JP3017021U - Inductively coupled plasma generation coil - Google Patents

Inductively coupled plasma generation coil

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JP3017021U JP1995003416U JP341695U JP3017021U JP 3017021 U JP3017021 U JP 3017021U JP 1995003416 U JP1995003416 U JP 1995003416U JP 341695 U JP341695 U JP 341695U JP 3017021 U JP3017021 U JP 3017021U
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雄一 坂本
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Abstract

(57)【要約】 【目的】プラズマ発生装置が大型にならずに放電破壊を
困難にせず、また容易に準定常電界の処理容器内の発生
を防止することができる誘導結合プラズマ発生用コイル
を提供する。 【構成】円筒状の下部20aと、この下部の上開口端に
接続された半球状の上部20bとかなる処理容器20の
外周面に上部から下部に渡って螺旋状に巻回され、互い
に並列に接続された複数のコイル部23a,23bを備
えた誘導結合プラズマ発生用コイルのコイル23であ
り、高周波電源25から高周波電流が供給されて処理容
器内に高密度プラズマを発生させる。
(57) [Abstract] [Purpose] A coil for inductively coupled plasma generation that does not make a plasma generator large and does not make discharge breakdown difficult, and that can easily prevent generation of a quasi-stationary electric field in a processing container. provide. [Structure] A processing container 20 comprising a cylindrical lower portion 20a and a hemispherical upper portion 20b connected to the upper opening end of the lower portion is spirally wound from the upper portion to the lower portion and is parallel to each other. The coil 23 is an inductively coupled plasma generation coil having a plurality of connected coil portions 23a and 23b, and a high frequency current is supplied from a high frequency power source 25 to generate high density plasma in the processing container.

Description

【考案の詳細な説明】[Detailed description of the device]

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】[Industrial applications]

本考案は、例えば、エッチングや成膜等の半導体やLCD技術に使用されるプ ラズマ発生装置の、プラズマの発生に使用される誘導結合プラズマ発生用コイル に関する。 The present invention relates to an inductively coupled plasma generating coil used for generating plasma in a plasma generating device used in semiconductor or LCD technology such as etching or film formation.

【0002】 一般に、短波帯の高周波を用いてプラズマを発生させる方法としては以下の2 つの励起方法が知られている。即ち、第1の方法は、処理容器内に配設された1 対の平行金属板間に高周波電圧を印加して、これら金属板間にプラズマを発生さ せる容量結合型と称されている方法である。また、第2の方法は、処理容器の周 囲にコイルを巻き、このコイルに高周波電流を流して渦状の電界を処理容器内に 生起させてプラズマを発生させる誘導結合型と称されている方法である。特に、 第2の方法は、高密度プラズマを発生させることができるので、注目されており 、この方法を採用したプラズマ発生装置の一例としては、図3に示す構成のもの が知られている。この図にて、符号10は中が排気されると共に、プラズマ源と なる処理ガスが供給され、中に半導体ウエハやガラス板のような処理される基板 を収容する円筒状の処理容器を示し、石英やアルミナのような電気絶縁体で耐熱 性のある材料で形成されている。この処理容器10の外周には高周波コイル11 が巻回されており、このコイル11の両端間には整合器を含む高周波電源12が 接続されいる。そして、この高周波電源12からの高周波電流によりコイル11 は処理容器10内に渦状の電界を発生させて、この処理容器10に供給される処 理ガスのプラズマを発生させる。尚、図中、点線を示す符号Eqsはコイル線間 に発生される準定常電界を示す。Generally, the following two excitation methods are known as methods for generating plasma using high frequencies in the short wave band. That is, the first method is a capacitive coupling method in which a high-frequency voltage is applied between a pair of parallel metal plates arranged in the processing container to generate plasma between these metal plates. Is. The second method is a method called an inductive coupling type in which a coil is wound around the processing container and a high frequency current is passed through the coil to generate a spiral electric field in the processing container to generate plasma. Is. In particular, the second method attracts attention because it can generate high-density plasma, and an example of a plasma generator adopting this method has a configuration shown in FIG. In this figure, reference numeral 10 denotes a cylindrical processing container in which a processing gas serving as a plasma source is supplied while the inside is exhausted and a substrate to be processed such as a semiconductor wafer or a glass plate is housed therein. It is made of an electrically insulating material such as quartz or alumina that is heat resistant. A high frequency coil 11 is wound around the outer circumference of the processing container 10, and a high frequency power supply 12 including a matching unit is connected between both ends of the coil 11. Then, the high-frequency current from the high-frequency power source 12 causes the coil 11 to generate a spiral electric field in the processing container 10 to generate plasma of the processing gas supplied to the processing container 10. In the figure, a symbol Eqs showing a dotted line indicates a quasi-stationary electric field generated between the coil wires.

