JP4580486B2 - 半導体処理装置 - Google Patents
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【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半導体処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
コイル状のアンテナに高周波電流を流し、その誘導電界によってプラズマを生成する半導体処理装置において、アンテナには給電線があるために生成するプラズマは完全に軸対称とならず、偏りができ、ウェハを均一に処理できなくなる。
【0003】
図2は従来の一般的な1ターンコイル状アンテナの構造を示す斜視図である。
絶縁物でできたチャンバ2の外側には、コイル状のアンテナ1を設けてそのアンテナに高周波電流を流すことでチャンバ内部にプラズマを生成する。そのアンテナには二本の給電線9によって電流が流されるが、この給電線間には数kVに及ぶ高電圧が発生している。このことから給電線間を絶縁する必要があり給電線間には数cm程度の隙間30ができてしまう。周方向に流れる電流が作る電界によってプラズマは生成しているので、給電線間の隙間がある分、給電線付近で生成するプラズマの密度は低くなり、プラズマに偏りができる。
【0004】
この問題を解決するために、特開平7−326494号公報に記載されているように、半球型のチャンバの外側に数十ターンのコイル状のアンテナを巻き付けた半導体処理装置について記載されている。アンテナのターン数を増やすと、生成するプラズマの軸対称性は良くなるが、アンテナのインダクタンスが大きくなるために、アンテナに流す高周波電流の周波数を低くしなければ高周波電源とアンテナ間のインピーダンス整合をとることができなくなってしまう。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このように、誘導プラズマにおいて、コイル状アンテナの給電部では、実効的な周方向の巻線が短くなっていることにより、生成されるプラズマが弱くなり、プラズマ分布が偏ってしまう。
【0006】
特に、1MHz以上の周波数帯ではアンテナは数ターン程度にする必要があり、ターン数を増やして軸対称性をよくする方法は使えない。
【0007】
また、アンテナのターン数を増やすと、装置の構造が複雑になりメンテナンス性等が悪化する。
【0008】
本発明は、周波数が1MHz程度以上領域においても軸対称性の優れたプラズマを生成可能とし、ウェハの均一処理を可能とすることを第一の目的としている。
【0009】
本発明の第二の目的は、アンテナのターン数を少なくすることで、装置構成を簡素化することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、プラズマ生成部に電界を発生するコイル状のアンテナと、高周波電力を供給するための高周波電源と、前記アンテナのインピーダンスを高周波電源の出力インピーダンスとマッチングをとるためのマッチングボックスと、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チャンバと、該チャンバ内に中性ガスを供給するガス供給装置と、前記チャンバ内のガスを排気する排気装置と、処理される半導体基板を置くための電極と、該電極に高周波電界を印加するための高周波電源を備え、前記アンテナが発生する電界により電子を加速して中性ガスを衝突電離することによりプラズマを発生させ半導体を処理する半導体処理装置において、前記アンテナの各ターンが2本の周方向に巻かれた巻線によって構成され、その巻線の周方向の長さの合計が一周よりも長く、その2重となる部分がアンテナ給電部付近となることを特徴とする。
【0011】
前記第一の目的を達成するために、本発明では、前記プラズマの偏りをなくすために、給電部付近の周方向電流を増やして軸対称性を向上させるものである。
【0012】
さらに本発明のアンテナ構造を用いて数ターンのアンテナを構成することも可能である。
【0013】
また、上記構造のアンテナを用いることで1ターンもしくは数ターンのアンテナで軸対称性に優れたプラズマを生成可能となるので、アンテナの構造が簡素化でき、本発明第二の目的を達成できる。
【0014】
【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。この装置では、ガス供給装置4より絶縁材料でできたチャンバ2中に原料ガスを供給し、そのガスをコイル状のアンテナ1により発生する電界によってプラズマ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により排気される。高周波電源10により発生した13.56MHz、27.12MHz、40.68MHz等のHF帯や更に周波数が高いVHF帯等の1MHz以上の高周波を用いて、アンテナ1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マッチングボックス3を用いてアンテナ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。処理される半導体ウエハ13は、電極5上に置かれ、プラズマ6中に存在するイオンをウエハ13上に引き込むために、電極5には高周波電源12により振動電圧を印加して半導体を処理する。
