JP3586198B2 - Plasma generating apparatus and plasma processing method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスや液晶パネル上への薄膜素子の製造、あるいは分析、粒子ビーム生成、加熱等を目的としてプラズマを生成するプラズマ生成装置及びブラズマ処理方法に関し、特に窓の削れ量を最小限に抑えることができるものに関する。
【0002】
【従来の技術】
図8は従来の半導体デバイス製造用のドライエッチング装置10の構成を示す図である。ドライエッチング装置10は、チャンバ11を備えている。チャンバ11には、排気装置12a及びチャンバ11内の圧力を調整する圧力調整装置12bが設けられており、ガス導入口11aから導入された反応ガスの圧力が制御されている。なお、図中12c,12dはチャンバ11内の圧力を検知する圧力検出器を示している。
【0003】
チャンバ11の天井部には開口部11bが設けられ、例えば石英やアルミナ等の誘電体またはシリコン等の半導体製の窓13が取り付けられており、この窓13の外面に沿ってアンテナ部14が設けられている。アンテナ部14には高周波電源16a及び整合回路16bが接続されており、高周波電力が供給される。アンテナ部14は導体線路から形成されており、その一端はチャンバ11と同電位である。チャンバ11側壁には、非処理体である半導体ウエハWを出し入れするための搬入出口11cが設けられている。
【0004】
チャンバ11内には下部電極15aが設けられ、保持機構15bを介して半導体ウエハWを載置することができる。下部電極16aには電源17a及び整合回路17bが接続され、高周波電力が供給される。
【0005】
なお、電源16aと電源17aとは、制御部18によってその出力が独立に制御されている。
【0006】
このようなドライエッチング装置10では、制御部18により電源16aと電源17aのいずれか、あるいは両方を駆動することにより、チャンバ11内にプラズマPを生成するようにしている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上述したドライエッチング装置であると次のような問題があった。すなわち、チャンバ11内のプラズマPの密度を高めるために、プラズマ生成用のアンテナ部14に供給する電力を大きくすると電圧の振幅が大きくなり、生成されたプラズマP内のイオンが窓13に激しく衝突し、窓13が削られることになる。
【0008】
このため、窓13の交換頻度が多くなり、生産コストが高くなるとともに、作業効率が低下する。また、窓13が削られることにより、窓13の材料である誘電体及び半導体のダスト、あるいはそれらがプラズマP中で他の物質と反応して生成された反応生成物のダストがチャンバ11内に拡散し、ウエハWに付着し、所期の性能が得られない虞があった。
【0009】
そこで本発明は、プラズマを生成する容器の窓の削れ量を低減し、窓の長寿命化及びチャンバ内におけるダスト発生を抑制することができるブラズマ生成装置及びプラズマ処理方法を提供することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明のプラズマ生成装置及びプラズマ処理方法は次のように構成されている。
【0011】
(1)容器内に誘導電界を発生させることによりプラズマを生成するプラズマ生成装置において、前記容器の一部に形成され、誘電体又は半導体からなる窓部と、前記窓部の外方に配置された負荷部と、この負荷部に電力を供給する電力供給部とを備え、前記負荷部は、所定方向に沿って設けられた導体線路と、両端子同士を結ぶ方向が前記所定方向と交差するように配置されたコンデンサとが、電気的に直列接続された電気回路要素が、直列に複数組み合わされて形成され、前記コンデンサの両端子にそれぞれ接続される一対の導体線路は、前記コンデンサと前記窓部の間において、前記所定方向と交差し、かつ、互いに遠ざかる方向に延在されていることを特徴とする。
(2)容器内に誘導電界を発生させることによりプラズマを生成するプラズマ生成装置において、前記容器の一部に形成され、誘電体又は半導体からなる窓部と、前記窓部の外方に配置された負荷部と、この負荷部に電力を供給する電力供給部とを備え、前記負荷部は、導体線路とコンデンサとが直列接続された電気回路要素が複数組み合わされて形成されるとともに、全ての導体線路の接地側にはコンデンサが接続されていることを特徴とする。
【0012】
(3)前記(1)又は(2)に記載されたプラズマ生成装置であって、前記コンデンサの容量は可変であることを特徴とする。
【0013】
(4)前記(1)又は(2)に記載されたプラズマ生成装置であって、前記導体線路のインダクタンスは可変であることを特徴とする。
【0014】
(5)前記(1)又は(2)に記載されたプラズマ生成装置であって、前記電力供給部は、それぞれ独立に制御される複数の電力供給装置を備えていることを特徴とする。
【0015】
(6)前記(1)又は(2)に記載されたプラズマ生成装置であって、前記導体線路と前記窓部との間に導体板が設けられ、前記導体板は、前記導体線路の近傍で電流の進行方向に対して交差する方向に切欠が設けられていることを特徴とする。
【0016】
(7)前記(1)又は(2)に記載されたプラズマ生成装置であって、前記導体線路と前記窓部との間には、複数の独立した導体板が電流の進行方向に対して交差する方向に配列されていることを特徴とする。
【0017】
(8)窓部の外方に設けられた負荷部を有する容器内に誘導電界を発生させることでプラズマを生成するプラズマ処理方法において、前記負荷部に電力を供給する電力供給工程と、前記負荷部を構成する導体線路の両端における電圧の振幅がほぼ同じ値になる前記導体線路のインダクタンス、前記負荷部を構成しかつ前記導体線路に接続されたコンデンサの容量、または前記電力の周波数の少なくとも1つを調整する調整工程とを備え、前記負荷部は、所定方向に沿って設けられた導体線路と、両端子同士を結ぶ方向が前記所定方向と交差するように配置されたコンデンサとが、電気的に直列接続された電気回路要素が、直列に複数組み合わされて形成され、前記コンデンサの両端子にそれぞれ接続される一対の導体線路は、前記コンデンサと前記窓部の間において、前記所定方向と交差し、かつ、互いに遠ざかる方向に延在されていることを特徴とする。
