JP6304550B2 - Plasma processing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、誘導結合プラズマ型のプラズマ処理装置に関する。 The present invention relates to an inductively coupled plasma type plasma processing apparatus.
誘導結合プラズマ(ICP)型のプラズマ処理装置においては、高周波電源からコイルに高周波電力を印加することにより誘導磁場を発生させ、プロセスガスが導入された反応室内に誘導結合プラズマを発生させる。このプラズマ中のイオンやラジカルと被処理物との間における物理化学的反応によって、被処理物がエッチングされる。 In an inductively coupled plasma (ICP) type plasma processing apparatus, an inductive magnetic field is generated by applying high frequency power to a coil from a high frequency power source, and inductively coupled plasma is generated in a reaction chamber into which a process gas is introduced. The object to be processed is etched by a physicochemical reaction between ions or radicals in the plasma and the object to be processed.
被処理物が不揮発性材料を含む場合、プラズマ中のイオンやラジカルと被処理物との反応により生成する不揮発性物質が、反応容器の開口を塞ぐ誘電体部材や誘電体部材をプラズマから保護するために設けられたカバーに付着する場合がある。誘電体部材および/またはカバーに付着した不揮発性物質は、誘導磁場の形成を妨げるため、プラズマの発生も妨げられる。さらに、誘電体部材および/またはカバーに付着した不揮発性物質は、プラズマ処理のプロセス中に剥離し易く、反応室内を浮遊することがある。これにより、被処理物が汚染される可能性がある。 When the object to be processed includes a non-volatile material, a non-volatile substance generated by a reaction between ions or radicals in the plasma and the object to be processed protects the dielectric member and the dielectric member that block the opening of the reaction vessel from the plasma. For this reason, it may adhere to the cover provided. Since the non-volatile material attached to the dielectric member and / or the cover prevents the formation of the induction magnetic field, the generation of plasma is also prevented. Furthermore, the non-volatile substance attached to the dielectric member and / or the cover is easily peeled off during the plasma treatment process and may float in the reaction chamber. Thereby, a to-be-processed object may be contaminated.
ところで、プラズマ処理のプロセスを安定化させるために、誘電体部材を所定の温度域にまで加熱することが行われている。誘電体部材の加熱は、誘電体部材とコイルとの間にヒータ等を配置ことにより行われている(特許文献1)。誘電体部材の加熱は、不揮発性物質の誘電体部材および/またはカバーへの付着の抑制にも寄与する。 Incidentally, in order to stabilize the plasma processing process, the dielectric member is heated to a predetermined temperature range. The dielectric member is heated by arranging a heater or the like between the dielectric member and the coil (Patent Document 1). The heating of the dielectric member also contributes to the suppression of adhesion of the non-volatile substance to the dielectric member and / or the cover.
また、誘電体部材とコイルとの間にファラデーシールド電極(以下、FS電極と称する)を設け、誘電体部材および/またはカバーに付着する不揮発性物質を積極的に除去することも行われている(特許文献2および3参照)。
In addition, a Faraday shield electrode (hereinafter referred to as FS electrode) is provided between the dielectric member and the coil, and the nonvolatile material adhering to the dielectric member and / or the cover is actively removed. (See
上記のように、ヒータは誘電体部材とコイルとの間に配置されているため、誘電体部材を大気側から加熱する。誘電体部材を加熱することによって不揮発性物質の付着を抑制しようとする場合、誘電体部材の反応室側の面が十分に加熱されていることが望ましい。よって、効果的に不揮発性物質の付着を抑制するためには、高い電力を投入してヒータを昇温させ、誘電体部材の反応室側の面の温度を高める必要がある。 As described above, since the heater is disposed between the dielectric member and the coil, the dielectric member is heated from the atmosphere side. When the adhesion of the non-volatile material is suppressed by heating the dielectric member, it is desirable that the surface on the reaction chamber side of the dielectric member is sufficiently heated. Therefore, in order to effectively suppress the adhesion of the non-volatile substance, it is necessary to increase the temperature of the heater by raising the temperature of the heater by applying high electric power to increase the temperature of the surface of the dielectric member on the reaction chamber side.