【0003】[0003]

【考案が解決しようとする課題】[Problems to be solved by the device]

前記準定常電界Eqsは、放電開始には有用であるが、イオンを加速する機能 をもつているので、プラズマ発生中にイオンを加速して処理容器の内面をスパッ ターして不純物を発生する確率が高くなる。この結果、処理プラズマ中の不純物 が増加したり、加速されたイオンが処理基板に衝突してこの基板に内部損傷(ダ メージ)を与えたりする欠点もある。このために、コイルと処理容器の内部との 間に静電遮蔽物を介在させ、準定常電界が容器内に発生するのを防止する技術が 開発されている。しかし、この従来技術では、静電遮蔽物とコイルとを電気的に 絶縁しなければならず、その処置が面倒であり、また装置全体が大型になってし まう。さらに、この静電遮蔽を確実にすると放電破壊が困難になりプラズマを発 生させることができなくなる。 The quasi-stationary electric field Eqs is useful for starting discharge, but since it has a function of accelerating ions, the probability of accelerating ions during plasma generation and spattering the inner surface of the processing container to generate impurities Becomes higher. As a result, there are disadvantages that impurities in the processing plasma increase and accelerated ions collide with the processing substrate to cause internal damage (damage) to this substrate. For this reason, a technique has been developed in which an electrostatic shield is interposed between the coil and the inside of the processing container to prevent a quasi-stationary electric field from being generated inside the processing container. However, in this conventional technique, it is necessary to electrically insulate the electrostatic shield and the coil, which is troublesome to handle and the size of the entire device becomes large. Furthermore, if this electrostatic shielding is ensured, discharge breakdown becomes difficult and plasma cannot be generated.

【0004】 従って、本考案の目的は、プラズマ発生装置が大型にならずに放電破壊を困難 にせず、また容易に準定常電界の処理容器内の発生を防止することができる誘導 結合プラズマ発生用コイルを提供することである。Therefore, an object of the present invention is to generate an inductively coupled plasma that does not make the plasma generator large in size, does not make discharge breakdown difficult, and can easily prevent generation of a quasi-stationary electric field in the processing container. Is to provide a coil.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

本考案の誘導結合プラズマ発生用コイルは、高周波によりプラズマを発生させ るための誘導結合プラズマ発生装置に使用され、互いに並列に接続されて前記高 周波電流が供給されてプラズマを発生させる複数のコイル部を備えた誘導結合プ ラズマ発生用コイル。 The coil for inductively coupled plasma generation according to the present invention is used in an inductively coupled plasma generator for generating plasma by high frequency, and is connected in parallel with each other and is supplied with the high frequency current to generate a plurality of coils. Coil for generating inductively coupled plasma with parts.

【0006】[0006]

【作用】[Action]

コイルに供給される高周波電流をI、その角周波数をω、そしてコイルのイン ダクタンスをLとすると、コイルの端子間には、 V=|ωL・I| (1) の電圧がかかっている。従って、このコイルの全長をΛとすれば、準定常電界 Eqsはほぼ、 Eqs=V/Λ=|ωL・I|/Λ (2) となる。この(2)式から、準定常電界Eqsを低くするためには、ω、L、 もしくはIを小さくするか、Λを長くするかであることが理解できる。そこで、 各パラメータを検討すると以下のようになる。 Assuming that the high frequency current supplied to the coil is I, its angular frequency is ω, and the inductance of the coil is L, a voltage V = | ωL · I | (1) is applied between the terminals of the coil. Therefore, assuming that the total length of this coil is Λ, the quasi-stationary electric field Eqs is approximately: Eqs = V / Λ = | ωL · I | / Λ (2) From this equation (2), it can be understood that in order to lower the quasi-stationary electric field Eqs, either ω, L, or I is made smaller or Λ is made longer. Therefore, each parameter is examined as follows.

