JP2016046357A - Plasma processing device - Google Patents

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真一 磯崎
Shinichi Isozaki
真一 磯崎
政士 森
Masashi Mori
政士 森
賢悦 横川
Kenetsu Yokogawa
賢悦 横川
洋輔 酒井
Yosuke Sakai
洋輔 酒井
尊久 橋本
Takahisa Hashimoto
尊久 橋本
昭 平田
Akira Hirata
昭 平田
拓 岩瀬
Taku Iwase
拓 岩瀬
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma processing device which enables the increase in process yield.SOLUTION: A plasma processing device comprises: a first RF power source which is electrically connected to an upper electrode opposed to an upper surface of a sample holder disposed in a process chamber and serving to form an electric field for forming plasma in the process chamber and which outputs a first high frequency power; a second RF power source which is connected to a lower electrode disposed in the sample holder, and supplied with a second high frequency power of a frequency lower than the first high frequency power while a sample is processed, and which supplies the second high frequency power through a biasing power-supply path; and a conducting plate arranged to surround the outer periphery of the lower electrode with an insulator layer sandwiched between the lower electrode and itself, facing the plasma on an outer peripheral side of the sample holder, and set at an earth potential. A current of the first high frequency power flows along a circuit running from the upper electrode, via the sample holder upper surface, the conductor plate, a member making an inner side wall face of the process chamber and then, back to the RF power source.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、真空容器内部の処理室内に配置された試料台上に載せられ吸着された半導体ウエハ等の処理対象の試料を当該処理室内に形成したプラズマを用いて処理して半導体デバイスを製造するプラズマ処理装置に係り、特に試料表面に予め形成されたシリコンやシリコン酸化膜等の半導体や誘電体製の材料から構成された膜構造を当該試料台内部の電極に高周波域の電力を供給してバイアス電位を形成しつつ所望の形状にエッチングするプラズマ処理装置に関する。
The present invention manufactures a semiconductor device by processing a sample to be processed such as a semiconductor wafer placed on and adsorbed on a sample table disposed in a processing chamber inside a vacuum vessel using plasma formed in the processing chamber. The present invention relates to a plasma processing apparatus. In particular, a film structure made of a semiconductor or dielectric material such as silicon or silicon oxide film formed in advance on a sample surface is supplied with high-frequency power to an electrode inside the sample table. The present invention relates to a plasma processing apparatus that performs etching into a desired shape while forming a bias potential.

上記のように半導体ウエハ等の基板状の試料に対してエッチング等の処理を行うプラズマ処理装置では、真空容器に連結されたターボ分子ポンプ等の真空ポンプを含む真空排気手段により真空容器内部に配置された処理室内を排気しつつ当該処理室内にプラズマを形成して試料の処理に用いられる処理用のガスを導入し、当該ガスを処理室内に供給した電界または磁界を用いて励起してプラズマ化し、試料の表面に予め配置された膜構造の樹脂製のレジストや酸化物等によるマスク以外の処理対象の膜をエッチングすることで所望の形状に加工することが行われる。プラズマを生成する構成としては、一般的に、誘導結合によるものや電子サイクロトロン共鳴或いは平行に配置された平板間での容量結合によるもの(マグネトロン方式含む)が主に用いられている。
In the plasma processing apparatus that performs processing such as etching on a substrate-like sample such as a semiconductor wafer as described above, the plasma processing apparatus is arranged inside the vacuum container by a vacuum exhaust means including a vacuum pump such as a turbo molecular pump connected to the vacuum container. A plasma is formed in the processing chamber while evacuating the processed chamber, a processing gas used for processing the sample is introduced, and the gas is excited by using an electric field or a magnetic field supplied into the processing chamber to be converted into plasma. Then, the film to be processed is processed into a desired shape by etching a film other than a resin resist or oxide mask having a film structure arranged in advance on the surface of the sample. As a configuration for generating plasma, in general, an inductive coupling, an electron cyclotron resonance, or a capacitive coupling between flat plates arranged in parallel (including a magnetron system) is mainly used.

誘導結合によるプラズマの生成には、主に13.56MHzの電界が用いられ、電子サイクロトロン共鳴によるものでは、2.45GHzのマイクロ波の電界が主に用いられる。また、これらの誘導結合方式および電子サイクロトロン共鳴方式では、プラズマの生成とは別に試料の表面へプラズマ中のイオンを誘引してエッチングの処理を促進するため高周波(RF)帯の電界が試料またはこれが載置される試料台の内部の電極に印加し、当該RF電力の大きさを調節して試料上方に形成されるバイアス電位の値を調節し試料の表面へ入射するイオンのエネルギーを所望のものに制御することで加工の形状を所期のものに近付けることが実施されてきた。
For the generation of plasma by inductive coupling, an electric field of 13.56 MHz is mainly used, and in the case of electron cyclotron resonance, a microwave electric field of 2.45 GHz is mainly used. Further, in these inductive coupling method and electron cyclotron resonance method, in addition to the generation of plasma, the ions in the plasma are attracted to the surface of the sample to accelerate the etching process, so that an electric field in the radio frequency (RF) band is applied to the sample or this. Apply to the electrode inside the sample table to be placed, adjust the RF power, adjust the value of the bias potential formed above the sample, and adjust the energy of ions incident on the sample surface. It has been practiced that the shape of the processing is brought close to the intended one by controlling to.

一方、平行平板によるものでは、従来からプラズマの生成に13.56MHzの電界が用いられてきたが、近年では、プラズマ密度の向上と低圧力域でのプラズマ生成を可能とするために、VHF帯(30MHz〜300MHz)の電界が用いられるようになってきた。さらに、試料表面への入射イオンのエネルギーを独立に制御するRF帯の電磁波もプラズマ生成とは別に用いられるようになってきた。
On the other hand, in the case of the parallel plate, an electric field of 13.56 MHz has been conventionally used for plasma generation. However, in recent years, in order to improve plasma density and enable plasma generation in a low pressure region, the VHF band is used. An electric field of (30 MHz to 300 MHz) has been used. Furthermore, electromagnetic waves in the RF band that independently control the energy of ions incident on the sample surface have been used separately from plasma generation.

上記のバイアス電位を形成して入射イオンのエネルギーを調節するために供給される電界の周波数は、従来から数百kHzから数MHzが用いられてきた。このようなバイアス電位形成のための電界の周波数も、入射イオンのエネルギー制御性の観点からMHz帯以上のものが用いられる傾向にある。
Conventionally, the frequency of an electric field supplied to adjust the energy of incident ions by forming the bias potential has been several hundred kHz to several MHz. The frequency of the electric field for forming such a bias potential also tends to be used in the MHz band or higher from the viewpoint of energy controllability of incident ions.

このようなプラズマ処理装置では、一般的に処理中の試料の温度を加工に適切な範囲に調節するため、その温度が所定の範囲された試料台の上部の試料載置面を構成する誘電体製の膜上に試料を静電気力により静電吸着する膜状の電極が誘電体製の膜内に配置される。さらに、吸着された試料の裏面と上記載置面との間の空間に両者の熱伝達を促進するためにHe等の熱伝達用のガスが載置面から供給される。
In such a plasma processing apparatus, in general, in order to adjust the temperature of the sample being processed to an appropriate range for processing, the dielectric constituting the sample mounting surface of the upper part of the sample stage where the temperature is in a predetermined range A film-like electrode for electrostatically adsorbing the sample by electrostatic force is disposed on the dielectric film. Further, heat transfer gas such as He is supplied from the mounting surface to the space between the back surface of the adsorbed sample and the mounting surface described above in order to promote heat transfer between the two.

さらには、試料台の温度は当該試料台を構成する金属製の円板または円筒状の基材の内部に同心円或いは螺旋状に配置された流路内部にその温度を所定の範囲の相対にされた冷媒が供給され循環されることで行われるものが従来より知られている。また、冷媒による試料の温度の調節に加えて、試料台の上部に配置されたヒータからの加熱を用いることも従来から行われている。
Furthermore, the temperature of the sample stage is set to a relative value within a predetermined range inside the flow path arranged concentrically or spirally inside the metal disk or cylindrical base material constituting the sample stage. Conventionally, what is performed by supplying and circulating the refrigerant is known. Further, in addition to adjusting the temperature of the sample with the refrigerant, it has been conventionally performed to use heating from a heater disposed on the upper part of the sample stage.

このような従来技術の例としては、特開2006−114767号公報(特許文献1)や特開2011−258614号公報(特許文献2)に記載のものが知られていた。特許文献1では、アルニミウム製の円筒状の真空チャンバ内のプラズマ処理室内に配置され半導体ウエハWをその上面である載置面上に支持する支持テーブルを有し、支持テーブルの載置面には半導体ウエハWを吸着するために絶縁体の間に電極を配置して構成された静電チャックが備えられて、電極に直流電源からの電圧が印加されてクーロン力により半導体ウエハWが絶縁体上に吸着される。
As an example of such a prior art, the thing of Unexamined-Japanese-Patent No. 2006-114767 (patent document 1) and Unexamined-Japanese-Patent No. 2011-258614 (patent document 2) was known. In patent document 1, it has the support table arrange | positioned in the plasma processing chamber in the cylindrical vacuum chamber made from aluminum, and supports the semiconductor wafer W on the mounting surface which is the upper surface, An electrostatic chuck having electrodes arranged between insulators for adsorbing the semiconductor wafer W is provided, and a voltage from a DC power source is applied to the electrodes so that the semiconductor wafer W is placed on the insulator by Coulomb force. To be adsorbed.

さらに、支持テーブル内には冷媒を循環させるための冷媒流路と冷媒と半導体ウエハWとの間の熱伝達の効率を良くするためのHeガスを半導体ウエハWの裏面に供給するガス導入機構が備えられている。さらには、支持テーブルには高周波電源が電気的に接続され13.56〜150MHzの範囲の高周波電力が供給されとともに、プラズマ中のイオンを引き込むためのバイアス電位形成のための500KHz〜13.56MHzの範囲の高周波電力を供給する高周波電源が電気的に接続されている。さらにまた、本従来技術では、支持テーブルの外周側面から外側のプラズマ処理室内部の空間に向かって延在して支持テーブルを囲んで配置された遮蔽板を備えており、この遮蔽板は支持テーブル上方の処理室内のプラズマが支持テーブルの下方の下流側の空間に向って拡散することを抑止するために設置されている。
Further, in the support table, there is a refrigerant flow path for circulating the refrigerant, and a gas introduction mechanism for supplying He gas for improving the efficiency of heat transfer between the refrigerant and the semiconductor wafer W to the back surface of the semiconductor wafer W. Is provided. Furthermore, a high frequency power source is electrically connected to the support table, high frequency power in the range of 13.56 to 150 MHz is supplied, and 500 KHz to 13.56 MHz for forming a bias potential for drawing ions in the plasma. A high frequency power supply for supplying a range of high frequency power is electrically connected. Furthermore, in the present prior art, a shielding plate is provided that extends from the outer peripheral side surface of the support table toward the space inside the plasma processing chamber outside and surrounds the support table. It is installed to prevent the plasma in the upper processing chamber from diffusing toward the downstream space below the support table.

特開2006−114767号公報JP 2006-114767 A

上記の従来技術は、以下の点について考慮が不十分であったため問題が生じていた。すなわち、特許文献1において、処理室内にプラズマを生成する場合、プラズマの形成用の高周波電源から出力されて処理室内に供給された高周波の電力により、処理室内には試料台の上方の処理室上部に配置された平板状のアンテナまたは電極と試料台とを介して接地されたプラズマの形成用の高周波電源との間に電流が流れる等価的な回路が形成されることになる。
The prior art described above has a problem due to insufficient consideration of the following points. That is, in Patent Document 1, when plasma is generated in a processing chamber, high-frequency power output from a high-frequency power source for plasma formation and supplied into the processing chamber causes the processing chamber to have an upper portion of the processing chamber above the sample stage. Thus, an equivalent circuit is formed in which a current flows between the flat antenna or electrode disposed on the substrate and the high-frequency power source for forming plasma grounded through the sample stage.

このような高周波の電流は、アンテナや上部の電極の下方に一般的に配置される処理用のガスを分散するための導体または半導体のシャワープレート5およびプラズマ11を介して試料台上の試料或いは試料台の導体製の側壁や基材を通してバイアス電位形成用の高周波電源を通ってアースに流れると回路上等価的に考えることができる。一方、上記静電吸着用の電極やヒータに電力を供給する電源の一端が電気的にアースと接続されているか或いは接地されている場合には、上記処理室内に供給されたプラズマ形成用の電力のうちの一部は、試料台に配置された膜状の静電吸着用の電極やヒータ及びこれらとコネクタを介して試料台下方に配置されこれらに電気的に接続された給電用の配線や経路を通って、上記静電吸着用の電極やヒータ用の電源を通りアースへ流入する。
Such a high-frequency current is generated by a sample on a sample table or a semiconductor or a semiconductor shower plate 5 and a plasma 11 for dispersing a processing gas generally disposed below an antenna or an upper electrode. It can be considered equivalent on a circuit that it flows to the ground through a high-frequency power source for forming a bias potential through a conductor side wall or base material of the sample stage. On the other hand, when one end of a power source for supplying power to the electrostatic adsorption electrode or heater is electrically connected to the ground or grounded, the plasma forming power supplied to the processing chamber is supplied. Some of the electrodes are a film-like electrostatic adsorption electrode or heater arranged on the sample stage, and a power supply wiring or the like arranged below the sample stage via these and a connector and electrically connected thereto. Through the path, it flows into the ground through the electrode for electrostatic adsorption and the power supply for the heater.

