JP4598253B2

JP4598253B2 - Plasma device

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Publication number: JP4598253B2
Application number: JP2000291691A
Authority: JP
Inventors: 信雄石井
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2000-09-26
Filing date: 2000-09-26
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2020-09-26
Also published as: JP2002100615A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波によりプラズマを生成して所定の処理を行うプラズマ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置やフラットパネルディスプレイの製造において、酸化膜の形成や半導体層の結晶成長、エッチング、またアッシングなどの処理を行うために、プラズマ装置が多用されている。これらのプラズマ装置の中に、アンテナから処理容器内へ高周波を導入して高密度プラズマを発生させる高周波プラズマ装置がある。この高周波プラズマ装置は、プラズマガスの圧力が比較的低くても安定してプラズマを生成することができるので、用途が広いという特色がある。
【０００３】
図８は、従来の高周波プラズマ装置を用いたエッチング装置の構成を示す断面図である。このエッチング装置では、上部が開口した円筒形状の処理容器５１１と、この処理容器５１１の上部開口を塞ぐ誘電体板５１２とにより、密閉容器が形成されている。処理容器５１１の底部には真空排気用の排気口５１５が設けられており、また処理容器５１１の側壁にはエッチングガス導入用のノズル５１７が設けられている。処理容器５１１内には、エッチング対象の基板５２１を置くための載置台５２２が収容されている。この載置台５２２はバイアス用の高周波電源５２６に接続されている。
誘電体板５１２の上部には、この誘電体板５１２を介して処理容器５１１内に高周波を供給するダイポールアンテナ５３０が配置されている。また、誘電体板５１２及びアンテナ５３０の周囲はシールド部材５１８によって覆われている。
アンテナ５３０は給電用の高周波電源５４３に接続されている。
【０００４】
図９は、図８に示したダイポールアンテナ５３０の構成を示す図である。ここで、図９（ａ）は、図８におけるIXa−IXa′線方向からみたアンテナ５３０の平面図、図９（ｂ）は、座標系を示す図である。
ダイポールアンテナ５３０は、誘電体板５１２の主面と平行に直線状に配置された２つの導体棒５３１，５３２を有している。アンテナ５３０上における電磁界の波長をλg とすると、導体棒５３１，５３２の長さは共に略λg/４であり、アンテナ５３０の全長Ｌは略λg/２である。一方、導体棒５３１，５３２の向かい合う端部は離間しており、これらの端部に給電用の高周波電源５４３が接続されている。
ここで、説明の便宜のため、次のように直交座標系を定める。すなわち、導体棒５３１，５３２の中心軸をｘ軸とし、導体棒５３１，５３２の向かい合う端部の中央を原点Ｏとする。また、ｘ軸に直交してかつ誘電体板５１２の主面と平行にｙ軸をとり、誘電体板５１２の主面と垂直にｚ軸をとる。
【０００５】
次に、図８に示したエッチング装置の動作を説明する。
基板５２１を載置台５２２の上面に置いた状態で、処理容器５１１内を所定の真空度にした後、ノズル５１７からエッチングガスを流量制御して供給する。この状態で、高周波電源５４５よりダイポールアンテナ５３０に給電を開始すると、アンテナ５３０の全長Ｌが略λg/２であるので共振が起こり、アンテナ５３０に大きな電流が流れ、アンテナ５３０より高周波が放射される。この高周波は誘電体板５１２を透過して処理容器へ導入される。
処理容器５１１内に導入された高周波の電界は、処理容器５１１内のガスを電離させて、処理対象の基板５２１の上部空間５５０にプラズマを生成する。このプラズマは処理容器５１１内に拡散して行き、載置台５２２に印加されたバイアス電圧（数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚ）によってプラズマのエネルギーや異方性がコントロールされて、エッチング処理に利用される。
【０００６】
図１０は、図９に示したダイポールアンテナ５３０の放射特性を示す概念図であり、図１０（ａ）はｘｚ面における電界強度分布、図１０（ｂ）はｙｚ面における電界強度分布を示している。
ダイポールアンテナ５３０が形成する電界の強度は、アンテナ５３０の中心すなわち原点Ｏで最も強く、原点Ｏからｘ軸方向又はｙ軸方向に離れるにつれて徐々に弱くなって行く。ただし、ダイポールアンテナ５３０より放射される高周波はｘ軸に平行な直線偏波であるので、ｙｚ面における電界強度分布の勾配は緩やかであるが、ｘｚ面における電界強度分布の勾配は急である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図１０に示したような強度分布の電界を用いてプラズマを生成すると、基板５２１の上部空間５５０の外周部（ｘｙ面と平行な面における周縁部）でプラズマの密度が低くなる。
一方、空間５５０で生成されたプラズマは載置台５２２に向かって拡散して行くが、空間５５０の外周部から処理容器５１１の側壁に向かったプラズマは失活するので、仮に上部空間５５０におけるプラズマの密度が均一であったとしても、基板５２１上面の周縁付近に到達するプラズマは中央付近に到達するプラズマよりも少なくなり、基板５２１上面の周縁付近におけるプラズマ密度は中央付近よりも低くなる。
【０００８】
これら２つの相乗作用により、ダイポールアンテナ５３０を用いてプラズマを生成すると、プラズマ密度が低い基板５２１の周縁付近でプラズマ処理速度が遅くなるという問題があった。
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、基板などの被処理体上面の周縁付近におけるプラズマの分布を改善するにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明のプラズマ装置では、処理容器内に高周波を供給するアンテナは、高周波電源に並列に接続された導体線より形成された周囲長が等しい巻数が１未満のループを複数備え、これらのループは、そのループ面が処理容器内に収容された載置台と対向するように配置されていることを特徴とする。このように、ループによってアンテナを構成したことにより、載置台に置かれた被処理体上面の周縁と対向する位置に強い電界を作り、この領域に高密度のプラズマを生成することができる。これにより、処理容器内壁に向かい失活するプラズマがあっても、被処理体上面の周縁付近におけるプラズマの分布を改善することができる。
【００１０】
ここで、アンテナは、載置台の中央部と対向する位置に配置されると共に高周波電源の一端に接続された第１の導体部材と、この第１の導体部材の周囲に配置されると共に高周波電源の他端に接続された第２の導体部材とを更に備え、ループを形成する導体線のそれぞれが、第１の導体部材に一端が接続され、第２の導体部材に他端が接続され、第２の導体部材の外側でループを形成している構成にしてもよい。