(9)窓部の外方に設けられた負荷部を有する容器内に誘導電界を発生させることでプラズマを生成するプラズマ処理方法において、前記負荷部に電力を供給する電力供給工程と、前記負荷部を構成する導体線路の両端における電圧の振幅がほぼ同じ値になる前記導体線路のインダクタンス、前記負荷部を構成しかつ前記導体線路に接続されたコンデンサの容量、または前記電力の周波数の少なくとも1つを調整する調整工程とを備え、前記負荷部は、導体線路とコンデンサとが直列接続された電気回路要素が複数組み合わされて形成されるとともに、全ての導体線路の接地側にはコンデンサが接続されていることを特徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の第1の実施の形態に係る半導体デバイス製造用のドライエッチング装置(プラズマ生成装置)20を示す図である。ドライエッチング装置20は、例えばアルミニウムやステンレス等の金属製のチャンバ21を備えている。チャンバ21には、排気装置22a及びチャンバ21内の圧力を調整する圧力調整装置22bが設けられており、ガス導入口21aから導入された反応ガスの圧力を0.05Paから500Paの範囲で制御できる。なお、図中22c,22dはチャンバ21内の圧力を検知する圧力検出器を示している。
【0019】
チャンバ21の天井部には開口部21bが設けられ、例えぱ石英やアルミナ等の誘電体またはシリコン等の半導体製の窓24が取り付けられており、この窓24の外方に負荷部30が設置されている。負荷部30は、複数の電気回路要素31が直列に4組接続されたものであり、電気回路要素31は銅またはアルミニウム等の導体製の導体線路32とコンデンサ33を直列接続したものである。導体線路32の形状はどのようなものでもよく、直線や曲線、あるいは立体的に複雑な形状であっても良い。一般的には所望の形状のプラズマPが発生するように設定される。
【0020】
負荷部30の一端には高周波電源26a及び整合回路26bが接続されており、数MHz〜数百MHzの周波数の電力が供給されており、他端はチャンバ21に接続されている。チャンバ21側壁には、非処理体である半導体ウエハWを出し入れするための搬入出口21cが設けられている。
【0021】
チャンバ21内には下部電極25aが設けられ、保持機構25bを介して半導体ウエハWを載置することができる。また、図1中25cは温度調整装置を示しており、下部電極25a及び保持機構25bの温度を調整する機能を有している。下部電極26aには電源27a及び整合回路27bが接続され、数百kHz〜数MHzの周波数の電力が供給される。
【0022】
なお、電源26aと電源27aとは、制御部28によってその出力が独立に制御され、半導体ウエハWに入射するイオンエネルギを制御することができる。また、電源26aと電源27aが同一周波数の場合には、互いに干渉して放電が不安定になることがあるので、制御部28内に位相シフタを設置して、電源26aと電源27aとの位相差を調整することで放電を安定にしている。
【0023】
さらに、コンデンサ33の近傍では、導体線路32の近傍に比べて、生成されるブラズマPの密度が小さくなるので、できるだけ均一なプラズマPを負荷部30の近傍で生成する目的で、導体線路32の形状を工夫しても良い。すなわち、図2に示すように、コンデンサ33の下部で2本の導体線路32が並ぷように構成している。この場合には、導体線路32の並ぶ距離が長すぎると、そこでのブラズマPの密度が逆に高くなるので、所望するブラズマ分布になるように構造を最適化するようにしてもよい。
【0024】
このようなドライエッチング装置20では、制御部28により電源26aと電源27aのいずれか、あるいは両方を駆動することで、チャンバ21内にプラズマPを生成するようにしている。なお、処理条件は例えば、反応ガスをCを20sccm、Arを500sccmとし、圧力を1Pa、半導体ウエハW上の膜をSiO、下部電極25aの温度を20℃とする。
【0025】
図3の(a)は負荷部が導体線路のみで構成されている場合の電圧分布を示している。電圧振幅は電源26a側で最大となり、チャンバ21側でVc(Vcはチャンバ21の電位)なる。これに対し、本ドライエッチング装置20においては図3の(b)に示すように、電圧振幅の最大が導体線路32の電源26a側又はコンデンサ33側となり、中間点でほぼVcとなる。窓24がプラズマPにより削られる速度は、導体線路上に生じる電圧の振幅が大きいほど速くなるので、導体線路のみの場合に比べ、導体線路32上に生じる電圧の振幅を小さくすることができ、誘電体又は半導体から形成される窓24が削られる速度を遅くすることができる。したがって、窓の長寿命化及びチャンバ内におけるダスト発生を抑制することができる。
【0026】
なお、導体線路32の中点32aの電圧振幅を高電圧プローブとオシロスコープでモニタしながら、その電圧振幅が最小になるように各負荷部30における導体線路32のインダクタンス、各コンデンサ33の容量、電源26aの周波数fを調整する。
【0027】
すなわち、チャンバ21の電位をVc(V)、電源15の周波数をf(Hz)、チャンバ電位点からn番目の導体線路32のインダクタンスをL(H)、コンデンサ33の容量をC(F)とした場合に所定の関係になるように調整を行う。以下、その関係について図4に基づいて説明する。なお、n=1は、電源26aから電気回路的に最も遠い電気回路要素31を示すものとする。
【0028】
n番目の電気回路要素31に流れる電流をI(A)とすると、
n番目の導体線路32における電圧降下V(V)は、
=2πfLI+Vc …(1)
n−1番目の導体線路32における電圧降下Vn−1 (V)は、
n−1=2πfLn−1I+Vc …(2)
n番目のコンデンサで上昇する電圧φ(V)は、
φ=I/(2πfC)+Vc …(3)
であり、n番目の導体線路32の中点で電圧がVc(V)になるためには、
φ=(Vn−1+V)/2 …(4)
となればよい。
【0029】
式(1)〜(3)を式(4)に代入して
2π(Ln−1+L)C=1 …(5)
が得られる。
【0030】
n=1の場合には、φ=V/2となればよいので、
2π=1 …(6)
となる。
【0031】
上述した式(5),(6)に基づいて、f、L、Cを定めることで、導体線路32上において電圧振幅が最大となる点の電圧振幅の値を小さくできる。特に電気回路要素31の数が多い場合には、その数をnとすると、同じ距離を導体線路のみで形成する場合に比べて電圧振幅が最大となる点の電圧振幅を2n分の1に低減できる。
【0032】
