けた場合は、ドーナツ状プラズマ内の中心部からミドル部の領域でプラズマ密度が顕著に減少する。   As shown in FIG. 22B, when the slit 110A of the inner magnetic shield cavity conductor 70A is closed and the slit 110B of the outer magnetic shield cavity conductor 70B is opened, the region from the center to the middle in the donut-shaped plasma The plasma density is significantly reduced.

図22の(c)に示すように、内側磁気シールド空洞導体70Aのスリット110Aを開けて外側磁気シールド空洞導体70Bのスリット110Bを閉じた場合は、ドーナツ状プラズマ内のミドル部から周辺部の領域でプラズマ密度が顕著に減少する。   As shown in FIG. 22C, when the slit 110A of the inner magnetic shield cavity conductor 70A is opened and the slit 110B of the outer magnetic shield cavity conductor 70B is closed, the region from the middle portion to the peripheral portion in the donut-shaped plasma is obtained. The plasma density is significantly reduced.

図22の(a)に示すように、内側磁気シールド空洞導体70Aのスリット110Aと外側磁気シールド空洞導体70Bのスリット110Bとを共に開けた場合は、ドーナツ状プラズマ内のミドル部を中心にほぼ全領域にわたってプラズマ密度が幾らか減少する。   As shown in FIG. 22 (a), when the slit 110A of the inner magnetic shield cavity conductor 70A and the slit 110B of the outer magnetic shield cavity conductor 70B are both opened, almost all of the center portion in the donut-shaped plasma is centered. There is some reduction in plasma density over the region.

図21の構成例では、内側磁気シールド空洞導体70Aの各スリット110Aと外側磁気シールド空洞導体70Bの各スリット110Bとを同位相(方位角方向で重なり合う位置)に配置している。一変形例として、図23に示すように、内側磁気シールド空洞導体70Aの各スリット110Aと外側磁気シールド空洞導体70Bの各スリット110Bとを逆位相(方位角方向で重なり合わない位置)に配置することも可能である。   In the configuration example of FIG. 21, the slits 110A of the inner magnetic shield cavity conductor 70A and the slits 110B of the outer magnetic shield cavity conductor 70B are arranged in the same phase (positions that overlap in the azimuth direction). As a modification, as shown in FIG. 23, each slit 110A of the inner magnetic shield cavity conductor 70A and each slit 110B of the outer magnetic shield cavity conductor 70B are arranged in opposite phases (positions that do not overlap in the azimuth direction). It is also possible.

このように、この実施形態においては、内側および外側の磁気シールド空洞導体70A,70Bにそれぞれ設けたスリット110A,110Bの開閉状態を切り替え、あるいはスリット110A,110Bのスリット幅または開口率を可変することで、誘電体窓52近傍の処理空間で生成されるドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度分布を径方向で任意に制御し、ひいてはサセプタ12近傍のプラズマ密度分布を径方向で任意に制御することができる。

[第7の実施形態]
As described above, in this embodiment, the open / close state of the slits 110A and 110B provided in the inner and outer magnetic shield hollow conductors 70A and 70B is switched, or the slit width or aperture ratio of the slits 110A and 110B is changed. Thus, the plasma density distribution in the donut-shaped plasma generated in the processing space near the dielectric window 52 can be arbitrarily controlled in the radial direction, and the plasma density distribution in the vicinity of the susceptor 12 can be arbitrarily controlled in the radial direction. .

[Seventh Embodiment]

本発明の第7の実施形態は、磁気シールド空洞導体70をRFアンテナ54と同軸上の位置で回転運動させるための磁気シールド回転機構120を有する構成を特徴とする。   The seventh embodiment of the present invention is characterized by having a magnetic shield rotating mechanism 120 for rotating the magnetic shield hollow conductor 70 at a position coaxial with the RF antenna 54.

