JP3973855B2 - Plasma processing method and apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドライエッチング等のプラズマ処理に関し、特に高周波誘導方式のプラズマ処理方法及び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体素子や液晶駆動用素子の微細化に対応して、ドライエッチング技術においては高アスペクト比の加工を実現することが、またプラズマCVD技術においては高アスペクト比の埋め込みを実現することが要請され、そのためにより高真空でプラズマ処理を行うことが求められている。
【0003】
例えば、ドライエッチングの場合においては、高真空において高密度プラズマを発生すると、被処理基板表面に形成されるイオンシース中でイオンが中性ガス粒子等と衝突する確率が小さくなるために、イオンの方向性が被処理基板に向かって揃い、また電離度が高いために被処理基板に達するイオン対中性ラジカルの入射粒子束の比が大きくなる。したがって、エッチング異方性が高められ、高アスペクト比の加工が可能となる。
【0004】
このように高真空において高密度プラズマを発生させることができるプラズマ処理装置の1つとして、コイルまたはアンテナに高周波電圧を印加することよって真空容器内に電磁波を導入し、プラズマを発生させる高周波誘導方式のプラズマ処理装置がある。この方式のプラズマ処理装置は、真空容器内に高周波磁界を発生させ、その高周波磁界によって真空容器内に誘導磁界を発生させて電子の加速を行い、プラズマを発生させるもので、コイル電流を大きくすれば高真空においても高密度プラズマを発生することができ、十分な処理速度を得ることができる。
【0005】
従来の高周波誘導方式のプラズマ処理装置の一例を、図4を参照して説明する。図4において、真空容器21内にガス導入手段30にて適当なガスを導入しつつ排気手段24にて排気を行って真空容器21内を適当な圧力に保ちながら、コイルまたはアンテナ23にコイルまたはアンテナ用の高周波電源22により高周波電力を印加すると、誘電板28を介して真空容器21内に電磁波が導入されてプラズマが発生し、電極25上の被処理基板26に対してエッチング、堆積、表面改質等のプラズマ処理を行うことができる。このとき、電極25にも電極用の高周波電源27により高周波電圧を印加することで、被処理基板26に到達するイオンエネルギーを制御することができる。29は、誘電板28に反応生成物が付着するのを防止するため誘電板28を加熱する加熱手段である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、デバイスの微細化により、より高均一なプラズマ処理が要求されてきている。特に、液晶用途などでは、被処理基板自体の大型化により、広範囲で高均一なプラズマ処理が要求されてきている。
【0007】
ところが、図4に示した従来の方式では、真空容器21内に丸いドーナツ状のプラズマが励起されるため、被処理基板26の中央部分と外周部分でプラズマ密度が下がることが多く、プラズマ密度の分布に偏りが生じ易く、高均一なプラズマ処理ができないという問題がある。
【0008】
従来より、このプラズマの偏りを制御するため、ガスの供給方法を調整したり、プラズマを制御するための部材を真空容器21内に設置したりするなどの改善方法が提案されているが、十分ではなかった。
【0009】
本発明は、上記従来の問題に鑑み、プラズマの分布の偏りを低減し、高均一なプラズマ処理を実現できるプラズマ処理方法及び装置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】
本発明のプラズマ処理方法は、真空容器の天井壁面を構成する誘電板の上部に配置された第1のコイルまたはアンテナと第2のコイルまたはアンテナに高周波電圧を印加し、前記誘電板を介して真空容器内に電磁波を導入することによりプラズマを発生させ、基板を処理するプラズマ処理方法において、前記第1のコイル又はアンテナは、その外径が前記基板の外径よりも大きくかつ中心に近いほど前記誘電板との距離が大きくなるように形成され、前記第2のコイルまたはアンテナは、前記第1のコイル又はアンテナと同軸にかつ前記第1のコイル又はアンテナと前記誘電板とで形成された空間内に配置された、前記第1のコイル又はアンテナに比べ外径が小さい平面コイルまたは平面アンテナであるものであり、第2のコイルまたはアンテナにてプラズマ密度が低い被処理基板の中央部付近のプラズマ密度を局所的に向上させることができ、被処理基板全面で均一なプラズマが得られて、高均一なプラズマ処理が施すことができる。
【0011】
また、第2のコイルまたはアンテナの軸方向の位置を調整すると、プラズマ密度が低い被処理基板の中央部付近のプラズマ密度を、その程度に応じて局所的に向上することができる。
【0012】
また、第2のコイルまたはアンテナの形状を調整すると、水平方向の直径や巻数を変化させることで、プラズマ密度が低い被処理基板の中央部付近のプラズマ密度を、その程度に応じて局所的に向上することができる。