【0007】 1)他の条件を一定にしてωを小さくすると、イオンが加速され易くなり、目 的に反する。 2)Iを小さくすることは、高密度プラズマの発生に必要な渦状電界を下げる ので、目的に反する。1) If ω is reduced while keeping other conditions constant, the ions are easily accelerated, which is contrary to the objective. 2) Reducing I lowers the vortex electric field required to generate high-density plasma, which defeats the purpose.

【0008】 3)Λを長くすることは、コイルのインダクタンスLを増加させるので、目的 に反する。 従って、本考案ではインダクタンスLを小さくすることにより、目的に反しな いで、準定常電界Eqsを低くするように、コイルを互いに並列に接続されて前 記高周波を発生させる複数のコイル部により構成している。3) Increasing Λ is contrary to the purpose because it increases the inductance L of the coil. Therefore, in the present invention, by reducing the inductance L, the coils are connected in parallel to each other so as to reduce the quasi-stationary electric field Eqs without defeating the purpose, and the coils are formed by a plurality of coil portions for generating the above high frequency. ing.

【0009】[0009]

【実施例】【Example】

以下に本考案の一実施例に係わる誘導結合プラズマ発生用コイルをこれを使用 したプラズマ発生装置と共に添付図面を参照して説明する。 このプラズマ発生装置は、図1に示すように、円筒状の下部20aと、この下 部20aの上開口端に接続された半球状の上部20bとからなり、石英やアルミ ナのような耐熱性の電気絶縁体で形成された処理容器20を有する。この処理容 器20内の下部には、例えば半導体ウエハのような被処理基板Wを上に支持する サセプタ21が固定されている。このサセプタ21は、図示していないが、既知 のように被処理基板Wを所望の温度に維持するための加熱温度制御手段や被処理 基板Wに所定の電圧を印加する手段を有する。 Hereinafter, an inductively coupled plasma generating coil according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings together with a plasma generating apparatus using the same. As shown in FIG. 1, this plasma generator is composed of a cylindrical lower portion 20a and a hemispherical upper portion 20b connected to the upper open end of the lower portion 20a. Processing container 20 formed of the electric insulator of FIG. A susceptor 21 that supports a substrate W to be processed, such as a semiconductor wafer, is fixed to the lower portion of the processing container 20. Although not shown, the susceptor 21 has a heating temperature control unit for maintaining the target substrate W at a desired temperature and a unit for applying a predetermined voltage to the target substrate W, as is known.