また、特許文献1および2においても、誘電体部材とコイルとの間、つまり、反応室の外側(大気側)にFS電極を設けている。この方法では、高周波電源から大気側にあるFS電極に高周波を供給し、反応室の内側(真空側)にバイアス電圧を発生させている。そのため不揮発性膜を除去するだけのバイアス効果を得るためには、やはり、高い電力を投入する必要がある。
Also in
本発明は、誘電体部材への不揮発性物質の付着を効果的に抑制し、かつ構造が簡易でメンテナンス性に優れたプラズマ処理装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus that effectively suppresses adhesion of a nonvolatile substance to a dielectric member, has a simple structure, and is excellent in maintainability.
本発明の一局面は、減圧可能な反応室を有する容器と、前記反応室内で被処理物を支持する下部電極と、前記容器の開口を塞ぐとともに前記被処理物と対向する誘電体部材と、前記誘電体部材の前記反応室に対して外側に設置され、前記反応室内にプラズマを発生させるコイルと、前記下部電極と前記誘電体部材との間に、前記誘電体部材から離間して配置されるカバーと、を備え、前記誘電体部材の前記反応室側の面に、第1電極パターンと、前記第1電極パターンを被覆する第1絶縁膜と、が形成されており、前記第1絶縁膜の表面に、第2電極パターンと、前記第2電極パターンを被覆する第2絶縁膜と、が形成されており、前記第1電極パターンが、前記誘電体部材を加熱するための電熱ヒータであり、前記第2電極パターンが、前記誘電体部材に高周波電力を印加することにより前記反応室内のプラズマと容量結合させるための平板電極である、プラズマ処理装置に関する。 One aspect of the present invention is a container having a reaction chamber that can be depressurized, a lower electrode that supports an object to be processed in the reaction chamber, a dielectric member that closes the opening of the container and faces the object to be processed, The dielectric member is disposed outside the reaction chamber, and is disposed between the coil for generating plasma in the reaction chamber, the lower electrode, and the dielectric member, and spaced apart from the dielectric member. It includes a cover that, the, the said surface of the reaction chamber side of the dielectric member, and the first electrode pattern, a first insulating film covering the first electrode pattern, are the form, the first insulating A second electrode pattern and a second insulating film covering the second electrode pattern are formed on the surface of the film, and the first electrode pattern is an electric heater for heating the dielectric member. Yes, the second electrode pattern is A plate electrode for coupling plasma capacitively said reaction chamber by applying high frequency power to the dielectric member, to a plasma processing apparatus.
本発明のプラズマ処理装置によれば、誘電体部材の反応室側に、電熱ヒータおよび/または平板電極の電極パターンが配置されているため、不揮発性物質の付着が効果的に抑制される。 According to the plasma processing apparatus of the present invention, since the electrode pattern of the electric heater and / or the plate electrode is disposed on the reaction chamber side of the dielectric member, the adhesion of the nonvolatile substance is effectively suppressed.