【0013】
また、本発明のプラズマ処理装置は、天井壁面を構成する誘電板を有する真空容器と、前記誘電板の上部でかつ中心に近いほど前記誘電板との距離が大きくなるように形成された第1のコイルまたはアンテナと、前記第1のコイルまたはアンテナと同軸にかつ前記第1のコイルまたはアンテナと前記誘電板とで形成された空間内に配置された、前記第1のコイル又はアンテナに比べ外径が小さい第2の平面コイルまたは平面アンテナと、前記第1のコイルまたはアンテナと前記第2のコイルまたはアンテナとに高周波電圧を印加する高周波電源と、基板を載置するように前記真空容器内に配置された電極とを備え、前記第1のコイルまたはアンテナの外径は前記電極の外径より大きいものであり、上記本発明方法を実施してその効果を奏することができる。
【0014】
また、第2のコイルまたはアンテナの軸方向の位置を調整する位置調整手段を備え、また第2のコイルまたはアンテナの形状を調整する形状調整手段を備えることにより、それぞれ上記作用・効果を奏する。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のプラズマ処理装置の実施形態について、図1〜図3を参照して説明する。
【0016】
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態のプラズマ処理装置について、図1を参照して説明する。
【0017】
図1において、1は真空容器、2はその天井壁面を構成するように配設された誘電板、3は誘電板2を加熱して反応生成物が付着するのを防止する加熱手段である。4は真空容器1内を真空排気する排気手段、5は真空容器1内に適当なガスを導入するガス導入手段である。6は真空容器1の誘電板2の上部に、その中央を軸芯として略全面に覆うように配設された第1のコイルまたはアンテナ、7は第1のコイルまたはアンテナ6の中央部と誘電板2との間にそれと同軸に配置した第2のコイルまたはアンテナで、これら第1と第2のコイルまたはアンテナ6、7の軸芯部にコイルまたはアンテナ用の高周波電源8が接続されている。9は真空容器1内に下部に配設された電極で、電極用の高周波電源10が接続されている。電極9上に被処理基板11を載置するように構成されている。
【0018】
以上の構成において、真空容器1内を排気手段4にて排気しつつガス導入手段5にて適当なガスを導入して真空容器1内を適当な圧力に保ちながら、第1と第2のコイルまたはアンテナ6、7にコイルまたはアンテナ用の高周波電源8により高周波電力を印加すると、誘電板2を介して真空容器1内に電磁波が導入されてプラズマが発生し、電極9上の被処理基板11に対してエッチング、堆積、表面改質等のプラズマ処理を行うことができる。このとき、電極9にも電極用の高周波電源10により高周波電圧を印加することで、被処理基板11に到達するイオンエネルギーを制御することができる。
【0019】
このとき、第2のコイルまたはアンテナ7によって励起されるプラズマによって、被処理基板11の中央部付近の密度を向上することができ、また第1のコイルまたはアンテナ6を、従来より外周部付近に集中するように配置することにより、被処理基板11の外周部付近のプラズマ密度を向上することができる。その結果、高均一なプラズマを得ることができ、高均一なプラズマ処理を行うことができる。
【0020】
本実施形態では、第2のコイルまたはアンテナ7と第1のコイルまたはアンテナ6は、共通の高周波電源8より電力を供給するように構成しており、この基本構成で第1のコイルまたはアンテナ6と第2のコイルまたはアンテナ7にそれぞれ供給する電力の配分調整を行う場合には、第2のコイルまたはアンテナ7の印加部にコンデンサ、コイル等を追加してインピーダンスを調整するようにするのが有効である。また、第1のコイルまたはアンテナ6と第2のコイルまたはアンテナ7にそれぞれ別の高周波電源8から電力を供給するようにしてもよい。
【0021】
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態のプラズマ処理装置について、図2を参照して説明する。なお、第1の実施形態と同一の構成要素については同一参照符号を付して説明を省略し、相違点のみを説明する。
【0022】
図2において、第2のコイルまたはアンテナ7を上下に昇降させるための位置調整手段12が設けられている。
【0023】
本実施形態においては、プラズマ処理の結果あるいは真空容器1に設置した測定器(図示せず)によるプラズマ密度分布の測定結果に応じて、位置調整手段12にて第2のコイルまたはアンテナ7の上下位置を調整することにより、被処理基板11の中央部付近のプラズマ密度を調整することができ、被処理基板11の処理の均一性を容易に向上することができる。
【0024】
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態のプラズマ処理装置について、図3を参照して説明する。なお、第1の実施形態と同一の構成要素については同一参照符号を付して説明を省略し、相違点のみを説明する。
【0025】