【0015】
本実施例では、課題を解決するための手段のところで説明したアンテナの構造をそのまま用いており、図3にその斜視図を示す。図3は、1ターンコイル状アンテナの構造を示す斜視図である。このアンテナでは、内側に巻かれた巻線20aと外側に巻かれた巻線20bとによって構成され、外側に巻かれた巻線20bの分だけ図2に示したアンテナよりも巻線の周方向の長さが長くなっている。この巻線20bによって給電部付近の周方向電流が増加されて、生成するプラズマの軸対称性を向上することができる。巻線20bの長さとしては、巻線20bは巻線20aよりもプラズマに遠い位置にあるため、隙間30よりも長く巻く必要がある。
【0016】
このように図3に示した構造のアンテナを用いることで1ターンのコイル状のアンテナでも軸対称性の優れたプラズマを生成可能となり本発明第一の目的を達成できる。
【0017】
このアンテナでは、内側に巻かれた巻線20aと外側に巻かれた巻線20bとによって成り立っており、両方の巻線は同一平面上に存在する。巻線20bによって給電部付近の周方向電流が増加されて、生成するプラズマの軸対称性を向上することができる。巻線20bの長さとしては、巻線20bは巻線20aよりもプラズマに遠い位置にあるため、隙間30よりも長く巻く必要がある。
【0018】
本発明第二の実施例を図4にしたがって説明する。図4は、本実施例を示す斜視図である。図には半導体処理装置のアンテナ1とチャンバ2のみを示している。本実施例の構成は、第一の実施例と概略同じであるが、コイル状のアンテナ1が本実施例では2ターンとなっている。各ターンの構造は第一の実施例と同様な構造となっており、内側に巻かれた巻線20aと外側に巻かれた巻線20bによって各ターンが構成されている。また、巻線20bの長さとして、巻線20bは巻線20aよりもプラズマに遠い位置にあるため、隙間30よりも長く巻く必要がある。
【0019】
プラズマ生成に用いる高周波電源の周波数が数MHz程度まで低い場合には、アンテナのターン数を3ターン以上にしなければインピーダンスマッチングが取れなくなることがあるが、本実施例と同様な構成で3ターン以上に対応できる。
【0020】
本発明第三の実施例を図5にしたがって説明する。図5は、本実施例を示す斜視図である。図には半導体処理装置のアンテナ1とチャンバ2のみを示している。本実施例の構成は、第一の実施例と概略同じであるが、コイル状のアンテナの構造が異なっている。
【0021】
本実施例では周方向に巻かれる巻線が等しい半径であり、高さ方向に低い位置に巻線20a、高い位置に巻線20bが巻かれる。高さ方向に高い位置に置かれた巻線が生成するプラズマはチャンバの高い位置で生成し、低い位置に置かれた巻線は低い位置にプラズマを生成する。高い位置で生成したプラズマは処理するウェハ上に達するまでに低い位置で生成したプラズマと比較して大きく減衰する。このことから、低い位置に巻かれた巻線20aの隙間30が生成しなかった分を巻線20bで代わりに補うことで軸対称性を向上しているので、巻線20bは隙間30より長くする必要がある。
【0022】
また、巻線20bを巻線20aよりも低い位置に巻いた場合は、逆に巻線20bは隙間30よりも短くする必要がある。
【0023】
本発明の第四の実施例を図6にしたがって説明する。図6は、本実施例を示す断面図である。本実施例の構成は、第一の実施例と概略同じであるが、アンテナ1とチャンバ2の間にファラデーシールド8を設置していることが異なっている。
【0024】
本発明では、誘導的なアンテナが作る周方向の電界について軸対称性を向上するようにしているが、ファラデーシールドが無いと、アンテナとプラズマとの間に容量的な放電が起き、その放電はマッチングボックスから給電線によって給電された部分で強くおきる。よって高精度で軸対称性のよいプラズマを生成する場合にはファラデーシールドは必須である。
【0025】
本実施例においては、アンテナの構造は、実施例1乃至3のどれでもよく、同様の効果が期待できる。
【0026】
【発明の効果】
本発明によれば、数ターンのコイル状アンテナを用いることで、軸対称性の高いプラズマが得ることができるので、装置が簡素化される。また、アンテナのインダクタンスが小さくできるので、1MHz以上の高い周波数帯においても運転可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す断面図である。
【図2】本発明を説明するために用いた半導体処理装置の斜視図である。
【図3】本発明の第1の実施例を示す斜視図である。
【図4】本発明の第2の実施例を示す斜視図である。
