JP2024022245A - Plasma processing apparatus and film deposition method - Google Patents

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和夫 和田
Kazuo Wada
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SERUBAKKU KK
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma processing apparatus and a film deposition method which can suppress degradation of an induction coil.
SOLUTION: A plasma processing apparatus 1 comprises: a chamber 101; material gas supply units 121, 122, 123 which supply a material gas and an etchant gas supply unit 111 which supplies an etchant gas into the chamber 101; a high-frequency generation source 1021 which outputs high-frequency power; an induction coil 1023 which is formed in a tubular shape, arranged on an outer side of the chamber 101, and generates plasma PLM in the chamber 101 by generating a high-frequency magnetic field in the chamber 101 by being supplied with the high-frequency power from the high-frequency generation source 1021 in such a state that the material gas or etchant gas is filled in the chamber 101; and a coolant supply unit 171 which supplies a coolant to an inner side of the induction coil 1023.
SELECTED DRAWING: Figure 1
COPYRIGHT: (C)2024,JPO&INPIT

Description

本発明は、プラズマ処理装置および成膜方法に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus and a film forming method.

真空チャンバと、真空チャンバの外側に設けられた磁場形成部材と、磁場形成部材に高周波電力を供給する高周波電源と、高周波電源と磁場形成部材とに接続された配線の途中に設けられた整合器と、を備え、磁場形成部材が、概略長方形の巻回部をその短辺方向に複数並べた線状導電部を有する誘導結合プラズマ処理装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。 A vacuum chamber, a magnetic field forming member provided outside the vacuum chamber, a high frequency power source that supplies high frequency power to the magnetic field forming member, and a matching box provided in the middle of wiring connected to the high frequency power source and the magnetic field forming member. An inductively coupled plasma processing apparatus has been proposed in which the magnetic field forming member has a linear conductive part in which a plurality of generally rectangular winding parts are arranged in the short side direction (for example, see Patent Document 1).

特開２００５－２２８７３８号公報Japanese Patent Application Publication No. 2005-228738

ところで、特許文献１に記載されたような誘導結合プラズマ処理装置では、誘導コイルの過度の温度上昇を抑制し、誘導コイルの劣化を抑制するために誘導コイルを冷却する機構が要請されている。 Incidentally, in the inductively coupled plasma processing apparatus as described in Patent Document 1, a mechanism for cooling the induction coil is required in order to suppress excessive temperature rise of the induction coil and suppress deterioration of the induction coil.

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、誘導コイルの劣化を抑制することができるプラズマ処理装置および成膜方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above reasons, and an object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus and a film forming method that can suppress deterioration of an induction coil.

上記目的を達成するために、本発明に係るプラズマ処理装置は、
チャンバと、
前記チャンバ内に気体を供給する気体供給部と、
高周波電力を出力する高周波発生源と、
導体から長尺の管状に形成され、前記チャンバの外側に配置されるとともに、前記チャンバ内に前記気体が充填された状態で前記高周波発生源から高周波電力が供給されることにより、前記チャンバ内に高周波磁界を発生させて前記チャンバ内にプラズマを発生させる誘導コイルと、
前記誘導コイルの内側に冷媒を供給する冷媒供給部と、を備える。 In order to achieve the above object, the plasma processing apparatus according to the present invention includes:
a chamber;
a gas supply unit that supplies gas into the chamber;
a high frequency generation source that outputs high frequency power;
It is formed into a long tubular shape from a conductor and is placed outside the chamber, and when high frequency power is supplied from the high frequency generation source with the gas filled in the chamber, the high frequency power is supplied to the inside of the chamber. an induction coil that generates a high-frequency magnetic field to generate plasma in the chamber;
A refrigerant supply unit that supplies refrigerant to the inside of the induction coil.

本発明によれば、誘導コイルが、導体から長尺の管状に形成され、冷媒供給部が、誘導コイルの内側に冷媒を供給する。これにより、誘導コイルの温度が過度に上昇することが抑制されるので、誘導コイルの劣化を抑制することができる。 According to the present invention, the induction coil is formed from a conductor into a long tubular shape, and the refrigerant supply section supplies refrigerant to the inside of the induction coil. This prevents the temperature of the induction coil from rising excessively, thereby suppressing deterioration of the induction coil.

本発明の実施の形態１に係るプラズマ処理装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a plasma processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. 実施の形態１に係るプラズマ処理装置の正面図である。1 is a front view of a plasma processing apparatus according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態１に係るプラズマ処理装置の側面図である。1 is a side view of the plasma processing apparatus according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態１に係るプラズマ処理装置の一部を示し、（Ａ）は図２におけるＡ－Ａ線での断面矢視図であり、（Ｂ）は図３におけるＢ－Ｂ線での断面矢視図である。A part of the plasma processing apparatus according to Embodiment 1 is shown, in which (A) is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 2, and (B) is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. This is a perspective view. 実施の形態１に係るプラズマ処理装置の一部の底面図である。1 is a bottom view of a portion of the plasma processing apparatus according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態１に係るプラズマ処理装置の一部の分解斜視図である。1 is an exploded perspective view of a part of the plasma processing apparatus according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態１に係るプラズマ処理装置の一部を示し、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は分解斜視図である。A part of the plasma processing apparatus according to Embodiment 1 is shown, with (A) being a plan view and (B) being an exploded perspective view. 実施の形態１に係るプラズマ処理装置の一部を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a part of the plasma processing apparatus according to the first embodiment. 本発明の実施の形態２に係る成膜装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the film-forming apparatus based on Embodiment 2 of this invention. 実施の形態２に係る成膜方法を示すフローチャートである。7 is a flowchart showing a film forming method according to Embodiment 2. FIG. （Ａ）は実施の形態２に係る基板の一部を示す断面図であり、（Ｂ）は実施の形態２に係る半導体装置の一部を示す断面図である。(A) is a cross-sectional view showing a part of the substrate according to the second embodiment, and (B) is a cross-sectional view showing a part of the semiconductor device according to the second embodiment.

（実施の形態１）
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態に
係るプラズマ処理装置は、いわゆる誘導結合プラズマ型ＣＶＤ装置である。図１に示すように、このプラズマ処理装置１は、チャンバ１０１と、ステージ１９０と、高周波印加部１０２と、原料ガス供給部１２１、１２２、１２３と、エッチャントガス供給部１１１と、を備える。また、プラズマ処理装置１は、高周波印加部１０２、原料ガス供給部１２１、１２２、１２３およびエッチャントガス供給部１１１を制御する制御部２００と、冷媒供給部１７１と、を備える。更に、プラズマ処理装置１は、図２および図３に示すように、チャンバ１０１を支持する支持台１０９を備える。このプラズマ処理装置１は、例えばチャンバ１０１内に配置された基板Ｗの上面側にＳｉＯ２のような酸化膜、ＳｉＯＮのような酸窒化絶縁膜、ＳｉＮのような窒化膜等の絶縁膜を成膜する。ここで、基板Ｗ１は、例えばＳｉ基板、サファイヤ基板、ガラス基板等が挙げられる。 (Embodiment 1)
Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The plasma processing apparatus according to this embodiment is a so-called inductively coupled plasma CVD apparatus. As shown in FIG. 1, this plasma processing apparatus 1 includes a chamber 101, a stage 190, a high frequency application section 102, source gas supply sections 121, 122, 123, and an etchant gas supply section 111. The plasma processing apparatus 1 also includes a control section 200 that controls the high frequency application section 102, source gas supply sections 121, 122, 123, and etchant gas supply section 111, and a coolant supply section 171. Furthermore, the plasma processing apparatus 1 includes a support base 109 that supports the chamber 101, as shown in FIGS. 2 and 3. This plasma processing apparatus 1 forms an insulating film such as an oxide film such as SiO 2 , an oxynitride insulating film such as SiON, or a nitride film such as SiN on the upper surface side of a substrate W placed in a chamber 101 . To form a film. Here, examples of the substrate W1 include a Si substrate, a sapphire substrate, a glass substrate, and the like.