この磁気シールド回転機構120は、図24に示すように、磁気シールド空洞導体70の天井部をアンテナ室72の天板(天井壁)で構成し、筒部70aの上端に接続または一体形成したL形のフランジ部70cをアンテナ室72に取り付けた環状のガイドレール122に係合して、磁気シールド空洞導体70を回転可能に構成している。そして、磁気シールド空洞導体70の筒部70aの内壁にリング状の内歯車124を取り付け、モータ128の回転駆動軸に結合された歯車126を内歯車124に歯合させている。モータ128の回転駆動力により、歯車126,内歯車124を介して磁気シールド空洞導体70を一定の速度で回転運動させることができる。   In this magnetic shield rotating mechanism 120, as shown in FIG. 24, the ceiling portion of the magnetic shield hollow conductor 70 is configured by the top plate (ceiling wall) of the antenna chamber 72, and is connected to or integrally formed with the upper end of the cylindrical portion 70a. The magnetic shield cavity conductor 70 is configured to be rotatable by engaging the annular flange portion 70 c with the annular guide rail 122 attached to the antenna chamber 72. A ring-shaped internal gear 124 is attached to the inner wall of the cylindrical portion 70 a of the magnetic shield cavity conductor 70, and the gear 126 coupled to the rotation drive shaft of the motor 128 is engaged with the internal gear 124. The magnetic shield cavity conductor 70 can be rotated at a constant speed through the gear 126 and the internal gear 124 by the rotational driving force of the motor 128.

この実施形態において、好ましくは、図25に示すように、磁気シールド空洞導体70の筒部70aに方位角方向で所望のサイズ(角度換算でたとえば10°〜60°)を有する切り欠き部130を設けてよい。磁気シールド空洞導体70にこのような切り欠き部130を設けた場合、磁気シールド空洞導体70が静止していれば、RFアンテナ54の周囲に形成されるRF磁界Hに対する磁気シールド空洞導体70の磁場遮蔽効果に方位角方向で偏りが発生し、ひいてはプラズマ密度分布に方位角方向で偏りが発生する。しかし、磁気シールド空洞導体70を回転運動させることで、方位角方向の偏りをキャンセルして平滑化することができる。   In this embodiment, preferably, as shown in FIG. 25, a notch portion 130 having a desired size (for example, 10 ° to 60 ° in terms of angle) in the azimuth direction is formed in the cylindrical portion 70a of the magnetic shield hollow conductor 70. May be provided. When such a notch 130 is provided in the magnetic shield cavity conductor 70, if the magnetic shield cavity conductor 70 is stationary, the magnetic field of the magnetic shield cavity conductor 70 with respect to the RF magnetic field H formed around the RF antenna 54. The shielding effect is biased in the azimuth direction, and the plasma density distribution is biased in the azimuth direction. However, by rotating the magnetic shield cavity conductor 70, the deviation in the azimuth direction can be canceled and smoothed.

この実施形態によれば、切り欠き部130のサイズによって、磁気シールド空洞導体70の磁場遮蔽作用の強弱を調節することが可能であり、磁気シールド空洞導体70の高さ位置を可変するのと同様の効果を得ることができる。

[他の実施形態または変形例]
According to this embodiment, it is possible to adjust the strength of the magnetic field shielding action of the magnetic shield cavity conductor 70 according to the size of the notch 130, which is similar to changing the height position of the magnetic shield cavity conductor 70. The effect of can be obtained.

[Other Embodiments or Modifications]

たとえば上記した第2の実施形態における誘導結合型プラズマ処理装置(図4)においては、磁気シールド空洞導体70の高さ位置を変えると、径方向において磁気シールド空洞導体70の内側と外側とで磁界強度の比(または差)が変わり、磁気シールド空洞導体70の高さ位置を低くするほど、つまりRFアンテナ54との離間距離を小さくするほど、磁界強度の比は大きくなる。   For example, in the inductively coupled plasma processing apparatus (FIG. 4) in the second embodiment described above, when the height position of the magnetic shield cavity conductor 70 is changed, a magnetic field is generated between the inside and the outside of the magnetic shield cavity conductor 70 in the radial direction. The intensity ratio (or difference) changes, and the magnetic field intensity ratio increases as the height position of the magnetic shield cavity conductor 70 decreases, that is, as the distance from the RF antenna 54 decreases.

