JP3687474B2

JP3687474B2 - Plasma processing equipment

Info

Publication number: JP3687474B2
Application number: JP2000076321A
Authority: JP
Inventors: 誠浩角屋; 尚輝安井; 成一渡辺
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-03-14
Filing date: 2000-03-14
Publication date: 2005-08-24
Anticipated expiration: 2020-03-14
Also published as: JP2001267296A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマ処理装置に係わり、特にプラズマを用いて半導体素子などの表面処理を行うのに好適なプラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エッチング処理をプラズマ処理装置を用いて行う場合、処理ガスを電離し活性化することで処理の高速化をはかり、また被処理材に高周波バイアス電力を供給しイオンを垂直に入射させることで、異方性形状などの高精度エッチング処理を実現している。従来のプラズマ処理装置は特開平9−321031号公報に記載のように、被処理材に高周波電力を供給する整合回路がチャージングダメージに与える影響について配慮することなく、被処理材の表面処理を行っていた。一般にプラズマ中では、「半導体プロセスにおけるチャージングダメージ」中村守孝編、リアライズ社1996に記載のように、プラズマ中の不均一などの影響により、被処理材に電位分布が形成され、チャージングダメージを発生させる可能性がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
半導体集積回路の集積度が高まるにつれ、例えば半導体素子の代表的な一例であるＭＯＳ(Metal Oxide Semiconductor) トランジスタのゲート酸化膜が薄膜化し、ゲート酸化膜が絶縁破壊する（チャージングダメージ）問題が深刻になりつつある。また被処理基板を大面積化しスループットを向上するため、直径３００mmの基板が用いられる見込みであり、大面積の被処理材基板用で、チャージングダメージの発生しない半導体製造装置を提供する必要がある。
【０００４】
本発明の目的は、チャージングダメージを抑制し、高精度な表面処理が可能なプラズマ処理装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のプラズマ処理装置では、被処理材に印加する高周波電力を伝送する整合回路を最適化することにより、プラズマ特性の面内分布に起因する被処理材面内の電位分布を低く押さえ、チャージングダメージの発生を抑制する。このことにより、高精度なエッチング処理が可能である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
［実施例１］
以下、本発明の第1の実施例を図1から図５を用いて説明する。図1は、本発明を適用するプラズマ処理装置の一実施例であるエッチング装置の縦断面図である。
【０００７】
図１において、上部が開放された真空容器１０１の上部に処理容器１０４，誘電体窓１０２(例えば石英製)，上部電極１０３(例えばＳｉ製)を設置，密封することにより処理室１２０を形成する。上部電極１０３はエッチングガスを流すための多孔構造となっておりガス供給装置１０７に接続されている。また真空容器１０１には真空排気口１０６を介して真空排気装置（図示省略）が接続されている。上部電極１０３上部には同軸線路１１１，整合器１１０ａ，整合器１１０ｂ，フィルター１０９，１１３を介して高周波電源１０８（例えば周波数４５０ＭＨｚ）、アンテナバイアス電源１１２（例えば周波数１３.５６ＭＨｚ）が接続されている。また、被処理材１１６を載置可能な基板電極１１５は真空容器１０１下部に設置され、整合器１１８を介して基板バイアス電源１１７（例えば周波数８００ｋＨｚ）に接続されている。また被処理材１１６を静電的に吸着させるために静電チャック電源１２１が基板電極１１５に接続されている。
【０００８】
上記のように構成された装置において処理室１２０内部を真空排気装置（図示省略）により減圧した後、ガス供給装置１０７によりエッチングガスを処理室１２０内に導入し所望の圧力に調整する。高周波電源１０８より発振された例えば周波数４５０ＭＨｚの高周波電力は同軸線路１１１を伝播し、上部電極１０３および誘電体窓１０２を介して処理室１２０内に導入され、磁場発生用コイル１１４（例えばソレノイドコイル）により形成された磁場との相互作用により、処理室１２０内に高密度プラズマを生成する。特に電子サイクロトロン共鳴を起こす磁場強度（例えば１６０Ｇ）を処理室内に形成した場合、効率良く高密度プラズマを生成することができる。また、アンテナバイアス電源１１２より例えば周波数１３.５６ＭＨｚの高周波電力が同軸線路１１１を介して上部電極１０３に供給される。また基板電極１１５に載置された被処理材１１６は、基板バイアス電源１１７より高周波電力（例えば周波数８００ｋＨｚ）が供給され、表面処理（例えばエッチング処理）される。
【０００９】
一般にプラズマ中では、プラズマ特性の面内不均一などの影響により、被処理材に電位分布が形成され、チャージングダメージを発生させる可能性がある。しかし本実施例の場合、整合器１１８の回路を最適化することにより、被処理材の電位分布を低減しチャージングダメージの発生を低減することができる。図２にチャージングダメージを低減することが可能な整合器回路の周波数特性図を示す。図２（１）に、電源の内部インピーダンスを５０Ωとし、プラズマ側から見た整合器のインピーダンスの周波数特性を示す。縦軸，横軸ともに対数目盛である。図中実線が低ダメージ化に効果のある整合器を用いた場合のプラズマ側から見たインピーダンスの周波数特性２０２であり、破線が従来の整合器を用いた場合のプラズマ側から見たインピーダンスの周波数特性２０３である。低ダメージ化に効果のある整合器は、印加するバイアス周波数よりも高周波数領域において高インピーダンスであるためチャージングダメージを低減することが可能である。また、図２（２）は縦軸にインピーダンスの位相、横軸に対数目盛で周波数を示す。図中、実線が低ダメージ化に効果がある整合器を用いた場合２０５で、破線が従来の整合器を用いた場合２０４である。位相が高周波数領域で＋９０度となる場合、つまりインダクタンス成分が大きい場合にチャージングダメージを低減することが可能である。