チャンバ１０１は、扁平な矩形箱状であり厚さ方向における一面側が開放されたチャンバ本体１０１１と、チャンバ本体１０１１の開放部分を覆う蓋体１０１２と、を有する。蓋体１０１２は、環状でありチャンバ本体１０１１の＋Ｚ方向側の端面全体に亘って配設されたＯリングのようなシール部材（図示せず）を介してチャンバ本体１０１１に装着されておりチャンバ１０１内が密閉されている。また、蓋体１０１２を厚さ方向から見たときの蓋体１０１２の中央部には、開口部１０１２ｂが形成されている。そして、蓋体１０１２には、後述する供給管１２５から供給される原料ガス、エッチャントガスをチャンバ１０１内へ導入するための導入路１０１２ａが形成されている。この導入路１０１２ａは、蓋体１０１２の上面側における開口部１０１２ｂの外周部から開口部１０１２ｂの内壁に至るように延在しており、延在方向における一端部が蓋体１０１２の上面側に開口し他端部が開口部１０１２ｂの内壁に開口している。また、チャンバ本体１０１１の側壁には、透光性材料から形成され、利用者がチャンバ１０１内を視認するための窓１０１１ａが配設されている。また、蓋体１０１２の＋Ｚ方向側には、ガラスのような誘電体材料から形成され開口部１０１２ｂを閉塞するように配置された誘電体窓１４１と、誘電体窓１４１を蓋体１０１２に固定する窓固定部材１４２と、が配設されている。 The chamber 101 has a chamber body 1011 that is shaped like a flat rectangular box and is open on one side in the thickness direction, and a lid body 1012 that covers the open portion of the chamber body 1011. The lid body 1012 is annular and is attached to the chamber body 1011 via a sealing member (not shown) such as an O-ring disposed over the entire +Z direction side end surface of the chamber body 1011. The inside is sealed. Furthermore, an opening 1012b is formed in the center of the lid 1012 when the lid 1012 is viewed from the thickness direction. The lid body 1012 is formed with an introduction path 1012a for introducing source gas and etchant gas supplied from a supply pipe 125, which will be described later, into the chamber 101. The introduction path 1012a extends from the outer periphery of the opening 1012b on the upper surface side of the lid 1012 to the inner wall of the opening 1012b, and one end in the extending direction is opened on the upper surface side of the lid 1012. The other end is open to the inner wall of the opening 1012b. Furthermore, a window 1011a is provided on the side wall of the chamber body 1011, which is made of a translucent material and allows the user to view the inside of the chamber 101. Further, on the +Z direction side of the lid 1012, there is a dielectric window 141 formed of a dielectric material such as glass and arranged to close the opening 1012b, and the dielectric window 141 is fixed to the lid 1012. A window fixing member 142 is provided.

支持台１０９は、＋Ｚ方向側にチャンバ１０１が載置されたベース部材１０９２と、ベース部材１０９２を支持する支持フレーム１０９１と、を有する。支持フレーム１０９１は、外形が略直方体状となるようにフレームを組み合わせることにより形成されており、内側にフレームで囲まれた略直方体状の領域Ｓ１が形成されている。 The support stand 109 includes a base member 1092 on which the chamber 101 is placed on the +Z direction side, and a support frame 1091 that supports the base member 1092. The support frame 1091 is formed by combining frames so that the outer shape has a substantially rectangular parallelepiped shape, and has a substantially rectangular parallelepiped-shaped region S1 surrounded by the frame inside.

図１に戻って、ステージ１９０は、チャンバ１０１内に配置され、絶縁膜を成膜する対象となる基板Ｗを支持する。このステージ１９０は、Ａｌ、ＳＵＳ、Ｃｕ等の金属で形成されている。また、ステージ１９０には、基板Ｗ１を加熱するためのヒータ１９１が埋設されている。 Returning to FIG. 1, the stage 190 is placed in the chamber 101 and supports a substrate W on which an insulating film is to be formed. This stage 190 is made of metal such as Al, SUS, and Cu. Further, a heater 191 for heating the substrate W1 is embedded in the stage 190.

原料ガス供給部１２１、１２２、１２３は、チャンバ１０１内へ絶縁膜の基となる原料ガスを導入する気体供給部である。原料ガスとしては、例えばＳｉＨ４、Ｏ２、Ｎ２が挙げられる。原料ガス供給部１２１は、例えばＳｉＨ４ガスを貯留するガス貯留部１２１ａと、ガス貯留部１２１ａからＳｉＨ４ガスが供給される供給管１２１ｂと、を有する。また、原料ガス供給部１２１は、供給管１２１ｂに接続され供給管１２１ｂを流れる原料ガスを希釈するための希釈用ガスを供給管１２１ｂ内へ供給する供給管１２１ｅを有する。希釈用ガスとしては、例えばＨ２ガスを採用することができる。更に、原料ガス供給部１２１は、供給管１２１ｂを流れる原料ガスの流量を調節するための流量調節バルブ１２１ｃと、供給管１２１ｅを流れる希釈用ガスの流量を調節するための流量調節バルブ１２１ｄと、を有する。原料ガス供給部１２２は、例えばＯ２ガスを貯留するガス貯留部１２２ａと、ガス貯留部１２１ａからＯ２ガスが供給される供給管１２２ｂと、供給管１２２ｂに接続され前述の希釈用ガスを供給管１２２ｂ内へ供給する供給管１２２ｅと、を有する。また、原料ガス供給部１２２は、供給管１２２ｂを流れるＯ２ガスの流量を調節するための流量調節バルブ１２２ｃと、供給管１２２ｅを流れる希釈用ガスの流量を調節するための流量調節バルブ１２２ｄと、を有する。原料ガス供給部１２３は、例えばＮ２ガスを貯留するガス貯留部１２３ａと、ガス貯留部１２３ａからＮ２ガスが供給される供給管１２３ｂと、供給管１２３ｂに接続され前述の希釈用ガスを供給管１２３ｂ内へ供給する供給管１２３ｅと、を有する。また、原料ガス供給部１２３は、供給管１２３ｂを流れるＮ２ガスの流量を調節するための流量調節バルブ１２３ｃと、供給管１２３ｅを流れる希釈用ガスの流量を調節するための流量調節バルブ１２３ｄと、を有する。供給管１２１ｂ、１２２ｂ、１２３ｂは、供給管１２５に共通接続されている。供給管１２５は、図２に示すように、長尺の管状であり供給管１２１ｂ、１２２ｂ、１２３ｂが共通接続された第１部位１２５１と、長尺の管状であり一端部で第１部位の内側に連通し＋Ｚ方向側まで屈曲しながら延在する第２部位１２５２と、を有する。また、供給管１２５は、第２部位１２５２の他端部に設けられ第２部位１２５２の内側と蓋体１０１２の導入路１０１２ａの蓋体１０１２の上面に開口した部分とを連通させる結合部１２５３を有する。 The source gas supply sections 121, 122, and 123 are gas supply sections that introduce a source gas that will become the basis of an insulating film into the chamber 101. Examples of the source gas include SiH 4 , O 2 , and N 2 . The raw material gas supply section 121 includes, for example, a gas storage section 121a that stores SiH 4 gas, and a supply pipe 121b to which SiH 4 gas is supplied from the gas storage section 121a. Further, the raw material gas supply section 121 includes a supply pipe 121e that is connected to the supply pipe 121b and supplies dilution gas into the supply pipe 121b for diluting the raw material gas flowing through the supply pipe 121b. For example, H 2 gas can be used as the dilution gas. Furthermore, the raw material gas supply unit 121 includes a flow rate adjustment valve 121c for adjusting the flow rate of the raw material gas flowing through the supply pipe 121b, and a flow rate adjustment valve 121d for adjusting the flow rate of the dilution gas flowing through the supply pipe 121e. has. The raw material gas supply section 122 is connected to, for example, a gas storage section 122a that stores O 2 gas, a supply pipe 122b to which O 2 gas is supplied from the gas storage section 121a, and a supply pipe 122b that supplies the above-mentioned dilution gas. It has a supply pipe 122e that supplies into the pipe 122b. The raw material gas supply unit 122 also includes a flow rate adjustment valve 122c for adjusting the flow rate of O 2 gas flowing through the supply pipe 122b, and a flow rate adjustment valve 122d for adjusting the flow rate of the dilution gas flowing through the supply pipe 122e. , has. The raw material gas supply unit 123 is connected to a gas storage unit 123a that stores, for example, N 2 gas, a supply pipe 123b to which N 2 gas is supplied from the gas storage unit 123a, and a supply pipe 123b that supplies the above-mentioned dilution gas. It has a supply pipe 123e that supplies into the pipe 123b. The raw material gas supply unit 123 also includes a flow rate adjustment valve 123c for adjusting the flow rate of N 2 gas flowing through the supply pipe 123b, and a flow rate adjustment valve 123d for adjusting the flow rate of the dilution gas flowing through the supply pipe 123e. , has. The supply pipes 121b, 122b, and 123b are commonly connected to a supply pipe 125. As shown in FIG. 2, the supply pipe 125 has a first part 1251, which has a long tubular shape and has supply pipes 121b, 122b, and 123b connected in common, and a first part 1251, which has a long tubular shape and has one end connected to the inside of the first part. and a second portion 1252 that communicates with and extends while being bent to the +Z direction side. The supply pipe 125 also has a connecting portion 1253 that is provided at the other end of the second portion 1252 and communicates the inside of the second portion 1252 with the portion of the introduction path 1012a of the lid 1012 that opens on the top surface of the lid 1012. have