(第1実施形態)
図1に、本発明の第1実施形態に係るプラズマ処理装置である誘導結合プラズマ(ICP)型のドライエッチング装置10の構成を示す。ドライエッチング装置10は、減圧可能な反応室1aを有する容器1と、反応室1a内で被処理物である基板15を支持する下部電極2と、容器1の開口を塞ぐとともに被処理物15と対向する誘電体部材3と、誘電体部材3の反応室1aに対して外側に設置され、反応室1a内にプラズマを発生させるコイル4とを備える。
(First embodiment)
FIG. 1 shows the configuration of an inductively coupled plasma (ICP) type dry etching apparatus 10 which is a plasma processing apparatus according to the first embodiment of the present invention. The dry etching apparatus 10 includes a
容器1は、上部が開口した概ね円筒状であり、上部開口は蓋体である誘電体部材3により密閉される。反応室1a内は、所定の排気装置(図示せず)により排気され、減圧雰囲気に維持される。容器1には基板15を搬入出するためのゲート(図示せず)が設けられている。下部電極2には、バイアス電圧が印加される。下部電極2には、基板15を静電吸着により保持する機能や、冷媒の循環流路を設けることができる。
The
容器1の側壁上端には、カバー5を支持する第1ホルダ17が支持され、第1ホルダ17上に第2弾性リング14を介してカバー5が支持されている。カバー5の周縁部は、誘電体部材3を支持する第2ホルダ18により固定される。第2ホルダ18上には、第1弾性リング13を介して、誘電体部材3が支持されている。カバー5は、誘電体部材3の反応室1a側の表面をプラズマから保護する役割を果たす。
A
第2ホルダ18には、所定のガス供給源からプラズマの原料ガス(プロセスガス)を反応室1a内に導入するためのガス導入口8が設けられている。プロセスガスは、誘電体部材3とカバー5との間に形成される微小な隙間8aに滞留した後、カバー5に設けられた複数のガス噴出口9から反応室1a内に噴出される。複数のガス噴出口9は、例えば同心円状に分布させることが好ましい。
The
容器1、第1ホルダ17、第2ホルダ18などを構成する材料としては、アルミニウムやステンレス鋼(SUS)のように、十分な剛性を有する金属材料や、表面をアルマイト加工したアルミニウムなどを使用できる。また、誘電体部材3、カバー5などを構成する材料としては、酸化イットリウム(Y2O3)、窒化アルミニウム(AlN)、アルミナ(Al2O3)、石英(SiO2)などの誘電体材料を使用できる。
As a material constituting the
誘電体部材3は、容器1の開口形状に沿った、概ね円形の板状である。誘電体部材3の反応室1a側には、所定の電極パターンと、これを被覆する絶縁膜とが形成されている。以下、電極パターンとこれを被覆する絶縁膜とを含む層を、電極層19と称す。
The
電極パターンは導電性材料により形成される。電極パターンは、誘電体部材3の大気側(コイル側)ではなく、反応室側に形成されるため、後述するように、誘電体部材3にコイルの少なくとも一部を配置するための溝を形成することができる。そのため、コイルと反応室との距離をより近づけることが可能となり、プラズマの高密度化が容易となる。
The electrode pattern is formed of a conductive material. Since the electrode pattern is formed not on the atmosphere side (coil side) of the
絶縁膜は、セラミックス(例えば、ホワイトアルミナ)などの誘電体材料により形成すればよい。絶縁膜は、電極パターンを被覆するため、反応室内に電極パターンを構成する金属に由来する金属汚染やパーティクルの発生を抑制することができる。さらに、絶縁膜は、プロセスガスやプラズマによる電極パターンの損傷を抑制する。 The insulating film may be formed of a dielectric material such as ceramics (for example, white alumina). Since the insulating film covers the electrode pattern, it is possible to suppress the occurrence of metal contamination and particles derived from the metal constituting the electrode pattern in the reaction chamber. Furthermore, the insulating film suppresses damage to the electrode pattern caused by process gas or plasma.