【００１０】
図３に低ダメージ化に効果のある整合器を用いた場合３０２，３０４（図中実線）と従来の整合器を用いた場合（３０１，３０３）の基板電極１１５の電圧・電流波形を示す。図３（１）は縦軸が基板電極１１５の電圧で横軸が時間である。低ダメージ化に効果のある整合器を用いた場合３０２、正の電圧側で電圧波形が歪んでいるのに対し、従来の整合器を用いた場合の電圧波形３０１は正弦波的である。次に図３（２）は縦軸が基板電極１１５の電流で横軸が時間である。低ダメージ化に効果のある整合器を用いた場合の電流波形３０４が正弦波的であるのに対し、従来の整合器を用いた場合の電流波形３０３は、歪みが大きい。これはプラズマシースの非線型性により生じる、基板バイアス電源１１７より被処理材１１６に供給される高周波電力の周波数の高調波成分が、整合器１１８を介して遮断されているか否かによる相違である。従って、低ダメージ化に効果のある高周波領域でのインピーダンスが高いような整合器を用いることにより、基板電極電流の高調波成分を遮断し正弦波的にすることにより、プラズマシースの電圧・電流特性の非線型性より、基板電極電圧の正の電圧側での電圧が歪み、平坦化される。そのためプラズマ特性の面内分布に起因するプラズマシース特性の面内分布の影響が低減されるため、チャージングダメージ発生と正の相関のあるゲート酸化膜間電圧が低減される。その結果、低ダメージで高精度なエッチング処理が可能であるという効果がある。
【００１１】
また、図２に示すような周波数特性を持つ整合回路の一例を図４に示す。いずれもインダクタとコンデンサを組み合わせた回路構成となっている。整合器401,４０２はダメージ低減に効果があり、整合器４０３，４０４はダメージ低減に効果がない従来の整合器である。ダメージ低減に効果がある整合器４０１，４０２のように高周波数側で高インピーダンスの特性を示すのは、整合器内のアクティブラインに設置されているインダクターよりも負荷側に、該インダクターよりもインピーダンスが小さい素子（例えばコンデンサ）をアクティブラインとグランドライン間に設置しない場合である。
【００１２】
また、図５（１）にチャージングダメージに関係するゲート酸化膜間電圧と基板に印加するバイアスのピーク・トゥ・ピーク（peak-to-peak）電圧Ｖppとの関係を示す。図中破線が高周波領域でのインピーダンスが低い整合回路を用いた場合５０１であり、実線が高周波領域でのインピーダンスが高い整合回路を用いた場合５０２である。Ｖppが２５０Ｖ程度までは両者の間に大きな差は見られないが、Ｖppを増加させるとともに、高周波領域でのインピーダンスが高い整合回路を用いた場合の方がゲート酸化膜間電圧が低減されている。これはＶppが増加するとともに、プラズマシース特性の面内分布の影響が大きくなるために、高周波領域でのインピーダンスが高い整合回路を用いることにより、効果的にゲート酸化膜間電圧を低減することが可能であるためである。図５（２）に電極電流歪率とＶppの相関図を示す。図中、黒丸が従来の整合器を用いた場合５０３であり、白丸がダメージ低減効果のある整合器を用いた場合５０４である。従来の整合器を用いた場合５０３は、Ｖppを増加させるとともに電極電流歪率が増加するのに対し、ダメージ低減効果のある整合器を用いた場合５０４は、Ｖppを増加させても電極電流歪率は０.１以下で、電極電流波形は正弦波的である。従ってプラズマシースの電圧・電流特性の非線型性より、正の電圧側が歪み平坦化され、ダメージ低減に効果がある。従って、低ダメージで高精度なエッチング処理が可能であるという効果がある。
【００１３】
［実施例２］
本発明の第２の実施例を図６を用いて説明する。本図において図１と同符号は同一部材として説明を省略する。本図が図１と異なる点を以下説明する。上部が開放された処理容器１０４の上部に誘電体窓６０３を設置し密封し処理室１２０を形成する。誘電体窓６０３上部には導波管６０２を介し、マグネトロン６０１が接続されている。マグネトロン６０１より発振された例えば２.４５ＧＨｚのマイクロ波は導波管６０２を伝播し、誘電体窓６０３を介して、処理室１２０内に導入され、磁場発生用コイル１１４により生成された例えば８７５Ｇの磁場との相互作用により、効率良くガスを電離しプラズマを発生させる。第１の実施例と同様に、印加するバイアス周波数よりも高周波領域でのインピーダンスが高い整合回路を有する整合器１１８を用いることにより、ゲート酸化膜間電圧を低減することができる。このため低ダメージで高精度なエッチング処理が可能であるという効果がある。
【００１４】
［実施例３］
本発明の第３の実施例を図７を用いて説明する。本図において図１と同符号は同一部材として説明を省略する。本図が図１と異なる点を以下説明する。上部が開放された処理容器１０４の上部に誘電体窓６０３を設置し密封し処理室１２０を形成する。誘電体窓６０３上部にはループアンテナ７０１が設置されている。またこのループアンテナ７０１は例えば１３.５６ＭＨｚのアンテナ電源７０２に接続されている。ループアンテナ７０１より誘電体窓６０３を介して高周波電力が処理室１２０内に供給されプラズマを生成する。第１の実施例と同様に、印加するバイアス周波数よりも高周波領域でのインピーダンスが高い整合回路を有する整合器１１８を用いることにより、ゲート酸化膜間電圧を低減することができる。このため低ダメージで高精度なエッチング処理が可能であるという効果がある。
【００１５】
［実施例４］
本発明の第４の提供例を図８を用いて説明する。本図において図１と同符号は同一部材として説明を省略する。本図が図１と異なる点を以下説明する。上部が開放された処理容器１０４の上部に誘電体窓１０２（例えば石英製）および上部電極１０３を設置し密封する。上部電極１０３は例えば２７ＭＨｚ，６０ＭＨｚの高周波電源８０１に接続されている。上部電極１０３より処理室１２０内に供給される高周波電力によりプラズマが生成される。第１の実施例と同様に、印加するバイアス周波数よりも高周波領域でのインピーダンスが高い整合回路を有する整合器１１８を用いることにより、ゲート酸化膜間電圧を低減することができる。このため低ダメージで高精度なエッチング処理が可能であるという効果がある。