このような給電経路へのプラズマの形成用の高周波電力の電流(以下、高周波電流)は、当該高周波電力に対して低域通過フィルタや高周波電力整合器を含む給電経路全体での入力インピーダンスを十分高く設定することで抑制することができる。しかしながら、プラズマ形成用の高周波電力にVHF帯域以上の高い周波帯のものを用いる場合には、各回路内や接続ケーブルの寄生容量や寄生インダクタンスが大きく影響してしまい、プラズマ形成用の高周波電力による高周波電流を安定して抑制できるだけの十分高い入力インピーダンスを実現することが困難となってしまう。
The current of the high-frequency power for forming plasma in such a power supply path (hereinafter referred to as high-frequency current) has sufficient input impedance in the entire power supply path including the low-pass filter and the high-frequency power matching unit with respect to the high-frequency power. It can be suppressed by setting it high. However, when a high frequency power higher than the VHF band is used as the high frequency power for plasma formation, the parasitic capacitance and parasitic inductance of each circuit and connection cable are greatly affected, and the high frequency power for plasma formation It becomes difficult to realize a sufficiently high input impedance that can stably suppress the high-frequency current.

例えば、電極と低域通過フィルタとを接続するケーブルとして同軸ケーブルを用いた場合、一例ではそのケーブルの長さが10cm程度でもケーブル芯線とシールド線間の静電容量がおよび10pF程度の大きさを有しているため、200MHz前後のVHF帯の電流に対しに対しては約80Ω程度の対アース間インピーダンスとなってしまう。さらに、低域通過フィルタ内の寄生インピーダンスも影響してしまう。このため、このようなケーブルを用いた給電経路における入力インピーダンスは、その経路上に配置された素子の特性、定数や配線の長さのバラツキの影響で大きく変動してしまうことになる。
For example, when a coaxial cable is used as a cable connecting the electrode and the low-pass filter, in one example, even if the length of the cable is about 10 cm, the capacitance between the cable core wire and the shield line is about 10 pF. Therefore, for a current in the VHF band around 200 MHz, the impedance between the ground and the ground is about 80Ω. Furthermore, the parasitic impedance in the low-pass filter is also affected. For this reason, the input impedance in the power supply path using such a cable greatly varies due to the influence of variations in characteristics, constants, and wiring lengths of elements arranged on the path.

このような経路を通り流れて回路を構成するプラズマ形成用の高周波電源からの電力は、その電極からアースまでの経路上における上記の入力インピーダンスのバラツキの影響により変動してしまい、この変動によりプラズマの形成に投入される電力に変動が生じることなる。このようなプラズマの形成に用いられる電力の変動は、試料を処理する条件の再現性を低下させ処理後に得られる加工後の形状の変動を大きくしてしまったり、或いはプラズマ処理装置の間での性能差(所謂、機差)を大きくしてしまい、処理の歩留まりや装置の信頼性を損なってしまっていたことについて、上記従来技術では考慮されていなかった。
The power from the high-frequency power source for plasma formation that flows through such a path and constitutes the circuit fluctuates due to the influence of the above-described input impedance variation on the path from the electrode to the ground, and this fluctuation causes the plasma to There will be fluctuations in the power input to the formation of. Such fluctuations in the power used to form the plasma reduce the reproducibility of the conditions for processing the sample and increase the variation in the processed shape obtained after processing, or between plasma processing apparatuses. The prior art has not taken into account that the performance difference (so-called machine difference) is increased and the processing yield and the reliability of the apparatus are impaired.

本発明の目的は、処理の歩留まりを向上させたプラズマ処理装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus with improved processing yield.

上記の目的は、真空容器内部に配置された処理室と、この処理室内部に配置されその上面に処理対象の試料が載置される試料台と、この試料台上方に配置され前記試料台の上面に対向して配置され当該処理室内にプラズマを形成するための電界を供給する上部電極と、この上部電極と電気的に接続され前記電界を形成するための第一の高周波電力を出力する第一の高周波電源と、前記試料台内部に配置され前記試料の処理中に前記第一の高周波電力より低い周波数の第二の高周波電力が供給される下部電極と、この下部電極と接続されバイアス用給電経路を介して前記第二の高周波電力を供給する第二の高周波電源と、前記試料台の上部に配置され前記載置面を構成する誘電体製の膜の内部に配置され前記下部電極の内部に配置された静電吸着用給電経路を介して直流電力が供給される静電吸着用の電極と、前記絶縁層を挟んで前記下部電極の外周囲を囲んで配置され前記試料台の外周側でプラズマと面するとともに接地電位にされた導電板とを備え、前記絶縁層は前記第一の高周波電力について前記バイアス用給電経路及び静電吸着用給電経路のインピーダンスより小さなインピーダンスを有し、前記第一の高周波電力の電流が前記上部電極から前記試料台上面を介し前記導体板から前記処理室の内側壁面を構成する部材を通り前記高周波電源に戻る回路を流れるプラズマ処理装置により達成される。
The purpose of the above is to provide a processing chamber disposed inside the vacuum vessel, a sample table disposed in the processing chamber and on which a sample to be processed is placed, and a sample table disposed above the sample table. An upper electrode disposed opposite to the upper surface and supplying an electric field for forming plasma in the processing chamber, and a first high-frequency electric power that is electrically connected to the upper electrode and forms the electric field is output. A high frequency power source, a lower electrode disposed inside the sample stage and supplied with a second high frequency power having a frequency lower than the first high frequency power during the processing of the sample, and connected to the lower electrode for bias A second high-frequency power source for supplying the second high-frequency power via a power supply path; and a dielectric film disposed on an upper portion of the sample table and constituting the mounting surface. Electrostatic absorption placed inside An electrode for electrostatic adsorption to which direct current power is supplied through a power feeding path, and an outer periphery of the lower electrode with the insulating layer interposed therebetween, is arranged to face the plasma and to be grounded on the outer peripheral side of the sample stage And the insulating layer has an impedance smaller than that of the bias feeding path and the electrostatic attraction feeding path for the first high-frequency power, and the current of the first high-frequency power Is achieved by a plasma processing apparatus that flows from the upper electrode through the upper surface of the sample stage through the member that forms the inner wall surface of the processing chamber from the conductive plate to the high-frequency power source.

本発明により、プラズマ生成用電磁波は、被加工試料台側面から導体板を介して真空容器壁に流入する回路が形成され、被加工試料台部に接続される各種機能部の影響を少なくすることができる。これにより、被加工試料台部に接続される各種機能部の特性差によるプラズマ生成の変動を抑制し、再現性の低下や装置間差の発生を抑制することが可能となる。
According to the present invention, the plasma generating electromagnetic wave is formed with a circuit that flows into the vacuum vessel wall from the side surface of the sample stage to be processed through the conductor plate, thereby reducing the influence of various functional parts connected to the sample stage portion to be processed. Can do. As a result, it is possible to suppress fluctuations in plasma generation due to differences in the characteristics of various functional units connected to the sample stage to be processed, and to suppress deterioration in reproducibility and differences between apparatuses.

本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。It is a longitudinal section showing an outline of composition of a plasma treatment apparatus concerning an example of the present invention typically. 図1に示す実施例の試料台の側壁の遮蔽板の近傍を拡大して示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which expands and shows the vicinity of the shielding board of the side wall of the sample stand of the Example shown in FIG. 本願発明の比較例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows typically the outline of the structure of the plasma processing apparatus which concerns on the comparative example of this invention. 図1に示す実施例におけるプラズマ形成用の高周波電流の流れを模式的に示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows typically the flow of the high frequency current for plasma formation in the Example shown in FIG. 図1に示す実施例の変形例の構成の概略を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the outline of a structure of the modification of the Example shown in FIG. 図1に示す実施例の別の変形例の構成の概略を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the outline of a structure of another modification of the Example shown in FIG. 図1に示す実施例のさらに別の変形例の構成の概略を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the outline of a structure of another modification of the Example shown in FIG. 図1に示す実施例のさらに別の変形例の構成の概略を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the outline of a structure of another modification of the Example shown in FIG. 図1に示す実施例のさらに別の変形例の構成の概略を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the outline of a structure of another modification of the Example shown in FIG. 図1に示す実施例のさらに別の変形例の構成の概略を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the outline of a structure of another modification of the Example shown in FIG.

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明の実施例を図1,2,4を用いて説明する。図1は、本発明におけるプラズマ処理装置を示す。まず、図1における装置構成を説明する。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a plasma processing apparatus according to the present invention. First, the apparatus configuration in FIG. 1 will be described.

図1に係るプラズマ処理装置は、ソレノイドコイルである電磁コイル1を用いた有磁場平行平板型のプラズマ処理装置である。本実施例のプラズマ処理装置は、真空容器10とその上方に配置され真空容器10内部の空間であり処理対象の試料が載置され処理用のガスが供給されてプラズマが内部に形成される処理室とを有し、真空容器10の上方に配置されて処理室の内部にプラズマを形成するための電界または磁界を生成する装置であるプラズマ形成部と、真空容器10の下部と連結され処理室内部を排気して減圧するターボ分子ポンプ等の真空ポンプを含む排気装置とを備えている。
The plasma processing apparatus according to FIG. 1 is a magnetic field parallel plate type plasma processing apparatus using an electromagnetic coil 1 which is a solenoid coil. The plasma processing apparatus according to the present embodiment is a process in which a vacuum vessel 10 and a space inside the vacuum vessel 10 disposed above the vacuum vessel 10 are placed, a sample to be processed is placed, a processing gas is supplied, and plasma is formed inside. And a plasma forming unit that is disposed above the vacuum chamber 10 and generates an electric field or a magnetic field for forming plasma inside the processing chamber, and is connected to a lower portion of the vacuum chamber 10 and is a processing chamber. And an exhaust device including a vacuum pump such as a turbo molecular pump that exhausts the inside to reduce the pressure.

真空容器10の内部の処理室内には、その下方に配置された円筒形を有した試料台2とその上面を構成してその上に半導体ウエハ等の基板状の試料3が載せられる載置面の上方でこれに対向して配置されてプラズマを形成するための高周波電力が供給される円板形状の上部電極4と、この上部電極4の試料3側で試料台2の載置面に対向して配置されると共に処理室の天井面を構成し当該処理室内にガスを分散して供給する貫通孔を複数備えた円板状のシャワープレート5とが配置されている。シャワープレート5とその上方に配置されたアンテナである上部電極4とは、これらが真空容器10に取り付けられた状態でこれらの間に隙間が形成されるように配置されており、処理室内に供給される試料3の処理に用いられる処理用のガス或いは処理には直接的には用いられないものの処理用のガスを希釈したり処理用のガスが供給されない間に処理室内部に供給されて処理用のガスと入れ替えられる不活性ガスは、上記隙間と連結された真空容器10外部のガス導入ライン6から上部電極4内に施されたガス流路を介して当該隙間に供給されその内部で分散された後、シャワープレート5の中央部を含むに領域に配置された複数の貫通孔を通り処理室内部に供給される。
In the processing chamber inside the vacuum vessel 10, a sample stage 2 having a cylindrical shape disposed below and a mounting surface on which a substrate-like sample 3 such as a semiconductor wafer is mounted thereon. A disk-shaped upper electrode 4 that is disposed opposite to the substrate and is supplied with high-frequency power for forming plasma, and is opposed to the mounting surface of the sample stage 2 on the sample 3 side of the upper electrode 4. And a disc-shaped shower plate 5 having a plurality of through holes that constitute the ceiling surface of the processing chamber and distribute and supply gas into the processing chamber. The shower plate 5 and the upper electrode 4 that is an antenna disposed above the shower plate 5 are arranged so that a gap is formed between them when they are attached to the vacuum vessel 10 and are supplied into the processing chamber. Gas used for processing the sample 3 to be processed or is not directly used for processing, but is supplied to the inside of the processing chamber while the processing gas is diluted or the processing gas is not supplied. The inert gas exchanged with the gas for use is supplied to the gap through the gas flow path provided in the upper electrode 4 from the gas introduction line 6 outside the vacuum vessel 10 connected to the gap, and dispersed therein. Then, it passes through the plurality of through holes arranged in the region including the central portion of the shower plate 5 and is supplied into the processing chamber.

上部電極4は導電性材料であるアルミまたはステンレス等で形成された円板状の部材であってその上面の中央部にプラズマ形成用の高周波電力が伝達される同軸ケーブルが電気的に接続されており、冷媒の温度を所定の範囲に調節するチラー等の温度制御装置と連結され当該冷媒が供給される上部電極用冷媒流路7を内部に有してその内部を冷媒が循環しつつ熱交換することによって上部電極4の温度が処理に適切な値の範囲内に調節されている。本実施例のシャワープレート5は、上記高周波電力が印加されてその表面に形成またはこれから放出される電界が透過する石英等の誘電体やシリコン等の半導体で構成されている。
The upper electrode 4 is a disk-shaped member made of a conductive material such as aluminum or stainless steel, and a coaxial cable for transmitting high-frequency power for plasma formation is electrically connected to the center of the upper surface thereof. And an upper electrode refrigerant flow path 7 connected to a temperature control device such as a chiller for adjusting the temperature of the refrigerant to a predetermined range and supplied with the refrigerant, and heat exchange while the refrigerant circulates in the inside As a result, the temperature of the upper electrode 4 is adjusted within a range of values appropriate for processing. The shower plate 5 of the present embodiment is made of a dielectric material such as quartz or a semiconductor such as silicon, through which an electric field formed on or emitted from the surface of the shower plate 5 is applied.