また、アンテナは、載置台の中央部と対向する位置に配置されると共に高周波電源に接続された第１の導体部材と、この第１の導体部材の周囲に配置されると共に接地された第２の導体部材とを更に備え、ループを形成する導体線のそれぞれが、第１の導体部材に一端が接続され、第２の導体部材に他端が接続され、第２の導体部材の外側でループを形成している構成としてもよい。
【００１１】
また、アンテナのループの一部が、載置台に置かれる被処理体の周縁と対向するように配置されるようにしてもよい。
また、アンテナの複数のループは、載置台に垂直な軸の周りに回転対称となるように等間隔で配置されるようにしてもよい。このように構成すると、各ループの外周部（すなわち第１，第２の導体部材から遠い部分）における同位相の高周波電流の作用により、それぞれのループの外周部を繋いだ領域にループ状電流が形成されたのと同様の効果が得られる。このループ状電流の径は各導体線のそれぞれが形成するループの径よりも大きいので、このループ状電流により擬似的に径が大きいループのアンテナを形成することができる。
【００１２】
また、アンテナが偶数個のループを有し、これらのループが同一平面上に配置されている場合、偶数個のループは、これらのループと同一平面上にあり第１の導体部材の中心を通る直線に対して対称に配置され、この直線に対して一方の側に位置する複数のループは、載置台に垂直な軸の周りに回転対称となるように等間隔で配置されるようにしてもよい。このように構成すると、各ループの外周部における高周波電流の作用により２つのダイポール電流が形成され、各ループの基部すなわち各導体線が第１，第２の導体部材と接続された部分である接続部付近における高周波電流の作用により１つのダイポール電流が形成される。すなわち、擬似的に多重のダイポールアンテナを形成することができる。
【００１３】
また、アンテナのループの周囲長を、そのループを形成する導体線を流れる高周波電流の波長の略自然数倍としてもよい。これにより、共振が起こり大きい高周波電流が流れるので、高出力を得られる。
また、アンテナのループの周囲長を、そのループを形成する導体線を流れる高周波電流の波長より短くしてもよい。
また、アンテナのループの周囲長を、そのループを形成する導体線を流れる高周波電流の波長と等しくしてもよい。
また、アンテナのループの周囲長を、そのループを形成する導体線を流れる高周波電流の波長の略１／４にしてもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。ここでは、本発明によるプラズマ装置をエッチング装置に適用した場合を例に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態であるエッチング装置の構成を示す断面図である。
このエッチング装置は、上部が開口した円筒形状の処理容器１１を有している。この処理容器１１は、アルミニウムなどの導体部材で形成されている。
処理容器１１の上部開口には、厚さ２０〜３０ｍｍ程度の石英ガラス又は（Ａｌ₂ Ｏ₃ やＡｌＮなどの）セラミックなどからなる誘電体板１２が配置されている。処理容器１１と誘電体板１２との接合部はＯリングなどのシール部材１３を介在させており、これにより処理容器１１内部の気密性を確保している。
【００１５】
処理容器１１の底部には、セラミックなどからなる絶縁板１４が設けられている。また、この絶縁板１４及び処理容器１１底部を貫通する排気口１５が設けられており、この排気口１５に連通する真空ポンプ（図示せず）により、処理容器１１内を所望の真空度にすることができる。
また、処理容器１１の側壁には、処理容器１１内にＡｒなどのプラズマガスを導入するためのプラズマガス供給ノズル１６と、エッチングガスを導入するための処理ガス供給ノズル１７とが上下に設けられている。これらのノズル１６，１７は石英パイプなどで形成される。
【００１６】
処理容器１１内には、エッチング対象の基板（被処理体）２１を上面に置く載置台２２が収容されている。この載置台２２は、処理容器１１の底部を遊貫する昇降軸２３によって支持されており、上下動自在となっている。載置台２２はまた、マッチングボックス２５を介して、周波数範囲が数百ｋＨｚ〜十数ＭＨｚであるバイアス用の高周波電源２６に接続されている。なお、処理容器１１内の気密性を確保するため、載置台２２と絶縁板１４との間に、昇降軸２３を囲むようにベローズ２４が設けられている。
また、誘電体板１２の上部には、この誘電体板１２を介して処理容器１１内に高周波を供給するアンテナ３０が配置されている。このアンテナ３０は、誘電体板１２により処理容器１１から隔離されており、処理容器１１内で生成されるプラズマから保護されている。
【００１７】
また、誘電体板１２及びアンテナ３０の周囲は、底部が開口している円筒形状のシールド部材１８によって覆われている。このシールド部材１８は、例えばアルミニウムなどの金属で形成され、接地されている。アンテナ３０から放射された高周波は、このシールド部材１８により遮蔽されるので、高周波がエッチング装置の外部に漏れることはない。
アンテナ３０はマッチングボックス４２を介して給電用の高周波電源４３に接続されている。高周波電源４３からは、周波数が１００ＭＨｚ〜８ＧＨｚの高周波が出力される。また、マッチングボックス４２によってインピーダンスのマッチングを図ることにより、電力の使用効率を向上させることができる。
【００１８】
次に、図１に示したアンテナ３０の構成を説明する。図２は、このアンテナ３０の構成を示す図である。ここで、図２（ａ）は、図１におけるIIa−IIa′線方向からみたアンテナ３０の平面図であり、図２（ｂ）は、座標系を示す図である。
載置台２２の中央部の上方位置すなわち誘電体板１２の中央部には、円柱状の導体柱（第１の導体部材）３２が配置されており、この導体柱３２の周囲には、円筒状の導体リング（第２の導体部材）３３が配置されている。導体柱３２はマッチングボックス４２を介して高周波電源４３の一端に接続され、導体リング３３は同じくマッチングボックス４２を介して高周波電源４３の他端に接続されている。
【００１９】
導体柱３２と導体リング３３との間には、導体リング３３の外側で略円形のループを形成する４つの導体線３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄが、高周波電源４３に対して並列に接続されている。
各導体線３１Ａ〜３１Ｄは、導体柱３２の周りに９０゜間隔で配置されている。すなわち、各導体線３１Ａ〜３１Ｄが形成するループは、導体柱３２を中心として、載置台２２に垂直な軸の周りに回転対称となるように等間隔で配置されている。これらのループ（導体線３１Ａ〜３１Ｄ）は、それぞれのループ面が載置台２２と対向するように同一平面上に配置されている。このとき、各ループ（導体線３１Ａ〜３１Ｄ）の外周部（すなわち、導体柱３２から最も遠い部分）が載置台２２上に置かれる基板２１の周縁の直上付近にくるように配置される。
【００２０】
導体線３１Ａ〜３１Ｄと導体リング３３とが交差する部分の構造を、導体線３１Ｃを例に挙げて説明する。図３は、図２におけるIII−III′線方向の断面図である。導体リング３３には貫通孔が形成されており、導体線３１Ｃはこの貫通孔内を通って導体リング３３の内側から外側へとのびている。また、貫通孔内における導体線３１Ｃと導体リング３３との接触を避けるため、貫通孔の内壁には絶縁部材３４が取り付けられている。他の導体線３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｄについても同様である。