【００１６】
また上記実施例ではエッチング装置について述べたが、アッシング装置，プラズマＣＶＤ装置など、基板電極へ高周波電力を供給する他のプラズマ処理装置においても同様の効果がある。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の高周波領域でのインピーダンスが高い整合回路を有する整合器を用いることにより、プラズマ特性の面内分布に起因する被処理材面内の電位分布を低減し、チャージングダメージの発生を抑制するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を用いた第１の実施例であるエッチング装置を示す縦断面図である。
【図２】本発明および従来の整合器回路の周波数特性の説明図である。
【図３】本発明および従来の整合器回路を用いた場合の被処理材の電圧・電流波形の説明図である。
【図４】本発明および従来の整合器回路の回路構成の説明図である。
【図５】本発明および従来の整合器回路を用いた場合のゲート酸化膜間電圧と基板に印加するバイアスのピークトゥピーク（peak-to-peak）電圧の相関図および、電極電流歪み率とバイアスのピークトゥピーク（peak-to-peak）電圧の相関図である。
【図６】本発明を用いた第２の実施例であるエッチング装置を示す縦断面図である。
【図７】本発明を用いた第３の実施例であるエッチング装置を示す縦断面図である。
【図８】本発明を用いた第４の実施例であるエッチング装置を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０１…真空容器、１０２…誘電体窓、１０３…上部電極、１０４…処理容器、１０６…真空排気口、１０７…ガス供給装置、１０８…高周波電源、１０９…フィルター、１１０，１１８ａ，１１８ｂ…整合器、１１１…同軸線路、１１２…アンテナバイアス電源、１１３…フィルター、１１４…磁場発生用コイル、１１５…基板電極、１１６…被処理材、１１７…基板バイアス電源、１２０…処理室、１２１…静電チャック電源、２０２…低ダメージ整合器のインピーダンスの周波数特性、２０３…従来の整合器のインピーダンスの周波数特性、２０４…従来の整合器のインピーダンスの位相の周波数特性、２０５…低ダメージ整合器のインピーダンスの位相の周波数特性、３０１…従来の整合器を用いた場合の被処理材に印加される電圧波形、３０２…低ダメージ整合器を用いた場合の被処理材に印加される電圧波形、３０３…従来の整合器を用いた場合の被処理材に流入する電流波形、３０４…低ダメージを用いた場合の被処理材に流入する電流波形、４０１，４０２…低ダメージ整合器の回路構成例、４０３，４０４…従来の整合器の回路構成例、５０１…従来の整合器を用いた場合のゲート酸化膜間電圧のＶpp依存性、５０２…低ダメージ整合器を用いた場合のゲート酸化膜間電圧のＶpp依存性、５０３…従来の整合器を用いた場合の電極電流歪率のＶpp依存性、５０４…低ダメージ整合器を用いた場合の電極電流歪率のＶpp依存性、６０１…マグネトロン、６０２…導波管、６０３…誘電体窓、７０１…ループアンテナ、７０２…アンテナ電源、８０１…高周波電源。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma processing apparatus, and more particularly to a plasma processing apparatus suitable for performing surface treatment of a semiconductor element or the like using plasma.
[0002]
[Prior art]
When performing an etching process using a plasma processing apparatus, the process gas is ionized and activated to speed up the process, and a high frequency bias power is supplied to the material to be processed so that ions are incident vertically. High-precision etching process such as isotropic shape is realized. As described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-321031, a conventional plasma processing apparatus performs surface treatment of a material to be treated without considering the effect of a matching circuit that supplies high frequency power to the material to be treated on charging damage. I was going. Generally in plasma, as described in “Charging Damage in Semiconductor Processes” edited by Moritaka Nakamura and Realize 1996, potential distribution is formed in the material to be processed due to non-uniformity in the plasma, causing charging damage. There is a possibility of generating.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