上部電極4には、同軸ケーブルを介してこれと電気的に接続された放電用高周波電源8からプラズマ形成用の高周波電力が放電用高周波電力整合器9を介して供給され、上部電極4の表面からシャワープレート5を透過して処理室内に電界が放出される。さらに、本実施例では、真空容器10の外部であって処理室の上部の上方と側方とを囲んで配置された電磁コイル1が形成する磁界が処理室内部に供給される。
The upper electrode 4 is supplied with plasma-forming high-frequency power from a discharge high-frequency power source 8 electrically connected thereto via a coaxial cable via a discharge high-frequency power matching unit 9, and the surface of the upper electrode 4 Then, the electric field is emitted into the processing chamber through the shower plate 5. Furthermore, in this embodiment, a magnetic field formed by the electromagnetic coil 1 arranged outside the vacuum vessel 10 and surrounding the upper part and the side of the upper part of the processing chamber is supplied into the processing chamber.

当該磁界と上記高周波の電界との相互作用により、処理室内部に供給された処理用のガスまたは不活性ガスの原子または分子が励起されてプラズマ11が処理室内に形成される。本実施例では、プラズマを形成するための高周波電力として超高周波帯(VHF帯)域の周波数である200MHzの電力を用いた。
By the interaction between the magnetic field and the high-frequency electric field, the processing gas or inert gas atoms or molecules supplied to the inside of the processing chamber are excited, and the plasma 11 is formed in the processing chamber. In this example, power of 200 MHz, which is a frequency in the very high frequency band (VHF band), was used as the high frequency power for forming plasma.

また、上部電極4はその上方や側方に配置されて石英やテフロン等の誘電体で構成されリング状の上部電極絶縁体12により真空容器10の上部を構成して真空容器10を開閉する蓋部材から電気的に絶縁されている。また、同様にシャワープレート5周辺には石英等の誘電体で構成される絶縁リング13が配置されて蓋部材から絶縁されている。これら上部電極絶縁体12と絶縁リング13と上部電極4、シャワープレート5とは、蓋部材の開閉の動作の際に蓋部材と一体として回動する。
Further, the upper electrode 4 is arranged on the upper side or the side thereof, is made of a dielectric material such as quartz or Teflon, and the upper part of the vacuum vessel 10 is constituted by the ring-like upper electrode insulator 12 to open and close the vacuum vessel 10. It is electrically insulated from the member. Similarly, an insulating ring 13 made of a dielectric material such as quartz is disposed around the shower plate 5 and insulated from the lid member. The upper electrode insulator 12, the insulating ring 13, the upper electrode 4, and the shower plate 5 rotate together with the lid member when the lid member is opened and closed.

円筒形を有した真空容器10はその側壁が、図示しない真空容器であって減圧された内部を試料2が搬送される搬送容器と連結されて、これら間には試料2が出し入れされる通路の開口としてのゲートが配置され、真空容器10内部で試料2の処理がされる場合に、ゲートを閉塞して真空容器10内部を気密に封止するゲートバルブが配置されている。
The side wall of the vacuum container 10 having a cylindrical shape is connected to a transport container through which the sample 2 is transported through a decompressed interior of a vacuum container (not shown). A gate valve is provided that closes the gate and hermetically seals the inside of the vacuum vessel 10 when the gate as an opening is arranged and the sample 2 is processed inside the vacuum vessel 10.

処理室内の試料台2の下方の真空容器10の下部には、処理室内部を排気する真空ポンプと連通する排気用の開口が配置され、排気口と真空ポンプとの間でこれらを連結する排気の経路の内部にはその流路を横切って配置された軸回りに回転して断面積を増減させる板状のバルブである圧力調整バルブ26が配置されており、その回転の角度が調節されることにより処理室からの排気の流量または速度が増減される。処理室内部の圧力は、シャワープレート5の貫通孔から供給されるガスの流量または速度と排気用の開口から排出されるガスや粒子の流量または速度とのバランスにより、所望の値の範囲内となるように、図示しない制御装置により調節される。
An exhaust opening communicating with a vacuum pump for exhausting the inside of the processing chamber is disposed under the vacuum vessel 10 below the sample stage 2 in the processing chamber, and exhaust for connecting these between the exhaust port and the vacuum pump. A pressure adjusting valve 26, which is a plate-like valve that rotates around an axis disposed across the flow path to increase or decrease the cross-sectional area, is disposed inside the path of the path, and the angle of rotation is adjusted. As a result, the flow rate or speed of the exhaust gas from the processing chamber is increased or decreased. The pressure in the processing chamber is within a desired range depending on the balance between the flow rate or speed of the gas supplied from the through hole of the shower plate 5 and the flow rate or speed of the gas or particles discharged from the exhaust opening. In this way, it is adjusted by a control device (not shown).

次に、試料台2周辺の構造に関して説明する。本実施例の試料台2は処理室の下方の中央部に配置された円筒形を有した台であって、その内部に円筒形または円板形状を有した金属製の基材2aを備えている。本実施例の基材2aは、同軸ケーブルを含む給電経路によりバイアス用高周電源20と当該給電経路上に配置されたバイアス用高周波電力整合器21を介して電気的に接続され、プラズマ生成用高周波電力とは別に異なる周波数(本例では4MHz)の高周波電力が供給される。
Next, the structure around the sample stage 2 will be described. The sample stage 2 of the present embodiment is a stage having a cylindrical shape disposed in the central portion below the processing chamber, and includes a metal base 2a having a cylindrical shape or a disk shape therein. Yes. The substrate 2a of the present embodiment is electrically connected to the bias high-frequency power source 20 via a bias high-frequency power matching unit 21 disposed on the power supply path by a power supply path including a coaxial cable, and is used for plasma generation. In addition to the high frequency power, high frequency power having a different frequency (4 MHz in this example) is supplied.

基材2aに供給された高周波電力によって、プラズマ中のイオン等荷電粒子を試料3の上面または試料載置面に誘引するためのバイアス電位がこれらの上方に形成される。すなわち、上部電極4の下方において基材2aはバイアス用高周波電力が印加される下部電極として機能する。また、基材2aの内部には、基材2aまたは試料載置面の温度を試料3の処理に適した温度に調節するために供給される所定の温度の冷媒が内部を循環して通流する冷媒流路19が多重の同心状または螺旋状に配置されている。
A bias potential for attracting charged particles such as ions in plasma to the upper surface of the sample 3 or the sample mounting surface is formed above these by the high-frequency power supplied to the substrate 2a. That is, the base material 2a functions as a lower electrode to which the bias high frequency power is applied below the upper electrode 4. A coolant having a predetermined temperature supplied to adjust the temperature of the substrate 2a or the sample mounting surface to a temperature suitable for the processing of the sample 3 circulates inside the substrate 2a. The refrigerant flow paths 19 are arranged in multiple concentric or spiral shapes.

基材2aの上面には、その内部に試料3を静電吸着させるための直流電力が供給されるタングステン電極15を内蔵したアルミナあるいはイットリア等の誘電体製の静電吸着膜14が配置されている。ダンステン電極15はその裏面が基材2aを貫通する貫通孔の内部に配置された給電経路27を介して直流電源17と電気的に接続されている。
On the upper surface of the base material 2a, an electrostatic adsorption film 14 made of a dielectric material such as alumina or yttria having a built-in tungsten electrode 15 to which direct current power for electrostatic adsorption of the sample 3 is supplied is disposed. Yes. The back side of the Dunsten electrode 15 is electrically connected to the DC power source 17 via a power supply path 27 disposed in a through hole that penetrates the base material 2a.

また、基材2aの下方であって試料台2の内部の給電経路27上には抵抗またはコイル等の素子32が配置され、当該素子32は接地されたバイアス用高周波電力整合器21及びこれを介してバイアス用高周波電源20と同じく同軸ケーブルを備えた給電経路によって接続されている。さらに、貫通孔の下方であって試料台2の内部の給電経路27上には抵抗またはコイル等の素子32が配置され、当該素子32は接地された低域通過フィルタ16を介して直流電源17と接続されている。
In addition, an element 32 such as a resistor or a coil is disposed below the substrate 2a and on the power supply path 27 inside the sample table 2. The element 32 is connected to the grounded bias high-frequency power matching unit 21 and this. Like the high-frequency power source 20 for bias, it is connected by a power feeding path provided with a coaxial cable. Furthermore, an element 32 such as a resistor or a coil is disposed below the through hole and on the power supply path 27 inside the sample stage 2, and the element 32 is connected to the DC power source 17 via the grounded low-pass filter 16. Connected with.

本実施例の直流電源17及びバイアス用高周波電源20は、その一端側の端子は接地されるかアースに電気的に接続されている。低域通過フィルタ16及びバイアス用高周波電力整合器21は、直流電源17およびバイアス用高周波電源20に放電用高周波電源8からのプラズマ形成用の高周波電力が流入するのを抑制するために配置されている。より高い周波数の電流の流れを妨げてフィルタリング(濾過)する低域通過フィルタ16により直流電源17からの直流電力或いはバイアス用高周波電源20からの高周波電力は損失なくそれぞれ静電吸着膜14および試料台2に供給されるが、試料台2側から直流電源17およびバイアス用高周波電源20に流入するプラズマ形成用の高周波電力は低域通過フィルタ16またはバイアス用高周波電力整合器21を介してアースに流される。なお、図1中のバイアス用高周波電源20からの給電の経路上には低域通過フィルタ16は図示されていないが、同様な効果を有する回路が図示するバイアス用高周波電力整合器21内に内蔵されている。
The DC power supply 17 and the bias high-frequency power supply 20 of the present embodiment have their one end terminals grounded or electrically connected to ground. The low-pass filter 16 and the bias high-frequency power matching unit 21 are arranged to suppress high-frequency power for plasma formation from the discharge high-frequency power source 8 from flowing into the DC power source 17 and the bias high-frequency power source 20. Yes. The low-pass filter 16 that filters the current flow at a higher frequency is filtered, so that the DC power from the DC power supply 17 or the high-frequency power from the biasing high-frequency power supply 20 is not lost, and the electrostatic adsorption film 14 and the sample stage are not lost. 2 is supplied to the DC power source 17 and the bias high-frequency power source 20 from the sample stage 2 side, but flows to the ground via the low-pass filter 16 or the bias high-frequency power matching unit 21. It is. Note that the low-pass filter 16 is not shown on the power supply path from the bias high-frequency power source 20 in FIG. 1, but a circuit having the same effect is incorporated in the bias high-frequency power matching unit 21 shown in the figure. Has been.

このような構成では、試料台2から直流電源17およびバイアス用高周波電源20側を見た場合の放電用高周波電源8からの電力のインピーダンスは相対的に低くされる。本実施例では、抵抗またはコイル等のインピーダンスを高める素子32を給電経路上で電極と低域通過フィルタ16及びバイアス用高周波電力整合器21との間に挿入して配置することで、試料台2の基材2a側から直流電源17或いはバイアス用高周波電源20側を見たプラズマ形成用の高周波電力のインピーダンスを高く(本実施例では100Ω以上に)している。
In such a configuration, the impedance of the power from the discharge high-frequency power source 8 when the DC power source 17 and the bias high-frequency power source 20 are viewed from the sample stage 2 is relatively low. In the present embodiment, an element 32 for increasing impedance such as a resistance or a coil is inserted between the electrode, the low-pass filter 16 and the bias high-frequency power matching unit 21 on the feeding path, thereby arranging the sample table 2. When the DC power source 17 or the bias high-frequency power source 20 side is viewed from the substrate 2a side, the impedance of the plasma-forming high-frequency power is increased (in this embodiment, 100Ω or more).

図1に示す実施例は、静電吸着膜14の内部に配置されたタングステン電極15を複数備えており、これらのうち一方と他方とが異なる極性を有するように直流電圧が供給される両極性の静電吸着を行うものとなっている。このため、静電吸着膜14と試料3との接触面の面積を2等分されたか又はこれと見做せる程度に近似した範囲内の値でタングステン電極15が2つ領域に分けられて配置されて、それぞれに独立した値の直流電力が供給されて、異なる値の電圧に維持される。接触した静電吸着膜14と試料3の裏面との間には、ヘリウム供給手段18よりヘリウムガスが供給され、試料3と静電吸着膜14との間の熱伝達を向上させ、基材2a内部の冷媒流路19との熱の交換量を増大し試料3の温度を調節する効率を高めている。
The embodiment shown in FIG. 1 includes a plurality of tungsten electrodes 15 arranged inside the electrostatic adsorption film 14, and both polarities to which a DC voltage is supplied so that one of the electrodes has a different polarity from the other. It is intended to perform electrostatic adsorption. For this reason, the tungsten electrode 15 is divided into two regions with a value within a range in which the area of the contact surface between the electrostatic adsorption film 14 and the sample 3 is divided into two equal parts or approximated to the extent. Then, DC power having an independent value is supplied to each of them, and the voltages are maintained at different values. Helium gas is supplied from the helium supply means 18 between the electrostatic adsorption film 14 and the back surface of the sample 3 to improve heat transfer between the sample 3 and the electrostatic adsorption film 14, and the base material 2 a. The efficiency of adjusting the temperature of the sample 3 is increased by increasing the amount of heat exchange with the internal refrigerant flow path 19.