【００２１】
以上の導体線３１Ａ〜３１Ｄ、導体柱３２及び導体リング３３は、銅又はアルミニウムなどで形成される。また、各導体線３１Ａ〜３１Ｄは同じ部材で形成され、各導体線３１Ａ〜３１Ｄのインピーダンス、各導体線３１Ａ〜３１Ｄが形成するループの形状及び周囲長はすべて等しい。ここでは、各ループ（導体線３１Ａ〜３１Ｄ）の周囲長を、導体線３１Ａ〜３１Ｄを流れる高周波電流の波長λg と等しいものとする。
【００２２】
次に、図２（ａ）を用いてアンテナ３０の動作について説明する。
４つの導体線３１Ａ〜３１Ｄは高周波電源４３から電気的に等距離にある導体柱３２の側壁下端に接続され、またそれぞれのインピーダンスは等しいので、各導体線３１Ａ〜３１Ｄは等位相かつ等振幅で給電される。また、各導体線３１Ａ〜３１Ｄが形成するループの周囲長がλg であるので、各導体線３１Ａ〜３１Ｄに供給された高周波電流は共振して定在波となる。
このとき、各ループ（導体線３１Ａ〜３１Ｄ）の基部、すなわち各導体線３１Ａ〜３１Ｄが導体柱３２及び導体リング３３と接続された部分である接続部付近では、隣り合う導体線の高周波電流（図２（ａ）の細い実線矢印を参照）が逆方向に流れることになるので、その高周波電流の効果は互いにキャンセルされる。
【００２３】
その一方で、導体線３１Ａ〜３１Ｄに同位相の定在波が生じることにより、各ループ（導体線３１Ａ〜３１Ｄ）の外周部には、同位相の大きい高周波電流（図２（ａ）の太い実線矢印を参照）が流れる。これらの同位相の高周波電流により、各ループ（導体線３１Ａ〜３１Ｄ）の外周部を繋いだ領域にループ状電流（図２（ａ）の太い点線を参照）が形成されたのと同様の効果が得られる。このループ状電流の径は各導体線３１Ａ〜３１Ｄが形成するループの径よりも大きいので、このループ状電流により擬似的に径が大きいループのアンテナが形成される。
ループの径が小さいほどインダクタンスが小さいので、このアンテナ３０は径が大きいループのアンテナと等価でありながら、そのインダクタンスは相対的に小さい。よって、同じパワーの高周波電源４３を用いて給電しても、より大きい電流を流せるので、高利得を得られる。また、このアンテナ３０は共振を利用して大きい電流が流れるようにしているので、高出力を得られる。
【００２４】
図４は、図１に示したアンテナ３０の放射特性を示す概念図である。ここで、図４（ａ）は、図２（ａ）の太い点線で示したループ状電流の図であり、図４（ｂ）は、ｘｚ面における電界強度分布の図である。前述したようにアンテナ３０は径が大きい１つのループアンテナとして作用し、図２（ａ）の太い点線で示したループ状電流により電界が作られる。したがって、ｘｚ面における電界強度分布は図４（ｂ）に示すようになり、上記ループ状電流の近く、すなわち各導体線３１Ａ〜３１Ｄが形成するループの外周部を繋いだ領域の近くで強い電界が作られる。ｙｚ面における電界強度分布も図４（ｂ）と同様になり、やはり上記ループ状電流の近くで強い電界が作られる。
【００２５】
次に、図１に示したエッチング装置の動作を説明する。
基板２１を載置台２２の上面に置いた状態で、処理容器１１内を例えば０．０１〜１０Ｐａ程度の真空度にする。この真空度を維持しつつ、プラズマガス供給ノズル１６からプラズマガスとしてＡｒを供給し、処理ガス供給ノズル１７からＣＦ₄ などのエッチングガスを流量制御して供給する。
処理容器１１内にプラズマガス及びエッチングガスが供給された状態で、高周波電源４３よりアンテナ３０に給電する。これによりアンテナ３０から高周波が放射される。この高周波は誘電体板１２を透過して処理容器１１内に導入され、処理容器１１内に電界を形成する。
【００２６】
その電界強度分布は図４（ｂ）に示したようになり、図２（ａ）の太い点線で示したループ状電流の近く、すなわち各導体線３１Ａ〜３１Ｄが形成するループの外周部を繋いだ領域の近くで他の領域より強い電界が作られる。前述したように各ループ（導体線３１Ａ〜３１Ｄ）の外周部は処理対象の基板２１の周縁の直上付近に位置しているので、基板２１の周縁の直上付近で比較的強い電界が作られることになる。
このような強度分布をもつ電界は処理容器１１内のＡｒを電離させて、基板２１の上部空間５０にプラズマを生成する。電界強度が大きいほど効率的にプラズマが生成されるので、空間５０の外周部である基板２１周縁の直上付近におけるプラズマの密度が他の領域より高くなる。
【００２７】
このエッチング装置では、空間５０で生成されたプラズマは、拡散しつつ下降して行く。空間５０の外周部から処理容器１１内壁に向かい失活するプラズマもあるが、空間５０の外周部には比較的高密度にプラズマが存在しているので、基板２１上面の周縁付近に到達するプラズマを中央付近に到達するプラズマと同程度とすることができる。この結果、基板２１上面におけるプラズマ密度を均一にすることができるので、このプラズマによるエッチング処理の処理速度を基板２１の全域で一定にすることができる。
なお、ここではアンテナ３０のループ（導体線３１Ａ〜３１Ｄ）の周囲長を、導体線３１Ａ〜３１Ｄを流れる高周波電流の波長λg と等しいとしたが、λg の自然数倍としてもよい。
また、アンテナ３０が４つの導体線３１Ａ〜３１Ｄを有している場合を例にして説明したが、導体線は２つ以上であればよい。
【００２８】
（第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２の実施の形態であるエッチング装置で使用されるアンテナの構成を示す平面図である。この図において、図２（ａ）と同一部分を同一符号をもって示し、適宜その説明を省略する。
図５に示すアンテナ１３０は、４つの導体線１３１Ａ，１３１Ｂ，１３１Ｃ，１３１Ｄがそれぞれ形成するループの周囲長を、その導体線１３１Ａ〜１３１Ｄを流れる高周波電流の波長λg より短くしたものである。ここでは、ループ（導体線１３１Ａ〜１３１Ｄ）の周囲長をλg/４程度とする。
導体柱１３２はマッチングボックス１４２を介して高周波電源４３に接続されているが、導体リング１３３は接地されている。
【００２９】
各導体線１３１Ａ〜１３１Ｄは等振幅かつ等位相で給電される。このとき各導体線１３１Ａ〜１３１Ｄにはそれぞれの両端間で振幅が正弦波的に変化する高周波電流が流れる。これら４つのループ（導体線１３１Ａ〜１３１Ｄ）により、複数の電流素子からなるアンテナが形成される。
各導体線１３１Ａ〜１３１Ｄに流れる高周波電流の振幅は、導体柱１３２に接続される一端で零であり、両端間で正弦波的に変化して、導体リング１３３に接続される他端で最大となる。したがって、各導体線１３１Ａ〜１３１Ｄの他端が接続される導体リング１３３の直径を変化させることにより、各導体線１３１Ａ〜１３１Ｄにおいて大きい高周波電流の流れる箇所を処理容器１１の径方向で調整することができる。
【００３０】
導体線１３１Ａ〜１３１Ｄを流れる高周波電流が処理容器１１内に誘導電界を形成して、処理対象である基板２１の上部空間５０にプラズマを生成するのは、図１，図２（ａ）に示したアンテナ３０と同じである。よって、このアンテナ１３０でも、基板２１周縁の直上付近において大きい高周波電流が流れるように調整することで、空間５０の外周部におけるプラズマの密度を高くし、基板２１上面におけるプラズマの分布を改善することができるので、従来よりも均一な速度で基板２１の全域をエッチング処理することができる。
【００３１】
（第３の実施の形態）
図６は、本発明の第３の実施の形態であるエッチング装置で使用されるアンテナの構成を示す平面図である。