【図5】本発明の第3の実施例を示す斜視図である。
【図6】本発明の第4の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
1……アンテナ、2……チャンバ、3……マッチングボックス、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……給電線、10……高周波電源、12……高周波電源、13……ウエハー、20a……巻線、20b……巻線
Claims (2)
- プラズマ生成部に電界を発生するコイル状のアンテナと、
該コイル状のアンテナの給電部に2本の給電線を介して高周波電力を供給するための高周波電源と、
前記高周波電源と前記給電線の間にあって前記アンテナのインピーダンスを高周波電源の出力インピーダンスとマッチングさせるためのマッチングボックスと、
真空雰囲気を提供するために前記プラズマ生成部を取り囲む非導電性材料でできたチャンバと、
該チャンバ内に中性ガスを供給するガス供給装置と、
前記チャンバ内のガスを排気する排気装置と、
処理される半導体基板を置くための電極と、該電極に高周波電界を印加するための高周波電源を備え、
前記アンテナが発生する電界により電子を加速して前記中性ガスを衝突電離することにより前記プラズマ生成部にプラズマを発生させ前記半導体を処理する半導体処理装置において、
前記アンテナが前記チャンバの外側に周方向に巻かれた1ターンコイル状アンテナであり、
前記アンテナは、前記2本の給電線の1つに接続された第1の巻線と前記2本の給電線の他の1つに接続された第2の巻線を含み全体として1ターンの巻き線で構成されており、
前記第1の巻線は前記1ターンの全周を回るよりは短く、該全周に至るための周方向隙間を有限長残し、かつ、前記第2の巻線よりも長く、
前記第2の巻線は周方向に重なる部分が無く、かつ、前記第1の巻線の周方向隙間よりも長く、
該第1、第2の巻線は、前記アンテナの給電部付近で互いに周方向に重なることにより、該第1、第2の巻線の周方向の長さの合計が一周よりも長く、
前記1ターンの巻線が、前記チャンバの外側の同一平面内の半径方向内側の前記第1の巻線と、外側の前記第2の巻線とで構成されており、
前記第2の巻線は前記第1の巻線に比べて前記プラズマ生成部のプラズマから遠い位置にある
ことを特徴とする半導体処理装置。 - プラズマ生成部に電界を発生するコイル状の アンテナと、該コイル状のアンテナの給電部に2本の給電線を介して高周波電力を供給するための高周波電源と、前記高周波電源と前記給電線の間にあって前記アンテナのインピーダンスを高周波電源の出力インピーダンスとマッチングさせるためのマッチングボックスと、真空雰囲気を提供するために前記プラズマ生成部を取り囲む非導電性材料でできたチャンバと、該チャンバ内に中性ガスを供給するガス供給装置と、前記チャンバ内のガスを排気する排気装置と、処理される半導体基板を置くための電極と、該電極に高周波電界を印加するための高周波電源を備え、前記アンテナが発生する電界により電子を加速して前記中性ガスを衝突電離することにより前記プラズマ生成部にプラズマを発生させ前記半導体を処理する半導体処理装置において、
前記アンテナが前記チャンバの外側に周方向に巻かれた1ターンコイル状アンテナであり、
前記アンテナは、前記2本の給電線の1つに接続された第1の巻線と前記2本の給電線の他の1つに接続された第2の巻線を含み全体として1ターンの巻き線で構成されており、
前記第1の巻線は前記1ターンの全周を回るよりは短く、該全周に至るための周方向隙間を有限長残し、かつ、前記第2の巻線よりも長く、
前記第2の巻線は周方向に重なる部分が無く、かつ、前記第1の巻線の周方向隙間よりも長く、
該第1、第2の巻線は、前記アンテナの給電部付近で互いに周方向に重なることにより、該第1、第2の巻線の周方向の長さの合計が一周よりも長く、
前記1ターンの巻線が、前記チャンバの高さ方向に低い位置の前記第1の巻線と、高い位置の前記第2の巻線とで構成されており、
前記第1の巻線は前記第2の巻線に比べて前記半導体基板に対して低い位置にプラズマを生成する
ことを特徴とする半導体処理装置。
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JP25824199A JP4580486B2 (ja) | 1999-09-13 | 1999-09-13 | 半導体処理装置 |
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Family Applications (1)
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JP25824199A Expired - Lifetime JP4580486B2 (ja) | 1999-09-13 | 1999-09-13 | 半導体処理装置 |
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