基材2aの下方には、テフロン等で形成される円板状の絶縁板22が配置され、接地されるかアースと電気的に接続され接地電位にされた基材2aが下方の部材から絶縁されている。さらに、基材2aの側面の周囲にはこれを囲んで接続されて配置されアルミナ等の誘電体製のリング状の絶縁層23が配置されている。基材2aの下方でこれと接続されて配置された絶縁板22の下方と周囲及びその上方の絶縁層23の周囲には、接地されるかアースと電気的に接続され接地電位にされた導電性材料から構成された導電板29が配置されている。
A disc-shaped insulating plate 22 formed of Teflon or the like is disposed below the base material 2a, so that the base material 2a that is grounded or electrically connected to the ground and brought to the ground potential is insulated from the lower member. Has been. Further, a ring-shaped insulating layer 23 made of a dielectric material such as alumina is disposed around the side surface of the base material 2a so as to surround and be connected thereto. A conductive material which is grounded or electrically connected to the ground and is connected to the ground is provided below and around the insulating plate 22 disposed below and connected to the base 2a and around the insulating layer 23 above the insulating plate 22. A conductive plate 29 made of a conductive material is disposed.

導電板29は、上方から見て円形かこれと見做せる程度の近似した形状を有した板部材であって、その中央部に、絶縁板22、絶縁層23を挟んで基材2aが内側に配置され、基材2aの下面と側面とが囲まれて配置された凹み部を備えている。また、凹み部の外周側の位置には中央側から外周側に水平方向に延在する板状のフランジ部である遮蔽板24を有している。遮蔽板24は、処理室内の試料台2の上方に形成されるプラズマを処理室内部の上部に偏らせて、謂わば閉じ込めるために配置されたものであり、板状のフランジ部にガスや粒子を上下方向に通過させるため複数の孔を備えている。
The conductive plate 29 is a plate member having a circular shape as viewed from above or an approximate shape that can be considered to be circular, and the base 2a is disposed inside the insulating plate 22 and the insulating layer 23 at the center thereof. The dent part is arranged so that the lower surface and the side surface of the substrate 2a are surrounded. In addition, a shielding plate 24 that is a plate-like flange portion extending in the horizontal direction from the central side to the outer peripheral side is provided at a position on the outer peripheral side of the recess. The shielding plate 24 is disposed so as to bias the plasma formed above the sample stage 2 in the processing chamber toward the upper portion of the processing chamber, so-called confinement. Are provided with a plurality of holes for allowing the to pass in the vertical direction.

さらに、試料台2の上部の静電吸着膜14の略円形を有した試料載置面の外周側の箇所には、石英等の耐プラズマ性を有した誘電体で構成されるリング状のサセプタ25が、基材2aの外周部の上面上方に載せられ試料載置面を囲んで配置されている。サセプタ25は、その外周縁部は絶縁層23の上面に載せられてこれを覆って配置されている。
Further, a ring-shaped susceptor made of a dielectric material having plasma resistance, such as quartz, is provided on the outer peripheral side of the sample mounting surface having a substantially circular shape of the electrostatic adsorption film 14 at the upper part of the sample stage 2. 25 is placed above the upper surface of the outer peripheral portion of the substrate 2a and is disposed so as to surround the sample placement surface. The outer peripheral edge of the susceptor 25 is placed on the upper surface of the insulating layer 23 so as to cover it.

図3は、図1に示す実施例の構成の一部を備えない比較例としてのプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。本図に示すプラズマ処理装置は、本実施例に係るプラズマ処理装置における遮蔽板24及び絶縁層23、並びに素子32を備えていないものであって、他の構成は図1に示す構成と同等のものである。なお、図1,2の実施例と同等の構成についてはその説明を省略している。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing an outline of the configuration of a plasma processing apparatus as a comparative example that does not include a part of the configuration of the embodiment shown in FIG. The plasma processing apparatus shown in the figure does not include the shielding plate 24, the insulating layer 23, and the element 32 in the plasma processing apparatus according to the present embodiment, and other configurations are the same as those shown in FIG. Is. The description of the configuration equivalent to that of the embodiment of FIGS. 1 and 2 is omitted.

また、プラズマ処理装置におけるプラズマ形成用高周波電力の電流が流れる経路を模式的に示す縦断面図である。図3では、点線を用いて放電用高周波電流の流れる経路328を模式的に示している。
Moreover, it is a longitudinal cross-sectional view which shows typically the path | route through which the electric current of the high frequency electric power for plasma formation in a plasma processing apparatus flows. In FIG. 3, a path 328 through which the discharging high-frequency current flows is schematically shown using a dotted line.

この図に示すプラズマ処理装置において、真空容器10の内部には、処理室内にプラズマを形成するための高周波電力が上部電極4からシャワープレート5を経て処理室に形成された誘電体としてのプラズマ11を挟んだ試料台2に流れる電流の流れる経路が構成される。図3のように、素子32を備えておらず、タングステン電極15への給電経路27或いは基材2aへの給電経路のインピーダンスが相対的に小さなものにおいては、図3中に破線で記した放電用高周波電流の流れる経路328で示すように、放電用高周波電源8より出力された高周波電力の電流は、試料3が載置される試料台2に流入した後、高周波であるため試料台2の載置面上面または試料3を伝播し、外周側に配置されたサセプタ25部から金属製の基材2aの側面から基材2aの下面と絶縁板22との間(基材2aの下面の表面)を伝播して基材2a下面中央まで到達する。さらに、試料台2の下方の真空容器を構成する部材の内側表面を通って真空容器10の上部に配置されたプラズマ形成用の高周波電力の給電経路である同軸ケーブルを介して放電用高周波電源に到達する閉じた回路が形成される。
In the plasma processing apparatus shown in this figure, in the vacuum vessel 10, high-frequency power for forming plasma in the processing chamber is plasma 11 as a dielectric formed in the processing chamber from the upper electrode 4 through the shower plate 5. A path through which a current flowing through the sample stage 2 sandwiching the electrode is formed. As shown in FIG. 3, in the case where the element 32 is not provided and the impedance of the power supply path 27 to the tungsten electrode 15 or the power supply path to the substrate 2a is relatively small, the discharge indicated by the broken line in FIG. As indicated by the path 328 for the high frequency current for use, the current of the high frequency power output from the discharge high frequency power supply 8 is high frequency after flowing into the sample stage 2 on which the sample 3 is placed. From the upper surface of the mounting surface or the sample 3 and from the susceptor 25 portion arranged on the outer peripheral side to the lower surface of the base material 2a and the insulating plate 22 from the side surface of the metal base material 2a (the surface of the lower surface of the base material 2a) ) To reach the center of the lower surface of the base material 2a. Furthermore, the discharge high-frequency power source is connected to the discharge high-frequency power source via a coaxial cable that is a high-frequency power supply path for plasma formation that is disposed on the vacuum vessel 10 through the inner surface of the member constituting the vacuum vessel below the sample stage 2. A reaching closed circuit is formed.

また、本図の例では遮蔽板24を備えておらず、基材2a側壁または下面を伝播するプラズマ形成用の高周波電力は、テフロン当の絶縁性の材料によって囲まれてその側方または下方の面が覆われた基材2aの側壁から外周側に電流の経路が形成されることが抑制されている。このため基材2a下面に流入した高周波電流は、基材2a下面に貫通されている静電吸着用のタングステン電極15への直流電力の給電経路27であるケーブルを介してケーブルの下方に接続された低域通過フィルタ16、或いは基材2a下面に接続されたバイアス用高周波電力の給電経路である同軸ケーブルを通りバイアス用高周波電力整合器21に向けて流れることになる。
Further, in the example of this figure, the shielding plate 24 is not provided, and the high frequency power for plasma formation propagating on the side wall or the lower surface of the base material 2a is surrounded by an insulating material such as Teflon, and the side or lower side thereof. The formation of a current path from the side wall of the base material 2a whose surface is covered to the outer peripheral side is suppressed. For this reason, the high-frequency current flowing into the lower surface of the base material 2a is connected to the lower side of the cable via a cable that is a DC power feeding path 27 to the tungsten electrode 15 for electrostatic adsorption penetrating the lower surface of the base material 2a. The low-pass filter 16 or the coaxial high-frequency power feeding path connected to the lower surface of the substrate 2a flows through the coaxial cable toward the bias high-frequency power matching unit 21.

また、試料台2の上面に流入したプラズマ形成用の高周波電力の電流の一部は、静電吸着膜14内部のタングステン電極15から直接、その給電経路27に流れ下方の接地された低域通過フィルタ16に流入する。これら低域通過フィルタ16およびバイアス用高周波電力整合器21に流入するプラズマ形成用高周波電力の電流の量は、当該高周波電力に対して低域通過フィルタ16およびバイアス用高周波電力整合器21(これらと接続されて電力が供給される給電経路27等のケーブル類を含む)の入力インピーダンスを十分高く設定することで抑制されるが、放電用高周波にVHF帯以上の周波帯を用いる場合には電流の流れる回路や接続ケーブル上での寄生容量や寄生インダクタンスが大きく影響し、十分高い入力インピーダンス(本実施例では、放電用高周波に200MHzを用いたので、200MHzに対して100Ω以上の入力インピーダンス)を安定に実現することが困難となる。
Further, a part of the plasma-forming high-frequency power flowing into the upper surface of the sample stage 2 flows directly from the tungsten electrode 15 inside the electrostatic adsorption film 14 to the power supply path 27 and passes through the grounded low-pass region below. It flows into the filter 16. The amount of the plasma-forming high-frequency power flowing into the low-pass filter 16 and the biasing high-frequency power matching unit 21 is such that the low-pass filter 16 and the biasing high-frequency power matching unit 21 (with them) (Including cables such as the power supply path 27 that is connected and supplied with power) is suppressed by setting the input impedance sufficiently high. However, when using a frequency band higher than the VHF band for the discharge high frequency, The parasitic capacitance and parasitic inductance on the flowing circuit and connecting cable are greatly affected, and a sufficiently high input impedance (in this embodiment, 200 MHz is used for the discharge high frequency, so that the input impedance of 100 Ω or more with respect to 200 MHz) is stabilized. It becomes difficult to realize.

例えば、試料台2と低域通過フィルタ16を接続するケーブルに同軸ケーブルを用いた場合、そのケーブル長さが10cm程度でもケーブル芯線とシールド線間の静電容量が10pF程度は有り、200MHzに対しては約80Ω程度の対アース間インピーダンスとなる。さらに、低域通過フィルタ16内の寄生インピーダンスも影響するので、200MHzに対して100Ω以上の入力インピーダンスを実現するのは極めて難しい。またその入力インピーダンスは各回路内の素子定数のバラツキや配線の取り回しの影響で比較的大きく変動する。
For example, when a coaxial cable is used as the cable connecting the sample stage 2 and the low-pass filter 16, the capacitance between the cable core wire and the shield wire is about 10 pF even when the cable length is about 10 cm, and for 200 MHz. In this case, the impedance to ground is about 80Ω. Furthermore, since the parasitic impedance in the low-pass filter 16 is also affected, it is extremely difficult to realize an input impedance of 100Ω or more for 200 MHz. The input impedance fluctuates relatively greatly due to variations in element constants in each circuit and the influence of wiring arrangement.

よって、放電用高周波電源8から出力されてプラズマ11に投入される電力は、プラズマ形成用の高周波電力に対する低域通過フィルタ16およびバイアス用高周波電力整合器21(それらを試料台2に接続するケーブルを含む)の入力インピーダンス或いは静電吸着用の電極であるタングステン電極15に対する給電経路27やウエハ3処理中のバイアス電位を形成する下部電極としての基材2aへの給電経路のインピーダンスのバラツキの影響により変動が生じることになる。このように比較例では、実効的にプラズマ11を介して流れる電流の量が変動することにより顕れるプラズマ11に投入される電力の変動がウエハ3の処理の条件の再現性を低下させたり装置間での性能差を生起する要因となる。
Therefore, the electric power output from the discharge high-frequency power supply 8 and applied to the plasma 11 includes a low-pass filter 16 and a bias high-frequency power matching unit 21 for the high-frequency power for plasma formation (the cable connecting them to the sample stage 2). Of the impedance of the power supply path 27 to the tungsten electrode 15 serving as an electrode for electrostatic attraction or the impedance of the power supply path to the substrate 2a as the lower electrode for forming a bias potential during processing of the wafer 3 Will cause fluctuations. As described above, in the comparative example, the fluctuation of the electric power applied to the plasma 11 which appears when the amount of current flowing through the plasma 11 fluctuates effectively reduces the reproducibility of the processing conditions of the wafer 3 or between the apparatuses. This causes a difference in performance.

以下、図1及び2を併用して説明する。上記の通り、本実施例は、試料台2の基材2aの側壁外周に接続してこれを囲んで配置され、比誘電率の高い(比誘電率4以上)のセラミクス等誘電体の材料から構成されるリング状の絶縁層23を備えている。また、基材2aおよびリング状の絶縁層23とこれらの下面に接して下方に配置された円板状の絶縁板22とを中央部の凹み部の内側に有し、絶縁板22と絶縁層23との側面を凹み部の側壁が囲んで配置された接地電位の導電板29、及びその外周側の部位であって中央側から外周側に延在し真空容器10の処理室内壁面にその先端が近接または接触している遮蔽板24とを備えている。また、本実施例の導体板29は、図示していないが接地されるかアースと電気的に接続されて接地電位にされている。
Hereinafter, description will be made with reference to FIGS. As described above, the present embodiment is made of a dielectric material such as ceramic having a high relative dielectric constant (relative dielectric constant of 4 or more) which is connected to and surrounds the outer periphery of the side wall of the substrate 2a of the sample stage 2. A ring-shaped insulating layer 23 is provided. Further, the base plate 2a and the ring-shaped insulating layer 23 and a disk-shaped insulating plate 22 disposed below and in contact with the lower surface thereof are provided inside the recess of the central portion, and the insulating plate 22 and the insulating layer A conductive plate 29 having a ground potential, which is disposed so that the side wall of the concave portion surrounds the side surface thereof, and an outer peripheral portion of the conductive plate 29 that extends from the central side to the outer peripheral side and extends to the processing chamber wall surface of the vacuum vessel 10. Is provided with a shielding plate 24 that is close to or in contact with. In addition, although not shown, the conductor plate 29 of the present embodiment is grounded or electrically connected to the ground to be at a ground potential.