図3において、第2のコイルまたはアンテナ7の外径、巻数などの形状を調整する形状調整手段13が設けられている。この形状調整手段13の具体構成としては、例えば第2のコイルまたはアンテナ7をばね板等の弾性板にて構成するとともに、支持板14に形成された螺旋状のガイド溝に沿って移動可能に配設し、中央部にその弾性板を巻き取り・繰り出し可能な巻取機構15を配設して構成することができる。
【0026】
本実施形態においては、プラズマ処理の結果あるいは真空容器1に設置した測定器(図示せず)によるプラズマ密度分布の測定結果に応じて形状調整手段13にて第2のコイルまたはアンテナ7の外径、巻数を調整することにより、被処理基板11の中央部付近のプラズマ密度を調整することができ、被処理基板11の処理の均一性を容易に向上することができる。
【0027】
【発明の効果】
本発明のプラズマ処理方法及び装置によれば、以上のように外径が基板の外径よりも大きくかつ中心に近いほど誘電板との距離が大きくなるように形成された第1のコイルまたはアンテナと、第1のコイル又はアンテナと同軸にかつ第1のコイル又はアンテナと誘電板とで形成された空間内に配置された、第1のコイル又はアンテナに比べ外径が小さい第2の平面コイルまたは平面アンテナとに高周波電圧を印加するものであり、第2のコイルまたはアンテナにてプラズマ密度が低い被処理基板の中央部付近のプラズマ密度を局所的に向上させることができ、被処理基板全面で均一なプラズマが得られて、高均一なプラズマ処理が施すことができる。
【0028】
また、第2のコイルまたはアンテナの軸方向の位置を調整すると、プラズマ密度が低い被処理基板の中央部付近のプラズマ密度を、その程度に応じて局所的に向上することができる。
【0029】
また、第2のコイルまたはアンテナの形状を調整すると、水平方向の直径や巻数を変化させることで、プラズマ密度が低い被処理基板の中央部付近のプラズマ密度を、その程度に応じて局所的に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態のプラズマ処理装置の縦断面図である。
【図2】本発明の第2の実施形態のプラズマ処理装置の縦断面図である。
【図3】本発明の第3の実施形態のプラズマ処理装置の縦断面図である。
【図4】従来例のプラズマ処理装置の縦断面図である。
【符号の説明】
1 真空容器
2 誘電板
6 第1のコイルまたはアンテナ
7 第2のコイルまたはアンテナ
8 高周波電源
9 電極
11 被処理基板
12 位置調整手段
13 形状調整手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to plasma processing such as dry etching, and more particularly to a high frequency induction type plasma processing method and apparatus.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in response to the miniaturization of semiconductor elements and liquid crystal driving elements, it is required to realize high aspect ratio processing in dry etching technology and high aspect ratio embedding in plasma CVD technology. Therefore, it is required to perform plasma processing at a higher vacuum.
[0003]
For example, in the case of dry etching, if high-density plasma is generated in a high vacuum, the probability of ions colliding with neutral gas particles in the ion sheath formed on the surface of the substrate to be processed is reduced. Since the directivity is aligned toward the substrate to be processed and the degree of ionization is high, the ratio of the incident particle flux of ions to the neutral radical that reaches the substrate to be processed increases. Therefore, the etching anisotropy is increased and processing with a high aspect ratio becomes possible.