図６に示すアンテナ２３０は、４つの導体線の接続を変化させたものである。各導体線２３１Ａ，２３１Ｂ，２３１Ｃ，２３１Ｄが導体柱３２の周りに９０゜間隔で配置されていることは、図２（ａ）に示したアンテナ３０と同様である。ただし、導体線２３１Ａ，２３１Ｂがそれぞれ形成するループと導体線２３１Ｄ，２３１Ｃがそれぞれ形成するループとは、導体柱３２の中心を通るｙ軸に対して対称となるように、導体柱３２及び導体リング３３と接続されている。また、導体線２３１Ａが形成するループと導体線２３１Ｂが形成するループとは、導体柱３２を中心として載置台２２に垂直な軸の周りに９０゜回転対称となるように導体柱３２及び導体リング３３と接続され、導体線２３１Ｃが形成するループと導体線２３１Ｄが形成するループとは、同じく導体柱３２を中心として載置台２２に垂直な軸の周りに９０゜回転対称となるように導体柱３２及び導体リング３３と接続されている。
【００３２】
各導体線２３１Ａ〜２３１Ｄがそれぞれ形成するループは、二等辺三角形の角を丸めた形状をしている。ここでは、各ループ（導体線２３１Ａ〜２３１Ｄ）の周囲長を、導体線２３１Ａ〜２３１Ｄを流れる高周波電流の波長λg と等しいものとする。その他の点は図２（ａ）に示したアンテナ３０と同様であるので、その説明を省略する。
【００３３】
図７は、図６に示したアンテナ２３０の動作を説明するための図であり、図７（ａ）はアンテナに形成されるダイポール電流を示しており、図７（ｂ）はｘｚ面における電界強度分布を示している。
アンテナ２３０では、図２（ａ）に示したアンテナ３０と同様に、各導体線２３１Ａ〜２３１Ｄは等位相かつ等振幅で給電され、また各導体線２３１Ａ〜２３１Ｄに供給された高周波電流は共振して定在波となる。
【００３４】
このとき、各導体線２３１Ａ〜２３１Ｄが形成するループの外周部における大きい高周波電流ＩＡ２〜ＩＤ２が、ループ（導体線２３１Ａ〜２３１Ｄ）の外周部付近に２つのダイポール電流Ｉ１，Ｉ２を形成する。具体的には、導体線２３１Ａ，２３１Ｂが形成するループの外周部における高周波電流ＩＡ２，ＩＢ２がダイポール電流Ｉ１を形成し、導体線２３１Ｃ，２３１Ｄが形成するループの外周部における高周波電流ＩＣ２，ＩＤ２がダイポール電流Ｉ２を形成する。さらに、各導体線２３１Ａ〜２３１Ｄの接続部付近における高周波電流ＩＡ１〜ＩＤ１，ＩＡ３〜ＩＤ３で、相互にキャンセルされずに残ったものが、ダイポール電流Ｉ３を形成する。このように、擬似的に多重のダイポールアンテナが形成される。したがって、ｘｚ面における電界強度分布は図７（ｂ）に示すようになり、ダイポール電流Ｉ１〜Ｉ３の近くで強い電界が作られる。
【００３５】
ダイポール電流Ｉ１〜Ｉ３が処理容器１１内に誘導電界を形成して、処理対象である基板２１の上部空間５０にプラズマを生成するのは、図２（ａ）に示したアンテナ３０と同じである。ダイポール電流Ｉ１，Ｉ２は導体線２３１Ａ〜２３１Ｄがそれぞれ形成するループの外周部付近に作られるので、空間５０の外周部におけるプラズマの密度を高くし、基板２１上面の周縁付近におけるプラズマの密度を高くすることができる。これにより、基板２１上面の周縁付近におけるエッチング速度を従来より速くすることができる。
なお、アンテナ２３０が４つの導体線２３１Ａ〜２３１Ｄを有している場合を例にして説明したが、導体線は２つ以上の偶数であればよい。この場合、ｙ軸に対して一方の側（例えばｘ＞０）に位置する複数のループを、導体柱３２を中心として載置台２２に垂直な軸の周りに回転対称となるように等間隔で配置するとよい。ｙ軸に対して他方の側（例えばｘ＜０）に位置する複数のループについても同様である。
【００３６】
以上では本発明のプラズマ装置をエッチング装置に適用した場合を例に説明したが、例えばプラズマＣＶＤ装置などの他のプラズマ装置に適用してもよいことは言うまでもない。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のプラズマ装置では、処理容器内に高周波を供給するアンテナとして、それぞれがループを形成する複数の導体線を高周波電源に並列に接続して構成したものを使用する。これにより、載置台上に置かれた被処理体上面の周縁と対向する位置に強い電界を作り、この領域に高密度のプラズマを生成することができる。したがって、処理容器内壁に向かい失活するプラズマがあっても、被処理体上面の周縁付近におけるプラズマの分布を高くすることができる。この結果、この領域での処理速度を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態であるエッチング装置の構成を示す断面図である。
【図２】図１に示したアンテナの構成を示す図である。
【図３】図２におけるIII−III′線方向の断面図である。
【図４】図１に示したアンテナの放射特性を示す概念図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態であるエッチング装置で使用されるアンテナの構成を示す平面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態であるエッチング装置で使用されるアンテナの構成を示す平面図である。
【図７】図６に示したアンテナの作用効果を説明するための図である。
【図８】従来の高周波プラズマ装置を用いたエッチング装置の構成を示す断面図である。
【図９】図８に示したダイポールアンテナの構成を示す図である。
【図１０】図９に示したダイポールアンテナの放射特性を示す概念図である。
【符号の説明】
１１…処理容器、１２…誘電体板、２１…基板（被処理体）、２２…載置台、３０，１３０，２３０…アンテナ、４３…高周波電源、３１Ａ〜３１Ｄ，１３１Ａ〜１３１Ｄ，２３１Ａ〜２３１Ｄ…導体線、３２，１３２…導体柱（第１の導体部材）、３３，１３３…導体リング（第２の導体部材）。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma apparatus that generates plasma with high frequency and performs a predetermined process.
[0002]
[Prior art]
In the manufacture of semiconductor devices and flat panel displays, plasma devices are frequently used to perform processes such as oxide film formation, semiconductor layer crystal growth, etching, and ashing. Among these plasma devices, there is a high-frequency plasma device that generates high-density plasma by introducing a high frequency from an antenna into a processing vessel. This high-frequency plasma apparatus can generate plasma stably even if the pressure of the plasma gas is relatively low, and thus has a feature that it is widely used.