導電板29は導電性の材料から構成されているが、プラズマに面する遮蔽板24は少なくとも、アルミニウム等の導電性の材料から構成された部材とその表面に陽極酸化処理され形成されたアルマイト皮膜またはセラミクス等の誘電体の材料が溶射されて形成された皮膜とを有している。また、上記の通り、遮蔽板24には、複数のガス通過孔30が形成されており、シャワープレート5から供給されたプロセスガスや処理室内のプラズマ或いは生成物の粒子がガス通過孔30の内側を通過して試料台2下方の排気用の開口に向けて試料台2の外周側の処理室内空間を流れる構成となっている。
The conductive plate 29 is made of a conductive material, but the shielding plate 24 facing the plasma is at least a member made of a conductive material such as aluminum and an anodized film formed by anodizing the surface. Or it has a film formed by spraying a dielectric material such as ceramics. Further, as described above, the shielding plate 24 is formed with a plurality of gas passage holes 30, and the process gas supplied from the shower plate 5, the plasma in the processing chamber, or the particles of the product are inside the gas passage holes 30. The flow passes through the processing chamber space on the outer peripheral side of the sample stage 2 toward the exhaust opening below the sample stage 2.

さらに、静電吸着用の直流電源17とタングステン電極15との間を電気的に接続する給電経路27およびバイアス用高周波電源20と基材20aとの間でこれらを電気的に接続する同軸ケーブルを含む給電経路状には抵抗またはコイルを含む素子32が配置されている。本実施例では、給電経路27上において低域通過フィルタ16とタングステン電極15との間に配置される素子32を1000Ωの抵抗で構成されたものとし、バイアス用電源20と基材2aとの間の給電経路上であってバイアス用高周波電力整合器21と基材2aとの間に配置される素子32を0.5μH(プラズマ形成用高周波電力に用いる200MHzの電力に対して628Ωのインピーダンスを有するもの)のインダクタンスを有するもの、例えばコイルを含む素子とした。
Furthermore, a feeding path 27 that electrically connects the DC power supply 17 for electrostatic adsorption and the tungsten electrode 15 and a coaxial cable that electrically connects them between the high frequency power supply 20 for bias and the base material 20a. An element 32 including a resistor or a coil is disposed in the shape of the power feeding path including the resistor. In this embodiment, it is assumed that the element 32 disposed between the low-pass filter 16 and the tungsten electrode 15 on the power supply path 27 is configured with a resistance of 1000Ω, and between the bias power source 20 and the substrate 2a. The element 32 disposed between the bias high-frequency power matching unit 21 and the substrate 2a is 0.5 μH (having an impedance of 628Ω with respect to the power of 200 MHz used for the plasma-forming high-frequency power). 1) having an inductance, for example, an element including a coil.

本実施例では、図2において円板状または円筒状の基材2aの側面とアース電位の導電板29の凹み部の側壁との間に配置される絶縁層23のリング状の部分の厚さ及び高さ(図2中のt1およびh)、および4以上の値を有する比誘電率を備えた材料で構成される絶縁層23部の静電容量Cが式(1)の近似式より約500pFになるようt1、hおよび絶縁層23の比誘電率が選択される。具体的には、絶縁層23に比誘電率が約10のアルミナが用いられ、T1が約3.5MM、hが20MMという構成を備えたものにされた。なお、基材2aと導体板29との間に配置された絶縁板22は、基材2aと導体板29との間の給電経路以外での絶縁を実現するために絶縁層23と比して高いインピーダンスを備える(相対的に小さな静電容量を備える)材料や厚さ等の寸法が選択されて配置される。
In this embodiment, in FIG. 2, the thickness of the ring-shaped portion of the insulating layer 23 disposed between the side surface of the disk-shaped or cylindrical substrate 2a and the side wall of the recessed portion of the conductive plate 29 having the ground potential. And the capacitance C of the insulating layer 23 portion made of a material having a relative dielectric constant having a value of 4 or more (t1 and h in FIG. 2) is approximately equal to the approximate expression of Expression (1). T1, h and the relative dielectric constant of the insulating layer 23 are selected so as to be 500 pF. Specifically, alumina having a relative dielectric constant of about 10 is used for the insulating layer 23, and T1 is about 3.5MM and h is 20MM. The insulating plate 22 arranged between the base material 2a and the conductor plate 29 is compared with the insulating layer 23 in order to realize insulation other than the power feeding path between the base material 2a and the conductor plate 29. Dimensions such as material and thickness with high impedance (with relatively small capacitance) are selected and placed.

さらに、図1および図2に示す実施例に係るプラズマ処理装置は、直径300mmのウエハをエッチング処理するものであり、試料台2内部の円筒形を有した基材2aの外径(図2のd1)は330mmとした。ここで、εは絶縁層23の比誘電率(ε=10)を示す。また式(1)中のd1,t1,hの単位はcmで、Cの単位はFである。実際のCの値は、各部の寸法精度や絶縁層23と試料台2側面やアース電位の導体部29間に存在する隙間の影響等により多少変化するが、大まかには式(1)で見積もることができる。

C=8.854×10−14×(ε(π(d1+t1/2)h/t1)・・・(1)
Further, the plasma processing apparatus according to the embodiment shown in FIG. 1 and FIG. 2 is for etching a wafer having a diameter of 300 mm, and the outer diameter of the base 2a having a cylindrical shape inside the sample table 2 (FIG. 2). d1) was 330 mm. Here, ε represents the relative dielectric constant (ε = 10) of the insulating layer 23. The unit of d1, t1, and h in the formula (1) is cm, and the unit of C is F. The actual value of C varies somewhat depending on the dimensional accuracy of each part, the influence of a gap existing between the insulating layer 23 and the side surface of the sample table 2 and the conductor part 29 of the ground potential, but is roughly estimated by the equation (1). be able to.

C = 8.854 × 10 −14 × (ε (π (d1 + t1 / 2) h / t1) (1)

図1および図2に図示した本実施例では、求められるCの値を用いて試料台2側面からその周辺に配置されるアース電位の導体部29に至る放電用高周波f(本実施例では200MHz)のインピーダンスZは式(2)より約1.6Ω程度となる。

Z=1/(2πfC)・・・(2)
In the present embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the discharge high frequency f (200 MHz in the present embodiment) from the side surface of the sample stage 2 to the ground potential conductor portion 29 arranged around the sample table 2 using the obtained C value. ) Impedance Z is about 1.6Ω from equation (2).

Z = 1 / (2πfC) (2)

図4中に示されるように、このような構成において、アース電位の導電板29の一部を構成する遮蔽板24が試料台2の側壁から外周側に延在してその先端が円筒形の処理室の内側壁面に接するかその僅かな隙間を開けた近傍の位置に配置されていることで、放電用高周波電源8から出力され上部電極4及びシャワープレート5を通り処理室内に供給されプラズマ11を介して試料3を載置面上に載せた試料台2に流れ込んだプラズマ形成用の高周波電力の電流は、試料台2側面から接地電位にされた遮蔽板24の表面およびこれにシースを介して接するプラズマ11を介して処理室の内側壁を構成する真空容器10の部材に流入する。真空容器10の側壁部材を流れる当該電流は、真空容器10の上部を構成する金属製の蓋部材を通って放電用高周波電源8に電気的に接続された同軸ケーブルとこの上に配置された放電用高周波電力整合器9を介して放電用高周波電源8さらにはアース(接地電極)まで流れることになり、プラズマ形成用高周波電力の電流の流れる閉じた経路428が形成される。
As shown in FIG. 4, in such a configuration, the shielding plate 24 constituting a part of the ground potential conductive plate 29 extends from the side wall of the sample table 2 to the outer peripheral side, and the tip thereof is cylindrical. By being disposed at a position in contact with the inner wall surface of the processing chamber or in the vicinity of a small gap, the plasma 11 is output from the discharge high-frequency power source 8 and supplied to the processing chamber through the upper electrode 4 and the shower plate 5. The current of the plasma-forming high-frequency power that has flowed into the sample table 2 on which the sample 3 is placed on the mounting surface via the surface of the shielding plate 24 brought to the ground potential from the side surface of the sample table 2 and the sheath via the sheath It flows into the member of the vacuum vessel 10 which constitutes the inner wall of the processing chamber via the plasma 11 in contact therewith. The current flowing through the side wall member of the vacuum vessel 10 includes a coaxial cable electrically connected to the discharge high-frequency power source 8 through a metal lid member constituting the upper portion of the vacuum vessel 10 and a discharge disposed thereon. It flows through the high frequency power matching unit 9 to the discharge high frequency power source 8 and further to the ground (ground electrode), and a closed path 428 through which the current of the plasma forming high frequency power flows is formed.

試料台2に接続される静電吸着用の給電経路27やバイアス用高周波電力の給電経路の入力インピーダンスは、前記のように各々1000Ωの抵抗素子および0.5μH(200MHzに対して628Ωのインピーダンス)のインダクタンスを有する素子32が、低域通過フィルタ16とタングステン電極15との間またはバイアス用高周波電力整合器21と基材2aとの間で導体板29の凹み部の内側において絶縁板22に内蔵され直列に配置されている。図1、図2および図4に記載した本実施例では、試料台2または基材2aの側面から遮蔽板24を介して真空容器10の側壁部材を通り構成されるプラズマ形成用高周波電力の電流の流れる経路428のインピーダンスの大きさが、上記の給電経路の入力インピーダンスに対して1/300〜1/500程度の値にされる。
As described above, the input impedance of the electrostatic adsorption power supply path 27 connected to the sample stage 2 and the high frequency power supply path for bias are 1000 Ω resistance elements and 0.5 μH (impedance of 628 Ω with respect to 200 MHz), respectively. An element 32 having a certain inductance is built in the insulating plate 22 between the low-pass filter 16 and the tungsten electrode 15 or between the bias high-frequency power matching device 21 and the base material 2a inside the recess of the conductor plate 29. Are arranged in series. In the present embodiment described in FIGS. 1, 2 and 4, the current of the plasma-forming high-frequency power configured to pass through the side wall member of the vacuum vessel 10 through the shielding plate 24 from the side surface of the sample stage 2 or the substrate 2a. The magnitude of the impedance of the flowing path 428 is set to a value of about 1/300 to 1/500 with respect to the input impedance of the power feeding path.

本実施例では、試料台2から遮蔽板24(またはプラズマ11)を介した電流の経路でのインピーダンスは、絶縁層23でのインピーダンスが支配的になる。上記のd1,t1,h,Cの値を備えた本実施例では、インピーダンスは2Ω程度以下となるので、絶縁層23のインピーダンスは素子32のおよそ1/300の値となって著しく小さなものとなる。このことにより、プラズマ形成用高周波電力の電流は、相対的に十分に小さなインピーダンスを有する試料台2から遮蔽板24を通り真空容器10に流れる経路428に、安定して流れることになる。
In the present embodiment, the impedance in the insulating layer 23 is dominant in the impedance of the current path from the sample stage 2 through the shielding plate 24 (or the plasma 11). In the present embodiment having the values of d1, t1, h, and C described above, the impedance is about 2Ω or less, so that the impedance of the insulating layer 23 is about 1/300 of that of the element 32 and is extremely small. Become. As a result, the current of the plasma-forming high frequency power stably flows from the sample stage 2 having a relatively small impedance through the shielding plate 24 to the path 428 that flows to the vacuum vessel 10.

このように、本実施例では、放電用高周波電源8からの出力として供給用のケーブルを通り上部電極4からシャワープレート5を介して処理室内に供給され試料台2または試料3の上面に流入した200MHzのプラズマ形成用の高周波電力の電流は、試料台2または試料3の上面を通り基材2aの側壁面から絶縁層23を介して導体板29の凹み部の側壁に伝達され、遮蔽板24またはこれに面するプラズマ11を介して遮蔽板24の先端部から処理室内壁面に伝達されて元の放電用高周波電源8に戻る閉じた回路を安定して流れ、試料台2の上部のタングステン電極15に接続された給電経路27や基材2aに接続された給電経路に流れることが抑制される。このような電流パスを形成できることで試料の処理の再現性の低下や装置間差の発生を抑制することが可能となる。
As described above, in this embodiment, the output from the discharge high-frequency power supply 8 passes through the supply cable and is supplied from the upper electrode 4 through the shower plate 5 into the processing chamber and flows into the upper surface of the sample stage 2 or the sample 3. A high-frequency power current for plasma formation of 200 MHz passes through the upper surface of the sample table 2 or the sample 3 and is transmitted from the side wall surface of the base material 2a to the side wall of the recessed portion of the conductor plate 29 through the insulating layer 23. Alternatively, the tungsten electrode on the upper side of the sample stage 2 is stably flowed through a closed circuit that is transmitted from the front end portion of the shielding plate 24 to the processing chamber wall surface via the plasma 11 facing this and returned to the original discharge high-frequency power supply 8. 15 is suppressed from flowing through the power supply path 27 connected to the power supply path 15 and the power supply path connected to the base material 2a. By forming such a current path, it is possible to suppress a decrease in reproducibility of sample processing and occurrence of a difference between apparatuses.

