JP3175672B2 - Plasma processing equipment - Google Patents

Plasma processing equipment

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JP3175672B2
JP3175672B2 JP32579197A JP32579197A JP3175672B2 JP 3175672 B2 JP3175672 B2 JP 3175672B2 JP 32579197 A JP32579197 A JP 32579197A JP 32579197 A JP32579197 A JP 32579197A JP 3175672 B2 JP3175672 B2 JP 3175672B2
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JP
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plasma
antenna
vacuum vessel
electric field
processing apparatus
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JPH1174098A (en
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昭 土居
学 枝村
雅嗣 荒井
勉 手束
賢治 前田
健 吉岡
恒彦 坪根
三郎 金井
秀之 数見
良司 西尾
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【発明の属する技術分野】本発明は、アンテナに高周波
電界を供給して電界を発生させ、その電界によりプラズ
マを発生し、そのプラズマにより基板のエッチングや薄
膜形成等の表面処理を行うプラズマ処理装置に係わり、
特に被処理物として半導体デバイスを対象とする半導体
処理装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing apparatus for supplying a high-frequency electric field to an antenna to generate an electric field, generating a plasma by the electric field, and performing a surface treatment such as etching of a substrate or thin film formation by the plasma. Related to
In particular, the present invention relates to a semiconductor processing apparatus that targets a semiconductor device as an object to be processed.

【従来の技術】コイル状のアンテナに電流を流しその誘
導でプラズマを生成する半導体処理装置において、真空
雰囲気を提供するためにプラズマ生成部を取り囲む非導
電性材料でできた真空容器壁がプラズマによって削られ
ることが問題となっている。この問題を解決するため
に、特開平5−502971号公報に記載されているよ
うに、ファラデーシールドと呼ばれる電界シールドを用
いる方法が考えられている。しかしファラデーシールド
を用いると、プラズマ着火性が悪化し、コイル状のアン
テナの給電部には数十kVにも及ぶ高電圧を供給しなけ
ればプラズマが着火しなくなってしまう。このような装
置では、アンテナとその近傍の導電性の構造物との間で
放電してしまうなどの事故が発生する可能性が高くな
り、その対策として放電を防止するためにアンテナと構
造物との間を絶縁する構造が別途必要になり、装置が複
雑になってしまう。また、ファラデーシールドを用いて
壁の削れ量を小さくした場合、プラズマから壁に異物等
が付着するほうが早くなった場合、壁に異物が付着し異
物が出やすくなってしまう。そのため、プロセスに応じ
て壁の削れる量を調整する必要がある。また、プラズマ
密度分布は、主として生成率分布とイオン、電子の輸送
の様子で決定される.外部磁場が無い場合のプラズマの
輸送は、各方向に等方に拡散していく.その際電子は、
イオンよりその質量が1/1000以下であるため瞬時に真空
壁に到達して逃げようとするが、壁近傍にはシース(イ
オンシース)が形成され電子を跳ね返す.その結果プラ
ズマ内は常に、電子密度〜イオン密度の準中性条件が満
たされるようになり、イオン、電子とも両極性拡散で壁
に逃げさるようになる.この時プラズマ密度、正確には
イオン密度が最大となる箇所でプラズマの電位が最大と
なる.この電位をプラズマポテンシャルVpと言い、Te、
mi,meを電子温度、イオンの質量、電子の質量とする
と、Vp〜Te×ln(mi/me)程度となる.プラズマ中はこのV
pと壁電位(通常は0V)で決定されるような電位分布と
なり、これに応じて密度分布が決定されることになる.
この場合、プラズマは自分自信の作る静電場で閉じ込め
られているから、密度分布の形は装置の形状と誘導電界
が最大となる場所、及び生成率/両極性拡散フラックス
の比で決定されることになる.
2. Description of the Related Art In a semiconductor processing apparatus in which a current is caused to flow through a coil-shaped antenna to generate plasma by induction, a vacuum vessel wall made of a non-conductive material surrounding a plasma generating portion is provided by a plasma to provide a vacuum atmosphere. The problem is that it is cut. To solve this problem, a method using an electric field shield called a Faraday shield has been considered as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-502971. However, if the Faraday shield is used, the plasma ignitability deteriorates, and the plasma will not ignite unless a high voltage of several tens of kV is supplied to the feeding portion of the coiled antenna. In such a device, there is a high possibility that an accident, such as discharge between the antenna and a conductive structure in the vicinity, will occur, and as a countermeasure, the antenna and the structure must be connected to each other in order to prevent discharge. A structure for insulating the space between them is required separately, which complicates the device. In addition, when the amount of shaving of the wall is reduced by using the Faraday shield, when foreign matter or the like adheres to the wall faster from the plasma, the foreign matter adheres to the wall, and the foreign matter easily comes out. Therefore, it is necessary to adjust the amount of shaving the wall according to the process. The plasma density distribution is mainly determined by the production rate distribution and the transport of ions and electrons. In the absence of an external magnetic field, plasma transport diffuses isotropically in each direction. At that time, the electron
Since the mass is less than 1/1000 of the ion, it reaches the vacuum wall instantaneously and tries to escape, but a sheath (ion sheath) is formed near the wall to repel electrons. As a result, the quasi-neutral condition of electron density to ion density is always satisfied in the plasma, and both ions and electrons escape to the wall by ambipolar diffusion. At this time, the potential of the plasma becomes maximum at the place where the plasma density, more precisely, the ion density becomes maximum. This potential is called the plasma potential Vp, and Te,
If mi, me is the electron temperature, the mass of the ion, and the mass of the electron, it is about Vp to Te × ln (mi / me). This V in plasma
The potential distribution is determined by p and the wall potential (usually 0V), and the density distribution is determined accordingly.
In this case, since the plasma is confined by its own electrostatic field, the shape of the density distribution is determined by the shape of the device, the location where the induced electric field is maximized, and the ratio of generation rate / ambipolar diffusion flux. become.

【発明が解決しようとする課題】例えば真空容器の上に
数周のコイルのアンテナを巻いた場合、アンテナの作る
磁束は、中央部で最大となるため、誘導電界は中央部で
最大となる.しかも誘導電界はskin depth程度、通常1c
m程度しか、浸透できないため、電離率、解離率共に径
方向(r方向)の中央部、しかも誘電体直下(z方向)で最
大となる.その後プラズマはウェハ側(下流側)に拡散
していく.そのため通常の円筒状の容器の場合、r方向
中央部でプラズマ密度が最大になると共に、下流にいく
に従って中心集中の度合が増し、ウェハ設置部でのプラ
ズマ密度も不均一となってしまう.プラズマ生成部を取
り囲む真空容器壁がプラズマによって削られる量を制御
することを本発明の第一の目的としている。プラズマ着
火性を向上することを本発明の第二の目的としている。
均一高密度なプラズマを実現することを第三の目的とし
ている。
For example, when an antenna having several coils is wound around a vacuum vessel, the magnetic flux produced by the antenna is maximum at the center, and the induced electric field is maximum at the center. Moreover, the induced electric field is about skin depth, usually 1c
Since only about m can penetrate, both the ionization rate and the dissociation rate are maximum in the center of the radial direction (r direction), and directly below the dielectric (z direction). After that, the plasma diffuses to the wafer side (downstream side). Therefore, in the case of a normal cylindrical container, the plasma density becomes maximum at the center in the r direction, and the degree of concentration of the center increases toward the downstream, and the plasma density at the wafer setting portion becomes uneven. SUMMARY OF THE INVENTION It is a first object of the present invention to control the amount by which the wall of a vacuum vessel surrounding a plasma generating section is cut by plasma. It is a second object of the present invention to improve plasma ignitability.
A third object is to realize uniform high-density plasma.