電極パターンは、例えば、誘電体部材3を加熱するための電熱ヒータ6、または、誘電体部材3に高周波電力を印加することにより反応室内のプラズマと容量結合させるための平板電極7を含むことが好ましい。プラズマ処理により被処理物から生成する物質が揮発性材料の場合には、電熱ヒータを含む電極層のみを配置してもよい。電極層は、複数層の電極パターンと絶縁膜との積層体でもよい。この場合、電極パターンは、電熱ヒータ6および平板電極7を含むことが好ましい。
The electrode pattern may include, for example, an
図2(a)は、本実施形態に係る誘電体部材3と電極層19の構成を模式的に示す縦断面図である。図2(b)には、理解を容易にするために、誘電体部材3および電極層19の縦方向(厚さ方向)の寸法を拡大して示す。なお、これらは、図4のB−B線における断面図である。
FIG. 2A is a longitudinal sectional view schematically showing the configuration of the
図示例の電極層19は、誘電体部材3の反応室1a側の面に形成された第1電極層6と、第1電極層6の反応室1a側の面に形成された第2電極層7とを具備する積層構造である。第1電極層6は、誘電体部材3の表面に形成された第1電極パターン6bと、これを被覆する第1絶縁膜6cとを具備する。同様に、第2電極層7は、第2電極パターン7bと、これを被覆する第2絶縁膜7cとを具備する。
The illustrated
以下、第1電極パターン6bが電熱ヒータであり、第2電極パターン7bが平板電極である場合について説明する。
Hereinafter, a case where the
電熱ヒータ6bは、誘電体部材3の反応室1a側の面に配置されているため、少ない電力で効率的に誘電体部材3の反応室側の面を加熱することができる。よって、不揮発性物質の誘電体部材3およびカバー5への付着の抑制を、少ない電力で効果的に行うことができる。
Since the
ここで、上記のように、誘電体部材3の近傍にファラデーシールド(FS)を形成することにより、誘電体部材3およびカバー5への不揮発性物質の付着を抑制することができる。平板電極7bに高周波電力を印加することにより、誘電体部材3およびカバー5とプラズマの間にバイアス電圧が生じ、平板電極7bはFS電極として機能する。平板電極7bもまた、誘電体部材3の反応室1a側の面に配置されているため、反応室1aのより近くで平板電極7bによるバイアス効果が得られる。つまり、平板電極7bに供給する電力を低く抑えつつ、誘電体部材3およびカバー5に付着した不揮発性物質を、容易に除去することができる。
Here, as described above, by forming a Faraday shield (FS) in the vicinity of the
上記構成は例示に過ぎず、誘電体部材3の反応室1a側の面に、電熱ヒータを含む電極層のみを配置したり、平板電極を含む電極層のみを配置したりしてもよい。あるいは、上記構成とは逆に、平板電極を第1電極パターンとして設け、電熱ヒータを第2電極パターンとして設けてもよい。なかでも、誘電体部材3に近い第1電極パターンが電熱ヒータであり、第2電極パターンが平板電極であることが好ましい。誘電体部材3の加熱が効率よく行われるためである。
The above configuration is merely an example, and only the electrode layer including the electric heater may be disposed on the surface of the
図3に、電熱ヒータ6bの一例を平面図で示す。電熱ヒータ6bは、高抵抗の金属からなるライン状のパターンを含む。ライン状のパターンは、例えば、サーペンタイン型の形状に描かれる。電熱ヒータ6bは、誘電体部材3を貫通するヒータ端子6aと接続されており、ヒータ端子6aは交流電源16と電気的に接続されている。交流電源16からヒータ端子6aに電力を供給することにより、第1電極パターン6bが発熱する。高抵抗の金属としては、例えばタングステン(W)を用いることが好ましい。
FIG. 3 is a plan view showing an example of the
図4に、平板電極7bの一例を平面図で示す。平板電極7bは、幅広の金属薄膜からなる平面的なパターンを含む。平板電極7bにも、タングステン(W)を用いることができる。平板電極7bは、例えば、電熱ヒータの電極パターンを覆い、かつ、誘電体部材3の反応室1a側の面の、例えば50%以上を覆うように形成することが好ましい。これにより、誘電体部材3およびカバー5の大半をシールドすることが可能となる。平板電極7bには、第1高周波電源11およびコイル4から出力される高周波パワーを透過させるための複数のスリット3sが放射状に設けられている。
FIG. 4 is a plan view showing an example of the
平板電極7bは、誘電体部材3の中央付近で誘電体部材3を貫通するFS端子7aと接続されており、FS端子7aは第2高周波電源12と電気的に接続されている。第2高周波電源12からFS端子7aに電力を供給することにより、第2電極パターン7bの近傍にバイアス電圧が生じ、不揮発性物質の誘電体部材3およびカバー5への付着が抑制される。
The