【0010】 前記処理容器20の外周壁には、容器内に処理ガスを導入するためのガス供給 口22が設けられ、また底壁には、図示していないが、処理容器20内を排気し 、かつ処理ガスを排出するための排出口が設けられている。また、この処理容器 20の外周面には、図示するように螺旋状のコイル23が半円球状の上部20a から円筒状の下部21bに渡って巻回されている。このコイル23は、一端が半 円球状の上部20aのほぼ中心に位置し、他端が円筒状の下部20bの途中に位 置している。このコイル23は、図1において断面が黒丸で示された第1のコイ ル部23aと、断面が白丸で示された第2のコイル部23bとにより構成されて いる。これら第1のコイル部23aと第2のコイル部23bとは、互いに一定間 隔を有して、処理容器20に巻回されている。そして、これらコイル部23a, 23bの両端は共通の接続端子24aにより接続されており、かくして、これら コイル部23a,23bは並列に接続端子24aに接続されている。これら接続 端子24a間には接続線24により整合器を含む高周波電源25が接続されてい る。かくして、この高周波電源25からの高周波電流によりコイル23は処理容 器20内に渦状の電界を発生させて、この処理容器20に供給される処理ガスの プラズマを発生させる。このときに、前述したように両コイル部23a,23b は電源25に対して並列に接続されているので、このコイル23のインダクタン スを低くすることができ、準定常電界を放電破壊を補償する最低値にまで、各部 材のパラメータを適当に選ぶことによって減らし、かつ高密度のプラズマを発生 させることができる。A gas supply port 22 for introducing a processing gas into the processing container 20 is provided on the outer peripheral wall of the processing container 20, and the inside of the processing container 20 is evacuated, though not shown, on the bottom wall. In addition, an exhaust port for exhausting the processing gas is provided. On the outer peripheral surface of the processing container 20, a spiral coil 23 is wound from a hemispherical upper portion 20a to a cylindrical lower portion 21b as shown in the drawing. The coil 23 has one end located substantially at the center of the hemispherical upper part 20a and the other end located in the middle of the cylindrical lower part 20b. The coil 23 is composed of a first coil portion 23a whose cross section is indicated by a black circle in FIG. 1 and a second coil portion 23b whose cross section is indicated by a white circle. The first coil portion 23a and the second coil portion 23b are wound around the processing container 20 with a certain distance from each other. Both ends of the coil portions 23a and 23b are connected by a common connection terminal 24a, and thus the coil portions 23a and 23b are connected in parallel to the connection terminal 24a. A high frequency power supply 25 including a matching unit is connected between the connection terminals 24a by a connection line 24. Thus, the high-frequency current from the high-frequency power source 25 causes the coil 23 to generate a spiral electric field in the processing container 20 and generate plasma of the processing gas supplied to the processing container 20. At this time, as described above, since both coil portions 23a and 23b are connected in parallel to the power supply 25, the inductance of this coil 23 can be lowered, and the quasi-stationary electric field can be compensated for discharge breakdown. It is possible to generate a high-density plasma by reducing the parameters of each material to the minimum value.

【0011】 次に、上記構成の誘導結合プラズマ発生装置を用いて酸素プラズマを発生させ て、半導体ウエハに塗布されたフォトレジストのエッチングをするアッシングの テストを行った結果を以下に説明する。Next, the result of an ashing test for etching the photoresist applied to the semiconductor wafer by generating oxygen plasma using the inductively coupled plasma generator having the above-described configuration will be described below.

【0012】 処理容器20は、内径が約300mmのものを使用し、またコイル23のイン ダクタンスは密着巻のものに対し、約1/100とした。そして、処理ガスとし て酸素ガスを、処理容器20内の圧力が8Paとなるように供給し、コイル23 には13.56MHzで1kwの高周波電流を流した。この結果、電子温度が5 eVで密度が2x1011cm-3のプラズマを発生させることができ、半導体ウエ ハW上のフォトレジストのエッチング速度として6μm・min-1を得た。また 、半導体ウエハ表面の荷電粒子密度の一様性は+2%であった。尚、このように 荷電粒子密度の一様性が良いことは、半導体ウエハの損傷が極めて少ないことを 意味することは理解できよう。The processing container 20 has an inner diameter of about 300 mm, and the inductance of the coil 23 is about 1/100 of that of the closely wound coil. Oxygen gas was supplied as the processing gas so that the pressure inside the processing container 20 was 8 Pa, and a high-frequency current of 1 kw at 13.56 MHz was passed through the coil 23. As a result, plasma having an electron temperature of 5 eV and a density of 2 × 10 11 cm −3 could be generated, and an etching rate of the photoresist on the semiconductor wafer W was 6 μm · min −1 . The uniformity of the charged particle density on the surface of the semiconductor wafer was + 2%. It should be understood that such good uniformity of the charged particle density means that damage to the semiconductor wafer is extremely small.