なお、導体線路32のインダクタンスLを変化させるための構成としては、例えぱ導体線路32に数個の接続点を設け、導体線路32とコンデンサ13の接続位置あるいは導体線路32と他の電気回路要素14との接続位置を変化させても良い。
【0033】
また、コンデンサ33の容量Cを変化させるための構成としては、固定容量のコンデンサを適宜取り替える構成、または可変容量のコンデンサを用いる構成であっても良い。
【0034】
図5〜図7は上述したドライエッチング装置10の変形例の要部を示す図である。図5の(a),(b)は、電気回路要素31の接続形態の変形例である。すなわち、図5の(a)に示すように各電気回路要素31が並列接続されている場合、図5の(b)は各電気回路要素31が直列接続と並列接続の組み合せで接続されている場合を示している。いずれの場合も、プラズマPの分布形状が所望の形状になるように構成を行う。なお、チャンバ21内の圧力が数Pa以上である場合には、プラズマPが導体線路32の近傍に集中して生成される場合が多いため、導体線路32の配置を工夫することで、ブラズマPの分布形状を制御できる。
【0035】
図6の(a)〜(c)は、窓24及び負荷部30の変形例である。すなわち、窓24の形状は図6の(a),(b)に示すように非平面状であってもよく、これに対応するように電気回路要素31の接続形態を非平面状としてもよい。
【0036】
また、図6の(c)に示すように、石英やアルミナ等の誘電体またはシリコン等の半導体製の部品35をチャンバ21の外部から内部に挿入し、部品35の内部に負荷部30を設置するようにしてもよい。この場合は、さらに効率良くプラズマを生成できる。
【0037】
図7は、ブラズマPによる誘電体あるいは半導体製の窓24の削れ量をさらに抑制するために導体板40を負荷部30と窓24との間に設置した例を示す図である。導体板40は、接地電位に接続すると、放電の着火性は劣化するが、ファラデーシールドの効果により、ブラズマPによる誘電体あるいは半導体製の窓24の削れ量を抑制できる。なお、導体板40には、導体線路32の近傍で電流の進行方向に交差するように切欠部41が設けられている。切欠部41がない場合には、導体板40に導体線路32に沿って電流と逆方向の電流が流れ、プラズマPの発生密度が減少する虞がある。
【0038】
また、導体板40を接地電位に接続せずに、浮遊電位で使用することで、比較的良好な放電の着火性を実現するようにしてもよい。
【0039】
また、短冊状の複数の独立した導体板を導体線路32と窓部24との間に電流の進行方向に交差するように配列するようにしても同様の効果を得ることができる。
【0040】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。すなわち、上述した実施の形態では、半導体デバイス製造用のドライエッチングを例にして示したが、本発明は、ドライエッチングに限定されることなく、プラズマアッシング、ブラズマCVD、ブラズマスパッタ、プラズマクリーニング等に適用が可能であり、半導体デバイスの処理のみならず、液晶パネル上の薄膜素子の処理、あるいは分析、粒子ビーム生成、加熱等を目的としたブラズマ生成及びブラズマ処理にも有効である。
【0041】
一方、導体線路は、必ずしも窓の近傍に設置する必要は無いが、プラズマを生成したい場所では、導体線路を窓の近傍に設置する方が良く、導体線路と窓の距離が短いほどそこで生成されるプラズマの密度を高めることができる。窓の数は1個に限定されず、各導体線路の近傍のみにそれぞれ誘電体または半導体製の複数の小窓を設けるようにしてもよい。また、窓の位置はチャンバの壁面であればどこに設けてもよく、導体線路を窓の近傍に配置することで、チヤンバ内の窓の近傍でプラズマを生成することができる。
【0042】
この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
【0043】
【発明の効果】
本発明によれば、プラズマを生成する容器の窓の削れ量を低減し、窓の長寿命化及びチャンバ内におけるダスト発生を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係るドライエッチング装置の構成を示す模式図。
【図2】同ドライエッチング装置に組み込まれた窓及び負荷部の構成を示す斜視図。
【図3】同負荷部の動作原理を示す説明図。
【図4】同負荷部の動作原理を示す説明図。
【図5】同ドライエッチング装置の変形例を示す図。
【図6】同ドライエッチング装置の別の変形例を示す図。
【図7】同ドライエッチング装置のさらに別の変形例を示す図。
【図8】従来のドライエッチング装置の構成を示す模式図。
【符号の説明】
20…ドライエッチング装置(プラズマ生成装置)
21…チャンバ
24…窓
26a,27a…高周波電源
26b,27b…整合回路
28…制御部
30…負荷部
31…電気回路要素
32…導体線路
33…コンデンサ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma generation apparatus and a plasma processing method for producing a plasma for the purpose of manufacturing or analyzing a thin film element on a semiconductor device or a liquid crystal panel, or generating a particle beam, heating, and the like, and in particular, minimizes the amount of window shaving. About what can be suppressed.
[0002]
[Prior art]
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a conventional dry etching apparatus 10 for manufacturing a semiconductor device. The dry etching apparatus 10 includes a chamber 11. The chamber 11 is provided with an exhaust device 12a and a pressure adjusting device 12b for adjusting the pressure in the chamber 11, and controls the pressure of the reaction gas introduced from the gas inlet 11a. In the drawings, reference numerals 12c and 12d denote pressure detectors for detecting the pressure in the chamber 11.