逆の観点から、図4に示すように、磁気シールド空洞導体70の内側と外側に磁界センサ130,132をそれぞれ配置し、これの磁界センサ130,132の出力信号(磁界強度計測値)Min,Moutを磁気シールド高さ制御部82にフィードバックしてもよい。たとえば、Min,Moutの比が規定値になるように、磁気シールド空洞導体70の高さ位置を調節することも可能である。 From the opposite point of view, as shown in FIG. 4, a magnetic field sensor 130, 132 disposed respectively inside and outside the magnetic shield cavity conductor 70, which output signal of the magnetic field sensor 130, 132 (field strength measurement value) M in , Mout may be fed back to the magnetic shield height controller 82. For example, the height position of the magnetic shield cavity conductor 70 can be adjusted so that the ratio of M in and M out becomes a specified value.

また、磁気シールド空洞導体70にスリット110を設け、モータ等のアクチエータを用いてスリットの幅または開口率を任意に可変制御できるように構成した場合は、磁界センサ130,132の出力信号(磁界強度計測値)Min,Moutを開口率制御部にフィードバックし、Min,Moutの比が規定値になるように開口率を制御することもできる。 In addition, when the slit 110 is provided in the magnetic shield cavity conductor 70 and the width or the aperture ratio of the slit can be arbitrarily variably controlled using an actuator such as a motor, the output signals (magnetic field strength) of the magnetic field sensors 130 and 132 are used. It is also possible to feed back the measured values M in and M out to the aperture ratio control unit and control the aperture ratio so that the ratio of M in and M out becomes a specified value.

図26Aおよび図26Bに、磁気シールド空洞導体70の構造に関する一実施例を示す。この磁気シールド空洞導体70は、断面コ字状の上部保持リング134Hおよび下部保持リング134Lを平行に対向させて、両保持リング134H,134Lの間に上下方向で伸縮可能な円筒状金属メッシュ136を設けたものである。かかる構成においては、上部保持リング134Hと下部保持リング134Lとの間隔を任意に変え、磁気シールド空洞導体70の空洞長を可変することができる。   26A and 26B show an embodiment relating to the structure of the magnetic shield cavity conductor 70. FIG. The magnetic shield cavity conductor 70 has an upper holding ring 134H and a lower holding ring 134L having a U-shaped cross section facing each other in parallel, and a cylindrical metal mesh 136 that can be expanded and contracted in the vertical direction between the holding rings 134H and 134L. It is provided. In such a configuration, the space between the upper holding ring 134H and the lower holding ring 134L can be arbitrarily changed, and the cavity length of the magnetic shield cavity conductor 70 can be varied.

また、図27Aおよび図27Bに示すように、一変形例として、円筒状金属メッシュを短冊状の導体板138で構成することも可能である。   Further, as shown in FIGS. 27A and 27B, as a modification, a cylindrical metal mesh may be formed of a strip-shaped conductor plate 138.

図28に示すように、磁気シールド空洞導体70の形体に関する一実施例として、ドーム形状も可能である。   As shown in FIG. 28, a dome shape is possible as an example of the configuration of the magnetic shield cavity conductor 70.

上述した実施形態における誘導結合型プラズマエッチング装置の構成は一例であり、プラズマ生成機構の各部はもちろん、プラズマ生成に直接関係しない各部の構成も種種の変形が可能である。   The configuration of the inductively coupled plasma etching apparatus in the above-described embodiment is an example, and various modifications can be made to the configuration of each part not directly related to plasma generation as well as each part of the plasma generation mechanism.

たとえば、RFアンテナおよび補正アンテナの基本形態として、平面形以外のタイプたとえばドーム形等も可能である。平面形またはドーム形において、磁気シールド空洞導体の開口径をRFアンテナの内径より小さくし、あるいはRFアンテナの外径より大きくする構成も可能である。   For example, as a basic form of the RF antenna and the correction antenna, a type other than the planar shape, such as a dome shape, is possible. In the planar shape or the dome shape, the opening diameter of the magnetic shield cavity conductor may be smaller than the inner diameter of the RF antenna or larger than the outer diameter of the RF antenna.

また、矩形の被処理基板に対するチャンバ構造、矩形のRFアンテナ構造、角筒形の磁気シールド空洞導体構造も可能である。   Further, a chamber structure for a rectangular substrate, a rectangular RF antenna structure, and a rectangular cylindrical magnetic shield hollow conductor structure are also possible.