[0003]
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a configuration of an etching apparatus using a conventional high-frequency plasma apparatus. In this etching apparatus, a sealed container is formed by a cylindrical processing container 511 having an upper opening and a dielectric plate 512 that closes the upper opening of the processing container 511. An exhaust port 515 for vacuum exhaust is provided at the bottom of the processing container 511, and a nozzle 517 for introducing an etching gas is provided on the side wall of the processing container 511. In the processing container 511, a mounting table 522 for placing a substrate 521 to be etched is accommodated. The mounting table 522 is connected to a high frequency power source 526 for bias.
On top of the dielectric plate 512, a dipole antenna 530 for supplying a high frequency into the processing container 511 via the dielectric plate 512 is disposed. The periphery of the dielectric plate 512 and the antenna 530 is covered with a shield member 518.
The antenna 530 is connected to a high frequency power supply 543 for power feeding.
[0004]
FIG. 9 is a diagram showing the configuration of the dipole antenna 530 shown in FIG. Here, FIG. 9A is a plan view of the antenna 530 viewed from the direction of the line IXa-IXa ′ in FIG. 8, and FIG. 9B is a diagram showing a coordinate system.
The dipole antenna 530 has two conductor rods 531 and 532 arranged linearly in parallel with the main surface of the dielectric plate 512. Assuming that the wavelength of the electromagnetic field on the antenna 530 is λg, the lengths of the conductor rods 531 and 532 are both approximately λg / 4, and the total length L of the antenna 530 is approximately λg / 2. On the other hand, the opposing ends of the conductor rods 531 and 532 are separated from each other, and a high frequency power source 543 for power feeding is connected to these ends.
Here, for convenience of explanation, an orthogonal coordinate system is defined as follows. That is, the central axis of the conductor rods 531 and 532 is the x-axis, and the center of the opposite ends of the conductor rods 531 and 532 is the origin O. Further, the y axis is perpendicular to the x axis and parallel to the principal surface of the dielectric plate 512, and the z axis is perpendicular to the principal surface of the dielectric plate 512.
[0005]
Next, the operation of the etching apparatus shown in FIG. 8 will be described.
With the substrate 521 placed on the upper surface of the mounting table 522, the inside of the processing container 511 is set to a predetermined degree of vacuum, and then the etching gas is supplied from the nozzle 517 while controlling the flow rate. In this state, when power supply to the dipole antenna 530 is started from the high frequency power source 545, resonance occurs because the total length L of the antenna 530 is approximately λg / 2, a large current flows through the antenna 530, and a high frequency is radiated from the antenna 530. . This high frequency is transmitted through the dielectric plate 512 and introduced into the processing container.
The high-frequency electric field introduced into the processing container 511 ionizes the gas in the processing container 511 and generates plasma in the upper space 550 of the substrate 521 to be processed. The plasma diffuses into the processing container 511, and the energy and anisotropy of the plasma are controlled by a bias voltage (several hundred kHz to several MHz) applied to the mounting table 522, and used for the etching process.
[0006]
FIG. 10 is a conceptual diagram showing the radiation characteristics of the dipole antenna 530 shown in FIG. 9, where FIG. 10 (a) shows the electric field strength distribution on the xz plane, and FIG. 10 (b) shows the electric field strength distribution on the yz plane. Yes.
The intensity of the electric field formed by the dipole antenna 530 is strongest at the center of the antenna 530, that is, the origin O, and gradually decreases as the distance from the origin O in the x-axis direction or the y-axis direction. However, since the high frequency radiated from the dipole antenna 530 is linearly polarized wave parallel to the x axis, the gradient of the electric field intensity distribution on the yz plane is gentle, but the gradient of the electric field intensity distribution on the xz plane is steep.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
When plasma is generated using an electric field having an intensity distribution as shown in FIG. 10, the plasma density is reduced at the outer peripheral portion (peripheral portion in a plane parallel to the xy plane) of the upper space 550 of the substrate 521.
On the other hand, the plasma generated in the space 550 diffuses toward the mounting table 522, but the plasma from the outer periphery of the space 550 toward the side wall of the processing vessel 511 is deactivated. Even if the density is uniform, the plasma reaching the periphery of the upper surface of the substrate 521 is less than the plasma reaching the center, and the plasma density near the periphery of the upper surface of the substrate 521 is lower than the vicinity of the center.
[0008]
Due to these two synergistic effects, when plasma is generated using the dipole antenna 530, there is a problem that the plasma processing speed is reduced in the vicinity of the periphery of the substrate 521 having a low plasma density.
The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to improve the plasma distribution in the vicinity of the periphery of the upper surface of an object to be processed such as a substrate.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
 In order to achieve such an object, in the plasma apparatus of the present invention, the antenna for supplying a high frequency into the processing vessel has the same circumference length formed by the conductor wire connected in parallel to the high frequency power source.The number of turns is less than 1A plurality of loops are provided, and these loops are arranged so that their loop surfaces face a mounting table accommodated in the processing container. Thus, by configuring the antenna with the loop, a strong electric field can be created at a position facing the periphery of the upper surface of the object to be processed placed on the mounting table, and high-density plasma can be generated in this region. Thereby, even if there is plasma deactivated toward the inner wall of the processing container, the plasma distribution in the vicinity of the periphery of the upper surface of the object to be processed can be improved.
[0010]
Here, the antenna is disposed at a position facing the central portion of the mounting table and is connected to one end of the high-frequency power source, and is disposed around the first conductor member and is also disposed at the high-frequency power source. A second conductor member connected to the other end of each of the conductor wires, and each of the conductor wires forming the loop has one end connected to the first conductor member and the other end connected to the second conductor member, The loop may be formed outside the second conductor member.
The antenna is disposed at a position facing the central portion of the mounting table and connected to the high frequency power source, and the second conductor is disposed around the first conductor member and is grounded. Each of the conductor wires forming a loop, one end of which is connected to the first conductor member, the other end of the conductor wire is connected to the second conductor member, and the loop outside the second conductor member. It is good also as a structure which forms.
[0011]
Moreover, you may make it arrange | position so that a part of loop of an antenna may oppose the periphery of the to-be-processed object placed on a mounting base.
The plurality of loops of the antenna may be arranged at equal intervals so as to be rotationally symmetric about an axis perpendicular to the mounting table. With this configuration, the loop current is generated in the region connecting the outer peripheral portions of the respective loops by the action of the high-frequency current having the same phase in the outer peripheral portion of each loop (that is, the portion far from the first and second conductor members). The same effect as that formed can be obtained. Since the diameter of the loop current is larger than the diameter of the loop formed by each conductor wire, a loop antenna having a pseudo diameter can be formed by the loop current.
[0012]
When the antenna has an even number of loops and these loops are arranged on the same plane, the even number of loops are on the same plane as these loops and pass through the center of the first conductor member. A plurality of loops arranged symmetrically with respect to a straight line and positioned on one side with respect to the straight line may be arranged at equal intervals so as to be rotationally symmetric about an axis perpendicular to the mounting table. Good. With this configuration, two dipole currents are formed by the action of the high-frequency current at the outer peripheral portion of each loop, and the base portion of each loop, that is, the connection where the conductor wires are connected to the first and second conductor members One dipole current is formed by the action of the high-frequency current near the portion. That is, a pseudo multiple dipole antenna can be formed.