[0003]
An opening 11 b is provided in the ceiling of the chamber 11, and a window 13 made of a dielectric such as quartz or alumina or a semiconductor such as silicon is attached. An antenna 14 is provided along the outer surface of the window 13. Have been. A high-frequency power supply 16a and a matching circuit 16b are connected to the antenna unit 14, and high-frequency power is supplied. The antenna section 14 is formed of a conductor line, and one end of the antenna section 14 has the same potential as the chamber 11. A loading / unloading port 11c for loading / unloading a semiconductor wafer W which is a non-processed body is provided on a side wall of the chamber 11.
[0004]
A lower electrode 15a is provided in the chamber 11, and the semiconductor wafer W can be placed via the holding mechanism 15b. A power supply 17a and a matching circuit 17b are connected to the lower electrode 16a, and high-frequency power is supplied.
[0005]
The outputs of the power supply 16a and the power supply 17a are independently controlled by the control unit 18.
[0006]
In such a dry etching apparatus 10, the plasma P is generated in the chamber 11 by driving one or both of the power supply 16 a and the power supply 17 a by the control unit 18.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The above-described dry etching apparatus has the following problems. That is, when the power supplied to the plasma generating antenna unit 14 is increased in order to increase the density of the plasma P in the chamber 11, the amplitude of the voltage is increased, and the ions in the generated plasma P violently collide with the window 13. Then, the window 13 is cut.
[0008]
For this reason, the frequency of replacing the window 13 increases, the production cost increases, and the work efficiency decreases. Further, as the window 13 is cut, dust of dielectric and semiconductor, which is the material of the window 13, or dust of a reaction product generated by reacting them with other substances in the plasma P enters the chamber 11. There is a possibility that the desired performance may not be obtained due to diffusion and adhesion to the wafer W.
[0009]
Therefore, an object of the present invention is to provide a plasma generation apparatus and a plasma processing method capable of reducing the amount of shaving of a window of a container that generates plasma, prolonging the life of the window and suppressing dust generation in a chamber. I have.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems and achieve the object, a plasma generating apparatus and a plasma processing method of the present invention are configured as follows.