[0004]
As one of plasma processing apparatuses capable of generating high-density plasma in a high vacuum in this way, a high-frequency induction method for generating plasma by introducing electromagnetic waves into a vacuum vessel by applying a high-frequency voltage to a coil or an antenna. There is a plasma processing apparatus. This type of plasma processing apparatus generates a high-frequency magnetic field in a vacuum vessel, generates an induction magnetic field in the vacuum vessel by the high-frequency magnetic field, accelerates electrons, and generates plasma, so that the coil current can be increased. Thus, high-density plasma can be generated even in a high vacuum, and a sufficient processing speed can be obtained.
[0005]
An example of a conventional high-frequency induction plasma processing apparatus will be described with reference to FIG. In FIG. 4, a suitable gas is introduced into the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in recent years, more uniform plasma processing has been required due to miniaturization of devices. In particular, in liquid crystal applications and the like, a wide and highly uniform plasma process has been required due to the increase in size of the substrate to be processed.
[0007]
However, in the conventional method shown in FIG. 4, since a round donut-shaped plasma is excited in the
[0008]
Conventionally, in order to control the bias of the plasma, an improvement method such as adjusting a gas supply method or installing a member for controlling the plasma in the
[0009]
In view of the above-described conventional problems, an object of the present invention is to provide a plasma processing method and apparatus capable of reducing unevenness of plasma distribution and realizing highly uniform plasma processing.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The plasma processing method of the present invention, a high frequency voltage is applied to the first coil or antenna and the second coil or antenna positioned on top of the dielectric plate constituting the ceiling wall surface of the vacuum vessel, through the dielectric plate In the plasma processing method of generating plasma by introducing electromagnetic waves into a vacuum vessel and processing a substrate, the first coil or antenna has an outer diameter larger than the outer diameter of the substrate and closer to the center. the distance between the dielectric plate is formed such increases, the second coil or antenna is formed by the said and the first coil or antenna and coaxial first coil or antenna and the dielectric plate was disposed in the space, and one which is the first coil or a planar coil or a planar antenna outer diameter smaller than the antenna, the second coil or uninstall The plasma density in the vicinity of the central portion of the substrate to be processed having a low plasma density can be locally improved, and a uniform plasma can be obtained on the entire surface of the substrate to be processed, so that highly uniform plasma processing can be performed. .
[0011]
Further, by adjusting the position of the second coil or the antenna in the axial direction, the plasma density in the vicinity of the center of the substrate to be processed having a low plasma density can be locally improved according to the degree.
[0012]
In addition, when the shape of the second coil or antenna is adjusted, the plasma density near the center of the substrate to be processed having a low plasma density is locally varied depending on the degree by changing the horizontal diameter and the number of turns. Can be improved.
[0013]
In addition, the plasma processing apparatus of the present invention is a first container formed such that a distance between a vacuum vessel having a dielectric plate constituting a ceiling wall surface and the dielectric plate is higher at the upper part of the dielectric plate and closer to the center. outside than the coil or antenna, disposed on the first coil or antenna coaxial to and the formed by the first coil or antenna and the dielectric plate space, said first coil or antenna A second planar coil or planar antenna having a small diameter, a high-frequency power source for applying a high-frequency voltage to the first coil or antenna and the second coil or antenna, and the inside of the vacuum container so as to place a substrate thereon and a electrodes disposed in the outer diameter of said first coil or antenna is intended larger than the outer diameter of the electrode exerts its effects by implementing the present invention method Door can be.
[0014]
In addition, by providing a position adjusting unit that adjusts the position of the second coil or antenna in the axial direction and a shape adjusting unit that adjusts the shape of the second coil or antenna, the above-described operations and effects are achieved.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the plasma processing apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0016]
(First embodiment)
A plasma processing apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0017]
In FIG. 1, 1 is a vacuum vessel, 2 is a dielectric plate arranged so as to constitute its ceiling wall surface, and 3 is a heating means for heating the
[0018]
In the above configuration, the first and second coils are maintained while the
[0019]
At this time, the density excited near the center of the
[0020]
In the present embodiment, the second coil or
[0021]
(Second Embodiment)
Next, a plasma processing apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, about the component same as 1st Embodiment, the same referential mark is attached | subjected and description is abbreviate | omitted and only a different point is demonstrated.