処理ガス供給部においてチャンバ10内に天井から処理ガスを導入する構成も可能であり、サセプタ12に直流バイアス制御用の高周波RFLを印加しない形態も可能である。一方で、複数のRFアンテナまたはアンテナ・セグメントを使用し、複数の高周波電源または高周波給電系統によりそれら複数RFアンテナ(またはアンテナ・セグメント)にプラズマ生成用の高周波電力をそれぞれ個別に供給する方式のプラズマ装置にも本発明は適用可能である。 A configuration in which the processing gas is introduced into the chamber 10 from the ceiling in the processing gas supply unit is also possible, and a configuration in which the high frequency RF L for DC bias control is not applied to the susceptor 12 is also possible. On the other hand, a plasma using a plurality of RF antennas or antenna segments and individually supplying high-frequency power for generating plasma to the plurality of RF antennas (or antenna segments) from a plurality of high-frequency power sources or high-frequency power supply systems. The present invention can also be applied to an apparatus.

なお、チャンバ10内に天井から処理ガスを導入する場合は、磁気シールド空洞導体70にガス管を通すための貫通孔または開口部が設けられる。   In addition, when processing gas is introduced into the chamber 10 from the ceiling, a through hole or an opening for allowing the gas pipe to pass through the magnetic shield cavity conductor 70 is provided.

さらに、本発明による誘導結合型のプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法は、プラズマエッチングの技術分野に限定されず、プラズマCVD、プラズマ酸化、プラズマ窒化、スパッタリングなどの他のプラズマプロセスにも適用可能である。また、本発明における被処理基板は半導体ウエハに限るものではなく、フラットパネルディスプレイ用の各種基板や、フォトマスク、CD基板、プリント基板等も可能である。   Furthermore, the inductively coupled plasma processing apparatus or plasma processing method according to the present invention is not limited to the technical field of plasma etching, and can be applied to other plasma processes such as plasma CVD, plasma oxidation, plasma nitridation, and sputtering. . Further, the substrate to be processed in the present invention is not limited to a semiconductor wafer, and various substrates for flat panel displays, photomasks, CD substrates, printed substrates, and the like are also possible.

Claims (25)