[0011]
(1) In a plasma generation apparatus that generates plasma by generating an induced electric field in a container, a window formed on a part of the container and made of a dielectric or a semiconductor, and disposed outside the window. A load section, and a power supply section for supplying power to the load section, wherein the load section includes a conductor line provided along a predetermined direction, and a direction connecting both terminals intersects the predetermined direction. and arranged capacitor such that, electrically connected in series electrical circuit element is formed by combining a plurality in series, a pair of conductor paths connected respectively to both terminals of the capacitor, the said capacitor in between the window portion, intersects with the predetermined direction, and characterized in that it is extending in a direction away from each other.
(2) In a plasma generation apparatus that generates plasma by generating an induced electric field in a container, a window formed on a part of the container and made of a dielectric or a semiconductor, and disposed outside the window. a load section has, and a power supply unit for supplying power to the load unit, the load unit, together the electrical circuit components and conductor lines and the capacitor are connected in series is formed by combining a plurality, A capacitor is connected to the ground side of all the conductor lines .
[0012]
(3) The plasma generator according to (1) or (2) , wherein the capacitance of the capacitor is variable.
[0013]
(4) The plasma generation device according to (1) or (2) , wherein the inductance of the conductor line is variable.
[0014]
(5) The plasma generator according to (1) or (2) , wherein the power supply unit includes a plurality of power supply devices that are independently controlled.
[0015]
(6) In the plasma generating apparatus according to (1) or (2) , a conductor plate is provided between the conductor line and the window, and the conductor plate is provided near the conductor line. It is characterized in that a notch is provided in a direction intersecting with the traveling direction of the current.
[0016]
(7) In the plasma generation device according to (1) or (2) , a plurality of independent conductor plates intersect with the direction of current flow between the conductor line and the window. Are arranged in the same direction.
[0017]
(8) In a plasma processing method for generating plasma by generating an induced electric field in a container having a load portion provided outside a window, a power supply step of supplying power to the load portion; At least one of the inductance of the conductor line, the amplitude of the voltage at both ends of the conductor line constituting the portion, the capacitance of the capacitor constituting the load portion and connected to the conductor line, or the frequency of the power. Adjusting step of adjusting the load, wherein the load section comprises: a conductor line provided along a predetermined direction; and a capacitor arranged such that a direction connecting both terminals intersects the predetermined direction. A plurality of electric circuit elements connected in series are formed in combination in series, and a pair of conductor lines respectively connected to both terminals of the capacitor include In between the window portion, intersects with the predetermined direction, and characterized in that it is extending in a direction away from each other.
(9) In a plasma processing method for generating plasma by generating an inductive electric field in a container having a load provided outside a window, a power supply step of supplying power to the load; At least one of the inductance of the conductor line, the amplitude of the voltage at both ends of the conductor line constituting the portion, the capacitance of the capacitor constituting the load portion and connected to the conductor line, or the frequency of the power. One and an adjustment step of adjusting the said load unit, together the electrical circuit components and conductor lines and the capacitor are connected in series is formed by combining a plurality, the ground side of all the conductor lines capacitor Are connected.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a diagram showing a dry etching apparatus (plasma generating apparatus) 20 for manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. The dry etching apparatus 20 includes a chamber 21 made of metal such as aluminum or stainless steel. The chamber 21 is provided with an exhaust device 22a and a pressure adjusting device 22b for adjusting the pressure in the chamber 21. The pressure of the reaction gas introduced from the gas inlet 21a can be controlled in the range of 0.05 Pa to 500 Pa. . In the drawings, reference numerals 22c and 22d denote pressure detectors for detecting the pressure in the chamber 21.
[0019]
An opening 21 b is provided in the ceiling of the chamber 21, and a window 24 made of a dielectric such as quartz or alumina or a semiconductor such as silicon is attached, and a load 30 is installed outside the window 24. Have been. The load unit 30 includes four sets of a plurality of electric circuit elements 31 connected in series. The electric circuit elements 31 are formed by connecting a conductor line 32 made of a conductor such as copper or aluminum and a capacitor 33 in series. The shape of the conductor line 32 may be any shape, and may be a straight line, a curve, or a three-dimensionally complicated shape. Generally, it is set so that a plasma P having a desired shape is generated.
[0020]
A high-frequency power supply 26 a and a matching circuit 26 b are connected to one end of the load unit 30, and power having a frequency of several MHz to several hundred MHz is supplied to the load unit 30, and the other end is connected to the chamber 21. A loading / unloading port 21c for loading / unloading a semiconductor wafer W which is a non-processed body is provided on a side wall of the chamber 21.
[0021]
A lower electrode 25a is provided in the chamber 21, and the semiconductor wafer W can be placed via the holding mechanism 25b. In FIG. 1, reference numeral 25c denotes a temperature adjusting device having a function of adjusting the temperatures of the lower electrode 25a and the holding mechanism 25b. A power supply 27a and a matching circuit 27b are connected to the lower electrode 26a, and power of a frequency of several hundred kHz to several MHz is supplied.