図１に戻って、エッチャントガス供給部１１１は、チャンバ１０１内へエッチャントガスを供給する気体供給部である。エッチャントガスとしては、例えばＣＦ４が挙げられる。エッチャントガス供給部１１１は、例えばＣＦ４ガスを貯留するガス貯留部１１１ａと、ガス貯留部１１１ａからＣＦ４ガスが供給される供給管１１１ｂと、供給管１１１ｂに接続され供給管１１１ｂを流れるエッチャントガスを希釈するための希釈用ガスを供給管１１１ｂ内へ供給する供給管１１１ｅと、を有する。また、エッチャントガス供給部１１１は、供給管１１１ｂを流れるＣＦ４ガスの流量を調節するための流量調節バルブ１１１ｃと、供給管１１１ｅを流れる希釈用ガスの流量を調節するための流量調節バルブ１１１ｄと、を有する。供給管１１１ｂは、供給管１１２に接続されている。供給管１１２は、図２および図３に示すように、長尺の管状であり供給管１１１ｂが共通接続された第３部位１１２１と、長尺の管状であり一端部で第３部位１１２１の内側に連通しチャンバ１０１の＋Ｚ方向側まで屈曲しながら延在する第４部位１１２２と、を有する。また、供給管１１２は、第４部位１１２２の他端部に設けられ第４部位１１２２の内側と蓋体１０１２の導入路１０１２ａの蓋体１０１２の上面に開口した部分とを連通させる結合部１１２３を有する。また、流量調整バルブ１２１ｃ、１２２ｃ、１２３ｃ、１２１ｄ、１２２ｄ、１２３ｄ、１１１ｃ、１１１ｄは、チャンバ１０１のーＺ方向側に形成された支持フレーム１０９１で囲まれた領域Ｓ１内に纏めて配置されている。ここで、流量調整バルブ１２１ｃ、１２２ｃ、１２３ｃ、１２１ｄ、１２２ｄ、１２３ｄ、１１１ｃ、１１１ｄは、矩形板状であり厚さ方向がＹ軸方向に沿うよう姿勢で支持フレーム１０９１に固定された支持プレート１０９３の＋Ｙ方向側に纏めて固定されている。 Returning to FIG. 1, the etchant gas supply unit 111 is a gas supply unit that supplies etchant gas into the chamber 101. Examples of the etchant gas include CF 4 . The etchant gas supply unit 111 includes, for example, a gas storage unit 111a that stores CF 4 gas, a supply pipe 111b to which CF 4 gas is supplied from the gas storage unit 111a, and an etchant gas that is connected to the supply pipe 111b and flows through the supply pipe 111b. It has a supply pipe 111e that supplies diluting gas into the supply pipe 111b to dilute the gas. The etchant gas supply unit 111 also includes a flow rate adjustment valve 111c for adjusting the flow rate of CF 4 gas flowing through the supply pipe 111b, and a flow rate adjustment valve 111d for adjusting the flow rate of the dilution gas flowing through the supply pipe 111e. , has. Supply pipe 111b is connected to supply pipe 112. As shown in FIGS. 2 and 3, the supply pipe 112 has a long tubular shape and a third portion 1121 to which the supply pipe 111b is commonly connected, and a long tubular shape with one end connected to the inside of the third portion 1121. and a fourth portion 1122 that communicates with the chamber 101 and extends while being bent to the +Z direction side of the chamber 101 . The supply pipe 112 also has a connecting portion 1123 that is provided at the other end of the fourth portion 1122 and communicates between the inside of the fourth portion 1122 and the portion of the introduction path 1012a of the lid 1012 that opens on the top surface of the lid 1012. have Further, the flow rate adjustment valves 121c, 122c, 123c, 121d, 122d, 123d, 111c, and 111d are collectively arranged in a region S1 surrounded by a support frame 1091 formed on the −Z direction side of the chamber 101. . Here, the flow rate adjustment valves 121c, 122c, 123c, 121d, 122d, 123d, 111c, and 111d have a rectangular plate shape, and the support plate 1093 is fixed to the support frame 1091 in a posture such that the thickness direction is along the Y-axis direction. They are all fixed together in the +Y direction.

図１に戻って、チャンバ１０１には、その内部に連通する排気管１８２を介して真空ポンプ１８１が取り付けられている。真空ポンプ１８１は、例えばターボ分子ポンプを採用することができる。この真空ポンプ１８１が動作することにより、チャンバ１０１内の気体が排気管１８２を通じて排気され、チャンバ１０１内が減圧状態となる。真空ポンプ１８１および排気管１８２は、図３に示すように、チャンバ１０１のーＺ方向側に形成された支持フレーム１０９１で囲まれた領域Ｓ１内における支持プレート１０９３の－Ｙ方向側に配置されている。 Returning to FIG. 1, a vacuum pump 181 is attached to the chamber 101 via an exhaust pipe 182 that communicates with the interior thereof. For example, a turbo molecular pump can be used as the vacuum pump 181. By operating this vacuum pump 181, the gas inside the chamber 101 is exhausted through the exhaust pipe 182, and the inside of the chamber 101 is brought into a reduced pressure state. As shown in FIG. 3, the vacuum pump 181 and the exhaust pipe 182 are arranged on the −Y direction side of the support plate 1093 within a region S1 surrounded by the support frame 1091 formed on the −Z direction side of the chamber 101. There is.

図１に戻って、高周波印加部１０２は、高周波電力を発生する高周波発生源１０２１と、整合器１０２２と、チャンバ１０１の外側においてチャンバ１０１の誘電体窓１４１に対向して配置された誘導コイル１０２３と、を有する。また、高周波印加部１０２は、図２および図３に示すように、扁平な矩形箱状であり高周波発生源１０２１および整合器１０２２を収納する筐体１０２４ａと、扁平な矩形箱状であり誘導コイル１０２３の一部を収納する筐体１０２４ｂと、を有する。更に、高周波印加部１０２は、図４（Ａ）および（Ｂ）に示すように、筐体１０２４ｂの－Ｚ方向側において誘導コイル１０２３を囲繞するように重ねて配置された枠体１０２５ａ、１０２５ｂと、筐体１０２４ｂの内側の領域と枠体１０２５ａ、１０２５ｂの内側の領域とを隔てるように配置された遮蔽板１０２４ｃと、を有する。 Returning to FIG. 1, the high frequency application unit 102 includes a high frequency generation source 1021 that generates high frequency power, a matching device 1022, and an induction coil 1023 disposed outside the chamber 101 facing the dielectric window 141 of the chamber 101. and has. Further, as shown in FIGS. 2 and 3, the high frequency application unit 102 includes a housing 1024a that has a flat rectangular box shape and houses a high frequency generation source 1021 and a matching device 1022, and a housing 1024a that has a flat rectangular box shape and has an induction coil. 1023. Furthermore, as shown in FIGS. 4(A) and 4(B), the high-frequency applying unit 102 includes frames 1025a and 1025b that are placed one on top of the other so as to surround the induction coil 1023 on the −Z direction side of the housing 1024b. , a shielding plate 1024c arranged to separate the inner region of the housing 1024b from the inner regions of the frames 1025a and 1025b.

誘導コイル１０２３は、金属のような導体から長尺の管状に形成され、チャンバ１０１の外側に配置されるとともに、チャンバ１０１内に原料ガス、エッチャントガスのような気体が充填された状態で高周波発生源１０２１から高周波電力が供給されることにより、チャンバ１０１内に高周波磁界を発生させてチャンバ１０１内にプラズマＰＬＭを発生させる。誘導コイル１０２３は、枠体１０２５ａ、１０２５ｂの内側における＋Ｙ方向側の領域に配置されたサブコイル１０２３１と－Ｙ方向側に配置されたサブコイル１０２３２とを含む。サブコイル１０２３１は、管状であり、図５に示すように、平面視渦巻き状に延在している渦巻き部１０２３１ａと、平面視渦巻き状に延在しＸ軸方向において渦巻き部１０２３１ａと隣り合う位置に配置された渦巻き部１０２３１ｂと、を有する。ここで、渦巻き部１０２３１ａ、１０２３１ｂは、それぞれ、最も外側に位置する端部が固定部材１０２３３を介して遮蔽板１０２４ｃに接地されている。渦巻き部１０２３１ａは、－Ｚ方向側から見たときに右回りに渦巻き状に延在しており、渦巻き部１０２３１ｂは、左回りに渦巻き状に延在している。また、サブコイル１０２３１は、渦巻き部１０２３１ａ、１０２３１ｂの最も外側における＋Ｙ方向側に配置された端部同士を連結する管継手１０２３１ｃを有する。更に、サブコイル１０２３１は、図４（Ｂ）に示すように、管状であり渦巻き部分１０２３１ａ、１０２３１ｂそれぞれのＸ軸方向における中央部に配置された端部から＋Ｚ方向へ延在する立ち上げ部１０２３１ｅと、立ち上げ部１０２３１ｅにおける渦巻き部１０２３１ａ、１０２３１ｂ側とは反対側の端部に設けられ後述の冷媒管１７２に接続される管継手１０２３１ｄと、を有する。そして、立ち上げ部１０２３１ｅは、高周波発生源１０２１の出力端に電気的に接続されている。 The induction coil 1023 is formed into a long tube shape from a conductor such as metal, and is placed outside the chamber 101, and generates high frequency while the chamber 101 is filled with a gas such as a raw material gas or an etchant gas. By supplying high-frequency power from the source 1021, a high-frequency magnetic field is generated within the chamber 101, and a plasma PLM is generated within the chamber 101. The induction coil 1023 includes a subcoil 10231 arranged in a region on the +Y direction side inside the frames 1025a, 1025b and a subcoil 10232 arranged on the -Y direction side. The subcoil 10231 has a tubular shape, and, as shown in FIG. 5, has a spiral portion 10231a that extends in a spiral shape in a plan view, and a spiral portion 10231a that extends in a spiral shape in a plan view and is located at a position adjacent to the spiral portion 10231a in the X-axis direction. and a spiral portion 10231b arranged therein. Here, the outermost ends of the spiral portions 10231a and 10231b are each grounded to the shielding plate 1024c via the fixing member 10233. The spiral portion 10231a extends in a clockwise spiral when viewed from the -Z direction side, and the spiral portion 10231b extends in a counterclockwise spiral. Further, the subcoil 10231 has a pipe joint 10231c that connects the outermost ends of the spiral portions 10231a and 10231b that are disposed on the +Y direction side. Furthermore, as shown in FIG. 4(B), the subcoil 10231 has a tubular shape and includes a rising portion 10231e extending in the +Z direction from an end portion located at the center in the X-axis direction of each of the spiral portions 10231a and 10231b. , a pipe joint 10231d that is provided at the end of the rising portion 10231e opposite to the spiral portions 10231a and 10231b and connected to a refrigerant pipe 172, which will be described later. The rising portion 10231e is electrically connected to the output end of the high frequency generation source 1021.