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、プラズマ生成部に電界を発生するアンテ
ナと、該アンテナに高周波電力を供給する高周波電源
と、真空雰囲気を形成するためにプラズマ生成部を取り
囲む真空容器と、該真空容器の周りに設けられたファラ
デーシールドと、該真空容器内にガスを供給するガス供
給装置と、被処理物を置くための試料台と、該試料台に
高周波電界を印加するための高周波電源を備え、該アン
テナが発生する電界により電子を加速して該ガスを衝突
電離することによりプラズマを発生させ該被処理物を処
理するプラズマ処理装置において、該アンテナのアース
部に負荷を設け、プラズマ着火時には着火が向上するよ
うに該アンテナの平均的な電位を大きくなるようにし、
プラズマ生成後は該真空容器の壁の削り量が小さくなる
ようにアンテナの平均的な電位をアースの電位に近くな
るように該負荷を調整したプラズマ処理装置に特徴があ
る。ここで、アンテナの平均的な電位がアース近くにな
るとは、図4における30a,30bの電位が逆相でほ
ぼ等しいことをいい、つまり、Va≒−Vbとなること
をいう。図2を用いて,上記課題を解決するための手段
について説明する.図2は一般的な誘導型のプラズマ発
生装置を示しており、この装置を用いてファラデーシー
ルドのアースの取り方と、アンテナのアースの取り方を
変化させ、プラズマ生成部を取り囲む真空容器壁がプラ
ズマによって削られる量を減少させ、プラズマの着火性
を向上する方法を調べた。この装置では、ガス供給装置
4よりアルミナ製の真空容器2中に塩素ガスと三塩化ホ
ウ素ガスの混合ガスを供給し、そのガスを真空容器2の
周りに巻かれた2ターンのコイル状のアンテナ1により
発生する電界で電離してプラズマ6を生成している。ガ
スはプラズマ生成した後に、排気装置7により真空容器
外に排気される。高周波電源10により発生した13.
56MHzの高周波電力をアンテナ1に供給することに
よりプラズマ生成用の電界を得ているが、電力の反射を
押さえるためにインピーダンス整合器3を用いてアンテ
ナ1のインピーダンスを高周波電源10の出力インピー
ダンスに一致させている。インピーダンス整合器として
は一般的な逆L型と呼ばれる電気容量が可変のコンデン
サーを2個用いたものを使用している。アンテナのもう
一端は、コンデンサ9を挟んでアースに接地されるが、
コンデンサ9を短絡するようにスイッチ21を設けてい
る。また、真空容器2がプラズマ6により削られるのを
防止するためのファラデーシールド8をアンテナ1と真
空容器2の間に設置しているが、複数のスイッチ22を
開閉することでファラデーシールドはアースされている
状態と、されていない状態の両方にすることができる。
図3は、ファラデーシールドが設置された状態を示す斜
視図である。ファラデーシールド8には、コイル状アン
テナ1が発生する誘導的な電界15aは真空容器中に伝
え、且つ容量的な電界15bは遮断するようにスリット
14が設けられている。プラズマは容量的な電界15b
により主に着火するが、ファラデーシールドがアースに
接地されている場合、アンテナからの容量的な電界はほ
とんど真空容器中に伝わらないためにプラズマの着火性
が悪化する。ファラデーシールドがアースに接地されて
いない場合はアンテナとファラデーシールドが容量的に
つながっていることから、ファラデーシールドの電位が
アンテナの平均的な電位と近くなり、ファラデーシール
ド8と電極5の間に容量的な電界が発生するのでプラズ
マの着火性はそれほど悪化しないと考えられる。容量的
な電界15bは真空容器2の壁に垂直な電界であり、プ
ラズマ中の荷電粒子が加速されて壁にぶつかり壁を削る
ことになる。プラズマが発生する光16を分光器20を
用いて観測し、壁のアルミナが削れることでプラズマに
存在するアルミニウムの発光量を測定することで壁が削
れる量を同定した。まず初めに図2に示した実験装置に
おいて、アンテナのアース部に設置したコンデンサー9
の電気容量を壁の削れ量が小さくなるように最適化する
方法について述べる。以下において、スイッチの両端が
導通の状態をon、遮断の状態をoffと呼ぶことにする。
スイッチ21がoffの状態、つまりコンデンサー9が短
絡されていない状態においてコンデンサ−9の電気容量
の大きさの最適値を検討する。、図2の実験装置の等価
回路は図4のように書けるが、このときアンテナ1がト
ランスの1次コイルとして作用し、プラズマ6はその2
次コイルとなっている。アンテナ1とプラズマ6は電気
容量的に結合しているがその電気容量をコンデンサー3
1aと31bで表わしている。コンデンサー9の電気容
量CはアンテナのインダクタンスをLとしたときに回路
上の点30aの位置の電位Vaと、点30bの位置の電
位Vbとの関係が常にVa=−Vbとなるように決定す
る。この条件が成り立つとき、コンデンサ−31aと3
1bの両端に加わる電位が最小になることから、壁が削
れる量も最小になる。図5は、図4を更に簡略化したも
のでアンテナとプラズマをあわせて一つの合成インピー
ダンスを持つ素子17に近似したものである。この素子
のインピーダンスZ1を実験的に求めるとZ1=2.4+114
j(Ω)であった。ここで、jは複素数を表す。このよう
なインピーダンスの測定は、測定対象物に流れる電流
と、その両端の電圧を測定することで簡単に測定でき
る。コンデンサー9が持つインピーダンスZ2は13.
56MHzに対応する角振動数をωとすると、Z2=−
(1/ωC)jとなるので、Va=−Vbとなるためには
Z1の実部は小さいので無視すると、Z1+Z2:Z2 =
1:−1の関係が成り立てばよい。よってコンデンサ
ー9の電気容量は計算によると150pF程度でVa=−Vb
の関係が成り立つことになる。図6は、点30a(点
線)と点30b(実線)に発生する電位の振幅を、計算
で求めたものである。横軸がコンデンサー9の電気容量
で、縦軸が発生する電位の振幅である。その結果、コン
デンサー9の電気容量が150pFとなる近辺で発生する電
位の振幅が等しくなっており、その時の振動する電圧の
位相が180度ずれていたことからVa=−Vbの関係が
成り立っていた。よってこのような決定法により壁の削
れ量がもっとも小さくなるアンテナのアース側に入れる
コンデンサ−の電気容量を決定できる。次に図2におい
て、コンデンサー9の電気容量を150pFに固定した状態
で、スイッチ21とスイッチ22をon或いはoffしたと
きに壁の削れ量とプラズマ着火性を調べたのが図15で
ある。壁の削れ量が大きい条件は、スイッチ21をon、
スイッチ22をoffとしたときであるが、その条件での
プラズマ着火性が優れている。その他の条件では、壁の
削れ量は少なくできるが、プラズマの着火性が劣ってい
る。よって、壁の削れ量が小さく、且つプラズマの着火
性に優れた条件はこの体系では存在しないことが分かっ
た。しかし、プラズマ着火時においてスイッチ21をo
n、スイッチ22をoffとした条件でプラズマを着火した
後に、壁の削れ量が小さくなるようにスイッチ21又は
スイッチ22のどちらかを操作することで両方の目的を
達成する事が可能である。ここで、装置構造を簡素化す
るためには、スイッチ21のみを用いた方が優れてい
る。それは、スイッチ22を用いて壁の削れ量を小さく
するためには、ファラデーシールドの電位をできるだけ
ゼロにする必要があるので、スイッチ22は複数必要で
あり、且つファラデーシールドをアースに最短距離で接
地する必要があるのでスイッチ22はアンテナやファラ
デーシールドのすぐ側に設置する必要がある。そのため
アンテナやファラデーシールド等が隣接した部分に複数
のスイッチを設けると構造が複雑になってしまう。その
点、スイッチ21はある程度アンテナから離れたところ
に置かれるコンデンサー9の側に1個設置するだけであ
るので装置が簡素化できる。スイッチ21がoffの状態
は、アンテナとアースの間に150pFのコンデンサーが
挿入された状態であり、スイッチ21がonの状態はHFや
VHFなどの高周波帯域では、コンデンサー9の電気容量
が無限大に変化した事と同値である。このことからコン
デンサー9の電気容量を150pFから大きくしていくこ
とで壁の削れ量が増加することになる。同様にコンデン
サー9の電気容量を150pFより小さくしていっても壁
の削れ量は増加していく。よってコンデンサー9の電気
容量を変化する事で壁の削れ量を制御できる。図7に示
した装置には、アンテナ1のアース側に設置するコンデ
ンサー9の電気容量を可変としたものであるが、コンデ
ンサー9の電気容量を変化する事でプラズマによる壁の
削れ量を調整する事ができる。またプラズマ着火時には
コンデンサー9の電気容量は150pFより十分に大きく
するか、小さくする事でプラズマの着火性は著しく向上
させる事ができる。上述したように、アンテナのアース
側に入れるコンデンサーの電気容量を調節することで、
プラズマが壁を削れる量を調節でき本発明の第一の目的
は達成できる。また、プラズマの着火時にはアンテナの
アース側に入れるコンデンサーの値を変化させて、着火
性に優れた状態とすることで本発明の第二の目的を達成
できる。次に、均一なプラズマを生成するための方法に
ついて検討する。コイル状のアンテナを真空容器上面に
置く場合、アンテナの径を変えて誘導電界の強度を径方
向に変化させても、中央部には誘導電界ができ、その結
果プラズマ密度分布は中心集中となり、不均一となる.
また複数のアンテナを配置して各アンテナー誘電体の距
離を変えても、プラズマ密度の中心集中の傾向は変わら
ない.図21はアンテナを真空容器の上に置いた場合
(図21(a))のプラズマ密度分布を計算した一例で
ある.それによると装置高さH/半径R比(アスペクト
比)が(b)H/R=20/25のように大きい場合は,アンテナ直
下(z=2cm)では、アンテナの存在する箇所でプラズマ密
度が最大となり、下流側(zの増す方向)に向かうにつ
れ、密度の絶対値が大きくなり(z=10cm)、基板直上で密
度が減少する.この時径方向には不均一になっているの
がわかる.またz方向に見ると装置中心z=10cmで密度が
最大になる.図21(c)のようにアスペクト比を小さく
する(H/R=15/25)と、密度分布は本質的には(b)と同
じであるが基板直上の分布は(b)に比べて緩やかになる
が、中心集中分布である.プラズマ密度分布は、真空容
器壁でプラズマ密度が0という境界条件と生成率分布す
なわちアンテナ位置で決定されるが、図21(d)に示す
ようにアンテナ位置を変化させたり、複数アンテナを置
いてパワー配分を変えても、密度分布の形は変化しな
い.上面置きの場合アンテナが作る誘導電界がアンテナ
直下で最大となるため、下流では中心集中分布に必ずな
ると考えられる.一方アンテナを真空容器の横に巻いた
配置の場合(図22(a))、誘導電界は容器側面で最
大となる.容器側面にはシースが形成され、プラズマ密
R>度はアンテナに最接するシースよりやや内側で最大と
なる.この時水平断面で見ると、壁ーシース端ではシー
ス端の方が電位が高く、シース端ープラズマ中心でもシ
ース端が電位が高くなり、シース端から両側にプラズマ
が輸送される.それとともに、この位置から下流にプラ
ズマが流れるため、この密度最大の所からz方向にある
程度離れた水平断面では、密度分布が均一になる箇所が
生ずる.例えば円筒状の装置の場合、装置の径をRと高
さをHとすると、R/Hの比が大きい場合はウェハ近傍で凹
分布となることもあり、またR/Hを十分小さくすると凸
分布になる等、プラズマ密度分布をある程度制御するこ
とができる(図22(b)).その際最大の支配因子は
R/Hの比すなわち装置の形状である.但し、このアンテ
ナ側面設置の場合、アンテナープラズマの結合面積が大
きいことによる結合効率の低下、密度最大となる箇所が
側面壁近傍であるためプラズマの損失が大きいことによ
ってプラズマ密度が低下する.投入パワー、真空容器の
大きさが同じ場合、この場合のプラズマ密度は上述のア
ンテナ上面設置の場合よりも小さくなる.そのため被処
理物の加工速度が小さくなるという問題点があった.以
上のように誘導結合プラズマは、装置の形状とアンテナ
配置によってプラズマ密度分布が変化するが、処理室を
構成する真空容器の上面の面積が下面の面積より小さ
く、上面が平面状とすることで、本発明の第三の目的は
達成される。また好ましくは上記プラズマ処理装置にお
いて、上面と下面とを結ぶ稜線と上面の法線のなす角度
が5度以上であることを特徴とする.さらに好ましくは
上記プラズマ処理装置において、装置高さ(被処理物か
ら上面までの距離)/下面の半径の比が1以下であるこ
とを特徴とする.
To achieve the above object, the present invention provides an antenna for generating an electric field in a plasma generating unit, a high-frequency power supply for supplying high-frequency power to the antenna, and a method for forming a vacuum atmosphere. A vacuum vessel surrounding the plasma generating section, a Faraday shield provided around the vacuum vessel, a gas supply device for supplying gas into the vacuum vessel, a sample table for placing an object to be processed, and the sample A plasma processing apparatus that includes a high-frequency power supply for applying a high-frequency electric field to the table, accelerates electrons by an electric field generated by the antenna and collides and ionizes the gas to generate plasma to process the object, A load is provided on a ground portion of the antenna, so that the average potential of the antenna is increased so that ignition is improved during plasma ignition,
A feature of the plasma processing apparatus is that the load is adjusted so that the average potential of the antenna is close to the potential of the ground so that the amount of shaving of the wall of the vacuum vessel after plasma generation is reduced. Here, that the average potential of the antenna is close to the ground means that the potentials of 30a and 30b in FIG. 4 are almost equal in opposite phases, that is, that Va ≒ −Vb. The means for solving the above problem will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows a general inductive type plasma generator, in which the way of grounding the Faraday shield and the way of grounding the antenna are changed, and the vacuum vessel wall surrounding the plasma generating unit is changed. A method for reducing the amount of shaving by the plasma and improving the ignitability of the plasma was investigated. In this device, a mixed gas of chlorine gas and boron trichloride gas is supplied from a gas supply device 4 into a vacuum container 2 made of alumina, and the mixed gas is wound around the vacuum container 2 into a two-turn coiled antenna. The plasma 6 is generated by being ionized by the electric field generated by 1. After the plasma is generated, the gas is exhausted out of the vacuum vessel by the exhaust device 7. 13. Generated by high frequency power supply 10
An electric field for plasma generation is obtained by supplying high-frequency power of 56 MHz to the antenna 1, but the impedance of the antenna 1 is matched with the output impedance of the high-frequency power supply 10 by using the impedance matching device 3 to suppress power reflection. Let me. As the impedance matching device, a device using two capacitors having a variable electric capacity called a general inverted L type is used. The other end of the antenna is grounded with the capacitor 9 in between,
A switch 21 is provided to short-circuit the capacitor 9. Further, a Faraday shield 8 for preventing the vacuum vessel 2 from being shaved by the plasma 6 is provided between the antenna 1 and the vacuum vessel 2, but the Faraday shield is grounded by opening and closing a plurality of switches 22. It can be both in a state where it is active and in a state where it is not active.
FIG. 3 is a perspective view showing a state where the Faraday shield is installed. The Faraday shield 8 is provided with a slit 14 so as to transmit an inductive electric field 15a generated by the coiled antenna 1 into the vacuum vessel and block a capacitive electric field 15b. Plasma is capacitive electric field 15b
However, when the Faraday shield is grounded to ground, the capacitive electric field from the antenna is hardly transmitted to the vacuum vessel, so that the ignitability of the plasma deteriorates. When the Faraday shield is not grounded to the ground, the potential of the Faraday shield is close to the average potential of the antenna because the antenna and the Faraday shield are capacitively connected. It is considered that the ignitability of the plasma does not deteriorate so much because a typical electric field is generated. The capacitive electric field 15b is an electric field perpendicular to the wall of the vacuum vessel 2, and the charged particles in the plasma are accelerated to collide with the wall and cut the wall. The light 16 generated by the plasma was observed using the spectroscope 20, and the amount of aluminum that was present in the plasma was measured by removing the alumina on the wall, thereby identifying the amount of the wall that was removed. First, in the experimental apparatus shown in FIG.
A method for optimizing the electric capacity of the device so as to reduce the shaving amount of the wall will be described. In the following, a state in which both ends of the switch are conductive is referred to as on, and a state in which both ends are closed is referred to as off.