[0022]
The outputs of the power supply 26a and the power supply 27a are independently controlled by the control unit 28, so that the ion energy incident on the semiconductor wafer W can be controlled. If the power supply 26a and the power supply 27a have the same frequency, the discharge may become unstable due to interference with each other. Therefore, a phase shifter is installed in the control unit 28, and the position of the power supply 26a and the power supply 27a is changed. The discharge is stabilized by adjusting the phase difference.
[0023]
Further, the density of the generated plasma P is lower in the vicinity of the capacitor 33 than in the vicinity of the conductor line 32, so that the plasma P is generated as uniformly as possible in the vicinity of the load unit 30. The shape may be devised. That is, as shown in FIG. 2, the two conductor lines 32 are arranged below the capacitor 33 so as to be parallel. In this case, if the distance in which the conductor lines 32 are lined up is too long, the density of the plasma P there becomes conversely high. Therefore, the structure may be optimized to obtain a desired plasma distribution.
[0024]
In such a dry etching apparatus 20, by driving either or both of the power supply 26a and the power supply 27a by the control unit 28, the plasma P is generated in the chamber 21. The processing conditions include, for example, a reaction gas of C 4 F 8 of 20 sccm, Ar of 500 sccm, a pressure of 1 Pa, a film on the semiconductor wafer W of SiO 2 , and a temperature of the lower electrode 25 a of 20 ° C.
[0025]
FIG. 3A shows a voltage distribution in a case where the load section is constituted only by the conductor line. The voltage amplitude becomes maximum on the power supply 26a side, and becomes Vc (Vc is the potential of the chamber 21) on the chamber 21 side. On the other hand, in the present dry etching apparatus 20, as shown in FIG. 3B, the maximum of the voltage amplitude is on the power supply 26a side of the conductor line 32 or on the capacitor 33 side, and becomes almost Vc at an intermediate point. Since the speed at which the window 24 is shaved by the plasma P increases as the amplitude of the voltage generated on the conductor line increases, the amplitude of the voltage generated on the conductor line 32 can be reduced as compared with the case where only the conductor line is used. The speed at which the window 24 formed of a dielectric or semiconductor is cut can be reduced. Therefore, it is possible to extend the life of the window and suppress dust generation in the chamber.
[0026]
While monitoring the voltage amplitude at the midpoint 32a of the conductor line 32 with a high voltage probe and an oscilloscope, the inductance of the conductor line 32 in each load unit 30, the capacitance of each capacitor 33, the power supply The frequency f of 26a is adjusted.
[0027]
That is, the potential of the chamber 21 is Vc (V), the frequency of the power supply 15 is f (Hz), the inductance of the n-th conductor line 32 from the chamber potential point is L n (H), and the capacitance of the capacitor 33 is C n (F ) Is adjusted so as to have a predetermined relationship. Hereinafter, the relationship will be described with reference to FIG. Note that n = 1 indicates the electric circuit element 31 farthest from the power supply 26a in terms of electric circuit.
[0028]
Assuming that the current flowing through the n-th electric circuit element 31 is I (A),
The voltage drop V n (V) in the n-th conductor line 32 is
V n = 2πfL n I + Vc (1)
The voltage drop V n−1 (V) in the ( n−1 ) th conductor line 32 is
V n-1 = 2πfL n-1 I + Vc (2)
The voltage φ n (V) rising at the n-th capacitor is
φ n = I / (2πfC n ) + Vc (3)
In order for the voltage to reach Vc (V) at the midpoint of the n-th conductor line 32,
φ n = (V n−1 + V n ) / 2 (4)
It should just be.
[0029]
Substituting equations (1) to (3) into equation (4), 2π 2 f 2 (L n−1 + L n ) C n = 1 (5)
Is obtained.
[0030]
In the case of n = 1, it is sufficient that φ 1 = V 1/2 .
2 f 2 L 1 C 1 = 1 (6)
It becomes.
[0031]
By determining f, L n , and C n based on the above equations (5) and (6), the value of the voltage amplitude at the point where the voltage amplitude becomes maximum on the conductor line 32 can be reduced. In particular, when the number of the electric circuit elements 31 is large, when the number is n, the voltage amplitude at the point where the voltage amplitude becomes the maximum is reduced to 1 / 2n compared to the case where the same distance is formed only by the conductor line. it can.
[0032]
As the configuration for changing the inductance L n of the conductor line 32, For instance the conductor line 32 provided several connection points, the conductor line 32 and the connection position or the conductor line 32 and the other electric circuit of a capacitor 13 The connection position with the element 14 may be changed.
[0033]
As the configuration for changing the capacitance C n of the capacitor 33 may be configured using a capacitor configuration or variable capacitance, replace capacitor fixed volume appropriately.
[0034]
FIG. 5 to FIG. 7 are views showing a main part of a modification of the dry etching apparatus 10 described above. FIGS. 5A and 5B are modified examples of the connection form of the electric circuit element 31. That is, when the electric circuit elements 31 are connected in parallel as shown in FIG. 5A, the electric circuit elements 31 in FIG. 5B are connected in a combination of series connection and parallel connection. Shows the case. In any case, the configuration is performed so that the distribution shape of the plasma P becomes a desired shape. When the pressure in the chamber 21 is equal to or higher than several Pa, the plasma P is often generated concentrated near the conductor line 32. Can be controlled.