また、サブコイル１０２３２も、管状であり、図５に示すように、平面視渦巻き状に延在している渦巻き部１０２３２ａと、平面視渦巻き状に延在しＸ軸方向において渦巻き部１０２３２ａと隣り合う位置に配置された渦巻き部１０２３２ｂと、を有する。ここで、渦巻き部１０２３１ａ、１０２３１ｂは、それぞれ、最も外側に位置する端部が固定部材１０２３３を介して遮蔽板１０２４ｃに接地されている。渦巻き部１０２３２ａは、－Ｚ方向側から見たときに左回りに渦巻き状に延在し、渦巻き部１０２３２ｂは、右回りに渦巻き状に延在している。また、サブコイル１０２３２も、渦巻き部１０２３２ａ、１０２３２ｂの最も外側における＋Ｙ方向側に配置された端部同士を連結する管継手１０２３２ｃを有する。更に、サブコイル１０２３２も、図４（Ｂ）に示すように、管状であり渦巻き部分１０２３２ａ、１０２３２ｂそれぞれのＸ軸方向における中央部に配置された端部から＋Ｚ方向へ延在する立ち上げ部１０２３２ｅと、立ち上げ部１０２３２ｅにおける渦巻き部１０２３２ａ、１０２３２ｂ側とは反対側の端部に設けられ後述の冷媒管１７２に接続される管継手１０２３２ｄと、を有する。 Further, the subcoil 10232 is also tubular, and as shown in FIG. 5, has a spiral portion 10232a that extends in a spiral shape in a plan view, and a spiral portion 10232a that extends in a spiral shape in a plan view and is adjacent to the spiral portion 10232a in the X-axis direction. and a spiral portion 10232b located at the position. Here, the outermost ends of the spiral portions 10231a and 10231b are each grounded to the shielding plate 1024c via the fixing member 10233. The spiral portion 10232a extends in a counterclockwise spiral when viewed from the -Z direction side, and the spiral portion 10232b extends in a clockwise spiral. Further, the subcoil 10232 also has a pipe joint 10232c that connects the outermost ends of the spiral portions 10232a and 10232b that are disposed on the +Y direction side. Furthermore, as shown in FIG. 4(B), the subcoil 10232 is also tubular and includes a rising portion 10232e extending in the +Z direction from an end portion located at the center of each of the spiral portions 10232a and 10232b in the X-axis direction. , a pipe joint 10232d provided at the end of the rising portion 10232e opposite to the spiral portions 10232a and 10232b and connected to a refrigerant pipe 172, which will be described later.

遮蔽板１０２４ｃは、図５に示すように、Ｙ軸方向における中央部よりも＋Ｙ方向側でＸ軸方向に並列し遮蔽板１０２４ｃの厚さ方向に貫通する４つの貫通孔１０２４ｃ１が設けられている。そして、サブコイル１０２３１、１０２３２それぞれの立ち上げ部１０２３１ｅ、１０２３２ｅが、図４（Ａ）および（Ｂ）に示すように、遮蔽板１０２４ｃの－Ｚ方向側から貫通孔１０２４ｃ１に挿通されて遮蔽板１０２４ｃの＋Ｚ方向側へ延在している。また、サブコイル１０２３１、１０２３２それぞれの立ち上げ部１０２３１ｅ、１０２３２ｅは、絶縁保持部１０２３５を介して遮蔽板１０２４ｃに固定されるとともに、筐体１０２４ｂに固定された支持アーム１０２４ｄに固定されている。絶縁支持部１０２５は、図６に示すように、平面視半円形であり中央部に立ち上げ部１０２３１ｅ、１０２３２ｅが内側に配置される凹部１０２３５ａ１が形成された２つの絶縁部材１０２３５ａと、平面視半円環状であり内側で絶縁部材１０２３５ａを保持する２つの保持部材１０２３５ｂと、を有する。２つの絶縁部材１０２３５ａは、例えばセラミックスから形成され、２つの保持部材１０２３５ｂは、例えばアルミニウムのような金属から形成されている。保持部材１０２３５ｂの厚さ方向における一端部には、内側へ延出する内鍔部１０２３５ｂ２が設けられている。そして、保持部材１０２３５ｂは、内鍔部１０２３５ｂ２が絶縁部材１０２３５ａの遮蔽版１０２４ｃ側とは反対側の周部に当接した状態で遮蔽板１０２４ｃに固定されている。ここで、２つの保持部材１０２３５ｂには、それぞれ、厚さ方向に貫通する貫通孔１０２３５ｂ１が形成されており、遮蔽版１０２４ｃにおける貫通孔１０２４ｃ２の外周部には、４つの螺子孔１０２４ｃ２が形成されている。そして、保持部材１０２３５ｂは、貫通孔１０２３５ｂ１に挿通された螺子（図示せず）が遮蔽板１０２４ｃの螺子孔１０２４ｃ２に螺着されることで、遮蔽版１０２４ｃに固定されている。 As shown in FIG. 5, the shielding plate 1024c is provided with four through holes 1024c1 that are arranged in parallel in the X-axis direction on the +Y direction side with respect to the central portion in the Y-axis direction and that penetrate the shielding plate 1024c in the thickness direction. . Then, the rising portions 10231e and 10232e of the subcoils 10231 and 10232 are inserted into the through holes 1024c1 from the -Z direction side of the shielding plate 1024c, as shown in FIGS. 4(A) and 4(B). It extends in the +Z direction. Further, the rising portions 10231e and 10232e of the subcoils 10231 and 10232 are fixed to the shielding plate 1024c via the insulating holding portion 10235, and are also fixed to the support arm 1024d fixed to the housing 1024b. As shown in FIG. 6, the insulating support part 1025 includes two insulating members 10235a each having a semicircular shape in a plan view and having a recessed part 10235a1 in the center of which the raised parts 10231e and 10232e are arranged, and a semicircular part in a plan view. It has two holding members 10235b that are annular and hold an insulating member 10235a inside. The two insulating members 10235a are made of, for example, ceramics, and the two holding members 10235b are made of, for example, metal such as aluminum. An inner flange 10235b2 extending inward is provided at one end in the thickness direction of the holding member 10235b. The holding member 10235b is fixed to the shielding plate 1024c with the inner flange 10235b2 in contact with the peripheral portion of the insulating member 10235a on the side opposite to the shielding plate 1024c. Here, a through hole 10235b1 penetrating in the thickness direction is formed in each of the two holding members 10235b, and four screw holes 1024c2 are formed in the outer periphery of the through hole 1024c2 in the shielding plate 1024c. There is. The holding member 10235b is fixed to the shielding plate 1024c by screwing a screw (not shown) inserted into the through hole 10235b1 into a screw hole 1024c2 of the shielding plate 1024c.