[0013]
 Further, the perimeter of the loop of the antenna may be approximately a natural number times the wavelength of the high-frequency current flowing through the conductor wire forming the loop. Thereby, resonance occurs and a large high-frequency current flows, so that a high output can be obtained.
 Further, the perimeter of the loop of the antenna may be shorter than the wavelength of the high frequency current flowing through the conductor wire forming the loop.
Further, the perimeter of the loop of the antenna may be made equal to the wavelength of the high frequency current flowing through the conductor wire forming the loop.
Further, the perimeter of the loop of the antenna may be set to about 1/4 of the wavelength of the high-frequency current flowing through the conductor wire forming the loop.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Here, a case where the plasma apparatus according to the present invention is applied to an etching apparatus will be described as an example.
(First embodiment)
FIG. 1 is a sectional view showing the configuration of an etching apparatus according to the first embodiment of the present invention.
This etching apparatus has a cylindrical processing container 11 having an upper opening. The processing container 11 is formed of a conductor member such as aluminum.
In the upper opening of the processing vessel 11, quartz glass having a thickness of about 20 to 30 mm or (Al₂ O_Three A dielectric plate 12 made of ceramic (such as AlN) is disposed. The joint between the processing container 11 and the dielectric plate 12 is interposed with a seal member 13 such as an O-ring, thereby ensuring the airtightness inside the processing container 11.
[0015]
An insulating plate 14 made of ceramic or the like is provided at the bottom of the processing container 11. Further, an exhaust port 15 penetrating the insulating plate 14 and the bottom of the processing vessel 11 is provided, and the inside of the processing vessel 11 is set to a desired degree of vacuum by a vacuum pump (not shown) communicating with the exhaust port 15. be able to.
Further, a plasma gas supply nozzle 16 for introducing a plasma gas such as Ar into the processing container 11 and a processing gas supply nozzle 17 for introducing an etching gas are provided on the side wall of the processing container 11. ing. These nozzles 16 and 17 are formed of a quartz pipe or the like.
[0016]
In the processing container 11, a mounting table 22 is accommodated on which an etching target substrate (target object) 21 is placed. The mounting table 22 is supported by an elevating shaft 23 that penetrates the bottom of the processing container 11 and is movable up and down. The mounting table 22 is also connected via a matching box 25 to a bias high frequency power supply 26 having a frequency range of several hundred kHz to several tens of MHz. A bellows 24 is provided between the mounting table 22 and the insulating plate 14 so as to surround the elevating shaft 23 in order to ensure airtightness in the processing container 11.
In addition, an antenna 30 for supplying a high frequency into the processing container 11 via the dielectric plate 12 is disposed on the top of the dielectric plate 12. The antenna 30 is isolated from the processing container 11 by the dielectric plate 12 and is protected from plasma generated in the processing container 11.
[0017]
The periphery of the dielectric plate 12 and the antenna 30 is covered with a cylindrical shield member 18 whose bottom is open. The shield member 18 is made of a metal such as aluminum and is grounded. Since the high frequency radiated from the antenna 30 is shielded by the shield member 18, the high frequency does not leak outside the etching apparatus.
The antenna 30 is connected to a high-frequency power supply 43 for feeding through a matching box 42. A high frequency having a frequency of 100 MHz to 8 GHz is output from the high frequency power supply 43. Further, by using the matching box 42 to perform impedance matching, the power use efficiency can be improved.
[0018]
Next, the configuration of the antenna 30 shown in FIG. 1 will be described. FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the antenna 30. Here, FIG. 2A is a plan view of the antenna 30 viewed from the direction of the line IIa-IIa ′ in FIG. 1, and FIG. 2B is a diagram showing a coordinate system.
A columnar conductor column (first conductor member) 32 is disposed at a position above the center of the mounting table 22, that is, at the center of the dielectric plate 12. A cylindrical shape is disposed around the conductor column 32. The conductor ring (second conductor member) 33 is disposed. The conductor column 32 is connected to one end of the high-frequency power source 43 through the matching box 42, and the conductor ring 33 is connected to the other end of the high-frequency power source 43 through the matching box 42.
[0019]
Between the conductor pillar 32 and the conductor ring 33, four conductor lines 31 A, 31 B, 31 C, 31 D forming a substantially circular loop outside the conductor ring 33 are connected in parallel to the high-frequency power source 43. Yes.
Each of the conductor lines 31 A to 31 D is disposed around the conductor column 32 at 90 ° intervals. That is, the loops formed by the conductor lines 31 A to 31 D are arranged at equal intervals so as to be rotationally symmetric about an axis perpendicular to the mounting table 22 with the conductor column 32 as the center. These loops (conductor lines 31 A to 31 D) are arranged on the same plane so that each loop surface faces the mounting table 22. At this time, it arrange | positions so that the outer peripheral part (namely, part furthest from the conductor pillar 32) of each loop (conductor wire 31A-31D) may come to the immediate vicinity of the periphery of the board | substrate 21 set | placed on the mounting base 22. FIG.
[0020]
The structure of the portion where the conductor wires 31A to 31D and the conductor ring 33 intersect will be described by taking the conductor wire 31C as an example. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III ′ in FIG. A through hole is formed in the conductor ring 33, and the conductor wire 31 C extends from the inside to the outside of the conductor ring 33 through the inside of the through hole. Further, in order to avoid contact between the conductor wire 31C and the conductor ring 33 in the through hole, an insulating member 34 is attached to the inner wall of the through hole. The same applies to the other conductor wires 31A, 31B, 31D.
[0021]
The conductor wires 31A to 31D, the conductor pillar 32, and the conductor ring 33 are formed of copper or aluminum. The conductor lines 31A to 31D are formed of the same member, and the impedance of the conductor lines 31A to 31D, the shape of the loop formed by the conductor lines 31A to 31D, and the peripheral length are all equal. Here, it is assumed that the circumference of each loop (conductor lines 31A to 31D) is equal to the wavelength λg of the high-frequency current flowing through the conductor lines 31A to 31D.
[0022]
Next, the operation of the antenna 30 will be described with reference to FIG.
The four conductor lines 31A to 31D are connected to the lower end of the side wall of the conductor column 32 that is electrically equidistant from the high-frequency power supply 43, and the respective impedances are equal, so that the conductor lines 31A to 31D have the same phase and the same amplitude. Power is supplied. Further, since the circumference of the loop formed by the conductor lines 31A to 31D is λg, the high-frequency current supplied to the conductor lines 31A to 31D resonates and becomes a standing wave.
At this time, at the base of each loop (conductor wires 31A to 31D), that is, in the vicinity of the connection portion where each conductor wire 31A to 31D is connected to the conductor column 32 and the conductor ring 33, the high frequency current ( 2 (see the thin solid arrow in FIG. 2A) flows in the opposite direction, so that the effects of the high-frequency currents are cancelled.