[0035]
FIGS. 6A to 6C show modified examples of the window 24 and the load unit 30. That is, the shape of the window 24 may be non-planar as shown in FIGS. 6A and 6B, and the connection form of the electric circuit element 31 may be non-planar to correspond to this. .
[0036]
As shown in FIG. 6C, a component 35 made of a dielectric material such as quartz or alumina or a semiconductor such as silicon is inserted into the chamber 21 from outside, and the load unit 30 is installed inside the component 35. You may make it. In this case, plasma can be generated more efficiently.
[0037]
FIG. 7 is a diagram illustrating an example in which a conductor plate 40 is provided between the load unit 30 and the window 24 in order to further suppress the amount of shaving of the dielectric or semiconductor window 24 due to the plasma P. When the conductor plate 40 is connected to the ground potential, the ignitability of the discharge deteriorates, but the amount of shaving of the dielectric or semiconductor window 24 by the plasma P can be suppressed by the effect of the Faraday shield. Note that the conductor plate 40 is provided with a notch 41 in the vicinity of the conductor line 32 so as to intersect with the direction of current flow. If the notch 41 is not provided, a current flows in the conductor plate 40 along the conductor line 32 in a direction opposite to the current, and the density of the plasma P may be reduced.
[0038]
Alternatively, relatively good discharge ignitability may be realized by using the conductor plate 40 at a floating potential without connecting it to the ground potential.
[0039]
The same effect can be obtained by arranging a plurality of strip-shaped independent conductor plates between the conductor line 32 and the window 24 so as to intersect with the direction of current flow.
[0040]
The present invention is not limited to the above embodiment. That is, in the above-described embodiment, the dry etching for manufacturing a semiconductor device has been described as an example. The present invention is applicable to not only processing of semiconductor devices but also processing of thin film elements on a liquid crystal panel, or plasma generation and plasma processing for analysis, particle beam generation, heating, and the like.
[0041]
On the other hand, the conductor line does not necessarily need to be installed near the window, but it is better to install the conductor line near the window where the plasma is to be generated. Plasma density can be increased. The number of windows is not limited to one, and a plurality of small windows made of a dielectric or a semiconductor may be provided only near each conductor line. The window may be located anywhere on the wall of the chamber, and by arranging the conductor line near the window, plasma can be generated near the window in the chamber.
[0042]
In addition, it goes without saying that various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
[0043]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to reduce the shaving amount of the window of the container which produces | generates a plasma, to prolong the lifetime of a window, and to suppress generation of dust in a chamber.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a dry etching apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a window and a load unit incorporated in the dry etching apparatus.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an operation principle of the load unit.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an operation principle of the load unit.
FIG. 5 is a diagram showing a modification of the dry etching apparatus.
FIG. 6 is a view showing another modification of the dry etching apparatus.
FIG. 7 is a view showing still another modification of the dry etching apparatus.
FIG. 8 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional dry etching apparatus.
[Explanation of symbols]
20 dry etching equipment (plasma generator)
21 ... chamber 24 ... windows 26a, 27a ... high frequency power supplies 26b, 27b ... matching circuit 28 ... control unit 30 ... load unit 31 ... electric circuit element 32 ... conductor line 33 ... capacitor

Claims (9)

容器内に誘導電界を発生させることによりプラズマを生成するプラズマ生成装置において、
前記容器の一部に形成され、誘電体又は半導体からなる窓部と、
前記窓部の外方に配置された負荷部と、
この負荷部に電力を供給する電力供給部とを備え、
前記負荷部は、所定方向に沿って設けられた導体線路と、両端子同士を結ぶ方向が前記所定方向と交差するように配置されたコンデンサとが、電気的に直列接続された電気回路要素が、直列に複数組み合わされて形成され、
前記コンデンサの両端子にそれぞれ接続される一対の導体線路は、前記コンデンサと前記窓部の間において、前記所定方向と交差し、かつ、互いに遠ざかる方向に延在されていることを特徴とするプラズマ生成装置。
In a plasma generation device that generates plasma by generating an induction electric field in a container,
A window formed of a part of the container and made of a dielectric or semiconductor,
A load portion disposed outside the window portion,
A power supply unit for supplying power to the load unit,
The load section includes an electric circuit element in which a conductor line provided along a predetermined direction and a capacitor arranged so that a direction connecting both terminals intersects the predetermined direction are electrically connected in series. , Formed by combining a plurality of in series ,
Plasma pair of conductor lines are respectively connected to both terminals of the capacitor, in between the said capacitor window portion, which intersects with the predetermined direction, and characterized in that it is extended in a direction away from each other Generator.