本実施例では、試料台2に接続される各種回路に直列に挿入する抵抗またはインダクタンス素子のインピーダンスを628〜1000Ω程度としたが、放電用周波数に対して100Ω以上でも同様の効果がある。また絶縁層23を介する試料台2側面とアース電位の導体部29間の静電容量を設定し、そのインピーダンスを放電用周波数に対して1.6Ω程度としたが10Ω以下でも同様の効果はある。
In this embodiment, the impedance of the resistor or inductance element inserted in series in various circuits connected to the sample stage 2 is set to about 628 to 1000Ω, but the same effect can be obtained even when the impedance is 100Ω or more with respect to the discharge frequency. Further, the capacitance between the side surface of the sample stage 2 through the insulating layer 23 and the conductor portion 29 of the ground potential is set, and the impedance is set to about 1.6Ω with respect to the discharge frequency. .

また、静電吸着用の直流電源17に接続される抵抗またはインダクタンス素子を1000Ωの抵抗素子とした。これは、静電吸着膜が通常1MΩ以上の抵抗をもっており、直列に抵抗を挿入しても十分静電吸着膜に直流電源17の直流電位を与えることができるからである。よって、挿入する抵抗は静電吸着膜の抵抗値の1/10程度(1MΩの場合は100kΩ)までの抵抗挿入が可能である。
The resistance or inductance element connected to the DC power supply 17 for electrostatic adsorption was a 1000Ω resistance element. This is because the electrostatic adsorption film usually has a resistance of 1 MΩ or more, and even if a resistance is inserted in series, the DC potential of the DC power source 17 can be sufficiently applied to the electrostatic adsorption film. Therefore, it is possible to insert a resistance up to about 1/10 of the resistance value of the electrostatic adsorption film (100 kΩ in the case of 1 MΩ).

静電吸着回路に挿入する素子に抵抗を用いないで放電用高周波に対して100Ω以上のインピーダンスとなるインダクタンス阻止を挿入しても同様な効果がある。一方、バイアス用電源20に接続される抵抗またはインダクタンス素子に抵抗を用いると電力損失を生じる。
The same effect can be obtained by inserting an inductance block having an impedance of 100Ω or higher with respect to the discharging high frequency without using a resistor for the element inserted in the electrostatic adsorption circuit. On the other hand, if a resistor is used as a resistor or an inductance element connected to the bias power source 20, power loss occurs.

よって、バイアス用電源20の接続回路に挿入する素子は電力損失の無いインダクタンス素子が望ましい。本発明ではバイアス用電源20の接続回路に挿入するインダクタンス素子の値を0.5μHとしたが、放電用高周波に対して100Ω程度のインピーダンスとなる0.08μH以上のインダクタンス素子でも同様な効果がある。
Therefore, the element inserted into the connection circuit of the bias power supply 20 is preferably an inductance element with no power loss. In the present invention, the value of the inductance element inserted into the connection circuit of the bias power supply 20 is set to 0.5 μH. However, an inductance element of 0.08 μH or more having an impedance of about 100Ω with respect to the high frequency for discharge has the same effect. .

本実施例による絶縁層23を介して形成される試料台2側面とアース電位の導体板29間の静電容量は大きいほど(インピーダンスは小さいほど)プラズマ形成用高周波電力の電流のパスを形成する点では優位であるが、バイアス用高周波電源にも同様に作用するため、あまり静電容量を大きくするとバイアス用高周波電源の無効電流が増加し、電力損失が増加し望ましくない。本実施例では、バイアス用高周波電源20に4MHzを用いている。
As the electrostatic capacitance between the side surface of the sample table 2 formed through the insulating layer 23 according to this embodiment and the conductor plate 29 at the ground potential is larger (impedance is smaller), a current path of high-frequency power for plasma formation is formed. Although it is advantageous in terms of the point, it acts on the bias high-frequency power supply in the same manner. Therefore, if the capacitance is increased too much, the reactive current of the bias high-frequency power supply increases and power loss increases, which is not desirable. In this embodiment, 4 MHz is used for the bias high-frequency power source 20.

よって、バイアス用の高周波電力からみた試料台2側面とアース電位の導体板29間のインピーダンスは80Ω程度となる。このバイアス用の高周波電力に対する試料台2側面とアース電位の導体部間のインピーダンスは50Ω程度以上が望ましく、それ以下になると特に高電圧振幅(例えば電圧振幅1000V以上)を印加する場合、無効電流による損失が相対的に大きくなり電力印加効率の低下や高周波電力経路の発熱に伴う故障の原因となる。以上より絶縁層23を介する試料台2側面とアース電位の導体部間のインピーダンスは、放電用高周波に対しては10Ω以下、バイアス用高周波に対しては50Ω以上となるよう設定するのが望ましい。
Therefore, the impedance between the side surface of the sample table 2 and the ground potential conductor plate 29 as viewed from the bias high frequency power is about 80Ω. The impedance between the side surface of the sample stage 2 and the ground potential conductor is preferably about 50Ω or more with respect to the bias high frequency power, and when it is less than that, particularly when a high voltage amplitude (for example, a voltage amplitude of 1000 V or more) is applied, Loss becomes relatively large, causing a failure due to a decrease in power application efficiency and heat generation in the high-frequency power path. From the above, it is desirable that the impedance between the side surface of the sample stage 2 and the conductor portion of the ground potential through the insulating layer 23 is set to be 10Ω or less for the high frequency for discharge and 50Ω or more for the high frequency for bias.

図1中に示す本発明による抵抗またはインダクタンス素子32は、試料台2、特にバイアス用の高周波電源が供給される導体製の材料である基材2a或いは静電吸着用の直流電力が印加されるタングステン電極15に出来るだけ近接して配置することが望ましい。プラズマの形成にVHF帯以上の周波数の高周波電力を用いる場合には僅かな寄生容量や寄生インダクタンスによりその高周波電力に対するインピーダンスが大きく変化する。このことから、長い同軸ケーブル等で試料台2と抵抗またはインダクタンス素子32を接続するとケーブルの対地容量等が放電用高周波に対するインピーダンスの支配要因となり、目的とするインピーダンスを確保するのが困難となるからである。
A resistance or inductance element 32 according to the present invention shown in FIG. 1 is applied with a sample base 2, in particular, a base material 2 a that is a conductor material supplied with a high-frequency power source for bias, or DC power for electrostatic attraction. It is desirable to arrange it as close as possible to the tungsten electrode 15. When high-frequency power having a frequency equal to or higher than the VHF band is used for plasma formation, the impedance to the high-frequency power greatly changes due to a slight parasitic capacitance or parasitic inductance. For this reason, when the sample stage 2 and the resistance or inductance element 32 are connected with a long coaxial cable or the like, the ground capacitance of the cable becomes the dominant factor of the impedance with respect to the high frequency for discharge, and it becomes difficult to secure the target impedance. It is.

図1、図2に示す実施例では、放電用高周波電源8に200MHz、バイアス用高周波電源20に4MHzを用いたが、放電用高周波電源ではVHF帯(30MHz〜300MHz)以上、バイアス用高周波電源では100kHz〜14MHzの範囲の周波数を用いても同様の効果がある。また、絶縁層23にアルミナを用いたが、他に石英、イットリア、窒化アルミ等の絶縁材を用いても良く、何れの場合でも絶縁層23を介する基材2a側面とアース電位の導体板29の間のインピーダンスをプラズマ形成用の高周波電力に対しては10Ω以下、バイアス用高周波電力に対しては50Ω以上に調節することで、上記の作用を奏することができる。
In the embodiment shown in FIG. 1 and FIG. 2, 200 MHz is used for the discharge high-frequency power source 8 and 4 MHz is used for the bias high-frequency power source 20, but in the discharge high-frequency power source, the VHF band (30 MHz to 300 MHz) or higher, The same effect can be obtained by using a frequency in the range of 100 kHz to 14 MHz. In addition, although alumina is used for the insulating layer 23, other insulating materials such as quartz, yttria, and aluminum nitride may be used. In any case, the side surface of the substrate 2a through the insulating layer 23 and the conductor plate 29 having the ground potential. By adjusting the impedance between them to 10Ω or less for the high-frequency power for plasma formation and to 50Ω or more for the high-frequency power for biasing, the above effect can be obtained.

上記実施例の変形例2を図5に示す。図5では図1の実施例1で用いた遮蔽板24を備えていない場合の例を示している。
Modification 2 of the above embodiment is shown in FIG. FIG. 5 shows an example in which the shielding plate 24 used in the first embodiment of FIG. 1 is not provided.

すなわち、本例の試料台2の側壁を形成する導体板29は、図1の実施例が備える円筒形の試料台2外周側において中央から外周側の方向に延在する遮蔽板24を備えていない。つまり、試料台2の側壁の外周側の空間であって試料台2の側壁と処理室の内側壁との間の空間には接地電位にされてプラズマ11と接する導体製の部材は配置されていない。プラズマ11は試料台2の側壁及び処理室の内側側壁と接するものとなる。
That is, the conductor plate 29 forming the side wall of the sample stage 2 of the present example includes the shielding plate 24 extending from the center to the outer peripheral side on the outer circumference side of the cylindrical sample stage 2 provided in the embodiment of FIG. Absent. That is, a conductor member that is brought into contact with the plasma 11 by being grounded is disposed in the space on the outer peripheral side of the side wall of the sample stage 2 and between the side wall of the sample stage 2 and the inner side wall of the processing chamber. Absent. The plasma 11 comes into contact with the side wall of the sample stage 2 and the inner side wall of the processing chamber.

また、本例においても、上部電極4からシャワープレート5から処理室内に供給され誘電体としてのプラズマ11を介して試料台2またはウエハ3の上面に流れると見做せるプラズマ形成用の高周波電力の電流は、基材2aの側面から当該側面と絶縁板22の外周縁部のリング状の上部部材を挟んで配置された試料台2の側壁を構成する導体板29に流れる。本例においても、絶縁板22の外周縁部のリング状の上部部材の材料やその厚さ等寸法が適切に選択された結果、プラズマ形成用の高周波電力に対する当該上部部材の入力インピーダンスが、給電経路27或いは基材2aとバイアス用高周波電源20との間の給電経路のものと比しておよそ1/300かそれ以下にされている。このことにより、試料台2からこれに接続された直流電源17、バイアス用高周波電源20にこれらの給電経路を通りプラズマ形成用の高周波電力の電流が流れることが抑制されている。
Also in this example, high-frequency power for plasma formation that can be considered to flow from the upper electrode 4 to the processing chamber from the shower plate 5 and flow to the upper surface of the sample table 2 or the wafer 3 through the plasma 11 as a dielectric. The current flows from the side surface of the base material 2a to the conductor plate 29 that constitutes the side wall of the sample table 2 that is disposed with the side surface and the ring-shaped upper member at the outer peripheral edge of the insulating plate 22 interposed therebetween. Also in this example, as a result of appropriately selecting the material of the ring-shaped upper member on the outer peripheral edge of the insulating plate 22 and the thickness and the like, the input impedance of the upper member with respect to the high-frequency power for plasma formation is fed. Compared to the power supply path between the path 27 or the base material 2a and the bias high-frequency power source 20, it is set to about 1/300 or less. This suppresses the flow of high-frequency power for plasma formation from the sample stage 2 to the DC power source 17 and the bias high-frequency power source 20 connected thereto, through these power supply paths.

なお、試料台2から放電用高周波電源8に戻るプラズマ形成用高周波電力の電流が流れる経路(パス)は、試料台2の側壁である導体板29と接続された真空容器10の下部であって処理室の下面(内側側壁面)を構成する部材の表面から処理室の内側壁面を通り、図1の実施例と同様に真空容器11の上部を構成する部材の内側面からこれに連結された放電用高周波電源8と上部電極4とを接続する同軸ケーブル等の給電経路から放電用高周波電源8に戻るものとなる。このような電流を流すパスを構成する部材としては、図1に示す遮蔽板24でなくとも良く、図5に示す例のようにプラズマ11に面する導体板29や真空容器11の一部であって処理室の内側壁を構成する導体製の部材によって、図1の実施例と同様な作用を奏することが可能となる。なお、本例においても、導体板29、真空容器11は接地されてアースと同じ電位にされている。
The path (path) through which the current of the plasma-forming high-frequency power returning from the sample stage 2 to the discharge high-frequency power supply 8 flows is the lower part of the vacuum vessel 10 connected to the conductor plate 29 that is the side wall of the sample stage 2. The surface of the member constituting the lower surface (inner side wall surface) of the processing chamber passes through the inner wall surface of the processing chamber and is connected to this from the inner surface of the member constituting the upper portion of the vacuum vessel 11 as in the embodiment of FIG. The discharge high-frequency power supply 8 and the upper electrode 4 are returned to the discharge high-frequency power supply 8 from a power feeding path such as a coaxial cable. As a member constituting such a path for passing a current, the shielding plate 24 shown in FIG. 1 may not be used, but a conductor plate 29 facing the plasma 11 or a part of the vacuum vessel 11 as in the example shown in FIG. Thus, the conductive member constituting the inner wall of the processing chamber can provide the same action as the embodiment of FIG. Also in this example, the conductor plate 29 and the vacuum vessel 11 are grounded and have the same potential as the ground.