The optimum value of the magnitude of the electric capacity of the capacitor 9 will be examined when the switch 21 is off, that is, when the capacitor 9 is not short-circuited. 2 can be written as shown in FIG. 4, where the antenna 1 acts as a primary coil of the transformer and the plasma 6
Next coil. The antenna 1 and the plasma 6 are capacitively coupled.
1a and 31b. The capacitance C of the capacitor 9 is determined such that the relationship between the potential Va at the position of the point 30a and the potential Vb at the position of the point 30b on the circuit is always Va = −Vb when the inductance of the antenna is L. . When this condition is satisfied, capacitors 31a and 3
Since the potential applied to both ends of 1b is minimized, the amount of wall shaving is also minimized. FIG. 5 is a further simplified version of FIG. 4 and is an approximation of the element 17 having one combined impedance by combining the antenna and the plasma. When the impedance Z1 of this element is experimentally obtained, Z1 = 2.4 + 114
j (Ω). Here, j represents a complex number. Such an impedance can be easily measured by measuring the current flowing through the object to be measured and the voltage across the both ends. The impedance Z2 of the capacitor 9 is 13.
Assuming that the angular frequency corresponding to 56 MHz is ω, Z2 = −
Since (1 / ωC) j, the real part of Z1 is small in order to satisfy Va = −Vb, so that Z1 + Z2: Z2 =
The relationship of 1: -1 only needs to be established. Therefore, according to calculation, the capacitance of the capacitor 9 is about 150 pF and Va = −Vb
The following relationship holds. FIG. 6 shows the amplitude of the potential generated at the point 30a (dotted line) and the point 30b (solid line) obtained by calculation. The horizontal axis indicates the capacitance of the capacitor 9, and the vertical axis indicates the amplitude of the generated potential. As a result, the amplitudes of the potentials generated near the capacitance of the capacitor 9 of 150 pF were equal, and the phase of the oscillating voltage at that time was shifted by 180 degrees, so that the relationship of Va = -Vb was established. . Therefore, by such a determination method, it is possible to determine the electric capacity of the capacitor placed on the ground side of the antenna that minimizes the amount of wall shaving. Next, FIG. 15 shows the results of investigating the amount of wall shaving and plasma ignitability when the switch 21 and the switch 22 are turned on or off with the capacitance of the capacitor 9 fixed at 150 pF in FIG. If the amount of wall shaving is large, switch 21 should be turned on,
When the switch 22 is turned off, the plasma ignitability under these conditions is excellent. Under other conditions, the shaving amount of the wall can be reduced, but the ignitability of the plasma is inferior. Therefore, it was found that there is no condition in which the amount of wall shaving is small and the plasma has excellent ignitability in this system. However, during plasma ignition, switch 21 is turned off.
n, after igniting the plasma under the condition that the switch 22 is turned off, it is possible to achieve both the objects by operating either the switch 21 or the switch 22 so as to reduce the shaving amount of the wall. Here, in order to simplify the device structure, it is better to use only the switch 21. It is necessary to reduce the potential of the Faraday shield to zero as much as possible in order to reduce the amount of shaving of the wall using the switch 22, so that a plurality of switches 22 are required, and the Faraday shield is grounded to the ground at the shortest distance. Therefore, the switch 22 needs to be installed immediately next to the antenna or the Faraday shield. Therefore, if a plurality of switches are provided in a portion adjacent to the antenna, the Faraday shield, and the like, the structure becomes complicated. In that respect, the switch 21 is simply provided on one side of the condenser 9 which is placed at a certain distance from the antenna, so that the device can be simplified. The state where the switch 21 is off is a state where a 150 pF capacitor is inserted between the antenna and the ground, and the state where the switch 21 is on is HF or
In a high-frequency band such as VHF, the value is equivalent to the fact that the capacitance of the capacitor 9 has changed to infinity. Thus, increasing the capacitance of the capacitor 9 from 150 pF increases the amount of wall shaving. Similarly, even if the capacitance of the capacitor 9 is set to be smaller than 150 pF, the amount of wall shaving increases. Therefore, the amount of wall shaving can be controlled by changing the electric capacity of the condenser 9. In the device shown in FIG. 7, the capacitance of the condenser 9 installed on the ground side of the antenna 1 is made variable. By changing the capacitance of the condenser 9, the amount of wall shaving by plasma is adjusted. Can do things. At the time of plasma ignition, the ignition capacity of the plasma can be significantly improved by making the electric capacity of the condenser 9 sufficiently larger or smaller than 150 pF. As mentioned above, by adjusting the capacitance of the capacitor placed on the ground side of the antenna,
The first object of the present invention can be achieved by adjusting the amount by which the plasma can cut the wall. In addition, the second object of the present invention can be achieved by changing the value of the capacitor placed on the ground side of the antenna when the plasma is ignited so as to obtain a state excellent in ignitability. Next, a method for generating uniform plasma will be discussed. When a coiled antenna is placed on the upper surface of the vacuum vessel, even if the intensity of the induced electric field is changed in the radial direction by changing the diameter of the antenna, an induced electric field is generated in the center, and as a result, the plasma density distribution is concentrated at the center, It becomes uneven.
Also, even if multiple antennas are arranged and the distance between each antenna and the dielectric is changed, the tendency of the plasma density to concentrate at the center does not change. FIG. 21 shows an example of calculating the plasma density distribution when the antenna is placed on a vacuum vessel (FIG. 21A). According to the figure, when the device height H / radius R ratio (aspect ratio) is as large as (b) H / R = 20/25, the plasma density just below the antenna (z = 2 cm) at the location where the antenna exists The absolute value of the density increases (z = 10 cm) toward the downstream side (z increasing direction), and the density decreases immediately above the substrate. At this time, it can be seen that it is uneven in the radial direction. When viewed in the z direction, the density becomes maximum at the center of the device z = 10 cm. When the aspect ratio is reduced (H / R = 15/25) as shown in FIG. 21C, the density distribution is essentially the same as that of FIG. 21B, but the distribution just above the substrate is smaller than that of FIG. Although it is moderate, it has a centralized distribution. The plasma density distribution is determined by the boundary condition that the plasma density is 0 at the vacuum vessel wall and the generation rate distribution, that is, the antenna position. However, as shown in FIG. 21D, the antenna position is changed or a plurality of antennas are placed. Changing the power distribution does not change the shape of the density distribution. When the antenna is placed on the top surface, the induced electric field generated by the antenna is maximized immediately below the antenna, so it is considered that the distribution will be centrally concentrated downstream. On the other hand, when the antenna is arranged beside the vacuum container (FIG. 22A), the induced electric field becomes maximum on the side of the container. A sheath is formed on the side of the container,
The R> degree becomes maximum slightly inside the sheath closest to the antenna. At this time, when viewed in a horizontal cross section, the potential is higher at the sheath end at the wall-sheath end, and the potential at the sheath end also becomes higher at the sheath end-plasma center, and plasma is transported from the sheath end to both sides. At the same time, since the plasma flows downstream from this position, there is a place where the density distribution becomes uniform in the horizontal cross section some distance in the z direction from the place where the density is maximum. For example, in the case of a cylindrical device, if the diameter of the device is R and the height is H, if the ratio of R / H is large, the distribution may be concave near the wafer. The plasma density distribution can be controlled to some extent, for example, the distribution (FIG. 22B). The biggest controlling factor is
It is the ratio of R / H, that is, the shape of the device. However, when the antenna is installed on the side surface, the coupling efficiency decreases due to the large antenna-plasma coupling area, and the plasma density decreases due to the large plasma loss because the location where the density is maximum is near the side wall. When the input power and the size of the vacuum vessel are the same, the plasma density in this case is smaller than that in the case where the antenna is installed above. As a result, there was a problem that the processing speed of the workpiece was reduced. As described above, in the inductively coupled plasma, the plasma density distribution changes depending on the shape of the apparatus and the antenna arrangement. However, the area of the upper surface of the vacuum vessel constituting the processing chamber is smaller than the area of the lower surface, and the upper surface is planar. The third object of the present invention is achieved. Preferably, in the above plasma processing apparatus, an angle between a ridge connecting the upper surface and the lower surface and a normal line of the upper surface is 5 degrees or more. More preferably, in the above plasma processing apparatus, a ratio of apparatus height (distance from an object to be processed to an upper surface) / radius of a lower surface is 1 or less.