[0022]
In FIG. 2, position adjusting means 12 for moving the second coil or
[0023]
In the present embodiment, the position adjusting means 12 moves the second coil or the
[0024]
(Third embodiment)
Next, a plasma processing apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, about the component same as 1st Embodiment, the same referential mark is attached | subjected and description is abbreviate | omitted and only a different point is demonstrated.
[0025]
In FIG. 3, a shape adjusting means 13 for adjusting the shape of the second coil or
[0026]
In the present embodiment, the outer diameter of the second coil or
[0027]
【The invention's effect】
According to the plasma processing method and apparatus of the present invention, as described above, the first coil or antenna formed such that the outer diameter is larger than the outer diameter of the substrate and the distance from the dielectric plate increases as the distance from the center increases. When the first coil or antenna coaxial to and disposed on the first coil or antenna and the dielectric plate and by forming a space, the first coil or the second planar coil outer diameter smaller than the antenna Alternatively, a high-frequency voltage is applied to the planar antenna, and the plasma density in the vicinity of the center of the substrate to be processed having a low plasma density can be locally improved by the second coil or antenna. Thus, a uniform plasma can be obtained and a highly uniform plasma treatment can be performed.
[0028]
Further, by adjusting the position of the second coil or antenna in the axial direction, the plasma density in the vicinity of the center portion of the substrate to be processed having a low plasma density can be locally improved according to the degree.
[0029]
In addition, when the shape of the second coil or antenna is adjusted, the plasma density near the center of the substrate to be processed having a low plasma density is locally changed according to the degree by changing the horizontal diameter and the number of turns. Can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a plasma processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a plasma processing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a plasma processing apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a conventional plasma processing apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記第1のコイル又はアンテナは、その外径が前記基板の外径よりも大きくかつ中心に近いほど前記誘電板との距離が大きくなるように形成され、
前記第2のコイルまたはアンテナは、前記第1のコイル又はアンテナと同軸にかつ前記第1のコイル又はアンテナと前記誘電板とで形成された空間内に配置された、前記第1のコイル又はアンテナに比べ外径が小さい平面コイルまたは平面アンテナである
ことを特徴とするプラズマ処理方法。The high frequency voltage is applied to the first coil or antenna and the second coil or antenna positioned on top of the dielectric plate constituting the ceiling wall surface of the vacuum vessel, introducing an electromagnetic wave into the vacuum chamber through the dielectric plate In the plasma processing method of generating a plasma by processing a substrate,
The first coil or antenna is formed such that its outer diameter is larger than the outer diameter of the substrate and closer to the center, the distance from the dielectric plate increases.
Said second coil or antenna, the disposed formed in the space between the first coil or antenna and and the first coil or antenna in the same axis as the dielectric plate, said first coil or A plasma processing method, which is a planar coil or a planar antenna having an outer diameter smaller than that of an antenna.
前記誘電板の上部でかつ中心に近いほど前記誘電板との距離が大きくなるように形成された第1のコイルまたはアンテナと、
前記第1のコイルまたはアンテナと同軸にかつ前記第1のコイルまたはアンテナと前記誘電板とで形成された空間内に配置された、前記第1のコイル又はアンテナに比べ外径が小さい第2の平面コイルまたは平面アンテナと、
前記第1のコイルまたはアンテナと前記第2のコイルまたはアンテナとに高周波電圧を印加する高周波電源と、
基板を載置するように前記真空容器内に配置された電極とを備え、
前記第1のコイルまたはアンテナの外径は前記電極の外径より大きい
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 A vacuum vessel having a dielectric plate constituting a ceiling wall;
Wherein the first coil or antenna the distance between the closer to the top a and the center of the dielectric plate the dielectric plate is formed to be larger,
A second coil having an outer diameter smaller than that of the first coil or antenna, disposed coaxially with the first coil or antenna and in a space formed by the first coil or antenna and the dielectric plate ; A planar coil or planar antenna ;
A high frequency power source for applying a high frequency voltage to the first coil or antenna and the second coil or antenna;
An electrode disposed in the vacuum vessel so as to place a substrate ,
The plasma processing apparatus, wherein an outer diameter of the first coil or antenna is larger than an outer diameter of the electrode .
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