また、図５に示すように、サブコイル１０２３１の渦巻き部１０２３１ａ、１０２３１ｂそれぞれの最も－Ｙ方向側の部分が、遮蔽板１０２４ｃの－Ｚ方向側に配置された固定部材１０２３４より遮蔽板１０２４ｃに固定され、渦巻き部１０２３１ａ、１０２３１ｂそれぞれの管継手１０２３１ｃに接続される端部が、遮蔽板１０２４ｃの－Ｚ方向側に配置された固定部材１０２３３より遮蔽板１０２４ｃに固定されている。また、サブコイル１０２３２の渦巻き部１０２３２ａ、１０２３２ｂそれぞれの最も－Ｙ方向側の部分も、遮蔽板１０２４ｃの－Ｚ方向側に配置された固定部材１０２３４より遮蔽板１０２４ｃに固定され、渦巻き部１０２３２ａ、１０２３２ｂそれぞれの管継手１０２３２ｃに接続される端部も、遮蔽板１０２４ｃの－Ｚ方向側に配置された固定部材１０２３３より遮蔽板１０２４ｃに固定されている。ここで、固定部材１０２３４は、図７（Ａ）および（Ｂ）に示すように、サブコイル１０２３１、１０２３２が内側に配置される溝１０２３４ａ２が形成された絶縁ブロック１０２３４ａと、平面視長方形状であり絶縁ブロック１０２３４ａにおける溝１０２３４ａ２側に配置されサブコイル１０２３１、１０２３２を絶縁ブロック１０２３４ａに固定するための固定片１０２３４ｂと、を有する。絶縁ブロック１０２３４ａは、例えばセラミックスから形成され、固定片１０２３４ｂは、例えば銅のような金属から形成されている。絶縁ブロック１０２３４ａにおける溝１０２３４ａ２の外周部には、螺子孔１０２３４ａ３が形成されており、絶縁ブロック１０２３４ａにおける溝１０２３４ａ２側とは反対側にも、螺子孔１０２３４ａ１が形成されている。そして、絶縁ブロック１０２３４ａは、遮蔽板１０２４ｃにおける絶縁ブロック１０２３４ａが配置される部分に形成された貫通孔（図示せず）に挿通された螺子（図示せず）が螺子孔１０２３４ａ１に螺着された状態で遮蔽板１０２４ｃに固定されている。また、固定片１０２３４ｂの長手方向における両端部には、固定片１０２３４ｂの厚さ方向に貫通する貫通孔１０２３４ｂ１が形成されている。そして、固定片１０２３４ｂは、絶縁ブロック１０２３４ａの溝１０２３４ａ２の内側にサブコイル１０２３１、１０２３２の一部が配置され、貫通孔１０２３４ｂ１に挿通された螺子（図示せず）が絶縁ブロック１０２３４ａの螺子孔１０２３４ａ３に螺着された状態で絶縁ブロック１０２３４ａに固定されている。 Further, as shown in FIG. 5, the portions of the spiral portions 10231a and 10231b of the subcoil 10231 closest to the -Y direction are fixed to the shielding plate 1024c by a fixing member 10234 disposed on the -Z direction side of the shielding plate 1024c. , the end portions of the spiral portions 10231a and 10231b connected to the pipe joint 10231c are fixed to the shielding plate 1024c by a fixing member 10233 disposed on the −Z direction side of the shielding plate 1024c. In addition, the portions of the spiral portions 10232a and 10232b of the subcoil 10232 that are closest to the −Y direction are also fixed to the shielding plate 1024c by a fixing member 10234 disposed on the −Z direction side of the shielding plate 1024c, and the spiral portions 10232a and 10232b are fixed to the shielding plate 1024c, respectively. The end connected to the pipe joint 10232c is also fixed to the shielding plate 1024c by a fixing member 10233 arranged on the −Z direction side of the shielding plate 1024c. Here, as shown in FIGS. 7A and 7B, the fixing member 10234 has an insulating block 10234a formed with grooves 10234a2 in which the subcoils 10231 and 10232 are arranged, and is rectangular in plan view and insulated. A fixing piece 10234b is provided on the groove 10234a2 side of the block 10234a to fix the subcoils 10231 and 10232 to the insulating block 10234a. The insulating block 10234a is made of, for example, ceramics, and the fixing piece 10234b is made of, for example, a metal such as copper. A screw hole 10234a3 is formed on the outer periphery of the groove 10234a2 in the insulating block 10234a, and a screw hole 10234a1 is also formed on the opposite side of the groove 10234a2 in the insulating block 10234a. The insulating block 10234a is in a state in which a screw (not shown) inserted into a through hole (not shown) formed in a portion of the shielding plate 1024c where the insulating block 10234a is arranged is screwed into the screw hole 10234a1. and is fixed to the shielding plate 1024c. Furthermore, through holes 10234b1 penetrating in the thickness direction of the fixed piece 10234b are formed at both ends in the longitudinal direction of the fixed piece 10234b. In the fixed piece 10234b, part of the subcoils 10231 and 10232 are arranged inside the groove 10234a2 of the insulating block 10234a, and a screw (not shown) inserted into the through hole 10234b1 is screwed into the screw hole 10234a3 of the insulating block 10234a. It is fixed to the insulating block 10234a in the attached state.

固定部材１０２３３は、図８に示すように、サブコイル１０２３１、１０２３２の渦巻き部１０２３１ａ、１０２３１ｂ、１０２３２ａ、１０２３２ｂが内側に配置される切欠部１０２３３ａ１が形成されたアースブロック１０２３３ａと、アースブロック１０２３３ａにおける切欠部１０２３３ａ１に対向して配置されサブコイル１０２３１、１０２３２をアースブロック１０２３３ａに固定するための固定片１０２３３ｂと、を有する。アースブロック１０２３３ａおよび固定片１０２３３ｂは、それぞれ、例えば銅のような金属から形成されている。また、アースブロック１０２３３ａには、厚さ方向に貫通する貫通孔１０２３３ａ２が形成されている。また、固定片１０２３３ｂには、固定片１０２３３ｂの厚さ方向に貫通する貫通孔１０２３３ｂ１が形成されている。そして、固定片１０２３３ｂは、アースブロック１０２３３ａの切欠部１０２３３ａ１の内側にサブコイル１０２３１、１０２３２の一部が配置された状態でアースブロック１０２３３ａに固定されている。ここで、固定片１０２３３ｂとアースブロック１０２３３ａとは、固定片１０２３３ｂの貫通孔１０２３３ｂ１、アースブロック１０２３３ａの貫通孔１０２３３ｂ１および遮蔽板１０２４ｃに形成された貫通孔１０２４ｃ３に挿通された螺子（図示せず）と螺子に螺号するナット（図示せず）とにより遮蔽板１０２４ｃに共締め固定されている。 As shown in FIG. 8, the fixing member 10233 includes a ground block 10233a in which a cutout 10233a1 is formed in which the spiral parts 10231a, 10231b, 10232a, and 10232b of the subcoils 10231 and 10232 are arranged, and a cutout in the ground block 10233a. It has a fixing piece 10233b arranged opposite to 10233a1 for fixing subcoils 10231 and 10232 to earth block 10233a. The earth block 10233a and the fixed piece 10233b are each made of metal such as copper, for example. Furthermore, a through hole 10233a2 penetrating in the thickness direction is formed in the ground block 10233a. Furthermore, a through hole 10233b1 that penetrates in the thickness direction of the fixed piece 10233b is formed in the fixed piece 10233b. The fixed piece 10233b is fixed to the earth block 10233a with part of the subcoils 10231 and 10232 disposed inside the notch 10233a1 of the earth block 10233a. Here, the fixed piece 10233b and the earth block 10233a are screws (not shown) inserted into the through hole 10233b1 of the fixed piece 10233b, the through hole 10233b1 of the earth block 10233a, and the through hole 1024c3 formed in the shielding plate 1024c. The shield plate 1024c is fastened together with a nut (not shown) threaded onto the screw.

図１に戻って、高周波印加部１０２は、誘導コイル１０２３に高周波数（例えば周波数１３．５６ＭＨｚ）の交流を印加することにより、チャンバ１０１内に供給された原料ガスまたはエッチャントガスに高周波数の電磁場を印加する。これにより、チャンバ１０１内にプラズマＰＬＭが発生する。 Returning to FIG. 1, the high-frequency application unit 102 applies a high-frequency electromagnetic field to the raw material gas or etchant gas supplied into the chamber 101 by applying high-frequency (for example, 13.56 MHz) alternating current to the induction coil 1023. Apply. As a result, plasma PLM is generated within the chamber 101.

冷媒供給部１７１は、管状の誘導コイル１０２３に前述の管継手１０２３１ｄ、１０２３２ｄを介して接続された冷媒管１７２を通じて、誘導コイル１０２３の内側に冷媒を供給する。冷媒としては、例えば純度９９％以上の水を採用することができる。 The refrigerant supply unit 171 supplies refrigerant to the inside of the induction coil 1023 through the refrigerant pipe 172 connected to the tubular induction coil 1023 via the aforementioned pipe joints 10231d and 10232d. For example, water with a purity of 99% or more can be used as the refrigerant.