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を説明す
る。図1に、本発明を用いた半導体処理装置の第一の実
施例を示す。本装置では、ガス供給装置4より真空容器
中に半導体の処理に用いる酸素、塩素、三塩化ホウ素等
の原料ガスを供給し、そのガスをコイル状のアンテナ1
により発生する電界で電離してプラズマ6を生成する。
ガスはプラズマ生成した後に、排気装置7により真空容
器外に排気される。13.56MHz、27.12MHz、
40.68MHz等の高周波電源10が発生した高周波電
力をアンテナ1に供給することによりプラズマ生成用の
電界を得ているが、電力の反射を押さえるためにインピ
ーダンス整合器3を用いてアンテナ1のインピーダンス
を高周波電源10の出力インピーダンスと一致させてい
る。インピーダンス整合器として逆L型と呼ばれるもの
を示しているが、周波数やアンテナの構造に応じて整合
が取り易いものを用いる必要がある。アンテナ1のもう
一端は電気容量が可変のコンデンサ−9を挟んでアース
に接地される。また、真空容器2がプラズマ6により削
られるのを防止するためのファラデーシールド8をアン
テナ1と真空容器2の間に設置しているが、ファラデー
シールドは電気的にアースされていない状態とする。ま
た、ファラデーシールド8には図3に示したように、コ
イル状アンテナの巻かれる方向と直交するようにスリッ
トが設けられている。処理される半導体ウエハ13は、
電極5上に置く。プラズマ中に存在するイオンをウエハ
13上に引き込むため、電極5には高周波電源12によ
り振動電圧を印加する。可変コンデンサー9の電気容量
は、課題を解決するための手段のところで説明したよう
に、壁の削れ量が最小となる電気容量値を取れるように
することが重要である。図1の29は、恒温槽を示し、
真空容器2の温度を制御する。具体的には、ファンやヒ
ータを備えることで温度を制御する。本実施例では、プ
ラズマ6を着火するときにはコンデンサー9の電気容量
を壁の削れ量が最小となる値よりも大きな値もしくは小
さな値となるようにする。その時の電気容量の値として
は、壁の削れ量が最小となる電気容量値の二倍程度、又
は二分の1程度とすることで、数十Wの高周波パワーで
プラズマを着火する事ができる。プラズマの着火後は、
壁の削れ量を減少させるためコンデンサー9の電気容量
を削れ量が最小となる値に近ずけていくが、異物の観点
からある程度壁が削れたほうがよい場合は、求める壁の
削れ量となる値にコンデンサー9の電気容量をセットす
る。その値の最適値は、半導体プロセスを繰り返して行
って決定する必要がある。本発明の第二の実施例を図8
に従って説明する。本実施例の基本的な装置構成は第一
の実施例と同じであるが、本実施例と第一の実施例の違
いは、アンテナ1のアース側に設置されるコンデンサー
の構造である。本実施例では、アンテナ1のアース側に
コンデンサー9aとコンデンサー9bの二つのコンデン
サーを並列に挿入し、コンデンサ−9aは直接アースに
つなぎ、コンデンサー9bはスイッチ21を挿入してア
ースにつなぐようにする。コンデンサー9aの電気容量
を削れ量が最小となる値としてやると、プラズマ着火時
にはスイッチ21をonにしてやる事でアンテナ1のア
ース側に入る電気容量は、コンデンサー9bの分だけ大
きくなったことになり、コンデンサー9bの電気容量を
十分に大きくとってやる事でプラズマ着火性は向上す
る。そしてプラズマ着火後は、スイッチ21をoffにし
てやることで、壁の削れ量が最小になるようになる。ま
た、第一の実施例と同様に、異物の観点からある程度壁
が削れたほうがよい場合は、求める壁の削れ量となる値
にコンデンサー9aの値をセットしておけばよい。本発
明の第三の実施例を図9に従って説明する。本実施例の
基本的な装置構成は第二の実施例と同じであるが、本実
施例と第二の実施例の違いは、図8におけるコンデンサ
ー9bの替わりにインダクタ19を用いていることであ
る。コンデンサー9の電気容量をC、インダクタ19の
インダクタンスをL、高周波電源10が出力する高周波
の角振動数をωとすると、アンテナのアース側とアース
間のインピーダンスZは、スイッチ21がoffのと
き、Z=−(1/ωC)j、スイッチ21がonのとき
Z=−(1/(ωC−1/ωL))jとなる。コンデン
サ−9の電気容量をスイッチ21がoffの状態で壁の
削れ量が最小になるようにしておくと、スイッチ21を
操作する事でZの値を変化する事ができプラズマの着火
性を向上する事ができる。よってプラズマ着火時にはス
イッチ21をonにしてプラズマを着火し、プラズマ着
火後はスイッチ21をoffにしてやることで壁の削れ量
が最小にできる。また、第一の実施例と同様に、異物の
観点からある程度壁が削れたほうがよい場合は、求める
壁の削れ量となる値にコンデンサー9の値をセットして
おけばよい。上記第三の実施例において、コンデンサー
とインダクタとスイッチを組み合わせることでアンテナ
とアースの間に挿入する負荷のインピーダンスを変化さ
せる方法について記述した。上記実施例以外でも負荷の
インピーダンスの値を変化させる事ができる手段を用い
ることで、プラズマ着火性に優れた状態と、壁の削れ量
が小さくなる状態にすることが可能となる。本発明の第
四の実施例を図10に従って説明する。本実施例の基本
的な装置構成は第一、第二、第三の実施例と同じである
が、本実施例との違いは、導電性材料でできたファラデ
ーシールド8を非導電性材料でできた真空容器2の壁の
内部に埋め込んだことである。真空容器2の材料として
は、アルミナ、ガラス等が用いられるが、アルミナに
は、クロム、アルミニウムなどの金属が容易に融着する
ことから、アルミナ内部にそれらのパターンを作成する
ことも容易である。またガラスにおいても自動車の霜取
り用のヒーターのように金属箔を埋め込む事は可能であ
る。このようにファラデーシールド8を真空容器2の壁
内部に埋め込む事のメリットとして、アンテナ1とファ
ラデーシールド8間の絶縁構造が不用になること、真空
容器2とアンテナ1の距離を小さくでき装置がコンパク
トにできることである。本発明の第五の実施例を図11
に従って説明する。本実施例の基本的な装置構成は第四
の実施例と同じであるが、本実施例との違いは、ファラ
デーシールドとしての導電性材料の膜を非導電性材料で
できた真空容器2の壁面にコーティングしたことによ
る。本実施例では真空容器の内側のプラズマ側に導電性
のファラデーシールド8をコーティングした例を示して
いるが、真空容器の大気側にファラデーシールド8をコ
ーティングしても同様な効果が得られる。本実施例では
ファラデーシールド8に直接プラズマ6が接することか
ら、ファラデーシールド8のスリットの部分では真空容
器2の壁がプラズマ6によって削られることになる。プ
ロセスにもよるが、原料ガスとして酸素などを用いた酸
化膜エッチングプロセスでは、アルミナとアルミニウム
との接着性に優れていることを利用して、ファラデーシ
ールド8を導電性のアルミニウム、真空容器2を絶縁性
のアルミナとすることで、絶縁材料に導電性材料をコー
ティングした構成が達成できる。原料ガスに塩素や三塩
化ホウ素を用いたメタルプロセスなどの場合は、絶縁材
料にアルミナ、導電性材料にSiCとすることで目的を達
成できる。このような組み合わせは他にも数多く考えら
れるが、真空容器が高温になったときにコーティングし
た導電性材料が剥がれてしまわないような性能をもち、
且つ絶縁材料と導電性材料ともにプラズマに対して削ら
れにくいものであればどのような組み合わせでも同様な
効果が期待できる。本発明の第六の実施例を図12に従
って説明する。本実施例の基本的な装置構成は第一、第
二、第三の実施例と同じであるが、本実施例と他の実施
例の違いは、ファラデーシールド8を抵抗18を用いて
アースに接地していることである。装置の組み替え等の
作業時に、人間がファラデーシールド8を触る事もしば
しばあると考えられる。その時ファラデーシールドが帯
電するのを防ぐための機構が必要である。本実施例では
抵抗18を用いてファラデーシールドをアースに接地し
ているが、この抵抗の抵抗値はプラズマを生成するため
の高周波電源10の周波数においてファラデーシールド
8とアース間の電気容量が持つインピーダンスより大き
なインピーダンスを持つようにする必要がある。そのた
めには、ファラデーシールドとアース間の電気容量をC
とし、接地抵抗18の抵抗値をR、高周波電源10が出
力する高周波の角振動数をωとすると、R>1/ωCとな
るようにRを設定する。つまり、プラズマを生成するた
めの高周波の周波数において該ファラデーシールドと該
アース間の電気容量がもつインピーダンスより大きなイ
ンピーダンスを持つ負荷で該ファラデーシールドと該ア
ース間とを結合し、かつ該負荷のインピーダンスが直流
においては小さくなるようにして運転終了時のファラデ
ーシールドの帯電を防止している。本発明の第七の実施
例を図13に従って説明する。本実施例の基本的な装置
構成は第六の実施例と同じであるが、本実施例と第六の
実施例の違いは、真空容器2を導電性材料で作ることで
ファラデーシールドの効果を持たせたことによる。ファ
ラデーシールド兼用の真空容器には、図3で説明したよ
うに誘導的な電界を遮断させるためのスリットを設ける
ことができないため、導電性の真空容器の壁の厚さを調
整することで誘導的な電界を通過できるように必要が有
る。ここで、真空容器は絶縁フランジ24により電気的
にアースから浮かせた構造である。本実施例によれば、
ファラデーシールドを真空容器の周りに設ける作業が不
要のため、作業性が良くなる。本実施例でアンテナ1の
平均的な電位をアース近辺およびアースより絶対値とし
て大きくするように調整する回路は、第六の実施例と同
じである。図14は本実施例において真空容器に流れる
渦電流の様子を示した斜視図である。図3で説明した誘
導的な電界15aを真空容器2中に伝わるのを打ち消す
ための渦電流は矢印25のように円筒形の真空容器2の
周方向にながれる。この渦電流の流路における抵抗を
R、インダクタンスをL、高周波電源10が出力する高
周波の角振動数をωとすると、 R>ωLの関係が成り立
つようにすれば抵抗による渦電流減衰が大きくなり、真
空容器中に誘導的な電界が伝わるようになる。真空容器
2の材質としては、第五の実施例と同様にプラズマに直
接面していることから、プラズマにより削られにくいも
のである必要が有る。また、真空容器の壁の厚さは通常
2cm程度であるので、たとえば周波数13.56MH
zにおいてその程度の表皮厚さとするには、0.02Ω
m程度の電気抵抗率の材料を用いればよいことになる。
真空容器2は、アースと絶縁するために絶縁フランジ2
4を用いて絶縁しているが、第六の実施例と同様に帯電
を防ぐための抵抗18を設けている。抵抗18の抵抗値
は第六の実施例で説明したように、プラズマを生成する
ための高周波電源10の周波数においてファラデーシー
ルドとアース間のインピーダンスより大きなインピーダ
ンスを持つようにする必要がある。また、半導体処理に
おいて高周波電源12により電極5にバイアス電圧を印
加しているが、プラズマがアースに対して電気的に浮い
ているとバイアス電圧がプラズマと電極の間で強く発生
しなくなってしまう。それを防ぐためには、プラズマを
アースにできるだけ接触させてプラズマの電位を低くし
てやる必要があるが、抵抗18の抵抗値を高周波電源1
2の周波数帯において、ファラデーシールドとアース間
のインピーダンスより小さなインピーダンスを持つよう
にしてやることで達成できる。本実施例は、真空容器全
体が導電性材料でできた場合についてであるが、他の実
施例においてファラデーシールドにスリットを無くし
て、本実施例と同様に導電性材料の厚みのみを調整する
ことで同様な効果が得られるようになる。上記した実施
例では、真空容器2の形状が、円筒形のものについて説
明したが、真空容器2の側面形状に傾斜をもたせ、断面
を台形上にした真空容器2にコイル、ファラデーシール
ドを設けるようにしても、上記した実施例を同様に適用
できる。本発明の第八の実施例を図16に従って説明す
る.本実施例の基本的な装置構成は第一、第二、第三の
実施例と同じであるが、本実施例と他の実施例の違い
は、真空容器上面(被処理物を電極5より遠い方)2a
が真空容器下面の面積が小さいことを特徴とする.また
好ましくは上面が平面状であることである.上記のよう
に構成した本発明においては、アンテナの配置、アンテ
ナの巻数、アンテナー真空容器の距離等によって、プラ
ズマとアンテナの結合の度合や位置を変化させることが
できる.例えばアンテナを横に1巻した場合は、図23
(a)に示す様に、そのアンテナの上下によって、結合す
る場所が変化する.複数巻の場合はアンテナの上下位
置、各巻線と真空容器の距離によって、結合の状態を変
化させることができる(図23(b)).これによって中
央部の密度を上昇させようとすると、アンテナを上方に
移動させ、逆に周辺高分布にする場合はアンテナを下方
に移動させれば良い.結合の位置を変えることができる
のは上面の面積が小さく下面の面積が大きいことによっ
て、装置形状が傾いているためである.また誘導結合プ
ラズマの場合、電子・イオンは両極性拡散で等方的に容
器壁に向かって拡散するため、その分布は容器形状の影
響を受ける.そのため上面が平面状であればプラズマ分
布も平坦化しやすくなる.アンテナ配置と特徴的な装置
形状によりプラズマ密度分布を制御し易くなる.またア
ンテナ1による静電界のため、アンテナ近傍ではプラズ
マー真空容器壁2の相互作用で発生する異物や反応生成
物が多くなるが、下面の面積が大きいことから、容器壁
ー排気系7に沿って流路ができ、壁に沿って流れ易くな
っているため、ウエハ13の方向に向かう量が低減で
き、良好な処理が実現できる.図16の191は、コイ
ルの位置を移動させる手段であり、プラズマ密度分布を
調節するために、コイルの高さを調節できる。本発明の
第九の実施例を図17に示す。本実施例の基本的な装置
構成は第八の実施例と同じであるが、本実施例と他の実
施例の違いは、真空容器2の上面2aと下面2bとを結ぶ
稜線と上面の法線との成す角度が5度以上であることを
特徴とする.図24は本発明による真空容器の形状、例
えば上面の半径Ru:下面の半径Rdの半径=4:5時の被
処理物表面に入射するイオン電流密度分布を示したもの
である.真空容器高さH=13cmの時φ300(r=15cm)までイ
オン電流は平坦である.またHを増加させると中央部が
やや高い分布となる.またHをこれより小さくすると周
辺高になることも確認している.tan-1{(Rd-Ru)/H}≧5
度であれば平坦、中心高、周辺高の分布が実現できる.
図18は本発明の第十の実施例を示す.本実施例の基本
的な装置構成は第八の実施例と同じであるが、本実施例
と他の実施例の違いは、真空容器2の高さH(電極5から
上面2aまでの距離)と真空容器2の径、つまり、下面
の半径RdとがH/Rd≦1の関係を満たすことを特徴とす
る.例えば図24に示した真空容器形状はこの関係を満
たしている.図19は本発明の第十一の実施例を示す.
本実施例の基本的な装置構成は第八の実施例と同じであ
るが、本実施例と他の実施例の違いは、真空容器1の外
側に磁場発生手段26を備えたことを特徴とする.磁場
存在時の基板直上のプラズマ密度nの分布を図25に示
す.それによると、磁場を増加させるに従って、プラズ
マ密度分布が周辺高となり、分布制御できる補助手段で
あることが判る.図25において、パラメータとなって
いるDlは、磁力線方向の拡散係数を表し、Dpは、磁
力線に垂直な方向の拡散係数を表す、図20は本発明の
第十二の実施例を示す.本実施例の基本的な装置構成は
第八の実施例と同じであるが、本実施例と他の実施例の
違いは、電極5に対向する面、真空容器の上面2aの内
側に導体、もしくは半導体で構成される板27を置いた
ことを特徴とする.また好ましくは板27に高周波電圧
印加手段28を接続し、高周波を印加する.ここで言う
高周波はパルス状の直流電圧でも良い.また板27を接
地してもよい.
Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 shows a first embodiment of a semiconductor processing apparatus according to the present invention. In the present apparatus, a raw material gas such as oxygen, chlorine, boron trichloride or the like used for semiconductor processing is supplied from a gas supply device 4 into a vacuum vessel, and the gas is supplied to the coiled antenna 1.
The plasma 6 is generated by ionization by the electric field generated by the above.
After the plasma is generated, the gas is exhausted out of the vacuum vessel by the exhaust device 7. 13.56 MHz, 27.12 MHz,
An electric field for plasma generation is obtained by supplying high-frequency power generated by a high-frequency power supply 10 such as 40.68 MHz to the antenna 1, but the impedance of the antenna 1 is reduced by using the impedance matching unit 3 to suppress power reflection. With the output impedance of the high-frequency power supply 10. Although what is called an inverted L type is shown as an impedance matching device, it is necessary to use an impedance matching device that can easily achieve matching depending on the frequency and the structure of the antenna. The other end of the antenna 1 is grounded via a capacitor 9 having a variable electric capacity. Further, a Faraday shield 8 for preventing the vacuum vessel 2 from being shaved by the plasma 6 is provided between the antenna 1 and the vacuum vessel 2, but the Faraday shield is not electrically grounded. As shown in FIG. 3, the Faraday shield 8 is provided with a slit so as to be orthogonal to the direction in which the coil antenna is wound. The semiconductor wafer 13 to be processed is