なお、図1では、コイル4には第1高周波電源11が接続され、第2電極層7(平板電極7b)には第2高周波電源12が接続されているが、コイル4と平板電極7bとを並列に、可変チョークまたは可変コンデンサを介して、同じ高周波電源に接続してもよい。また、コイル4には第1高周波電源11を接続し、平板電極7bには可変チョークまたは可変コンデンサを接続し、第1高周波電源11から発振された電力をコイル4から空気を介して平板電極7bに重畳させ、コイル4および平板電極7bに印加される電力比を可変チョークまたは可変コンデンサで調整してもよい。
In FIG. 1, the first high
誘電体部材3をこれに対して垂直な方向から見たとき、電熱ヒータ6bは、図4に破線で示すように、平板電極7bからはみ出さないように配置されていることが好ましい。これにより、スリット3sを透過する高周波パワーの損失を抑制することができる。
When the
次に、電極層19の製造方法の一例について説明する。
まず、一方の表面(第一表面)に溝3aが形成された円盤状の誘電体部材3を準備する。誘電体部材3において、溝3aの無い部分の厚みは例えば10〜40mmである。
Next, an example of a method for manufacturing the
First, a disk-shaped
誘電体部材3は、反応室側の面に平坦部を有しており、電極層19がこの平坦部に形成されていることが好ましい。電極層19を誘電体部材3の平坦部に形成する場合、比較的簡単な工程で形成可能であり、複数の電極層19を積層することもできる。また、平坦部に形成することで、電極パターンの断線や電極パターンを被覆する絶縁膜の被覆不良による電極パターンの短絡などの不具合が発生しにくくなる。また、誘電体部材3の反応室側の面をフラットにすることができ、誘電体部材3の反応室側の面を覆うカバー5もまたフラットな構造にすることができる。これにより、プラズマの分布が均一になりやすく、エッチングの均一性がより向上する。さらに、メンテナンスし易い。
The
電極層19は、誘電体部材3の他方の表面(第二表面)に以下の要領で形成される。
The
誘電体部材3には、所定数の貫通穴が形成される。貫通穴に導体を充填または導体を通過させることにより、ヒータ端子6aとFS端子7aとが形成される。
A predetermined number of through holes are formed in the
次に、第二表面に電熱ヒータ6bを形成する。電熱ヒータ6bは、第1電極パターンに対応するマスクを介在させて、タングステンのような高抵抗の金属を第二表面に溶射することにより形成できる。溶射パターンの厚さは、例えば10〜300μmである。あるいは、タングステン線を第1電極パターンの形状に屈曲させ、その後、タングステン線を第二表面に固定してもよい。このとき、溶射パターンあるいはその他の手法を用いて形成した電極パターンは、ヒータ端子6aと電気的に接続される。
Next, the
次に、電熱ヒータ6bを完全に覆うように第1絶縁膜6cが形成される。第1絶縁膜6cの材料としては、ホワイトアルミナが好適である。ホワイトアルミナを溶射により第二表面に吹き付けることで第1絶縁膜6cが形成される。ホワイトアルミナを溶射する前に、誘電体部材3と第1絶縁膜6cとの密着性を高めるために、イットリアのような密着層を第二表面に溶射してもよい。第1電極層6の厚さは、例えば10〜300μmである。
Next, a first
続いて、第1電極層6の表面に、平板電極7bを形成する。平板電極7bは、第2電極パターンに対応するマスクを介在させて、金属を第1電極層6の表面に溶射することにより形成できる。このとき、平板電極7bは、放射状に配置された複数のスリット3sを有する形状に形成される。平板電極7bの厚さは、例えば10〜300μmである。あるいは、金属箔もしくは金属板から第2電極パターンの形状の平板電極7bを成形し、その後、平板電極7を第1電極層6の表面に固定してもよい。平板電極7bは、第1絶縁膜6cを介して、電熱ヒータ6bを完全に覆うように配置され、FS端子7aと電気的に接続される。
Subsequently, the
最後に、平板電極7bを完全に覆うように第2絶縁膜7cが形成される。第2絶縁膜7cの材料としてもホワイトアルミナが好適である。ホワイトアルミナを溶射により第1電極層6の表面に吹き付けることで第2絶縁膜7cが形成される。第2電極層7の厚さは、例えば10〜300μmである。第1および第2絶縁膜の成膜方法は特に限定されず、例えば、スパッタ、化学気相成長(CVD)、蒸着、塗布などが挙げられる。
Finally, the second insulating
本実施形態によれば、このように簡単な方法により、電極層19を有する誘電体部材を形成することができる。また、誘電体部材3と電極層19とが一体的な構造であるため、カバー5を一枚の平板状の構造にすることができ、その交換作業が容易となる。
According to the present embodiment, the dielectric member having the
誘電体部材3の反応室1aに対して外側の面には、誘電体部材3を部分的に薄くするために溝3aが形成されていることが好ましい。溝3aの中には、コイル4の少なくとも一部を配置することができる。これにより、コイル4の溝3aの中に配置された部分は、反応室との距離が近くなる。よって、高周波パワーの損失を抑制することができる。一方、溝3aは、板状の誘電体部材3の一表面に部分的に形成することができるため、誘電体部材3の機械的強度の低下は抑制される。