As the degree of integration of semiconductor integrated circuits increases, for example, the gate oxide film of a MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor, which is a typical example of a semiconductor element, becomes thinner, and the gate oxide film is severely damaged (charging damage). It is becoming. Further, in order to increase the area of the substrate to be processed and improve the throughput, a substrate having a diameter of 300 mm is expected to be used, and it is necessary to provide a semiconductor manufacturing apparatus for a substrate having a large area that does not cause charging damage. .
[0004]
An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of suppressing charging damage and performing a highly accurate surface treatment.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In the plasma processing apparatus of the present invention, by optimizing the matching circuit that transmits the high frequency power applied to the material to be processed, the potential distribution in the surface of the material to be processed due to the in-plane distribution of the plasma characteristics is suppressed, and charging is performed. Suppress the occurrence of damage. As a result, a highly accurate etching process is possible.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Example 1]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an etching apparatus which is an embodiment of a plasma processing apparatus to which the present invention is applied.
[0007]
In FIG. 1, a processing chamber 120 is formed by installing and sealing a processing vessel 104, a dielectric window 102 (for example, made of quartz), and an upper electrode 103 (for example, made of Si) on an upper portion of a vacuum vessel 101 whose upper portion is opened. . The upper electrode 103 has a porous structure for flowing an etching gas, and is connected to a gas supply device 107. A vacuum exhaust device (not shown) is connected to the vacuum vessel 101 via a vacuum exhaust port 106. A high frequency power source 108 (for example, frequency 450 MHz) and an antenna bias power source 112 (for example frequency 13.56 MHz) are connected to the upper electrode 103 via a coaxial line 111, a matching unit 110a, a matching unit 110b, and filters 109 and 113. . The substrate electrode 115 on which the material to be processed 116 can be placed is installed under the vacuum vessel 101 and connected to a substrate bias power source 117 (for example, a frequency of 800 kHz) via the matching unit 118. In addition, an electrostatic chuck power source 121 is connected to the substrate electrode 115 in order to electrostatically attract the workpiece 116.