Place on electrode 5. An oscillating voltage is applied to the electrode 5 by a high-frequency power supply 12 in order to draw ions present in the plasma onto the wafer 13. It is important that the electric capacitance of the variable capacitor 9 be set to an electric capacitance value that minimizes the amount of wall shaving as described in the section for solving the problem. Reference numeral 29 in FIG. 1 indicates a constant temperature bath,
The temperature of the vacuum vessel 2 is controlled. Specifically, the temperature is controlled by providing a fan and a heater. In this embodiment, when the plasma 6 is ignited, the electric capacity of the condenser 9 is set to a value larger or smaller than a value at which the amount of wall shaving is minimized. By setting the value of the electric capacity at that time to about twice or half the electric capacity value at which the amount of wall shaving is minimized, the plasma can be ignited with a high frequency power of several tens of watts. After ignition of the plasma,
In order to reduce the amount of wall shaving, the electric capacity of the condenser 9 is approached to a value at which the amount of shaving is minimized. Set the capacitance of the capacitor 9 to the value. It is necessary to determine the optimum value by repeatedly performing the semiconductor process. FIG. 8 shows a second embodiment of the present invention.
It will be described according to. Although the basic device configuration of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, the difference between the present embodiment and the first embodiment is the structure of the capacitor installed on the ground side of the antenna 1. In this embodiment, two capacitors 9a and 9b are inserted in parallel on the ground side of the antenna 1, the capacitor 9a is directly connected to the ground, and the capacitor 9b is connected to the ground by inserting the switch 21. . If the electric capacity of the capacitor 9a is set to a value that minimizes the amount of shaving, the electric capacity that enters the ground side of the antenna 1 by turning on the switch 21 at the time of plasma ignition is increased by the amount of the capacitor 9b. By setting the electric capacity of the capacitor 9b to be sufficiently large, the plasma ignitability is improved. After the plasma ignition, the switch 21 is turned off so that the amount of wall shaving is minimized. Also, as in the first embodiment, if it is desirable to cut the wall to some extent from the viewpoint of foreign matter, the value of the capacitor 9a may be set to a value that is the amount of cut of the wall to be obtained. A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The basic device configuration of this embodiment is the same as that of the second embodiment, but the difference between this embodiment and the second embodiment is that an inductor 19 is used instead of the capacitor 9b in FIG. is there. Assuming that the capacitance of the capacitor 9 is C, the inductance of the inductor 19 is L, and the high-frequency angular frequency output by the high-frequency power supply 10 is ω, the impedance Z between the ground side of the antenna and the ground is when the switch 21 is off. Z = − (1 / ωC) j, and when the switch 21 is on, Z = − (1 / (ωC−1 / ωL)) j. If the capacitance of the capacitor 9 is set so that the amount of wall shaving is minimized when the switch 21 is off, the value of Z can be changed by operating the switch 21 to improve the ignitability of the plasma. You can do it. Therefore, when plasma is ignited, the switch 21 is turned on to ignite the plasma, and after the plasma is ignited, the switch 21 is turned off to minimize the amount of wall shaving. Also, as in the first embodiment, if it is desirable to cut the wall to some extent from the viewpoint of foreign matter, the value of the condenser 9 may be set to a value that is the amount of cut of the wall to be obtained. In the third embodiment, the method of changing the impedance of the load inserted between the antenna and the ground by combining the capacitor, the inductor, and the switch has been described. By using means that can change the value of the impedance of the load other than in the above-described embodiment, it is possible to achieve a state in which the plasma ignitability is excellent and a state in which the shaving amount of the wall is small. A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The basic configuration of this embodiment is the same as that of the first, second and third embodiments, except that the Faraday shield 8 made of a conductive material is made of a non-conductive material. That is, it is embedded in the inside of the wall of the vacuum container 2 thus formed. Alumina, glass, or the like is used as the material of the vacuum vessel 2, but a metal such as chromium, aluminum, or the like is easily fused to the alumina, so that it is easy to form those patterns inside the alumina. . Also, it is possible to embed metal foil in glass like a heater for defrosting automobiles. Advantages of embedding the Faraday shield 8 in the wall of the vacuum vessel 2 as described above are that the insulating structure between the antenna 1 and the Faraday shield 8 is unnecessary, the distance between the vacuum vessel 2 and the antenna 1 can be reduced, and the apparatus is compact. What you can do. FIG. 11 shows a fifth embodiment of the present invention.
It will be described according to. The basic device configuration of the present embodiment is the same as that of the fourth embodiment, but the difference from the present embodiment is that the vacuum vessel 2 made of a non-conductive material has a film of a conductive material as a Faraday shield. Due to coating on the wall. In the present embodiment, an example is shown in which the conductive Faraday shield 8 is coated on the plasma side inside the vacuum vessel, but the same effect can be obtained by coating the Faraday shield 8 on the atmosphere side of the vacuum vessel. In this embodiment, since the plasma 6 is in direct contact with the Faraday shield 8, the plasma 6 cuts the wall of the vacuum vessel 2 at the slit portion of the Faraday shield 8. Although depending on the process, in the oxide film etching process using oxygen or the like as a raw material gas, the Faraday shield 8 is made of conductive aluminum and the vacuum vessel 2 is made of aluminum, taking advantage of the excellent adhesion between alumina and aluminum. By using insulating alumina, a configuration in which an insulating material is coated with a conductive material can be achieved. In the case of a metal process using chlorine or boron trichloride as a source gas, the object can be achieved by using alumina as the insulating material and SiC as the conductive material. There are many other such combinations, but they have the ability to prevent the coated conductive material from peeling off when the vacuum vessel becomes hot,
In addition, the same effect can be expected in any combination as long as the insulating material and the conductive material are not easily removed by plasma. A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The basic device configuration of this embodiment is the same as that of the first, second, and third embodiments, but the difference between this embodiment and other embodiments is that the Faraday shield 8 is grounded by using the resistor 18. It is grounded. It is considered that a human often touches the Faraday shield 8 during work such as rearrangement of the device. At that time, a mechanism for preventing the Faraday shield from being charged is required. In this embodiment, the Faraday shield is grounded to the ground by using the resistor 18. The resistance value of this resistor is the impedance of the capacitance between the Faraday shield 8 and the ground at the frequency of the high frequency power supply 10 for generating plasma. It is necessary to have a larger impedance. To do so, the capacitance between the Faraday shield and ground must be C
Assuming that the resistance value of the ground resistor 18 is R and the high-frequency angular frequency output from the high-frequency power supply 10 is ω, R is set so that R> 1 / ωC. That is, at a high frequency for generating plasma, the load between the Faraday shield and the ground is coupled with a load having an impedance larger than the impedance of the capacitance between the Faraday shield and the ground, and the impedance of the load is reduced. In the case of direct current, the charge is reduced to prevent charging of the Faraday shield at the end of operation. A seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Although the basic device configuration of the present embodiment is the same as that of the sixth embodiment, the difference between this embodiment and the sixth embodiment is that the effect of the Faraday shield is obtained by forming the vacuum vessel 2 with a conductive material. It depends on what you have. As described with reference to FIG. 3, the vacuum vessel serving as the Faraday shield cannot be provided with a slit for blocking an inductive electric field. Need to be able to pass through various electric fields. Here, the vacuum vessel has a structure in which it is electrically floated from the ground by an insulating flange 24. According to the present embodiment,