制御部２００は、高周波印加部１０２がチャンバ１０１内にプラズマを発生させた状態を維持するように高周波印加部１０２を制御する。制御部２００は、原料ガス供給部１２１、１２２、１２３によりＳｉＨ４ガス、Ｏ２ガス、Ｎ２ガスをチャンバ１０１内へ供給する第１状態と、エッチャントガス供給部１１１によりＣＦ４ガスをチャンバ１０１内へ供給する第２状態と、が交互に切り替わるように原料ガス供給部１２１、１２２、１２３およびエッチャントガス供給部１１１を制御する。 The control unit 200 controls the high frequency application unit 102 so as to maintain the state in which the high frequency application unit 102 generates plasma in the chamber 101 . The control unit 200 operates in a first state in which SiH 4 gas, O 2 gas, and N 2 gas are supplied into the chamber 101 by the source gas supply units 121, 122, and 123, and in a first state in which the etchant gas supply unit 111 supplies CF 4 gas into the chamber 101. The raw material gas supply sections 121, 122, 123 and the etchant gas supply section 111 are controlled so that the second state in which the raw material gas is supplied into the etchant gas and the second state in which the etchant gas is supplied to the inside are alternately switched.

本実施の形態に係るプラズマ処理装置１によれば、誘導コイル１０２３が、金属から長尺の管状に形成され、冷媒供給部１７１が、誘導コイル１０２３の内側に冷媒を供給する。これにより、誘導コイル１０２３の温度が過度に上昇することが抑制されるので、誘導コイル１０２３の劣化を抑制することができる。 According to the plasma processing apparatus 1 according to the present embodiment, the induction coil 1023 is formed from metal in the shape of a long tube, and the coolant supply section 171 supplies a coolant inside the induction coil 1023. This prevents the temperature of the induction coil 1023 from rising excessively, so deterioration of the induction coil 1023 can be suppressed.

また、本実施の形態に係る誘導コイル１０２３は、サブコイル１０２３１、１０２３２を有し、サブコイル１０２３１の渦巻き部１０２３１ａの巻回方向が、渦巻き部１０２３１ｂの巻回方向と逆向きになっている。また、サブコイル１０２３２の渦巻き部１０２３２ａの巻回方向も、渦巻き部１０２３２ｂの巻回方向と逆向きになっている。これにより、サブコイル１０２３１、１０２３２それぞれで発生する磁場の分布を均一にすることができるので、チャンバ１０１内に比較的均一なプラズマＰＬＭを発生させることができる。 Further, the induction coil 1023 according to this embodiment has subcoils 10231 and 10232, and the winding direction of the spiral portion 10231a of the subcoil 10231 is opposite to the winding direction of the spiral portion 10231b. Further, the winding direction of the spiral portion 10232a of the sub-coil 10232 is also opposite to the winding direction of the spiral portion 10232b. As a result, the distribution of the magnetic fields generated in each of the subcoils 10231 and 10232 can be made uniform, so that relatively uniform plasma PLM can be generated in the chamber 101.

（実施の形態２）
本実施の形態に係るプラズマ処理装置は、ステージ１９０に載置された基板にバイアスを印加するバイアス印加部を備える点で実施の形態１と相違する。図９に示すように、本実施の形態に係るプラズマ処理装置２は、チャンバ１０１と、ステージ１９０と、高周波印加部１０２と、バイアス印加部１０６、原料ガス供給部１２１、１２２、１２３と、エッチャントガス供給部１１１と、を備える。なお、図９において、実施の形態１と同様の構成については図１と同一の符号を付している。また、プラズマ処理装置２は、実施の形態１に係るプラズマ処理装置１と同様に、高周波印加部１０２、原料ガス供給部１２１、１２２、１２３およびエッチャントガス供給部１１１を制御する制御部２００と、冷媒供給部１７１と、を備える。バイアス印加部１０６は、ステージ１９０に支持された基板Ｗに高周波のバイアスを印加する。バイアス印加部１０６は、ステージ１９０に対して０Ｖと－２０００Ｖの負電圧との間で振動する高周波電圧（例えば周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電圧）を印加する。バイアス印加部１０６は、高周波発生源１０６１と整合器１０６２とを有する。 (Embodiment 2)
The plasma processing apparatus according to the present embodiment differs from the first embodiment in that it includes a bias application section that applies a bias to the substrate placed on the stage 190. As shown in FIG. 9, the plasma processing apparatus 2 according to the present embodiment includes a chamber 101, a stage 190, a high frequency application section 102, a bias application section 106, source gas supply sections 121, 122, 123, and an etchant. A gas supply section 111 is provided. Note that in FIG. 9, the same components as in Embodiment 1 are given the same reference numerals as in FIG. Further, like the plasma processing apparatus 1 according to the first embodiment, the plasma processing apparatus 2 includes a control section 200 that controls the high frequency application section 102, the source gas supply sections 121, 122, 123, and the etchant gas supply section 111. A refrigerant supply section 171 is provided. The bias application unit 106 applies a high frequency bias to the substrate W supported on the stage 190. The bias application unit 106 applies to the stage 190 a high frequency voltage (for example, a high frequency voltage with a frequency of 13.56 MHz) that oscillates between 0V and a negative voltage of -2000V. Bias application section 106 includes a high frequency generation source 1061 and a matching device 1062.

制御部２００は、高周波印加部１０２がチャンバ１０１内にプラズマを発生させ、バイアス印加部１０６が基板Ｗに高周波バイアスを印加している状態を維持するように高周波印加部１０２およびバイアス印加部１０６を制御する。制御部２００は、原料ガス供給部１２１、１２２、１２３によりＳｉＨ４ガス、Ｏ２ガス、Ｎ２ガスをチャンバ１０１内へ供給する第１状態と、エッチャントガス供給部１１１によりＣＦ４ガスをチャンバ１０１内へ供給する第２状態と、が交互に切り替わるように原料ガス供給部１２１、１２２、１２３およびエッチャントガス供給部１１１を制御する。 The control unit 200 controls the high frequency applying unit 102 and the bias applying unit 106 so that the high frequency applying unit 102 generates plasma in the chamber 101 and the bias applying unit 106 maintains a state in which a high frequency bias is applied to the substrate W. Control. The control unit 200 operates in a first state in which SiH 4 gas, O 2 gas, and N 2 gas are supplied into the chamber 101 by the source gas supply units 121, 122, and 123, and in a first state in which the etchant gas supply unit 111 supplies CF 4 gas into the chamber 101. The raw material gas supply sections 121, 122, 123 and the etchant gas supply section 111 are controlled so that the second state in which the raw material gas is supplied into the etchant gas and the second state in which the etchant gas is supplied to the inside are alternately switched.

次に、本実施の形態に係るプラズマ処理装置２を用いて絶縁膜を成膜するための成膜処理について図１０および図１１を参照しながら説明する。まず、図１１に示すように、一面に凹部または段差部が形成された基板を準備する準備工程を行う（ステップＳ１）。準備工程では、例えば図１１（Ａ）に示すような凹部ＴＲが形成された基板Ｗ１を準備する。ここで、凹部ＴＲのアスペクト比Ｄ１／Ｗ１は、１０以下である。また、基板Ｗ１としては、例えばＳｉ基板、サファイヤ基板、ガラス基板等が挙げられる。 Next, a film forming process for forming an insulating film using the plasma processing apparatus 2 according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 10 and 11. First, as shown in FIG. 11, a preparation step is performed in which a substrate having a recessed portion or a step portion formed on one side is prepared (step S1). In the preparation step, a substrate W1 in which a recess TR as shown in FIG. 11A is formed is prepared, for example. Here, the aspect ratio D1/W1 of the recessed portion TR is 10 or less. Furthermore, examples of the substrate W1 include a Si substrate, a sapphire substrate, a glass substrate, and the like.

図１０に戻って、次に、プラズマ処理装置２が、基板Ｗ１に高周波電圧を印加しながら基板Ｗ上に絶縁膜であるＳｉＮを形成する成膜工程を行う（ステップＳ２）。成膜工程において使用する原料ガスは、ＳｉＨ４ガス、Ｏ２ガス、Ｎ２ガスである。また、成膜工程においてチャンバ１０１へ供給するＳｉＨ４ガス、Ｏ２ガス、Ｎ２ガスの流量比は、１：２：２０となるように設定されている。また、成膜工程における基板Ｗの温度は、４０℃以下であることが好ましい。続いて、プラズマ処理装置２が、基板Ｗ１に高周波電圧を印加しながら絶縁膜であるＳｉＮ膜をドライエッチングするエッチング工程を行う（ステップＳ３）。エッチング工程において使用するエッチャントガスは、ＣＦ４ガスである。また、エッチング工程では、Ｏ２ガスも使用する。また、エッチング工程において、チャンバ１０１へ供給するＣＦ４ガス、Ｏ２ガスの流量比は、１００：７となるように設定することができる。ここで、チャンバ１０１内の圧力は、１Ｐａ以上１．５Ｐａ以下の圧力雰囲気となるように設定することが好ましい。 Returning to FIG. 10, next, the plasma processing apparatus 2 performs a film forming process of forming SiN, which is an insulating film, on the substrate W while applying a high frequency voltage to the substrate W1 (step S2). The raw material gases used in the film forming process are SiH 4 gas, O 2 gas, and N 2 gas. Further, the flow rate ratio of SiH 4 gas, O 2 gas, and N 2 gas supplied to the chamber 101 in the film forming process is set to be 1:2:20. Further, the temperature of the substrate W in the film forming process is preferably 40° C. or lower. Next, the plasma processing apparatus 2 performs an etching process of dry etching the SiN film, which is an insulating film, while applying a high frequency voltage to the substrate W1 (step S3). The etchant gas used in the etching process is CF 4 gas. Additionally, O 2 gas is also used in the etching process. Further, in the etching process, the flow ratio of CF 4 gas and O 2 gas supplied to the chamber 101 can be set to 100:7. Here, the pressure inside the chamber 101 is preferably set to a pressure atmosphere of 1 Pa or more and 1.5 Pa or less.