A
本実施形態によれば、電極層を誘電体部材の反応室側の面に形成するため、誘電体部材の反応室に対して外側の面に、コイルの少なくとも一部を配置する溝3aを形成することができる。よって、不揮発性物質の付着を効果的に抑制しながら、高周波パワーの損失が抑制されるようにコイルを配置することができる。
According to this embodiment, since the electrode layer is formed on the surface of the dielectric member on the reaction chamber side, the
図5(a)は、本実施形態に係る誘電体部材3とコイル4の配置を模式的に示している。コイル4を誘電体部材3(の面方向)に対して垂直な方向から見るとき、コイル4は、中心から外周側に向けて螺旋状に延びる導体4aにより形成されている。導体4aは、例えば、リボン状の金属板であってもよいし、金属線であってもよい。コイル4を形成する導体4aの数は特に限定されず、コイル4の形状も特に限定されない。例えば、1本の導体4aからなるシングルスパイラル型のコイルであってもよいし、複数の導体4aからなるコイルを並列に接続したマルチスパイラル型のコイルであってもよい。また、誘電体部材3の面と平行な同一平面内で導体4aを螺旋状に延ばして形成した平面型のコイルであってもよいし、導体4aを螺旋状に延ばしながら誘電体部材3の面と垂直方向にも変化を持たせた立体型のコイルであってもよい。コイル4は、マッチング回路(図示せず)などを介して第1高周波電源11と電気的に接続されている。図1、5では、コイル4の中心付近の誘電体部材3からの距離が外周側よりも大きくなるように形成されているが、コイル4と誘電体部材3との位置関係は、これに限定されない。
FIG. 5A schematically shows the arrangement of the
図5(b)に示すように、溝3aは、コイル4の中心と同じ中心を有する環状であることが好ましい。これにより、コイル4を溝3aの中に配置することが容易となる。なお、コイル4と環状の溝3aの中心が同じであるとは、必ずしもそれぞれの中心が一致することを意味しない。ここでは、コイル4と環状の溝3aの中心が同じであるとは、誘電体部材3およびコイル4を、誘電体部材3に対して垂直な方向から見たときに、それぞれの中心が半径100mmの円内に存在していることを意味する。なお、図5(b)では、便宜上、導体4aを省略している。
As shown in FIG. 5B, the
溝3aの深さは、特に限定されない。溝3aの深さが小さくても、高周波パワーの損失を抑制する相応の効果は得られる。ただし、溝3aを形成する前の均一な厚さの板状の誘電体部材3の厚さをTとするとき、溝3aの最大深さDは、D=0.25T〜0.45Tとなるように形成することが好ましい。このとき、強度確保の観点から、誘電体部材3の溝3aが形成される表面の面積Sのうち、溝3aが掘られる面積sの割合(100s/S(%))は、2〜50%とすることが好ましい。
The depth of the
溝3aは、両面が平坦で均一な厚さの板状の誘電体部材の一方の面を、切削などの機械加工することにより形成することができる。
The
基板15の表面において面内均一性の良好なプラズマを得るためには、反応室内上部において、外周部のプラズマ密度が中心付近のプラズマ密度より高い分布(ドーナツ状の分布)を有するプラズマを生成し、これを基板上に拡散させることが好ましい。ドーナツ状の分布を持つプラズマを反応室内上部に形成するため、中心付近においては、コイル4と反応室1aの距離を離すことにより、プラズマとの結合の程度を低くすることができる。よって、コイル4の中心側は、溝3aの中に配置しなくてもよい。よって、図1、5に示すように、少なくともコイル4の中心に対応する部分は完全に溝3aの外側に配置してもよい。
In order to obtain plasma with good in-plane uniformity on the surface of the
一方、外周部においては、コイル4を溝3aの中に配置することで、コイル4と反応室1aの距離を相対的に近づけ、コイル4とプラズマとの結合の度合いを高くすることができる。よって、コイル4を形成する長さLの導体4aを、中心から0.5Lまでの中心側部分と、残りの外周側部分とに区分するとき、中心側部分が溝3aの中に配置される割合よりも、外周側部分が溝3aの中に配置される割合を大きくすることが好ましい。また、少なくともコイル4の最外周に対応する部分は、その少なくとも一部を溝3aの中に配置することが好ましい。更には、少なくとも最外周の端部(巻き終わり)から0.3Lまでの外周側部分は、溝3aの中にその少なくとも一部を配置することが好ましい。
On the other hand, in the outer peripheral portion, by disposing the
以下、本実施形態のドライエッチング装置10の動作の一例を説明する。 Hereinafter, an example of the operation of the dry etching apparatus 10 of the present embodiment will be described.