Since the work of providing the Faraday shield around the vacuum vessel is unnecessary, workability is improved. In this embodiment, a circuit for adjusting the average potential of the antenna 1 to be near the ground and as an absolute value larger than the ground is the same as that of the sixth embodiment. FIG. 14 is a perspective view showing the state of the eddy current flowing in the vacuum vessel in the present embodiment. The eddy current for canceling the transmission of the inductive electric field 15 a described in FIG. 3 into the vacuum vessel 2 flows in the circumferential direction of the cylindrical vacuum vessel 2 as indicated by an arrow 25. Assuming that the resistance in the eddy current flow path is R, the inductance is L, and the high-frequency angular frequency output by the high-frequency power supply 10 is ω, the eddy current attenuation due to the resistance increases if the relationship of R> ωL is satisfied. Then, an inductive electric field is transmitted into the vacuum vessel. Since the material of the vacuum vessel 2 is directly facing the plasma as in the case of the fifth embodiment, it is necessary that the material be hardly cut by the plasma. Since the thickness of the wall of the vacuum vessel is usually about 2 cm, for example, the frequency is 13.56 MHz.
In order to make the skin thickness at that level in z, 0.02Ω
It is sufficient to use a material having an electrical resistivity of about m.
The vacuum vessel 2 has an insulating flange 2 to insulate it from the ground.
4, but a resistor 18 for preventing charging is provided as in the sixth embodiment. As described in the sixth embodiment, the resistance of the resistor 18 needs to have an impedance greater than the impedance between the Faraday shield and the ground at the frequency of the high-frequency power supply 10 for generating plasma. In the semiconductor processing, a bias voltage is applied to the electrode 5 by the high-frequency power supply 12, but if the plasma is electrically floating with respect to the ground, the bias voltage will not be generated strongly between the plasma and the electrode. In order to prevent this, it is necessary to lower the potential of the plasma by bringing the plasma into contact with the ground as much as possible.
In the frequency band 2, it can be achieved by having an impedance smaller than the impedance between the Faraday shield and the ground. The present embodiment is a case where the entire vacuum vessel is made of a conductive material.However, in the other embodiments, the slit is not provided in the Faraday shield, and only the thickness of the conductive material is adjusted as in the present embodiment. Can obtain the same effect. In the above-described embodiment, the vacuum vessel 2 has been described as having a cylindrical shape. However, the vacuum vessel 2 is provided with a coil and a Faraday shield in a vacuum vessel 2 having a trapezoidal cross section with a side surface having an inclination. In any case, the above-described embodiment can be similarly applied. An eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The basic device configuration of the present embodiment is the same as the first, second, and third embodiments, but the difference between this embodiment and other embodiments is that the upper surface of the vacuum vessel Distant one) 2a
Is characterized in that the area of the lower surface of the vacuum vessel is small. Preferably, the upper surface is planar. In the present invention configured as described above, the degree and position of coupling between the plasma and the antenna can be changed depending on the arrangement of the antenna, the number of turns of the antenna, the distance between the antenna and the vacuum vessel, and the like. For example, when the antenna is wound one side horizontally, FIG.
As shown in (a), the coupling location changes depending on whether the antenna is up or down. In the case of a plurality of windings, the coupling state can be changed depending on the vertical position of the antenna and the distance between each winding and the vacuum vessel (FIG. 23 (b)). In order to increase the density in the central part, the antenna is moved upward. On the other hand, when the distribution is high in the periphery, the antenna is moved downward. The position of the coupling can be changed because the shape of the device is inclined due to the small area of the upper surface and the large area of the lower surface. In the case of inductively coupled plasma, the distribution of electrons and ions is affected by the shape of the container because the electrons and ions are diffused isotropically toward the container wall. Therefore, if the top surface is planar, the plasma distribution is also easily flattened. It is easy to control the plasma density distribution by antenna arrangement and characteristic device shape. Also, due to the electrostatic field generated by the antenna 1, foreign substances and reaction products generated by the interaction between the plasma and the vacuum vessel wall 2 increase in the vicinity of the antenna. Since a flow path is formed and flows easily along the wall, the amount of the flow toward the wafer 13 can be reduced, and good processing can be realized. Reference numeral 191 in FIG. 16 denotes a means for moving the position of the coil, and the height of the coil can be adjusted to adjust the plasma density distribution. FIG. 17 shows a ninth embodiment of the present invention. Although the basic device configuration of this embodiment is the same as that of the eighth embodiment, the difference between this embodiment and the other embodiments is that the ridge line connecting the upper surface 2a and the lower surface 2b of the vacuum vessel 2 and the method of the upper surface are different. The angle between the line and the line is 5 degrees or more. FIG. 24 shows the distribution of ion current density incident on the surface of the workpiece when the radius of the upper surface Ru: the radius of the lower surface Rd = 4: 5, for example, the shape of the vacuum vessel according to the present invention. The ion current is flat up to φ300 (r = 15cm) when the height of the vacuum vessel is H = 13cm. When H is increased, the central part has a slightly higher distribution. It has also been confirmed that if H is smaller than this, the surrounding height will increase. tan-1 {(Rd-Ru) / H} ≧ 5
If it is a degree, distribution of flatness, center height and peripheral height can be realized.
FIG. 18 shows a tenth embodiment of the present invention. The basic device configuration of this embodiment is the same as that of the eighth embodiment, but the difference between this embodiment and the other embodiments is the height H of the vacuum vessel 2 (the distance from the electrode 5 to the upper surface 2a). And the diameter of the vacuum vessel 2, that is, the radius Rd of the lower surface, satisfies the relationship of H / Rd ≦ 1. For example, the vacuum container shape shown in FIG. 24 satisfies this relationship. FIG. 19 shows an eleventh embodiment of the present invention.
Although the basic device configuration of this embodiment is the same as that of the eighth embodiment, the difference between this embodiment and other embodiments is that a magnetic field generating means 26 is provided outside the vacuum vessel 1. I do. FIG. 25 shows the distribution of the plasma density n immediately above the substrate in the presence of a magnetic field. According to this, as the magnetic field is increased, the plasma density distribution becomes higher around the periphery, and it can be understood that this is an auxiliary means that can control the distribution. In FIG. 25, Dl, which is a parameter, represents the diffusion coefficient in the direction of the line of magnetic force, and Dp represents the diffusion coefficient in the direction perpendicular to the line of magnetic force. FIG. 20 shows a twelfth embodiment of the present invention. The basic device configuration of this embodiment is the same as that of the eighth embodiment, but the difference between this embodiment and the other embodiments is that the surface facing the electrode 5, the conductor inside the upper surface 2a of the vacuum vessel, Alternatively, a plate 27 made of a semiconductor is provided. Preferably, a high frequency voltage applying means 28 is connected to the plate 27 to apply a high frequency. The high frequency here may be a pulsed DC voltage. The plate 27 may be grounded.