[0023]
On the other hand, when a standing wave having the same phase is generated in the conductor wires 31A to 31D, a high-frequency current having a large in-phase (thickness of FIG. Flows). The same effect as that when the loop current (see the thick dotted line in FIG. 2A) is formed in the region connecting the outer peripheral portions of the loops (conductor wires 31A to 31D) by these high-frequency currents having the same phase. Is obtained. Since the diameter of the loop current is larger than the diameter of the loop formed by each of the conductor wires 31A to 31D, a loop antenna having a pseudo large diameter is formed by the loop current.
The smaller the loop diameter, the smaller the inductance. Therefore, the antenna 30 is equivalent to a loop antenna having a larger diameter, but the inductance is relatively small. Therefore, even if power is supplied using the high-frequency power supply 43 with the same power, a larger current can flow, so that a high gain can be obtained. Further, since this antenna 30 uses resonance to allow a large current to flow, a high output can be obtained.
[0024]
FIG. 4 is a conceptual diagram showing the radiation characteristics of the antenna 30 shown in FIG. Here, FIG. 4A is a diagram of the loop current indicated by the thick dotted line in FIG. 2A, and FIG. 4B is a diagram of the electric field intensity distribution on the xz plane. As described above, the antenna 30 acts as one loop antenna having a large diameter, and an electric field is generated by the loop current indicated by the thick dotted line in FIG. Therefore, the electric field intensity distribution on the xz plane is as shown in FIG. 4B, and a strong electric field is present near the loop current, that is, near the region connecting the outer circumferences of the loops formed by the conductor lines 31A to 31D. Is made. The electric field intensity distribution on the yz plane is the same as that shown in FIG. 4B, and a strong electric field is produced near the loop current.
[0025]
Next, the operation of the etching apparatus shown in FIG. 1 will be described.
With the substrate 21 placed on the upper surface of the mounting table 22, the inside of the processing container 11 is evacuated to about 0.01 to 10 Pa, for example. While maintaining this degree of vacuum, Ar is supplied as plasma gas from the plasma gas supply nozzle 16, and CF is supplied from the processing gas supply nozzle 17._Four Etching gas such as is supplied at a controlled flow rate.
In a state where the plasma gas and the etching gas are supplied into the processing container 11, power is supplied to the antenna 30 from the high frequency power supply 43. Thereby, a high frequency is radiated from the antenna 30. The high frequency is transmitted through the dielectric plate 12 and introduced into the processing container 11 to form an electric field in the processing container 11.
[0026]
The electric field strength distribution is as shown in FIG. 4B, and connects the loop current indicated by the thick dotted line in FIG. 2A, that is, the outer periphery of the loop formed by the conductor lines 31A to 31D. A stronger electric field is created near the area than other areas. As described above, the outer peripheral portion of each loop (conductor wires 31A to 31D) is located in the vicinity immediately above the periphery of the substrate 21 to be processed, so that a relatively strong electric field is created in the vicinity immediately above the periphery of the substrate 21. become.
The electric field having such an intensity distribution ionizes Ar in the processing container 11 and generates plasma in the upper space 50 of the substrate 21. Since the plasma is generated more efficiently as the electric field strength is higher, the plasma density near the periphery of the substrate 21, which is the outer peripheral portion of the space 50, is higher than in other regions.
[0027]
In this etching apparatus, the plasma generated in the space 50 descends while diffusing. Although there is plasma that deactivates from the outer periphery of the space 50 toward the inner wall of the processing container 11, plasma exists at a relatively high density on the outer periphery of the space 50, so that the plasma reaches the vicinity of the periphery of the upper surface of the substrate 21. Can be set to the same level as the plasma reaching the vicinity of the center. As a result, the plasma density on the upper surface of the substrate 21 can be made uniform, so that the processing speed of the etching process using this plasma can be made constant throughout the substrate 21.
Here, the perimeter of the loop (conductor wires 31A to 31D) of the antenna 30 is equal to the wavelength λg of the high-frequency current flowing through the conductor wires 31A to 31D, but may be a natural number multiple of λg.
Moreover, although the case where the antenna 30 has the four conductor wires 31A to 31D has been described as an example, the number of conductor wires may be two or more.
[0028]
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a plan view showing the configuration of the antenna used in the etching apparatus according to the second embodiment of the present invention. In this figure, the same parts as those in FIG. 2A are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
In the antenna 130 shown in FIG. 5, the circumference of the loop formed by each of the four conductor lines 131A, 131B, 131C, and 131D is shorter than the wavelength λg of the high-frequency current flowing through the conductor lines 131A to 131D. Here, the circumference of the loop (conductor wires 131A to 131D) is set to about λg / 4.
The conductor pillar 132 is connected to the high frequency power supply 43 through the matching box 142, but the conductor ring 133 is grounded.
[0029]
The conductor lines 131A to 131D are fed with the same amplitude and the same phase. At this time, a high-frequency current whose amplitude changes sinusoidally between both ends flows through each of the conductor lines 131A to 131D. An antenna composed of a plurality of current elements is formed by these four loops (conductor lines 131A to 131D).
The amplitude of the high-frequency current flowing through each of the conductor lines 131A to 131D is zero at one end connected to the conductor column 132, changes sinusoidally between the both ends, and is maximum at the other end connected to the conductor ring 133. Become. Therefore, by changing the diameter of the conductor ring 133 to which the other end of each conductor wire 131A to 131D is connected, the location where a large high-frequency current flows in each conductor wire 131A to 131D is adjusted in the radial direction of the processing vessel 11. Can do.
[0030]
The high-frequency current flowing through the conductor wires 131A to 131D forms an induction electric field in the processing container 11 and generates plasma in the upper space 50 of the substrate 21 to be processed, as shown in FIGS. The same as the antenna 30. Therefore, also in this antenna 130, by adjusting so that a large high-frequency current flows in the vicinity immediately above the periphery of the substrate 21, the plasma density on the outer peripheral portion of the space 50 is increased and the plasma distribution on the upper surface of the substrate 21 is improved. Therefore, the entire region of the substrate 21 can be etched at a more uniform speed than conventional.
[0031]
(Third embodiment)
FIG. 6 is a plan view showing a configuration of an antenna used in the etching apparatus according to the third embodiment of the present invention.
The antenna 230 shown in FIG. 6 is obtained by changing the connection of four conductor wires. The conductor wires 231A, 231B, 231C, and 231D are arranged around the conductor pillars 32 at 90 ° intervals, as in the antenna 30 shown in FIG. However, the conductor pillars 231A and 231B and the loops respectively formed by the conductor lines 231D and 231C are symmetrical with respect to the y axis passing through the center of the conductor pillar 32 and the conductor pillar 32 and the conductor ring. 33. Further, the loop formed by the conductor wire 231A and the loop formed by the conductor wire 231B have the conductor column 32 and the conductor ring so as to be 90 ° rotationally symmetric about the axis perpendicular to the mounting table 22 with the conductor column 32 as the center. 33, and the loop formed by the conductor wire 231C and the loop formed by the conductor wire 231D are conductor poles so as to be 90 ° rotationally symmetric about the axis perpendicular to the mounting table 22 around the conductor pillar 32. 32 and the conductor ring 33.