まず、反応室1a内が排気される。反応室1a内は減圧雰囲気であり、誘電体部材3には大気圧とほぼ同じ圧力が付与される。また、誘電体部材3は溝3aを有し、溝3aに対応する部分は薄肉である。ただし、機械的強度が十分に維持されるように溝3aは環状に形成されているため、誘電体部材3が破損することはない。
First, the reaction chamber 1a is evacuated. The inside of the reaction chamber 1a is a reduced-pressure atmosphere, and the
その後、所定のガス供給源から、ガス導入口8を介してプロセスガスが反応室1a内に導入される。エッチングされる基板15は、エッチングのパターンに応じたレジストマスクを有している。基板15が例えばSiである場合、プロセスガスには例えばフッ素系ガス(SF6など)が使用される。また、基板15がアルミニウムの場合、プロセスガスには例えば塩素系ガス(HClなど)が使用される。
Thereafter, a process gas is introduced into the reaction chamber 1a from a predetermined gas supply source through the gas introduction port 8. The
次に、第1高周波電源11からコイル4に高周波電力が投入され、反応室1a内にプラズマが発生する。このとき、基板15を保持する下部電極2にも、所定の高周波電源からバイアス電圧が印加される。これにより、プラズマ中のラジカルやイオンが基板15の表面に輸送され、バイアス電圧により加速されて基板15に衝突する。その結果、基板15がエッチングされる。
Next, high frequency power is supplied from the first high
ここで、コイル4を形成する導体4aのうち、コイル密度の高い外周側部分は、誘電体部材3に形成された環状の溝3aの中に配置されている。よって、比較的小さい電力の投入により、反応室1a側の誘電体部材3の近傍にドーナツ状の高密度プラズマが生成し、これが拡散プラズマとなって基板15に到達する。
Here, of the
一方、誘電体部材3の反応室1a側の面に配置された平板電極7bには、第2高周波電源12から電力が供給され、反応室内の平板電極近傍においてバイアス電圧が生じる。これにより、プラズマ中のイオンの一部は、バイアス電圧により加速され、誘電体部材3(もしくは電極層19)およびカバー5に入射する。その結果、誘電体部材3(もしくは電極層19)およびカバー5への不揮発性物質の付着が抑制される。
On the other hand, power is supplied from the second high-
エッチングプロセスは、複数の基板15に対して連続的に行われる。そこで、プロセスの安定性を確保するため、第3高周波電源16から誘電体部材3の反応室1a側の面に設けられた電熱ヒータ6bに電力が投入され、誘電体部材3の加熱による温度管理が行われる。
The etching process is continuously performed on the plurality of
(第2実施形態)
本実施形態に係るプラズマ処理装置は、誘電体部材が、反応室側の面(第二表面)に、平坦な底面を有する凹部を有すること、および、電極層19が、この凹部の中に形成されていること以外、第1実施形態と同様である。図6は、本実施形態に係る誘電体部材と電極層の構成を模式的に示す縦断面図であり、凹部は、図示されていない第2ホルダ18と誘電体部材3との接触部分以外の部分に形成されている。第1実施形態の各要素に対応する本実施形態の各要素には、同じ符号を付している。
(Second Embodiment)
In the plasma processing apparatus according to this embodiment, the dielectric member has a concave portion having a flat bottom surface on the reaction chamber side surface (second surface), and the
凹部は、誘電体部材3の第二表面を切削等することにより形成することができる。凹部の深さは特に限定されず、凹部内に電極層19をすべて形成できる程度であってもよいし、電極層19の一部のみを形成できる程度であってもよい。例えば0.2〜3.0mmである。また、誘電体部材3は、第2ホルダ18との接触部分以外の部分に、平坦な頂部を有する凸部を有していても良い。この場合、電極層19は、この凸部に形成される。
The recess can be formed by cutting the second surface of the
いずれの場合であっても、誘電体部材3の反応室側の面の平坦な部分に電極層19を形成することで、比較的簡単に電極層19を形成可能である。さらに、電極パターンの断線や短絡などの不具合が発生しにくい。また、カバー5をフラットな構造にすることができる。これにより、プラズマの分布が均一になりやすく、エッチングの均一性がより向上する。
In any case, the