[0008]
In the apparatus configured as described above, the inside of the processing chamber 120 is depressurized by an evacuation device (not shown), and then an etching gas is introduced into the processing chamber 120 by the gas supply device 107 and adjusted to a desired pressure. A high frequency power of, for example, a frequency of 450 MHz oscillated from the high frequency power supply 108 propagates through the coaxial line 111 and is introduced into the processing chamber 120 via the upper electrode 103 and the dielectric window 102, and a magnetic field generating coil 114 (for example, a solenoid coil). Due to the interaction with the magnetic field formed by the above, high-density plasma is generated in the processing chamber 120. In particular, when a magnetic field intensity (for example, 160 G) that causes electron cyclotron resonance is formed in the processing chamber, high-density plasma can be generated efficiently. Further, for example, high frequency power having a frequency of 13.56 MHz is supplied from the antenna bias power supply 112 to the upper electrode 103 via the coaxial line 111. Further, the material to be processed 116 placed on the substrate electrode 115 is supplied with high frequency power (for example, frequency 800 kHz) from the substrate bias power source 117 and is subjected to surface treatment (for example, etching processing).
[0009]
In general, in plasma, a potential distribution is formed in a material to be processed due to in-plane nonuniformity in plasma characteristics, and charging damage may occur. However, in the case of this embodiment, by optimizing the circuit of the matching unit 118, the potential distribution of the material to be processed can be reduced and the occurrence of charging damage can be reduced. FIG. 2 shows a frequency characteristic diagram of a matching circuit capable of reducing charging damage. FIG. 2 (1) shows the frequency characteristics of the impedance of the matching device viewed from the plasma side, assuming that the internal impedance of the power source is 50Ω. The vertical and horizontal axes are logarithmic scales. In the figure, the solid line is the frequency characteristic 202 of the impedance seen from the plasma side when using a matching device effective in reducing damage, and the broken line is the frequency of the impedance seen from the plasma side when using a conventional matching device. This is characteristic 203. Since the matching device effective in reducing damage has high impedance in a frequency region higher than the bias frequency to be applied, charging damage can be reduced. In FIG. 2 (2), the vertical axis represents the impedance phase, and the horizontal axis represents the frequency on a logarithmic scale. In the figure, the solid line 205 indicates a case where a matching unit effective in reducing damage is used, and the broken line indicates a case 204 where a conventional matching unit is used. When the phase is +90 degrees in the high frequency region, that is, when the inductance component is large, charging damage can be reduced.
[0010]
FIG. 3 shows the voltage / current waveforms of the substrate electrode 115 when the matching unit effective for reducing damage is used 302 and 304 (solid line in the figure) and when the conventional matching unit is used (301 and 303). In FIG. 3A, the vertical axis represents the voltage of the substrate electrode 115 and the horizontal axis represents time. When the matching unit effective in reducing damage is used 302, the voltage waveform is distorted on the positive voltage side, whereas the voltage waveform 301 when using a conventional matching unit is sinusoidal. Next, in FIG. 3B, the vertical axis represents the current of the substrate electrode 115 and the horizontal axis represents time. The current waveform 304 when using a matching device effective in reducing damage is sinusoidal, whereas the current waveform 303 when using a conventional matching device is greatly distorted. This is a difference depending on whether or not the harmonic component of the frequency of the high frequency power supplied from the substrate bias power source 117 to the material to be processed 116 is cut off via the matching unit 118 due to the non-linearity of the plasma sheath. . Therefore, by using a matching device with high impedance in the high-frequency region that is effective in reducing damage, the harmonic component of the substrate electrode current is cut off and made sinusoidal. Due to the non-linearity, the voltage on the positive voltage side of the substrate electrode voltage is distorted and flattened. For this reason, the influence of the in-plane distribution of the plasma sheath characteristics due to the in-plane distribution of the plasma characteristics is reduced, and thus the gate oxide voltage having a positive correlation with the occurrence of charging damage is reduced. As a result, there is an effect that a highly accurate etching process can be performed with low damage.