次に、上記の実施例の別の変形例を図6に示す。図6の実施例では図1に示すプラズマ処理装置において、絶縁層22と絶縁材23とが上下に配置された構成に代えて、絶縁材23の配置された箇所に絶縁層22が配置されて1つの部材として構成され、接地電位にされた導体板29の凹み部の内側と基材2aの下面との間を電気的に接続する回路上にコンデンサ31を配置した構成を備えている。
Next, another modification of the above embodiment is shown in FIG. In the embodiment of FIG. 6, in the plasma processing apparatus shown in FIG. 1, instead of the configuration in which the insulating layer 22 and the insulating material 23 are arranged vertically, the insulating layer 22 is arranged at the place where the insulating material 23 is arranged. The capacitor 31 is disposed on a circuit that is configured as one member and electrically connects the inside of the recessed portion of the conductor plate 29 that is set to the ground potential and the lower surface of the substrate 2a.

本例において,コンデンサ31は上方から見て試料台2内の基材2aの辺に均等またはこれと見做せる程度に近時した値の角度を為す位置に4個を配置した。コンデサ31の総容量は400pF(1個辺り100pF)のものが使用されている。図6の例は、図1に開示した試料台2の側面構造で必要なインピーダンスが確保できない場合の構造である。
In this example, four capacitors 31 are arranged at positions that form an angle of a value close to the side of the base material 2a in the sample stage 2 as viewed from above, or to the extent that it can be regarded as this. The capacitor 31 has a total capacity of 400 pF (100 pF per piece). The example of FIG. 6 is a structure when a necessary impedance cannot be ensured by the side structure of the sample stage 2 disclosed in FIG.

本例は、コンデンサ31を基材2aとアース電位の導体板29の凹み部との間にこれらを電気的に接続して配置されたことで、図1に示す実施例と同様の作用を奏することができる。また、コンデンサ31は円筒形を有する試料台2の周方向について相互に中心について均等な角度を為す箇所に配置されていることから、プラズマ形成用の高周波電力が試料台2から流出する経路またはこれらの経路から流れ出る電力の量に周方向についての偏りが生じることが抑制される。
In this example, the capacitor 31 is disposed between the base member 2a and the recessed portion of the conductor plate 29 having the ground potential so that the same effect as that of the embodiment shown in FIG. be able to. In addition, since the capacitor 31 is disposed at a position that makes an equal angle with respect to the center of the circumferential direction of the sample stage 2 having a cylindrical shape, a path through which high-frequency power for plasma formation flows out of the sample stage 2 or these It is possible to suppress the occurrence of a bias in the circumferential direction in the amount of power flowing out from the path.

また、複数が配置されたコンデンサ31の総容量は、図1に示した実施例における絶縁層23が有するものと同じインピーダンスの値またはこれに近時したものとすることにより、当該実施例と同様に、プラズマ形成用高周波電力は放電用高周波電源8から出力されて基材2aからコンデンサ31と遮蔽板24とを介して処理室側壁から元の放電用高周波電源8に戻る閉じた回路を安定して流れ、試料台2の上部のタングステン電極15に接続された給電経路27や基材2aに接続された給電経路に流れることが抑制され、試料の処理の再現性の低下や装置間差の発生を抑制することが可能となる。また、図7に示す例では、コンデンサ31の総容量を400pFとしたが、その容量は実施例で示したように200MHzのプラズマ形成用高周波電力に対して10Ω以下で且つバイアス用高周波電力に対して50Ω以上のインピーダンスとなるものであれば良く、またコンデンサ以外の素子でも良い。
Further, the total capacity of the plurality of capacitors 31 arranged is the same as that of the insulating layer 23 in the embodiment shown in FIG. In addition, the high-frequency power for plasma formation is output from the high-frequency power source 8 for discharge and stabilizes the closed circuit that returns from the substrate 2a to the original high-frequency power source 8 for discharge from the side wall of the processing chamber through the capacitor 31 and the shielding plate 24. Flow to the power supply path 27 connected to the tungsten electrode 15 at the upper part of the sample stage 2 and the power supply path connected to the base material 2a, thereby reducing the reproducibility of the processing of the sample and the occurrence of differences between apparatuses. Can be suppressed. In the example shown in FIG. 7, the total capacity of the capacitor 31 is 400 pF. However, as shown in the embodiment, the capacity is 10Ω or less with respect to the 200 MHz plasma forming high frequency power and the bias high frequency power. Any element other than a capacitor may be used.

図1、図5、図6に示す例では、試料台2に接続される静電吸着用の直流電源17およびバイアス用高周波電源20からの給電用経路上に抵抗またはコイル等を備えた素子32を挿入したが、試料台2がヒータを備えると共にこれに給電するための経路を備える場合には、上記例と同様にその経路上に素子32を配置することで、上記作用を奏することができる。
In the example shown in FIGS. 1, 5, and 6, an element 32 having a resistor or a coil or the like on a power supply path from the DC power supply 17 for electrostatic adsorption and the high frequency power supply 20 for bias connected to the sample stage 2. However, in the case where the sample stage 2 includes a heater and a path for supplying power to the sample stage 2, the element 32 is disposed on the path in the same manner as in the above example, so that the above-described operation can be achieved. .

上記実施例の別の変形例を図7を用いて説明する。図7は、図1に示す実施例のさらに別の変形例の構成の概略を示す縦断面図である。
Another modification of the above embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing the outline of the configuration of still another modified example of the embodiment shown in FIG.

本例では図1に示した素子32として、磁性体材料を使用したインダクタンス素子、例えばフェライトコア33が試料台2に近接させた位置、本例では導体板29の凹み部の内側である試料台2の内部に、直流電源17とタングステン電極15との間を電気的に接続し直流電源17からの静電吸着用の直流電力が流れる給電経路27上であってタングステン電極15と低域通過フィルタ16との間に配置されている。給電経路27の内部でこれを構成する給電線路34は、フェライトコア33に数回(図示上は1回)巻き付けられた上でタングステン電極15に電気的に接続されている。さらに、当該フェライトコア33はその外周側でこれを囲んで配置された温調機構37によって温度が所望の範囲となるように調節されている。
In this example, as the element 32 shown in FIG. 1, an inductance element using a magnetic material, for example, a position where the ferrite core 33 is brought close to the sample stage 2, in this example, the sample stage inside the recess of the conductor plate 29. 2 is electrically connected between the DC power supply 17 and the tungsten electrode 15, and on the power supply path 27 through which the DC power for electrostatic attraction from the DC power supply 17 flows, and the tungsten electrode 15 and the low-pass filter 16 is arranged. A power supply line 34 constituting the inside of the power supply path 27 is wound around the ferrite core 33 several times (once in the drawing) and is electrically connected to the tungsten electrode 15. Further, the ferrite core 33 is adjusted so that the temperature falls within a desired range by a temperature adjusting mechanism 37 disposed so as to surround the ferrite core 33 on the outer peripheral side thereof.

温調機構37は、給電経路27の軸周りにフェライトコア33を囲むように配置されている。シール機能を有した温調カバー36内部の空間であってフェライトコア33を囲む空間には、温調カバー36の底部に配置された流入路38aから温度制御用媒体(例えば、工業用水)が導入、供給され、媒体は内部を通流した後に底部に配置された排出路38bから排出されることでフェライトコア33の温度が所期の範囲を超えて上昇することを抑制している。
The temperature adjustment mechanism 37 is disposed around the ferrite core 33 around the axis of the power supply path 27. A temperature control medium (for example, industrial water) is introduced into the space inside the temperature control cover 36 having a sealing function and surrounding the ferrite core 33 from an inflow path 38 a disposed at the bottom of the temperature control cover 36. Then, the medium flows through the inside and then is discharged from the discharge path 38b disposed at the bottom, thereby suppressing the temperature of the ferrite core 33 from rising beyond the intended range.

また、フェライトコア33には、温度センサ35が取り付けられフェライトコア33の温度とその変化が検出可能に構成されている。温度センサ35からの出力から検出された温度に応じて温度制御用媒体の供給量、速度或いはその温度が調節されてフェライトコア33の温度を所望の範囲となるよう調節される構成であっても良い。
In addition, a temperature sensor 35 is attached to the ferrite core 33 so that the temperature of the ferrite core 33 and its change can be detected. Even if the supply amount, speed, or temperature of the temperature control medium is adjusted according to the temperature detected from the output from the temperature sensor 35, the temperature of the ferrite core 33 is adjusted to be within a desired range. good.

素子32は処理室内にプラズマ11を形成するための放電用高周波電力が給電経路27を介して低域通過フィルタ16に流入することを抑制するために配置されたものであり、本実施例に示すフェライトコア33は給電経路27を流れる放電用の高周波電力を吸収して熱として消費することで高周波電力がフィルタ側に流れることを妨げる作用を奏する。
The element 32 is arranged to suppress the discharge high-frequency power for forming the plasma 11 in the processing chamber from flowing into the low-pass filter 16 via the feeding path 27, and is shown in this embodiment. The ferrite core 33 acts to prevent the high frequency power from flowing to the filter side by absorbing the high frequency power for discharge flowing through the power supply path 27 and consuming it as heat.

しかし、このようなフェライトコア33は放電用高周波電力が大きくなるに伴ってその温度が上昇することになる。一方で、フェライト磁石の透磁率には温度への依存性があり温度の変化によってそのインピ−ダンスが変化してしまうため、放電用高周波電力の増減によってフェライトコア33のインピーダンス延いては給電経路27のインピーダンスも変化してしまい、試料の処理結果の安定性や再現性に悪影響を与えてしまう虞が生じる。
However, the temperature of the ferrite core 33 increases as the discharge high-frequency power increases. On the other hand, the magnetic permeability of the ferrite magnet depends on temperature, and its impedance changes due to a change in temperature. This also changes the impedance of the sample, which may adversely affect the stability and reproducibility of the sample processing results.

本例に示すような温調機構37を備えて素子32の温度の値を所定の範囲内となるように調節することにより、上記のような課題を解決することができる。フェライトコア33の温度が変動する、すなわちインピ−ダンスが変動することを抑制して処理の安定性、再現性が損なわれることを抑制することが可能となる。
By providing the temperature adjustment mechanism 37 as shown in this example and adjusting the temperature value of the element 32 to be within a predetermined range, the above-described problems can be solved. It is possible to suppress the fluctuation of the temperature and the reproducibility of the processing by suppressing the fluctuation of the temperature of the ferrite core 33, that is, the impedance.

さらに、素子32が真空または所定の度数より高い真空度の空間内に配置することにより、真空断熱による素子32の保温、保冷効果が期待出来る。また、本例では温度制御用媒体を工業用水としたが、フロリナート等の液や空気、窒素ガス等の気体を用いても良い。さらに、本例では素子32を冷却する構成を説明したが加熱して昇温させる構成を備えても良い。
Furthermore, by arranging the element 32 in a vacuum or a space having a degree of vacuum higher than a predetermined frequency, the heat insulation and cold insulation effects of the element 32 by vacuum insulation can be expected. In this example, the temperature control medium is industrial water, but liquids such as fluorinate, air, and gases such as nitrogen gas may be used. Furthermore, although the structure which cools the element 32 was demonstrated in this example, you may provide the structure which heats and heats up.

このような温度調節の別の構成の例を図8を用いて説明する。図8は、図1に示す実施例に係るプラズマ処理装置のさらに別の変形例を模式的に示す縦断面図である。
An example of another configuration of such temperature adjustment will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a longitudinal sectional view schematically showing still another modification of the plasma processing apparatus according to the embodiment shown in FIG.

本例でも図7の例と同様にタングステン電極15と低域通過フィルタ16との間の給電経路27上に配置した素子32としてフェライトコア33が配置され、当該フェライトコア33はその外周側を囲んで配置された温調機構37によってその温度が調節されている。本例では、素子32の温度の調節に用いられる温度制御用の媒体として試料台2内に配置された冷媒流路19に導入される温度制御用媒体(冷媒)を温調機構37内に導入する。本例では、図示しないチラー等の冷媒の温度調節装置から供給された冷媒は先に温調機構37内に流入路から導入された後、温調機構37から排出されて試料台2の冷媒流路19に流入して当該流路を通流して流出した後に別の素子32の温調機構37に流入して温度調節した後に再度排出されて温度調節装置に戻るように循環の経路が構成されている。
In this example as well, the ferrite core 33 is arranged as the element 32 arranged on the power supply path 27 between the tungsten electrode 15 and the low-pass filter 16 as in the example of FIG. 7, and the ferrite core 33 surrounds the outer peripheral side thereof. The temperature is adjusted by the temperature control mechanism 37 arranged in (1). In this example, a temperature control medium (refrigerant) introduced into the refrigerant flow path 19 disposed in the sample stage 2 is introduced into the temperature adjustment mechanism 37 as a temperature control medium used for adjusting the temperature of the element 32. To do. In this example, the refrigerant supplied from a refrigerant temperature control device such as a chiller (not shown) is first introduced into the temperature adjustment mechanism 37 from the inflow path, and is then discharged from the temperature adjustment mechanism 37 and flows through the refrigerant flow of the sample stage 2. A circulation path is configured so that it flows into the path 19 and flows through the flow path, then flows into the temperature control mechanism 37 of another element 32, adjusts the temperature, and is discharged again to return to the temperature control device. ing.