天井に誘電体の窓を有する真空排気可能な処理容器と、
前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のRFアンテナと、
前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、
前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記RFアンテナに供給する高周波給電部と、
前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、前記RFアンテナの上で開口端を下に向けて磁気を遮蔽する磁気シールド空洞導体と
を有するプラズマ処理装置。
A processing vessel having a dielectric window on the ceiling and capable of being evacuated;
A coiled RF antenna disposed on the dielectric window;
A substrate holding unit for holding a substrate to be processed in the processing container;
A processing gas supply unit for supplying a desired processing gas into the processing container in order to perform a desired plasma processing on the substrate;
A high-frequency power feeding unit that supplies high-frequency power having a frequency suitable for high-frequency discharge of the processing gas to the RF antenna in order to generate plasma of the processing gas by inductive coupling in the processing container;
A plasma processing apparatus comprising: a magnetic shield cavity conductor that shields magnetism with an open end facing down on the RF antenna in order to control a plasma density distribution on the substrate in the processing container.
前記磁気シールド空洞導体は、天井部が塞がった筒状またはドーム状の形体を有する、請求項1に記載のプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the magnetic shield hollow conductor has a cylindrical or dome-shaped shape with a ceiling portion closed. 前記磁気シールド空洞導体は、前記RFアンテナの上に設けられる大気圧空間のアンテナ室に収容され、
前記アンテナ室の天井壁が前記磁気シールド空洞導体の天井部を構成する、
請求項1または請求項2に記載のプラズマ処理装置。
The magnetic shield cavity conductor is accommodated in an antenna room of an atmospheric pressure space provided on the RF antenna,
The ceiling wall of the antenna room constitutes the ceiling of the magnetic shield cavity conductor;
The plasma processing apparatus according to claim 1 or 2.
前記磁気シールド空洞導体は、その開口端が方位角方向に沿って前記RFアンテナと一定の距離を隔てるように配置される、請求項1〜3のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the magnetic shield cavity conductor is disposed such that an opening end thereof is spaced apart from the RF antenna along a azimuth direction by a certain distance. 前記磁気シールド空洞導体は、前記RFアンテナに対して同軸に配置され、その開口端が径方向において前記RFアンテナの内周と外周との間に位置するような開口径を有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。   The magnetic shield cavity conductor is disposed coaxially with respect to the RF antenna, and has an opening diameter such that an opening end thereof is positioned between an inner periphery and an outer periphery of the RF antenna in a radial direction. 5. The plasma processing apparatus according to claim 4. 前記磁気シールド空洞導体は、前記RFアンテナに対してその開口径を可変できる、請求項1〜5のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the magnetic shield cavity conductor has a variable opening diameter with respect to the RF antenna. 前記磁気シールド空洞導体に、前記高周波給電部からの高周波電流を前記RFアンテナに流すRF給電導体を通すための第1の貫通孔が設けられている、請求項1〜6のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。   The 1st through-hole for letting the RF electric power feeding conductor which flows the high frequency electric current from the said high frequency electric power feeding part to the said RF antenna is provided in the said magnetic shield hollow conductor in any one of Claims 1-6. The plasma processing apparatus as described. 前記磁気シールド空洞導体に、前記処理ガス供給部からの処理ガスを前記処理容器内に供給するガス管を通すための第2の貫通孔が設けられている、請求項1〜7のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。   8. The second through hole for passing a gas pipe for supplying a processing gas from the processing gas supply unit into the processing container is provided in the magnetic shield cavity conductor. The plasma processing apparatus according to item. 前記磁気シールド空洞導体に、縦方向に延びるスリットが方位角方向に所望の間隔を空けて多数設けられている、請求項1〜8のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein a plurality of slits extending in a vertical direction are provided in the magnetic shield cavity conductor at a desired interval in an azimuth direction. 前記スリットを開閉するためのシャッタを有する、請求項9記載のプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 9, further comprising a shutter for opening and closing the slit. 前記スリットの開口部分の幅を可変するための開口率調節部を有する、請求項9に記載のプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 9, further comprising an aperture ratio adjusting unit for changing a width of an opening portion of the slit. 前記磁気シールド空洞導体の内側および外側の磁界強度をそれぞれ測定するための第1および第2の磁界強度測定部を有し、前記第1および第2の磁界強度測定部でそれぞれ得られる第1および第2の磁界強度計測値を前記開口率制御部にフィードバックして、前記第1の磁界強度計測値と前記第2の磁界強度計測値との比が規定値になるように、前記スリットの開口部分の幅を制御する、請求項11に記載のプラズマ処理装置。   First and second magnetic field strength measuring units for measuring the magnetic field strength inside and outside the magnetic shield hollow conductor, respectively, and obtained by the first and second magnetic field strength measuring units, respectively. The second magnetic field strength measurement value is fed back to the aperture ratio control unit so that the ratio of the first magnetic field strength measurement value and the second magnetic field strength measurement value becomes a specified value. The plasma processing apparatus according to claim 11, wherein the width of the portion is controlled. 前記RFアンテナと前記磁気シールド空洞導体との離間距離を可変制御するアンテナ−磁気シールド間隔制御部を有する、請求項1〜12のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 1, further comprising an antenna-magnetic shield interval control unit that variably controls a separation distance between the RF antenna and the magnetic shield hollow conductor. 