ここで、１回のエッチング工程における絶縁膜のエッチング量は、１回の成膜工程における絶縁膜の成膜量の２０％以下になるように設定されている。なお、１回のエッチング工程におけるエッチング量は、１回の成膜工程における成膜量の６．９％以上であることが好ましく、１２％以上１５％以下であることがより好ましい。また、エッチング工程におけるバイアス印加部１０６の出力電力は、成膜工程におけるバイアス印加部１０６の出力電力よりも小さくてもよい。 Here, the amount of the insulating film etched in one etching process is set to be 20% or less of the amount of the insulating film formed in one film forming process. Note that the etching amount in one etching step is preferably 6.9% or more of the film forming amount in one film forming step, and more preferably 12% or more and 15% or less. Further, the output power of the bias application unit 106 in the etching process may be smaller than the output power of the bias application unit 106 in the film forming process.

その後、プラズマ処理装置２が、基板Ｗ１に対して行ったエッチング工程の回数が、予め設定された基準回数に到達したか否かを判定する（ステップＳ４）。ここでは、制御部２００が、１つの基板Ｗ１に対して行われたエッチング工程の回数をカウントし、そのカウント値と予め設定された基準回数を示す値とを比較する。基準回数は、成膜する絶縁膜の厚さ、凹部ＴＲの深さ等に応じて適宜設定することができるが、例えば３回に設定される。プラズマ処理装置２は、基板Ｗに対して行ったエッチング工程の回数が基準回数に到達していないと判定すると（ステップＳ４：Ｎｏ）、再びステップＳ２の処理を実行する。このようにして、プラズマ処理装置２は、エッチング工程の回数が基準回数に到達するまで、成膜工程とエッチング工程とを交互に複数回繰り返す。一方、成膜装置は、基板Ｗに対して行ったエッチング工程の回数が基準回数に到達したと判定すると（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、成膜工程を行い（ステップＳ５）、一連の成膜処理が終了する。 Thereafter, the plasma processing apparatus 2 determines whether the number of etching steps performed on the substrate W1 has reached a preset reference number of times (step S4). Here, the control unit 200 counts the number of etching steps performed on one substrate W1, and compares the count value with a value indicating a preset reference number of times. The reference number of times can be set as appropriate depending on the thickness of the insulating film to be formed, the depth of the recessed portion TR, etc., and is set to three times, for example. If the plasma processing apparatus 2 determines that the number of etching steps performed on the substrate W has not reached the reference number of times (step S4: No), it executes the process of step S2 again. In this way, the plasma processing apparatus 2 alternately repeats the film forming process and the etching process a plurality of times until the number of etching processes reaches the reference number of times. On the other hand, when the film forming apparatus determines that the number of etching processes performed on the substrate W has reached the reference number (step S4: Yes), the film forming apparatus performs a film forming process (step S5), and a series of film forming processes are performed. finish.

プラズマ処理装置２が、前述の成膜処理を行うことにより、図１１（Ｂ）に示すような、一面に凹部ＴＲを有する基板Ｗと、凹部ＴＲの内側および基板Ｗの一面を覆う絶縁膜ＩＬと、を備える半導体装置が生成される。この半導体装置は、凹部ＴＲに絶縁膜ＩＬが埋め込まれた構造を有する。そして、凹部ＴＲが、その開口端部にテーパ部ＴＰを有しており、テーパ部ＴＰの基板Ｗの厚さ方向における長さＤ２が、凹部ＴＲの基板Ｗの厚さ方向における深さＤ１の１６％以下になっている。また、絶縁膜ＩＬの平均表面粗さは、１ｎｍ以下である。また、テーパ部ＴＰの基板Ｗの厚さ方向に直交する方向における長さＷ２は、長さＤ２の２倍以下の長さである。 By performing the above-described film forming process, the plasma processing apparatus 2 forms a substrate W having a recess TR on one surface and an insulating film IL covering the inside of the recess TR and one surface of the substrate W, as shown in FIG. 11(B). A semiconductor device is produced. This semiconductor device has a structure in which an insulating film IL is embedded in a recess TR. The recess TR has a tapered portion TP at its opening end, and the length D2 of the tapered portion TP in the thickness direction of the substrate W is equal to the depth D1 of the recess TR in the thickness direction of the substrate W. It is below 16%. Further, the average surface roughness of the insulating film IL is 1 nm or less. Further, the length W2 of the tapered portion TP in the direction orthogonal to the thickness direction of the substrate W is twice the length D2 or less.

ところで、例えば引用文献１に記載された誘導結合プラズマ処理装置は、前述のような基板Ｗに形成された凹部ＴＲに絶縁膜を埋め込む絶縁膜埋め込み方法で使用される場合がある。そして、凹部ＴＲが絶縁膜で埋め込まれるまで絶縁膜の成膜を継続することによる一般的な絶縁膜埋込方法では、シリコン絶縁膜を形成する工程後におけるシリコン基板の上面の表面粗さが一般的な半導体装置へ適用する場合に必要とされる表面粗さに比べて大きい。このため、この絶縁膜埋め込み方法により作製されたシリコン基板の半導体装置への適用を考慮した場合、シリコン基板の上面に対してＣＭＰを行うことが必須となり、その分、製造工程数が増加する。 By the way, for example, the inductively coupled plasma processing apparatus described in Cited Document 1 may be used in the insulating film embedding method of embedding an insulating film in the recess TR formed in the substrate W as described above. In the general insulating film embedding method in which the insulating film is continued to be formed until the recess TR is filled with the insulating film, the surface roughness of the upper surface of the silicon substrate after the step of forming the silicon insulating film is generally reduced. The surface roughness is larger than that required when applied to standard semiconductor devices. Therefore, when considering the application of a silicon substrate manufactured by this insulating film embedding method to a semiconductor device, it is essential to perform CMP on the upper surface of the silicon substrate, which increases the number of manufacturing steps accordingly.

これに対して、本実施の形態に係る成膜方法では、成膜工程後における絶縁膜の表面粗さを一般的な半導体装置へ適用する場合に必要とされる表面粗さとしつつ、ＣＭＰを不要とすることができるので、ＣＭＰ工程を削減することによる製造工程数の削減を図ることができる。また、本実施の形態に係る成膜方法では、１回のエッチング工程におけるエッチング量が、１回の成膜工程における成膜量の６．９％超且つ２０．６％未満、詳細には１２％以上１５％以下である。これにより、この成膜方法を用いて作製された前述の半導体装置の絶縁膜ＩＬの表面平均粗さを２０ｎｍ以下にしつつ、テーパ部ＴＰの基板Ｗの厚さ方向における長さが、凹部ＴＲの基板Ｗの厚さ方向における深さの１６％以下にすることができる。従って、基板Ｗへの絶縁膜ＩＬの成膜前後における凹部ＴＲの形状変化が低減されるので、凹部ＴＲの形状変化に起因した半導体装置の設計特性からのずれを低減できる。 On the other hand, the film formation method according to the present embodiment makes the surface roughness of the insulating film after the film formation process as required when applied to general semiconductor devices, and does not require CMP. Therefore, the number of manufacturing steps can be reduced by reducing the number of CMP steps. Further, in the film forming method according to the present embodiment, the etching amount in one etching step is more than 6.9% and less than 20.6% of the film forming amount in one film forming step, specifically, 12. % or more and 15% or less. As a result, while the average surface roughness of the insulating film IL of the above-described semiconductor device manufactured using this film forming method is set to 20 nm or less, the length of the tapered portion TP in the thickness direction of the substrate W is adjusted to that of the recessed portion TR. The depth can be set to 16% or less of the depth in the thickness direction of the substrate W. Therefore, changes in the shape of the recess TR before and after the formation of the insulating film IL on the substrate W are reduced, so deviations from the designed characteristics of the semiconductor device due to changes in the shape of the recess TR can be reduced.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前述の実施の形態の構成に限定されるものではない。例えば基板Ｗ上にＳｉＮ膜、ＡｌＮ膜等の他の種類の膜を成膜するものであってもよい。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the configurations of the above-described embodiments. For example, other types of films such as a SiN film or an AlN film may be formed on the substrate W.