容器内に誘導電界を発生させることによりプラズマを生成するプラズマ生成装置において、
前記容器の一部に形成され、誘電体又は半導体からなる窓部と、
前記窓部の外方に配置された負荷部と、
この負荷部に電力を供給する電力供給部とを備え、
前記負荷部は、導体線路とコンデンサとが直列接続された電気回路要素が複数組み合わされて形成されるとともに、全ての導体線路の接地側にはコンデンサが接続されていることを特徴とするプラズマ生成装置。
In a plasma generation device that generates plasma by generating an induction electric field in a container,
A window formed of a part of the container and made of a dielectric or semiconductor,
A load portion disposed outside the window portion,
A power supply unit for supplying power to the load unit,
The load unit, together the electrical circuit components and conductor lines and the capacitor are connected in series is formed by combining a plurality, the ground terminals of all of the conductor line, characterized in that it is connected capacitor Plasma generator.
前記コンデンサの容量は可変であることを特徴とする請求項1又は2に記載のプラズマ生成装置。3. The plasma generation device according to claim 1, wherein the capacitance of the capacitor is variable. 前記導体線路のインダクタンスは可変であることを特徴とする請求項1又は2に記載のプラズマ生成装置。3. The plasma generation device according to claim 1, wherein the inductance of the conductor line is variable. 前記電力供給部は、それぞれ独立に制御される複数の電力供給装置を備えていることを特徴とする請求項1又は2に記載のプラズマ生成装置。The plasma generator according to claim 1, wherein the power supply unit includes a plurality of power supply devices that are independently controlled. 前記導体線路と前記窓部との間に導体板が設けられ、
前記導体板は、前記導体線路の近傍で電流の進行方向に対して交差する方向に切欠が設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載のプラズマ生成装置。
A conductor plate is provided between the conductor line and the window,
3. The plasma generation apparatus according to claim 1, wherein the conductor plate is provided with a notch near the conductor line in a direction intersecting with a traveling direction of a current. 4.
前記導体線路と前記窓部との間には、複数の独立した導体板が電流の進行方向に対して交差する方向に配列されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のプラズマ生成装置。The plasma generation device according to claim 1, wherein a plurality of independent conductor plates are arranged between the conductor line and the window in a direction intersecting a direction in which a current travels. apparatus. 窓部の外方に設けられた負荷部を有する容器内に誘導電界を発生させることでプラズマを生成するプラズマ処理方法において、
前記負荷部に電力を供給する電力供給工程と、
前記負荷部を構成する導体線路の両端における電圧の振幅がほぼ同じ値になる前記導体線路のインダクタンス、前記負荷部を構成しかつ前記導体線路に接続されたコンデンサの容量、または前記電力の周波数の少なくとも1つを調整する調整工程とを備え
前記負荷部は、所定方向に沿って設けられた導体線路と、両端子同士を結ぶ方向が前記所定方向と交差するように配置されたコンデンサとが、電気的に直列接続された電気回路要素が、直列に複数組み合わされて形成され、前記コンデンサの両端子にそれぞれ接続される一対の導体線路は、前記コンデンサと前記窓部の間において、前記所定方向と交差し 、かつ、互いに遠ざかる方向に延在されていることを特徴とするプラズマ処理方法。
In a plasma processing method of generating plasma by generating an induced electric field in a container having a load unit provided outside a window,
A power supply step of supplying power to the load unit,
The inductance of the conductor line at which the amplitude of the voltage at both ends of the conductor line constituting the load portion becomes substantially the same value, the capacitance of the capacitor constituting the load portion and connected to the conductor line, or the frequency of the power Adjusting step of adjusting at least one ,
The load section includes an electric circuit element in which a conductor line provided along a predetermined direction and a capacitor arranged so that a direction connecting both terminals intersects the predetermined direction are electrically connected in series. A pair of conductor lines formed in series and connected to both terminals of the capacitor, respectively, intersect with the predetermined direction between the capacitor and the window , and extend in a direction away from each other. the plasma processing method characterized in that it is stationary.
窓部の外方に設けられた負荷部を有する容器内に誘導電界を発生させることでプラズマを生成するプラズマ処理方法において、
前記負荷部に電力を供給する電力供給工程と、
前記負荷部を構成する導体線路の両端における電圧の振幅がほぼ同じ値になる前記導体線路のインダクタンス、前記負荷部を構成しかつ前記導体線路に接続されたコンデンサの容量、または前記電力の周波数の少なくとも1つを調整する調整工程とを備え、
前記負荷部は、導体線路とコンデンサとが直列接続された電気回路要素が複数組み合わされて形成されるとともに、全ての導体線路の接地側にはコンデンサが接続されていることを特徴とするプラズマ処理方法。
In a plasma processing method of generating plasma by generating an induced electric field in a container having a load unit provided outside a window,
A power supply step of supplying power to the load unit,
The inductance of the conductor line at which the amplitude of the voltage at both ends of the conductor line constituting the load unit becomes substantially the same value, the capacitance of the capacitor constituting the load unit and connected to the conductor line, or the frequency of the power Adjusting step of adjusting at least one,
The load unit, together the electrical circuit components and conductor lines and the capacitor are connected in series is formed by combining a plurality, the ground terminals of all of the conductor line, characterized in that it is connected capacitor Plasma treatment method.
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