前記磁気シールド空洞導体の内側および外側の磁界強度をそれぞれ測定するための第1および第2の磁界強度測定部を有し、前記第1および第2の磁界強度測定部でそれぞれ得られる第1および第2の磁界強度計測値を前記アンテナ−磁気シールド間隔制御部にフィードバックして、前記第1の磁界強度計測値と前記第2の磁界強度計測値との比が規定値になるように、前記RFアンテナと前記磁気シールド空洞導体との離間距離を制御する、請求項13に記載のプラズマ処理装置。   First and second magnetic field strength measuring units for measuring the magnetic field strength inside and outside the magnetic shield hollow conductor, respectively, and obtained by the first and second magnetic field strength measuring units, respectively. The second magnetic field strength measurement value is fed back to the antenna-magnetic shield interval control unit so that the ratio between the first magnetic field strength measurement value and the second magnetic field strength measurement value becomes a specified value. The plasma processing apparatus according to claim 13, wherein a separation distance between an RF antenna and the magnetic shield hollow conductor is controlled. 前記磁気シールド空洞導体を前記RFアンテナと同軸上の位置で回転運動させるための磁気シールド回転機構を有する、請求項1〜14のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 1, further comprising: a magnetic shield rotating mechanism for rotating the magnetic shield hollow conductor at a position coaxial with the RF antenna. 前記磁気シールド空洞導体が、静止状態で方位角方向のプラズマ密度分布に偏りを与える切り欠き部を有する、請求項15に記載のプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 15, wherein the magnetic shield cavity conductor has a notch portion that biases the plasma density distribution in the azimuth direction in a stationary state. 天井に誘電体の窓を有する真空排気可能な処理容器と、
前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のRFアンテナと、
前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、
前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記RFアンテナに供給する高周波給電部と、
前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、前記RFアンテナの上でそれぞれ異なる口径の開口端を下に向けて磁気を遮蔽する複数の磁気シールド空洞導体と
を有するプラズマ処理装置。
A processing vessel having a dielectric window on the ceiling and capable of being evacuated;
A coiled RF antenna disposed on the dielectric window;
A substrate holding unit for holding a substrate to be processed in the processing container;
A processing gas supply unit for supplying a desired processing gas into the processing container in order to perform a desired plasma processing on the substrate;
A high-frequency power feeding unit that supplies high-frequency power having a frequency suitable for high-frequency discharge of the processing gas to the RF antenna in order to generate plasma of the processing gas by inductive coupling in the processing container;
In order to control the plasma density distribution on the substrate in the processing container, the plasma processing includes: a plurality of magnetic shield hollow conductors that shield the magnetism with the opening ends having different diameters facing down on the RF antenna. apparatus.
前記複数の磁気シールド空洞導体の各々が、天井部が塞がった筒状またはドーム状の形体を有する、請求項17に記載のプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 17, wherein each of the plurality of magnetic shield hollow conductors has a cylindrical or dome-shaped shape with a ceiling portion closed. 前記複数の磁気シールド空洞導体は、前記RFアンテナの上に設けられる大気圧空間のアンテナ室に収容され、
前記アンテナ室の天井壁が少なくとも1つの前記磁気シールド空洞導体の天井部を構成する、
請求項17または請求項18に記載のプラズマ処理装置。
The plurality of magnetic shield hollow conductors are accommodated in an antenna room of an atmospheric pressure space provided on the RF antenna,
The ceiling wall of the antenna chamber constitutes the ceiling of at least one magnetic shield cavity conductor;
The plasma processing apparatus according to claim 17 or claim 18.
前記複数の磁気シールド空洞導体は、前記RFアンテナに対して同軸で、互いに同心状に配置され、それぞれの開口端が径方向において前記RFアンテナの内周と外周との間に位置するような開口径を有する、請求項17〜19のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。   The plurality of magnetic shield hollow conductors are coaxial with the RF antenna and are arranged concentrically with each other, and each open end is positioned between the inner periphery and the outer periphery of the RF antenna in the radial direction. The plasma processing apparatus as described in any one of Claims 17-19 which has a diameter. 前記RFアンテナに対する前記複数の磁気シールド空洞導体の離間距離を各々独立に可変制御するアンテナ−磁気シールド間隔制御部を有する、請求項15〜17のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to any one of claims 15 to 17, further comprising an antenna-magnetic shield interval control unit that variably controls the separation distances of the plurality of magnetic shield hollow conductors from the RF antenna. 前記複数の磁気シールド空洞導体の各々に、縦方向に延びるスリットが方位角方向に所望の間隔を空けて多数設けられている、請求項17〜21のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to any one of claims 17 to 21, wherein a plurality of slits extending in a vertical direction are provided in each of the plurality of magnetic shield hollow conductors at a desired interval in an azimuth direction. 前記スリットを開閉するためのシャッタを有する、請求項22に記載のプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 22, further comprising a shutter for opening and closing the slit. 前記スリットの開口部分の幅を可変するための開口率調節部を有する、請求項22に記載のプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 22, further comprising an aperture ratio adjustment unit configured to change a width of an opening portion of the slit. 前記複数の磁気シールド空洞導体に前記スリットが同数設けられている、請求項22〜24のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to any one of claims 22 to 24, wherein the same number of slits are provided in the plurality of magnetic shield hollow conductors.
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