【発明の効果】本実施例を用いることで、プラズマ生成
部を取り囲む真空容器壁がプラズマによって削られる量
を制御でき、且つプラズマ着火性を向上することができ
る。また、アンテナの配置、アンテナの巻数、アンテナ
ー真空容器の距離等によって、プラズマとアンテナの結
合の度合や位置を変化させることで、プラズマの分布を
制御する事ができ、均一なプラズマを得る事ができる。
According to the present embodiment, the amount of the vacuum vessel wall surrounding the plasma generating portion cut by the plasma can be controlled, and the plasma ignitability can be improved. Also, by changing the degree and position of the coupling between the plasma and the antenna depending on the arrangement of the antenna, the number of turns of the antenna, the distance between the antenna and the vacuum vessel, the distribution of the plasma can be controlled, and a uniform plasma can be obtained. it can.

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

【図1】本発明の第1の実施例を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明を検証するために用いた実験体系を示す
構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram showing an experimental system used for verifying the present invention.

【図3】ファラデーシールドが設置された状態を示す斜
視図である
FIG. 3 is a perspective view showing a state where a Faraday shield is installed.

【図4】本発明を検証するために用いた実験体系の等価
回路図である。
FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of an experimental system used to verify the present invention.

【図5】本発明を検証するために用いた実験体系の等価
回路図である。
FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of an experimental system used to verify the present invention.

【図6】アンテナ両端に発生する電位の振幅を示したも
のである。
FIG. 6 shows the amplitude of a potential generated at both ends of the antenna.

【図7】本発明を検証するために用いた実験体系の構成
図である。
FIG. 7 is a configuration diagram of an experimental system used to verify the present invention.

【図8】本発明の第2の実施例を示す構成図である。FIG. 8 is a configuration diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第3の実施例を示す構成図である。FIG. 9 is a configuration diagram showing a third embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第4の実施例を示す構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram showing a fourth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第5の実施例を示す構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram showing a fifth embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第6の実施例を示す構成図である。FIG. 12 is a configuration diagram showing a sixth embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第7の実施例を示す構成図である。FIG. 13 is a configuration diagram showing a seventh embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第7の実施例における渦電流の流れ
を示した斜視図である。
FIG. 14 is a perspective view showing a flow of an eddy current in a seventh embodiment of the present invention.

【図15】スイッチ21、22と真空容器の壁の削れ量
とプラズマの着火に必要なRFパワーについてまとめた
図である。
FIG. 15 is a diagram summarizing the amounts of scraping of the switches 21 and 22, the wall of the vacuum vessel, and RF power required for ignition of plasma.

【図16】本発明の第八の実施例によるプラズマ処理装
置である.
FIG. 16 shows a plasma processing apparatus according to an eighth embodiment of the present invention.

【図17】本発明の第九の実施例によるプラズマ処理装
置である.
FIG. 17 shows a plasma processing apparatus according to a ninth embodiment of the present invention.

【図18】本発明の第十の実施例によるプラズマ処理装
置である.
FIG. 18 shows a plasma processing apparatus according to a tenth embodiment of the present invention.

【図19】本発明の第十一の実施例によるプラズマ処理
装置である.
FIG. 19 shows a plasma processing apparatus according to an eleventh embodiment of the present invention.

【図20】本発明の第十二の実施例によるプラズマ処理
装置である.
FIG. 20 shows a plasma processing apparatus according to a twelfth embodiment of the present invention.

【図21】アンテナ上置きの場合のプラズマ密度分布を
示す図である。
FIG. 21 is a diagram showing a plasma density distribution in a case where the antenna is placed on an antenna.

【図22】アンテナ側面置きの場合の基板入射イオン電
流密度分布を示す図である。
FIG. 22 is a diagram showing a substrate incident ion current density distribution when the antenna is placed on the side surface.

【図23】本発明の原理を示す摸式図である。FIG. 23 is a schematic view illustrating the principle of the present invention.

【図24】本発明の場合の基板入射イオン電流密度分布
を示す図である。
FIG. 24 is a diagram showing a substrate incident ion current density distribution in the case of the present invention.

【図25】本発明の第4の実施例の効果を示す図であ
る.
FIG. 25 is a diagram showing the effect of the fourth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…アンテナ、2…真空容器、2a…真空容器上面、2b
…真空容器、2c…真空容器の稜線、3…インピーダン
ス整合器、4…ガス供給装置、5…電極、6…プラズ
マ、7…ガス排気装置、8…ファラデーシールド、9…
コンデンサー、10…高周波電源、11…電界シール
ド、12…高周波電源、13…ウエハー、14…スリッ
ト、15a…誘導的な電界、15b…容量的な電界、1
6…プラズマが発生する光、17…合成インピーダンス
を持つ素子、18…ファラデーシールドの接地抵抗、1
9…インダクタ、20…分光器、21…スイッチ、22
…スイッチ、23…スイッチ、24…絶縁フランジ、2
5…渦電流の流れ。26…磁場発生手段、27…板、28
…高周波電圧印加手段、29…恒温曹。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Antenna, 2 ... Vacuum container, 2a ... Upper surface of vacuum container, 2b
... Vacuum container, 2c ... Vacuum ridge, 3 ... Impedance matching device, 4 ... Gas supply device, 5 ... Electrode, 6 ... Plasma, 7 ... Gas exhaust device, 8 ... Faraday shield, 9 ...
Capacitor, 10 high-frequency power supply, 11 electric field shield, 12 high-frequency power supply, 13 wafer, 14 slit, 15a inductive electric field, 15b capacitive electric field, 1
6 ... light generated by plasma, 17 ... element having combined impedance, 18 ... ground resistance of Faraday shield, 1
9 ... Inductor, 20 ... Spectroscope, 21 ... Switch, 22
... Switch, 23 ... Switch, 24 ... Insulation flange, 2
5: Eddy current flow. 26 ... magnetic field generating means, 27 ... plate, 28
... High frequency voltage applying means, 29 ...