[0032]
The loop formed by each of the conductor lines 231A to 231D has a shape in which the corners of an isosceles triangle are rounded. Here, it is assumed that the perimeter of each loop (conductor wires 231A to 231D) is equal to the wavelength λg of the high-frequency current flowing through the conductor wires 231A to 231D. The other points are the same as those of the antenna 30 shown in FIG.
[0033]
7 is a diagram for explaining the operation of the antenna 230 shown in FIG. 6. FIG. 7 (a) shows a dipole current formed in the antenna, and FIG. 7 (b) shows an electric field in the xz plane. The intensity distribution is shown.
In the antenna 230, like the antenna 30 shown in FIG. 2A, the conductor lines 231A to 231D are fed with the same phase and the same amplitude, and the high-frequency current supplied to the conductor lines 231A to 231D resonates. It becomes a standing wave.
[0034]
At this time, the large high-frequency currents IA2 to ID2 in the outer periphery of the loop formed by the conductor lines 231A to 231D form two dipole currents I1 and I2 near the outer periphery of the loop (conductor lines 231A to 231D). Specifically, the high frequency currents IA2 and IB2 at the outer periphery of the loop formed by the conductor lines 231A and 231B form a dipole current I1, and the high frequency currents IC2 and ID2 at the outer periphery of the loop formed by the conductor lines 231C and 231D are A dipole current I2 is formed. Furthermore, the high-frequency currents IA1 to ID1 and IA3 to ID3 in the vicinity of the connection portions of the conductor lines 231A to 231D, which remain without being canceled each other, form a dipole current I3. In this way, a pseudo multiple dipole antenna is formed. Therefore, the electric field intensity distribution on the xz plane is as shown in FIG. 7B, and a strong electric field is created near the dipole currents I1 to I3.
[0035]
The dipole currents I1 to I3 form an induction electric field in the processing container 11 to generate plasma in the upper space 50 of the substrate 21 to be processed, as in the antenna 30 shown in FIG. . Since the dipole currents I1 and I2 are generated in the vicinity of the outer periphery of the loop formed by the conductor wires 231A to 231D, the plasma density in the outer periphery of the space 50 is increased, and the plasma density in the vicinity of the periphery of the upper surface of the substrate 21 is increased. can do. Thereby, the etching rate in the vicinity of the peripheral edge of the upper surface of the substrate 21 can be made faster than the conventional one.
In addition, although the case where the antenna 230 has four conductor wires 231A to 231D has been described as an example, the conductor wires may be two or more even numbers. In this case, a plurality of loops positioned on one side (for example, x> 0) with respect to the y-axis are equally spaced so as to be rotationally symmetric about an axis perpendicular to the mounting table 22 around the conductive column 32. It is good to arrange. The same applies to a plurality of loops located on the other side (for example, x <0) with respect to the y axis.
[0036]
Although the case where the plasma apparatus of the present invention is applied to an etching apparatus has been described above as an example, it is needless to say that the present invention may be applied to other plasma apparatuses such as a plasma CVD apparatus.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, in the plasma apparatus of the present invention, an antenna configured to connect a plurality of conductor wires each forming a loop to a high frequency power source in parallel is used as an antenna for supplying a high frequency into the processing container. As a result, a strong electric field is created at a position facing the periphery of the upper surface of the object to be processed placed on the mounting table, and high-density plasma can be generated in this region. Therefore, even if there is plasma deactivated toward the inner wall of the processing container, the plasma distribution in the vicinity of the periphery of the upper surface of the object to be processed can be increased. As a result, the processing speed in this region can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of an etching apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the antenna shown in FIG.
3 is a cross-sectional view taken along line III-III ′ in FIG. 2;
4 is a conceptual diagram showing radiation characteristics of the antenna shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a plan view showing a configuration of an antenna used in an etching apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a plan view showing a configuration of an antenna used in an etching apparatus according to a third embodiment of the present invention.
7 is a diagram for explaining the function and effect of the antenna shown in FIG. 6;
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a configuration of an etching apparatus using a conventional high-frequency plasma apparatus.
9 is a diagram showing a configuration of the dipole antenna shown in FIG.
10 is a conceptual diagram showing radiation characteristics of the dipole antenna shown in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Processing container, 12 ... Dielectric board, 21 ... Board | substrate (to-be-processed object), 22 ... Mounting stand, 30, 130, 230 ... Antenna, 43 ... High frequency power supply, 31A-31D, 131A-131D, 231A-231D ... Conductor wires, 32, 132 ... conductor pillars (first conductor member), 33, 133 ... conductor rings (second conductor member).

Claims

In a plasma apparatus provided with a mounting table that is placed in an airtight processing container and places an object to be processed, an antenna that is disposed opposite to the mounting table and that supplies a high frequency into the processing container, and a high-frequency power source that supplies power to the antenna ,
The antenna is
A plurality of loops each having a winding number of equal perimeter formed by a conductor wire connected in parallel to the high-frequency power source;
A first conductor member disposed at a position facing the central portion of the mounting table and connected to one end of the high-frequency power source;
A second conductor member disposed around the first conductor member and connected to the other end of the high-frequency power source,
Each of the conductor wires forming the loop has one end connected to the first conductor member, the other end connected to the second conductor member, and the loop formed outside the second conductor member. ,
The plasma device is characterized in that the loop is disposed such that a loop surface thereof faces the mounting table.

In a plasma apparatus provided with a mounting table that is placed in an airtight processing container and places an object to be processed, an antenna that is disposed opposite to the mounting table and that supplies a high frequency into the processing container, and a high-frequency power source that supplies power to the antenna ,
The antenna is
A plurality of loops each having a winding number of equal perimeter formed by a conductor wire connected in parallel to the high-frequency power source;
A first conductor member disposed at a position facing the central portion of the mounting table and connected to the high-frequency power source;
A second conductor member disposed around the first conductor member and grounded,
Each of the conductor wires forming the loop has one end connected to the first conductor member, the other end connected to the second conductor member, and the loop formed outside the second conductor member. ,
The plasma device is characterized in that the loop is disposed such that a loop surface thereof faces the mounting table.

The plasma apparatus according to claim 1 or 2,
The plasma apparatus according to claim 1, wherein a part of the loop is disposed so as to face a peripheral edge of the object to be processed placed on the mounting table.

The plasma apparatus according to claim 1 or 2,
The plurality of loops are arranged at equal intervals so as to be rotationally symmetric about an axis perpendicular to the mounting table.

The plasma apparatus according to claim 1.
The perimeter of the loop, the plasma apparatus which is a natural number times the wavelength of the high frequency current flowing in the conductor lines forming the loop.

The plasma apparatus according to claim 1 or 2,
The plasma apparatus according to claim 1, wherein the circumference of the loop is shorter than the wavelength of the high-frequency current flowing through the conductor wire forming the loop.

The plasma apparatus according to claim 5 , wherein
The peripheral length of the loop is equal to the wavelength of the high-frequency current flowing through the conductor wire forming the loop.

The plasma apparatus according to claim 6 , wherein
The peripheral length of the loop is ¼ of the wavelength of the high-frequency current flowing through the conductor wire forming the loop.