[0011]
An example of a matching circuit having frequency characteristics as shown in FIG. 2 is shown in FIG. Both have a circuit configuration combining an inductor and a capacitor. Matching devices 401 and 402 are effective in reducing damage, and matching devices 403 and 404 are conventional matching devices that are ineffective in reducing damage. The matching devices 401 and 402, which are effective in reducing damage, exhibit high impedance characteristics on the high frequency side because the impedance is higher than that of the inductor on the load side than the inductor installed on the active line in the matching device. This is a case where an element (for example, a capacitor) having a small current is not installed between the active line and the ground line.
[0012]
FIG. 5A shows the relationship between the voltage between the gate oxide films related to charging damage and the peak-to-peak voltage Vpp of the bias applied to the substrate. The broken line in the figure is 501 when a matching circuit having a low impedance in the high frequency region is used, and the solid line is 502 when a matching circuit having a high impedance in the high frequency region is used. Although there is no significant difference between the two up to Vpp of about 250V, the voltage between the gate oxide films is reduced when Vpp is increased and a matching circuit having a high impedance in the high frequency region is used. . This is because the Vpp increases and the influence of the in-plane distribution of the plasma sheath characteristics increases, so that it is possible to effectively reduce the gate oxide voltage by using a matching circuit having a high impedance in the high frequency region. This is because it is possible. FIG. 5 (2) shows a correlation diagram between the electrode current distortion rate and Vpp. In the figure, a black circle is 503 when a conventional matching device is used, and a white circle is 504 when a matching device having a damage reduction effect is used. In the case of using a conventional matching unit 503, Vpp is increased and the electrode current distortion rate is increased. On the other hand, in the case of using a matching unit having an effect of reducing damage, the electrode current distortion is increased even if Vpp is increased. The rate is 0.1 or less, and the electrode current waveform is sinusoidal. Therefore, due to the non-linearity of the voltage / current characteristics of the plasma sheath, the positive voltage side is distorted and flattened, which is effective in reducing damage. Therefore, there is an effect that a highly accurate etching process can be performed with low damage.
[0013]
[Example 2]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this figure, the same reference numerals as those in FIG. The difference between FIG. 1 and FIG. 1 will be described below. A dielectric window 603 is installed on the upper part of the processing container 104 whose upper part is opened and sealed to form the processing chamber 120. A magnetron 601 is connected to the upper part of the dielectric window 603 via a waveguide 602. For example, a 2.45 GHz microwave oscillated from the magnetron 601 propagates through the waveguide 602, is introduced into the processing chamber 120 via the dielectric window 603, and is generated by the magnetic field generating coil 114, for example, 875G. By interaction with a magnetic field, gas is efficiently ionized to generate plasma. As in the first embodiment, the voltage between the gate oxide films can be reduced by using the matching unit 118 having the matching circuit whose impedance in the high frequency region is higher than the bias frequency to be applied. Therefore, there is an effect that a highly accurate etching process can be performed with low damage.
[0014]
[Example 3]
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this figure, the same reference numerals as those in FIG. The difference between FIG. 1 and FIG. 1 will be described below. A dielectric window 603 is installed on the upper part of the processing container 104 whose upper part is opened and sealed to form the processing chamber 120. A loop antenna 701 is installed above the dielectric window 603. The loop antenna 701 is connected to an antenna power source 702 of 13.56 MHz, for example. High frequency power is supplied from the loop antenna 701 through the dielectric window 603 into the processing chamber 120 to generate plasma. As in the first embodiment, the voltage between the gate oxide films can be reduced by using the matching unit 118 having the matching circuit whose impedance in the high frequency region is higher than the bias frequency to be applied. Therefore, there is an effect that a highly accurate etching process can be performed with low damage.
[0015]
[Example 4]
A fourth provision example of the present invention will be described with reference to FIG. In this figure, the same reference numerals as those in FIG. The difference between FIG. 1 and FIG. 1 will be described below. A dielectric window 102 (for example, made of quartz) and an upper electrode 103 and an upper electrode 103 are installed and sealed on the upper part of the processing container 104 whose upper part is opened. The upper electrode 103 is connected to a high frequency power source 801 of 27 MHz and 60 MHz, for example. Plasma is generated by high-frequency power supplied from the upper electrode 103 into the processing chamber 120. As in the first embodiment, the voltage between the gate oxide films can be reduced by using the matching unit 118 having the matching circuit whose impedance in the high frequency region is higher than the bias frequency to be applied. Therefore, there is an effect that a highly accurate etching process can be performed with low damage.