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 手束 勉 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 (72)発明者 前田 賢治 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 (72)発明者 吉岡 健 山口県下松市大字東豊井794番地 株式 会社 日立製作所 笠戸工場内 (72)発明者 坪根 恒彦 山口県下松市大字東豊井794番地 株式 会社 日立製作所 笠戸工場内 (72)発明者 金井 三郎 山口県下松市大字東豊井794番地 株式 会社 日立製作所 笠戸工場内 (72)発明者 数見 秀之 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 西尾 良司 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 (56)参考文献 特開 平6−196446(JP,A) 特開 平10−83898(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05H 1/46 C23C 16/50 C23F 4/00 H01L 21/3065 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Tsutomu Tsujiro 502 Kandatecho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Pref. Machinery Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Kenji Maeda 502-Kindachicho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Pref. Inside the research laboratory (72) Inventor Takeshi Yoshioka 794, Higashi-Toyoi, Oji, Kudamatsu City, Yamaguchi Prefecture Inside the Kasado Plant, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Saburo Kanai 794, Higashi-Toyoi, Katsumatsu City, Yamaguchi Prefecture Inside the Kasado Plant, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Hideyuki Kazumi 7-1-1, Omikamachi, Hitachi City, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi, Ltd. In-house (72) Inventor Ryoji Nishio 502 Kandate-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Pref. (56) Reference Patent flat 6-196446 (JP, A) JP flat 10-83898 (JP, A) (58 ) investigated the field (Int.Cl. 7, DB name) H05H 1/46 C23C 16 / 50 C23F 4/00 H01L 21/3065

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】 (57) [Claims] 【請求項1】プラズマ生成部に電界を発生するアンテナ
と、該アンテナに高周波電力を供給する高周波電源と、
真空雰囲気を形成するためにプラズマ生成部を取り囲む
真空容器と、該真空容器の周りに設けられたファラデー
シールドと、該真空容器内にガスを供給するガス供給装
置と、被処理物を置くための試料台と、該試料台に高周
波電界を印加するための高周波電源を備え、該アンテナ
が発生する電界により電子を加速して該ガスを衝突電離
することによりプラズマを発生させ該被処理物を処理す
るプラズマ処理装置において、該アンテナのアース部に
負荷を設け、プラズマ着火時には着火が向上するように
該アンテナの平均的な電位を大きくなるようにし、プラ
ズマ生成後は該真空容器の壁の削り量が小さくなるよう
にアンテナの平均的な電位をアースの電位に近くなるよ
うに該負荷を調整したことを特徴とするプラズマ処理装
置。
An antenna for generating an electric field in a plasma generator, a high-frequency power supply for supplying high-frequency power to the antenna,
A vacuum vessel surrounding the plasma generation section to form a vacuum atmosphere, a Faraday shield provided around the vacuum vessel, a gas supply device for supplying gas into the vacuum vessel, and a A sample stage and a high-frequency power source for applying a high-frequency electric field to the sample stage are provided, and the electric field generated by the antenna accelerates electrons and collides and ionizes the gas to generate plasma to process the object. In the plasma processing apparatus, a load is provided on the grounding portion of the antenna so that the average potential of the antenna is increased so that ignition is improved during plasma ignition. A plasma processing apparatus characterized in that the load is adjusted so that the average potential of the antenna is close to the potential of the ground so as to reduce the potential.
【請求項2】請求項1において、該アンテナがコイルで
あることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein said antenna is a coil.
【請求項3】請求項1または2において、該アンテナの
アース側に挿入する負荷として電気容量可変のコンデン
サー、又はインダクタンス可変のインダクターを用いて
負荷の大きさを変化させたことを特徴とするプラズマ処
理装置。
3. The plasma according to claim 1, wherein the load is changed by using a variable capacitance capacitor or a variable inductance inductor as a load inserted into the ground side of the antenna. Processing equipment.
【請求項4】請求項1または2において、該アンテナの
アース側に挿入する負荷として電気容量固定のコンデン
サー又はインダクターと、スイッチを組み合わて負荷の
値を2種類以上の負荷の値を持つようにしたことを特徴
としたプラズマ処理装置。
4. The load according to claim 1 or 2, wherein a load or a load is inserted into the ground side of the antenna by combining a capacitor or an inductor having a fixed capacitance and a switch so that the load has two or more types of load values. A plasma processing apparatus characterized in that:
【請求項5】請求項1乃至4のいずれかにおいて、プラ
ズマ生成後においてもアンテナ全体の平均的な電位の大
きさを制御して、壁の削れ量を制御することを特徴とす
るプラズマ処理装置。
5. A plasma processing apparatus according to claim 1, wherein, even after plasma generation, the average potential of the entire antenna is controlled to control the amount of wall shaving. .
【請求項6】請求項1乃至5のいずれかにおいて、ファ
ラデーシールドを非導電性材料でできた真空容器壁中に
埋め込んだことを特徴とするプラズマ処理装置。
6. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the Faraday shield is embedded in a vacuum vessel wall made of a non-conductive material.
【請求項7】請求項1乃至5のいずれかにおいて、真空
容器壁表面に導電性材料をコーティングすることでファ
ラデーシールドの効果を持たせたことを特徴とするプラ
ズマ処理装置。
7. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a Faraday shield effect is provided by coating a surface of the vacuum vessel wall with a conductive material.
【請求項8】請求項7において、該導電性材料を真空容
器壁のプラズマに接する面にコーティングし、かつ該導
電性材料をプラズマに削られにくい材料とすることで壁
削れ量を小さくしたことを特徴とするプラズマ処理装
置。
8. The method according to claim 7, wherein the conductive material is coated on a surface of the vacuum vessel wall which is in contact with the plasma, and the conductive material is made of a material which is hard to be cut by the plasma to reduce the amount of wall shaving. A plasma processing apparatus characterized by the above-mentioned.
【請求項9】請求項1乃至4のいずれかにおいて、プラ
ズマを生成するための高周波の周波数において該ファラ
デーシールドと該アース間の電気容量がもつインピーダ
ンスより大きなインピーダンスを持つ負荷で該ファラデ
ーシールドと該アースとの間を結合し、かつ該負荷のイ
ンピーダンスが直流においては小さくなるようにして運
転終了時のファラデーシールドの帯電を防止したことを
特徴とするプラズマ処理装置。
9. The Faraday shield and the load according to claim 1, wherein the Faraday shield and the load have an impedance greater than an impedance of an electric capacity between the Faraday shield and the ground at a high frequency for generating plasma. A plasma processing apparatus, wherein the Faraday shield is prevented from being charged at the end of the operation by coupling with a ground and reducing the impedance of the load in direct current.
【請求項10】プラズマ生成部に電界を発生するアンテ
ナと、該アンテナに高周波電力を供給するための高周波
電源と、真空雰囲気を形成するためにプラズマ生成部を
取り囲む真空容器と、該真空容器内にガスを供給するガ
ス供給装置と、被処理物を置くための試料台と、該試料
台に高周波電界を印加するための高周波電源を備え、ア
ンテナが発生する電界により電子を加速してガスを衝突
電離することによりプラズマを発生させるプラズマ処理
装置において、該真空容器の材質を導電性の材料とし、
該真空容器の電位をアースから電気的に浮かせた構造と
し、導電性の真空容器の壁の厚さを調節して、該アンテ
ナが発生する容量的な電界が真空容器中に伝わらないよ
うにし、かつ誘導的な電界は伝わるようにしたことを特
徴とする半導体処理装置。
10. An antenna for generating an electric field in the plasma generation unit, a high-frequency power supply for supplying high-frequency power to the antenna, a vacuum container surrounding the plasma generation unit for forming a vacuum atmosphere, and an inside of the vacuum container A gas supply device for supplying gas to the sample stage, a sample stage for placing an object to be processed, and a high-frequency power supply for applying a high-frequency electric field to the sample stage, and the electric field generated by the antenna accelerates electrons to generate gas. In a plasma processing apparatus that generates plasma by impact ionization, the material of the vacuum vessel is a conductive material,
The structure in which the potential of the vacuum vessel is electrically floated from the ground, and the thickness of the wall of the conductive vacuum vessel is adjusted so that the capacitive electric field generated by the antenna is not transmitted into the vacuum vessel, A semiconductor processing apparatus wherein an inductive electric field is transmitted.
【請求項11】プラズマ生成部に電界を発生するアンテ
ナと、該アンテナに高周波電力を供給する高周波電源
と、真空雰囲気を形成するためにプラズマ生成部を取り
囲む真空容器と、該真空容器の周りに設けられたファラ
デーシールドと、該真空容器内にガスを供給するガス供
給装置と、被処理物を置くための試料台と、該試料台に
高周波電界を印加するための高周波電源を備え、該アン
テナが発生する電界により電子を加速して該ガスを衝突
電離することによりプラズマを発生させ該被処理物を処
理するプラズマ処理装置において、該ファラデーシール
ドの電位をプラズマ生成前とプラズマ生成後とで変える
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
11. An antenna for generating an electric field in the plasma generation unit, a high-frequency power supply for supplying high-frequency power to the antenna, a vacuum container surrounding the plasma generation unit for forming a vacuum atmosphere, and An antenna provided with a provided Faraday shield, a gas supply device for supplying gas into the vacuum vessel, a sample table for placing an object to be processed, and a high-frequency power supply for applying a high-frequency electric field to the sample table; In a plasma processing apparatus for processing an object by accelerating electrons by an electric field generated and impacting and ionizing the gas, the potential of the Faraday shield is changed between before and after plasma generation. A plasma processing apparatus characterized by the above-mentioned.
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