【0013】 尚、上記実施例では、コイルが互いに並列に接続された2つのコイル部により 構成されている場合について説明したが、コイル部は2つに限定されることはな く複数であれば幾つでも良い。例えば、図3に示すように、4つの互いに並列に 接続されたコイル部23a,23b,23c、23dによりコイルが構成されて いても良い。この場合にでも、これらコイル部23a,23b,23c、23d は、両端で接続端子24aに接続されて、これら接続端子24a間に接続線24 により接続された整合器を含む高周波電源25により高周波電流が供給されて高 密度プラズマを発生させることができる。In the above embodiment, the case where the coil is composed of two coil parts connected in parallel with each other has been described, but the number of coil parts is not limited to two and may be any number. Any number is acceptable. For example, as shown in FIG. 3, the coil may be composed of four coil portions 23a, 23b, 23c and 23d connected in parallel with each other. Even in this case, the coil portions 23a, 23b, 23c and 23d are connected to the connection terminals 24a at both ends, and the high frequency power supply 25 including the matching unit connected between the connection terminals 24a by the connection line 24 supplies a high frequency current. Can be supplied to generate high density plasma.

【0014】 前記実施例では、上部が半球形をした処理容器にに本願のコイルを適用した場 合につき説明したが、処理容器の形状はこれに限定されることはなく、例えば上 壁が平坦なものでも良い。またこの場合には、コイルは処理容器の外周に巻回さ れる螺旋状のものに限定されることはなく、例えば、上壁の上に配置される平坦 な渦巻き状のものでも、またこれら両者の組合わせでも良い。In the above-mentioned embodiment, the case where the coil of the present invention is applied to the processing container having an upper portion having a hemispherical shape has been described, but the shape of the processing container is not limited to this, and for example, the upper wall is flat. Anything is fine. Further, in this case, the coil is not limited to the spiral coil wound around the outer circumference of the processing container, and may be, for example, a flat spiral coil disposed on the upper wall, or both of them. The combination of

【0015】[0015]

【考案の効果】[Effect of device]

上記本願の誘導結合プラズマ発生用コイルによれば、プラズマ発生装置が大型 にならずに放電破壊を困難にせず、また容易に準定常電界の処理容器内の発生を 防止することができて高密度のプラズマを発生させることができる。 According to the above inductively coupled plasma generating coil of the present application, the plasma generator does not become large in size, the discharge breakdown is not made difficult, and the quasi-stationary electric field can be easily prevented from being generated in the processing container. Can generate plasma.

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

【図1】本考案の一実施例に係わる誘導結合プラズマ発
生用コイルを使用したプラズマ発生装置を概略的に示す
断面図である。
FIG. 1 is a sectional view schematically showing a plasma generator using an inductively coupled plasma generating coil according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す誘導結合プラズマ発生用コイルの変
形例を概略的に示す側面図である。
FIG. 2 is a side view schematically showing a modified example of the inductively coupled plasma generation coil shown in FIG.

【図3】従来のプラズマ発生装置を説明するための、該
装置の概略的な断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a conventional plasma generator for explaining the device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20…処理容器、21…サセプタ、23…コイル、23
a,23b…コイル部、24a…接続端子、25…高周
波電源、W…被処理基板(半導体ウエハ)。
20 ... Processing container, 21 ... Susceptor, 23 ... Coil, 23
a, 23b ... Coil portion, 24a ... Connection terminal, 25 ... High frequency power source, W ... Substrate to be processed (semiconductor wafer).

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項1】 高周波によりプラズマを発生させるため
の誘導結合プラズマ発生装置に使用され、互いに並列に
接続されて前記高周波電流が供給されてプラズマを発生
させる複数のコイル部を備えた誘導結合プラズマ発生用
コイル。
1. An inductively coupled plasma generator for use in an inductively coupled plasma generator for generating plasma by high frequency, comprising: a plurality of coil units connected in parallel with each other to generate plasma by being supplied with the high frequency current. Coil.
【請求項2】 円筒状の下部と、この下部の上開口端に
接続された半球状の上部とかなる処理容器の外周面に上
部から下部に渡って巻回された螺旋状のコイルからなる
請求項1の誘導結合プラズマ発生用コイル。
2. A spiral coil wound from an upper portion to a lower portion on an outer peripheral surface of a processing container having a cylindrical lower portion and a hemispherical upper portion connected to an upper opening end of the lower portion. A coil for inductively coupled plasma generation according to item 1.
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