本例の試料台2はタングステン電極15を備えて静電吸着の機能を有しており、試料3の裏面と静電吸着膜14上面との間の隙間にヘリウム等の熱伝達用のガスがヘリウム供給手段18と連通された静電吸着膜14の上面の開口から供給されて当該隙間が充填されることで熱伝達を促進する構成を備えている。すなわち、本例でも図1の実施例と同様に、試料台2によりその上面に載せられて保持された試料3の温度を処理に適した範囲内の値に調節しつつ処理が実施される構成であって、試料台2の内部の冷媒流路19には各試料3が載せられて処理されている期間中及び処理が実施されていない期間にも温度が所定の値に調節された冷媒が供給されている。本例では、この温度制御用の冷媒をフェライトコア33の温度の調節に用いることで、素子32用の温度調節媒体の供給源とその供給及び排出の経路を冷媒流路19と独立に配置する必要が無くなり、構造が簡易化されて製造コストの増大を抑制できる。
The sample stage 2 of this example has a tungsten electrode 15 and has an electrostatic adsorption function, and a heat transfer gas such as helium is placed in the gap between the back surface of the sample 3 and the upper surface of the electrostatic adsorption film 14. The heat supply is promoted by being supplied from the opening on the upper surface of the electrostatic adsorption film 14 communicated with the helium supply means 18 and filling the gap. That is, in this example as well as the example of FIG. 1, the processing is performed while adjusting the temperature of the sample 3 placed and held on the upper surface of the sample table 2 to a value within the range suitable for the processing. The refrigerant whose temperature is adjusted to a predetermined value during the period in which each sample 3 is placed and processed in the refrigerant flow path 19 inside the sample stage 2 and during the period when the process is not performed. Have been supplied. In this example, the temperature control refrigerant is used to adjust the temperature of the ferrite core 33, whereby the supply source of the temperature adjustment medium for the element 32 and the supply and discharge paths thereof are arranged independently of the refrigerant flow path 19. The necessity is eliminated, the structure is simplified, and an increase in manufacturing cost can be suppressed.

上記実施例のさらに別の変形例を図9に示す。図9は、図1に示す実施例のさらに別の変形例の構成の概略を示す縦断面図である。
FIG. 9 shows still another modification of the above embodiment. FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing an outline of the configuration of still another modified example of the embodiment shown in FIG.

本例では,図7,8の例と同様に、フェライトコア33の温度の制御を実施している。本例では、試料台2の基材2aの内部にフェライトコア33が配置された構成である。
In this example, the temperature of the ferrite core 33 is controlled as in the examples of FIGS. In this example, a ferrite core 33 is arranged inside the base material 2a of the sample stage 2.

上記の通り、試料台2の基材2aの温度はその内部に配置された冷媒流路19をその温度が処理に適した所定の範囲内の値の温度に調節された冷媒が通流することで調節されている。基材2a内にフェライトコア33が配置されることで金属製の基材2aの部材を介して当該フェライトコア33の温度が間接的に調節される。
As described above, the temperature of the base material 2a of the sample stage 2 is such that the refrigerant whose temperature is adjusted to a value within a predetermined range suitable for processing flows through the refrigerant flow path 19 disposed therein. It is adjusted with. By arranging the ferrite core 33 in the base material 2a, the temperature of the ferrite core 33 is indirectly adjusted through the member of the metal base material 2a.

このような構成により基材2a内に温調機構37を配置することなく温度を調節することができ、更なるコスト低減を達成することが出来る。また、フェライトコア33は試料台2に可能な限り近接させることが望ましいため、更なるプロセス性能安定性を得ることが出来る。
With such a configuration, the temperature can be adjusted without disposing the temperature adjustment mechanism 37 in the substrate 2a, and further cost reduction can be achieved. Further, since it is desirable that the ferrite core 33 is as close as possible to the sample stage 2, further process performance stability can be obtained.

図10を用いて上記実施例のさらに別の変形例を説明する。図10は、図1に示す実施例に係る素子の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
Another modification of the above embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a longitudinal sectional view schematically showing the outline of the configuration of the element according to the embodiment shown in FIG.

本例の素子は、図1に示す素子32の別の例として、給電経路27上に配置された整合回路39を示している。本例の整合回路39は、給電経路27の給電線路34上に配置された減衰が少ないストリップライン40と、このストリップライン40の入力側の端子に接続された給電線路34とア−スとの間に接続されたコンデンサ41とを備えたショートスタブ回路である。図10に示す整合回路39の例では、流入する高周波を遮断出来る構造となっている。
The element of this example shows a matching circuit 39 arranged on the power feeding path 27 as another example of the element 32 shown in FIG. The matching circuit 39 of this example includes a stripline 40 with low attenuation disposed on the feed line 34 of the feed path 27, and a feed line 34 and an earth connected to the input side terminal of the strip line 40. This is a short stub circuit including a capacitor 41 connected therebetween. The example of the matching circuit 39 shown in FIG. 10 has a structure that can block the inflowing high frequency.

本例の整合回路39は、フェライトコア33と比較して流入した高周波を熱として消費し高周波を遮断または低減する構成ではないので、発熱により整合回路39やその周囲の装置の損傷や性能の低下が生起する虞が少なくでき、図7,8の例のように温調用の手段を用いる必要が無くコストを低減できる。
Since the matching circuit 39 of this example is not configured to consume the high frequency that flows in as heat and cut off or reduce the high frequency as compared with the ferrite core 33, the matching circuit 39 and surrounding devices are damaged by heat generation and the performance is degraded. Can be reduced, and it is not necessary to use temperature control means as in the examples of FIGS.

以上の通り、上記の実施例によれば、半導体装置の製造装置、特にリソグラフィー技術によって形成されたエッチング用の回路パターンをマスクとして、下方の膜構造のエッチング処理を行うプラズマエッチング装置等のプラズマ処理装置において、広い範囲の圧力におけるプラズマ生成特性で優位なVHF帯以上の高周波にてプラズマを生成する場合に、プラズマ生成用高周波電力の電流が影響を抑制し、安定したプラズマの生成を実現できる。このことにより、プラズマ処理装置における処理の再現性の低下や装置間差の発生を抑制することができる。
As described above, according to the above-described embodiment, the plasma processing of the semiconductor device manufacturing apparatus, particularly the plasma etching apparatus or the like that performs the etching process of the lower film structure using the etching circuit pattern formed by the lithography technique as a mask. In the apparatus, when plasma is generated at a high frequency higher than the VHF band, which is superior in plasma generation characteristics in a wide range of pressures, the influence of the current of the high frequency power for plasma generation is suppressed, and stable plasma generation can be realized. As a result, it is possible to suppress a decrease in process reproducibility in the plasma processing apparatus and occurrence of differences between apparatuses.

1…電磁コイル、
2…試料台、
3…試料、
4…上部電極、
5…シャワープレート、
6…ガス導入ライン、
7…上部電極用冷媒流路、
8…放電用高周波電源、
9…放電用高周波電力整合器、
10…真空容器、
11…プラズマ、
12…上部電極絶縁体、
13…絶縁リング、
14…静電吸着膜、
15…タングステン電極、
16…低域通過フィルタ、
17…直流電源、
18…ヘリウム供給手段、
19…冷媒流路、
20…バイアス用高周波電源、
21…バイアス用高周波電力整合器、
22…絶縁板、
23…絶縁層、
24…遮蔽板、
25…サセプタ、
26…圧力調整バルブ、
27…給電経路、
29…導体板、
30…ガス通過孔、
31…コンデンサ、
32…素子。
1 ... electromagnetic coil,
2 ... Sample stage,
3 ... Sample,
4 ... Upper electrode,
5 ... shower plate,
6 ... Gas introduction line,
7: Refrigerant flow path for upper electrode,
8 ... High frequency power supply for discharge,
9: High frequency power matching unit for discharge,
10 ... Vacuum container,
11 ... Plasma,
12 ... Upper electrode insulator,
13: Insulating ring,
14 ... electrostatic adsorption film,
15 ... Tungsten electrode,
16 ... low-pass filter,
17 ... DC power supply,
18 ... helium supply means,
19 ... refrigerant flow path,
20 ... High frequency power supply for bias,
21... High frequency power matching device for bias,
22: Insulating plate,
23. Insulating layer,
24 ... shielding plate,
25 ... Susceptor,
26 ... Pressure adjusting valve,
27: Feeding path,
29 ... Conductor plate,
30: Gas passage hole,
31: Capacitor,
32: Element.

Claims (8)

真空容器内部に配置された処理室と、この処理室内部に配置されその上面に処理対象の試料が載置される試料台と、この試料台上方に配置され前記試料台の上面に対向して配置され当該処理室内にプラズマを形成するための電界を供給する上部電極と、この上部電極と電気的に接続され前記電界を形成するための第一の高周波電力を出力する第一の高周波電源と、前記試料台内部に配置され前記試料の処理中に前記第一の高周波電力より低い周波数の第二の高周波電力が供給される下部電極と、この下部電極と接続されバイアス用給電経路を介して前記第二の高周波電力を供給する第二の高周波電源と、前記試料台の上部に配置され前記載置面を構成する誘電体製の膜の内部に配置され前記下部電極の内部に配置された静電吸着用給電経路を介して直流電力が供給される静電吸着用の電極と、絶縁層を挟んで前記下部電極の外周囲を囲んで配置され前記試料台の外周側でプラズマと面するとともに接地電位にされた導電板とを備え、
前記絶縁層は前記第一の高周波電力について前記バイアス用給電経路及び静電吸着用給電経路のインピーダンスより小さなインピーダンスを有し、前記第一の高周波電力の電流が前記上部電極から前記試料台上面を介し前記導体板から前記処理室の内側壁面を構成する部材を通り前記高周波電源に戻る回路を流れるプラズマ処理装置。
A processing chamber disposed inside the vacuum vessel, a sample table disposed in the processing chamber and having a sample to be processed placed on the upper surface thereof, and disposed above the sample table and facing the upper surface of the sample table An upper electrode that is arranged and supplies an electric field for forming plasma in the processing chamber; and a first high-frequency power source that is electrically connected to the upper electrode and outputs a first high-frequency power for forming the electric field; A lower electrode disposed inside the sample stage and supplied with a second high-frequency power having a frequency lower than the first high-frequency power during processing of the sample, and connected to the lower electrode via a bias feeding path A second high-frequency power source for supplying the second high-frequency power; and a dielectric film disposed on an upper portion of the sample stage and constituting the mounting surface, and disposed within the lower electrode. Power supply path for electrostatic adsorption An electrode for electrostatic adsorption to which direct current power is supplied, and a conductive material that is arranged to surround the outer periphery of the lower electrode with an insulating layer in between and faces the plasma on the outer peripheral side of the sample stage and is set to the ground potential With a board,
The insulating layer has an impedance smaller than that of the bias feeding path and the electrostatic adsorption feeding path for the first high-frequency power, and the current of the first high-frequency power passes from the upper electrode to the upper surface of the sample table. And a plasma processing apparatus that flows through a circuit that returns from the conductive plate to a high-frequency power source through a member that forms an inner wall surface of the processing chamber.
請求項1記載のプラズマ処理装置であって、
前記バイアス用給電経路上に配置され前記第二の高周波電源からの電力を整合する接地された整合器または静電吸着用給電経路上に配置され高い周波数の電流を妨げる接地された低域通過フィルタを備えたプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 1,
A grounded matching unit arranged on the bias power supply path for matching power from the second high-frequency power source or a grounded low-pass filter arranged on the electrostatic adsorption power supply path for preventing high-frequency currents A plasma processing apparatus comprising:
請求項1に記載のプラズマ処理装置であって、
前記バイアス用給電経路または静電吸着用給電経路上に配置された素子を備え、当該給電経路の前記素子を含めた前記前記第1の高周波電力についてのインピーダンスが前記絶縁層の前記第一の高周波電力についてのインピーダンスより大きくされたプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 1,
An element disposed on the bias feeding path or the electrostatic adsorption feeding path, wherein the impedance of the first high-frequency power including the element in the feeding path is the first high-frequency of the insulating layer; A plasma processing apparatus that is made larger than the impedance for electric power.
請求項2に記載のプラズマ処理装置であって、
前記バイアス用給電経路上で前記整合器と前記下部電極との間に配置された素子または前記静電吸着用給電経路上で前記低域通過フィルタと前記静電吸着用電極との間に配置された素子を備え、当該給電経路の前記素子を含めた前記前記第一の高周波電力についてのインピーダンスが前記絶縁層の前記第一の高周波電力についてのインピーダンスより大きくされたプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 2,
An element disposed between the matching unit and the lower electrode on the bias feeding path, or between the low-pass filter and the electrostatic chucking electrode on the electrostatic suction feeding path. A plasma processing apparatus, wherein the impedance of the first high-frequency power including the element of the power supply path is greater than the impedance of the insulating layer for the first high-frequency power.
請求項3または4に記載のプラズマ処理装置であって、
前記下部電極の下方に配置されて当該下部電極を絶縁する絶縁板を備え、前記素子が前記絶縁板内部に配置されたプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 3 or 4,
A plasma processing apparatus, comprising: an insulating plate disposed below the lower electrode to insulate the lower electrode, wherein the element is disposed inside the insulating plate.
請求項1乃至5のいずれかに記載のプラズマ処理装置であって、
前記バイアス用給電経路または静電吸着用給電経路のインピーダンスが100Ω以上にされたプラズマ処理装置。
A plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 5,
A plasma processing apparatus, wherein an impedance of the bias feeding path or the electrostatic adsorption feeding path is 100Ω or more.
請求項1乃至6のいずれかに記載のプラズマ処理装置において、
前記第一の高周波電力の周波数が30MHz以上300MHzのVHF帯のものであるプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 6,
A plasma processing apparatus, wherein the frequency of the first high-frequency power is in the VHF band of 30 MHz to 300 MHz.
請求項7に記載のプラズマ処理装置であって、
前記第二の高周波電力の周波数が100kHz以上14MHz以下であるプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 7,
The plasma processing apparatus whose frequency of said 2nd high frequency electric power is 100 kHz or more and 14 MHz or less.
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