[0016]
Although the etching apparatus has been described in the above embodiment, the same effect can be obtained in other plasma processing apparatuses that supply high-frequency power to the substrate electrode, such as an ashing apparatus and a plasma CVD apparatus.
[0017]
【The invention's effect】
By using a matching device having a matching circuit with high impedance in the high frequency region of the present invention, the potential distribution in the surface of the material to be processed due to the in-plane distribution of plasma characteristics is reduced, and charging damage is prevented from occurring. There is an effect.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an etching apparatus according to a first embodiment using the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of frequency characteristics of the present invention and a conventional matching circuit.
FIG. 3 is an explanatory diagram of voltage / current waveforms of a material to be processed when the present invention and a conventional matching circuit are used.
FIG. 4 is an explanatory diagram of circuit configurations of the present invention and a conventional matching circuit.
FIG. 5 is a correlation diagram of the voltage between the gate oxide film and the peak-to-peak voltage of the bias applied to the substrate and the electrode current distortion rate when the present invention and the conventional matching circuit are used. FIG. 6 is a correlation diagram of a peak-to-peak voltage of a bias.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing an etching apparatus according to a second embodiment using the present invention.
FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing an etching apparatus according to a third embodiment using the present invention.
FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing an etching apparatus according to a fourth embodiment using the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Vacuum container, 102 ... Dielectric window, 103 ... Upper electrode, 104 ... Processing container, 106 ... Vacuum exhaust port, 107 ... Gas supply apparatus, 108 ... High frequency power supply, 109 ... Filter, 110, 118a, 118b ... Matching device 111 ... Coaxial line, 112 ... Antenna bias power source, 113 ... Filter, 114 ... Magnetic field generating coil, 115 ... Substrate electrode, 116 ... Substrate, 117 ... Substrate bias power source, 120 ... Processing chamber, 121 ... Electrostatic chuck Power source 202 ... Frequency characteristic of impedance of low-damage matching device, 203 ... Frequency characteristic of impedance of conventional matching device, 204 ... Frequency characteristic of impedance phase of conventional matching device, 205 ... Phase of impedance of low-damage matching device Frequency characteristics of 301... Voltage applied to a material to be processed when a conventional matching device is used 302, voltage waveform applied to the material to be processed when a low damage matching device is used, 303 ... current waveform flowing into the material to be processed when a conventional matching device is used, 304 ... low damage is used Current waveform flowing into the material to be processed, 401, 402 ... circuit configuration example of low damage matching device, 403, 404 ... circuit configuration example of conventional matching device, 501 ... gate oxidation when using conventional matching device Vpp dependence of the voltage between films, 502... Vpp dependence of the voltage between gate oxide films when a low damage matching device is used, 503... Vpp dependence of an electrode current distortion rate when using a conventional matching device, 504 ... Vpp dependence of electrode current distortion when using a low damage matching device, 601 ... magnetron, 602 ... waveguide, 603 ... dielectric window, 701 ... loop antenna, 702 ... antenna power supply, 801 ... high frequency power supply.

Claims

A processing chamber to which an evacuation apparatus is connected and the inside of which can be depressurized; a gas supply device for supplying gas into the processing chamber; a means for generating plasma in the processing chamber; a substrate electrode on which a material to be processed can be placed; In a plasma processing apparatus comprising a high-frequency power source and a matching unit connected to a substrate electrode, the impedance in the entire frequency region higher than the frequency of the high-frequency power source measured from the load side of the matching unit is at the frequency of the high-frequency power source. A plasma processing apparatus, wherein the matching unit is configured to be larger than an impedance.

A processing chamber to which an evacuation apparatus is connected and the inside of which can be depressurized; a gas supply device for supplying gas into the processing chamber; a means for generating plasma in the processing chamber; a substrate electrode on which a material to be processed can be placed; In a plasma processing apparatus comprising a high-frequency power source and a matching unit connected to a substrate electrode, the matching unit is measured from the load side of the matching unit to a load side relative to an inductor installed in an active line in the matching unit. The plasma processing apparatus is characterized in that an element having an impedance in a whole frequency region higher than the frequency of the high frequency power source is smaller than that of the inductor is not disposed between the active line and the ground line.

3. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the matching unit is configured so that a distortion rate of an electrode current supplied to the substrate electrode is 0.1 or less.