以上、本発明の各実施の形態および変形例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明は、実施の形態及び変形例が適宜組み合わされたもの、それに適宜変更が加えられたものを含む。 Although the embodiments and modifications of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these. The present invention includes combinations of the embodiments and modifications as appropriate, and modifications as appropriate.

本発明は、ＭＥＭＳ（Micro Electron Mechanical System）、ＭＯＳ－ＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor）等の電子デバイスの製造に好適である。 The present invention is suitable for manufacturing electronic devices such as MEMS (Micro Electron Mechanical System) and MOS-FET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor).

１：プラズマ処理装置、１０１：チャンバ、１０２：高周波印加部、１０６：バイアス印加部、１０９：支持台、１１１：エッチャントガス供給部、１１１ａ，１１１ｅ，１２１ａ，１２２ａ、１２３ａ：ガス貯留部、１１１ｂ，１１２，１２１ｂ，１２１ｅ，１２２ｂ，１２２ｅ，１２３ｂ，１２３ｅ，１２５：供給管、１１１ｃ，１１１ｄ，１２１ｃ，１２１ｄ，１２２ｃ，１２２ｄ，１２３ｃ，１２３ｄ：流量調節バルブ、１２１，１２２，１２３：原料ガス供給部、１４１：誘電体窓、１４２：窓固定部材、１７１：冷媒供給部、１７２：冷媒管、１８１：真空ポンプ、１８２：排気管、１９０：ステージ、１９１：ヒータ、２００：制御部、１０１１：チャンバ本体、１０１２：蓋体、１０１２ａ：導入路、１０１２ｂ：開口部、１０２１，１０６１：高周波発生源、１０２２，１０６２：整合器、１０２３：誘導コイル、１０２４ａ，１０２４ｂ：筐体、１０２４ｃ：遮蔽板、１０２４ｃ１，１０２４ｃ３，１０２３３ｂ１，１０２３５ｂ１：貫通孔、１０２４ｃ２，１０２３４ａ１，１０２３４ａ３：螺子孔、１０２４ｄ：支持アーム、１０２５ａ，１０２５ｂ：枠体、１０９１：支持フレーム、１０９２：ベース部材、１０９３：支持プレート、１１２１：第３部位、１１２２：第４部位、１１２３，１２５３：結合部、１２５１：第１部位、１２５２：第２部位、１０２３１，１０２３２：サブコイル、１０２３１ａ，１０２３１ｂ，１０２３２ａ，１０２３２ｂ：渦巻き部、１０２３１ｃ，１０２３１ｄ，１０２３２ｃ，１０２３２ｄ：管継手、１０２３１ｅ，１０２３２ｅ：立ち上げ部、１０２３３，１０２３４：固定部材、１０２３３ａ：アースブロック、１０２３３ａ１：切欠部、１０２３３ｂ，１０２３４ｂ：固定片、１０２３４ａ：絶縁ブロック、１０２３４ａ２：溝、１０２３５：絶縁保持部、１０２３５ａ：絶縁部材、１０２３５ａ１：凹部、１０２３５ｂ：保持部材、１０２３５ｂ２：内鍔部、ＰＬＭ：プラズマ、Ｓ１：領域、ＴＰ：テーパ部、ＴＲ：凹部 1: plasma processing device, 101: chamber, 102: high frequency application section, 106: bias application section, 109: support stand, 111: etchant gas supply section, 111a, 111e, 121a, 122a, 123a: gas storage section, 111b, 112, 121b, 121e, 122b, 122e, 123b, 123e, 125: Supply pipe, 111c, 111d, 121c, 121d, 122c, 122d, 123c, 123d: Flow rate adjustment valve, 121, 122, 123: Raw material gas supply section, 141: dielectric window, 142: window fixing member, 171: refrigerant supply section, 172: refrigerant pipe, 181: vacuum pump, 182: exhaust pipe, 190: stage, 191: heater, 200: control section, 1011: chamber main body , 1012: Lid, 1012a: Introduction path, 1012b: Opening, 1021, 1061: High frequency source, 1022, 1062: Matching box, 1023: Induction coil, 1024a, 1024b: Housing, 1024c: Shielding plate, 1024c1, 1024c3, 10233b1, 10235b1: Through hole, 1024c2, 10234a1, 10234a3: Screw hole, 1024d: Support arm, 1025a, 1025b: Frame, 1091: Support frame, 1092: Base member, 1093: Support plate, 1121: Third part , 1122: Fourth part, 1123, 1253: Joint part, 1251: First part, 1252: Second part, 10231, 10232: Subcoil, 10231a, 10231b, 10232a, 10232b: Spiral part, 10231c, 10231d, 10232c, 10232d : Pipe joint, 10231e, 10232e: Standing part, 10233, 10234: Fixed member, 10233a: Earth block, 10233a1: Notch, 10233b, 10234b: Fixed piece, 10234a: Insulating block, 10234a2: Groove, 10235: Insulation holding part , 10235a: Insulating member, 10235a1: Recessed portion, 10235b: Holding member, 10235b2: Inner flange, PLM: Plasma, S1: Region, TP: Tapered portion, TR: Recessed portion

Claims (5)

チャンバと、
前記チャンバ内に気体を供給する気体供給部と、
高周波電力を出力する高周波発生源と、
導体から長尺の管状に形成され、前記チャンバの外側に配置されるとともに、前記チャンバ内に前記気体が充填された状態で前記高周波発生源から高周波電力が供給されることにより、前記チャンバ内に高周波磁界を発生させて前記チャンバ内にプラズマを発生させる誘導コイルと、
前記誘導コイルの内側に冷媒を供給する冷媒供給部と、を備える、
プラズマ処理装置。 a chamber;
a gas supply unit that supplies gas into the chamber;
a high frequency generation source that outputs high frequency power;
It is formed into a long tubular shape from a conductor and is placed outside the chamber, and when high frequency power is supplied from the high frequency generation source with the gas filled in the chamber, the high frequency power is supplied to the inside of the chamber. an induction coil that generates a high-frequency magnetic field to generate plasma in the chamber;
a refrigerant supply unit that supplies refrigerant to the inside of the induction coil;
Plasma processing equipment. 前記誘導コイルは、
平面視渦巻き状に延在し、中央部側の一端部が前記高周波発生源の出力端に電気的に接続され、外側の他端部が接地された第１渦巻き部と、
平面視渦巻き状に延在し、前記第１渦巻き部と隣り合う位置に配置されるとともに、中央部側の一端部が前記高周波発生源の出力端に電気的に接続され、外側の他端部が接地された第２渦巻き部と、を有し、
前記第２渦巻き部の巻回方向は、前記第１渦巻き部の巻回方向と逆向きである、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。 The induction coil is
a first spiral portion extending in a spiral shape in plan view, one end on the center side being electrically connected to the output end of the high frequency generation source, and the other end on the outside being grounded;
Extending in a spiral shape in a plan view, disposed at a position adjacent to the first spiral portion, one end on the center side is electrically connected to the output end of the high frequency generation source, and the other end on the outside has a second spiral portion that is grounded;
The winding direction of the second spiral portion is opposite to the winding direction of the first spiral portion,
The plasma processing apparatus according to claim 1. 前記冷媒は、純度９９％以上の水である、
請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。 The refrigerant is water with a purity of 99% or more,
The plasma processing apparatus according to claim 1 or 2. 一面に凹部または段差部が形成されたＳｉ基板を準備する準備工程と、
前記Ｓｉ基板に高周波電圧を印加しながら前記Ｓｉ基板上にＳｉＮから形成された絶縁膜を形成する成膜工程と、
前記Ｓｉ基板に高周波電圧を印加しながらエッチャントガスとしてＣＦ４を用いて、１Ｐａの圧力雰囲気で前記絶縁膜をドライエッチングするエッチング工程と、を含み、
前記成膜工程と前記エッチング工程とは、交互に複数回繰り返され、
１回の前記エッチング工程におけるエッチング量は、１回の前記成膜工程における成膜量の６．９％超且つ２０．６％未満である、
成膜方法。 A preparation step of preparing a Si substrate with a recess or step formed on one surface;
a film forming step of forming an insulating film made of SiN on the Si substrate while applying a high frequency voltage to the Si substrate;
an etching step of dry etching the insulating film in a pressure atmosphere of 1 Pa using CF 4 as an etchant gas while applying a high frequency voltage to the Si substrate;
The film forming step and the etching step are alternately repeated multiple times,
The etching amount in one etching step is more than 6.9% and less than 20.6% of the film forming amount in one film forming step.
Film formation method. １回の前記エッチング工程におけるエッチング量は、１回の前記成膜工程における成膜量の１２％以上１５％以下である、
請求項４に記載の成膜方法。 The etching amount in one etching step is 12% or more and 15% or less of the film forming amount in one film forming step,
The film forming method according to claim 4.
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