(第3実施形態)
本実施形態に係るプラズマ処理装置は、誘電体部材の溝の形状と、誘電体部材とコイルの位置関係が異なること以外、第1実施形態と同様である。図7(a)は、本実施形態に係る誘電体部材とコイルの配置を模式的に示す縦断面図である。図7(b)は、本実施形態に係る誘電体部材の平面図である。第1実施形態の各要素に対応する本実施形態の各要素には、同じ符号を付している。なお、図7(b)では、便宜上、導体4aを省略している。
(Third embodiment)
The plasma processing apparatus according to this embodiment is the same as that of the first embodiment except that the shape of the groove of the dielectric member and the positional relationship between the dielectric member and the coil are different. FIG. 7A is a longitudinal sectional view schematically showing the arrangement of the dielectric member and the coil according to the present embodiment. FIG. 7B is a plan view of the dielectric member according to the present embodiment. Each element of this embodiment corresponding to each element of the first embodiment is denoted by the same reference numeral. In FIG. 7B, the
誘電体部材3は、円形の板状であり、誘電体部材3のコイル4との対向面には、コイル4の中心と同じ中心を有する環状の溝3aが形成されている。ただし、溝3aは、外側のより深い第1溝部3xと、内側のより浅い第2溝部3yとで構成され、中心から外側に向かって2段階に深くなっている。第1溝部3xおよび第2溝部3yの中には、それぞれコイル4の一部が配置されている。この場合、溝3aの幅が第1実施形態と同じであるとすると、誘電体部材3の平均的な厚さが、第1実施形態よりも大きくなる。これにより、誘電体部材3の強度を更に大きく維持することができる。
The
また、相対的に深い第1溝部3xを誘電体部材の外側に、浅い第2溝部3yを内側に配置することにより、誘電体部材3aの外周側ほどコイルとプラズマとの誘導結合の度合いを強くすることができるため、より高密度のドーナツ状のプラズマを誘電体部材の近傍に生成させることができる。これにより、より高密度かつ均一な拡散プラズマを基板15に到達させることが可能となる。溝3aの深さを中心から外側に向かって段階的に深くする場合、深さを3段階以上に変化させてもよい。また、溝3aの深さを中心から外側に向かって連続的に深くなるように変化させてもよい。
Further, by arranging the relatively deep
図7では、誘電体部材3とコイル4を形成する導体4との平均的な距離が、最外周から中心に向かって徐々に大きくなっている。このような場合には、溝3aの深さを中心から外側に向かって段階的または連続的に深くすることが好ましい。
In FIG. 7, the average distance between the
(第4実施形態)
本実施形態に係るプラズマ処理装置は、コイルの形状、誘電体部材の溝の形状、並びに誘電体部材とコイルの位置関係が異なること以外、第1実施形態と同様である。図8(a)は、本実施形態に係る誘電体部材とコイルの配置を模式的に示す縦断面図である。図8(b)は、本実施形態に係る誘電体部材の平面図であり、コイル4の位置が破線で示されている。第1実施形態の各要素に対応する本実施形態の各要素には、同じ符号を付している。なお、図8(b)では、便宜上、導体4aを省略している。
(Fourth embodiment)
The plasma processing apparatus according to this embodiment is the same as that of the first embodiment except that the shape of the coil, the shape of the groove of the dielectric member, and the positional relationship between the dielectric member and the coil are different. FIG. 8A is a longitudinal sectional view schematically showing the arrangement of dielectric members and coils according to the present embodiment. FIG. 8B is a plan view of the dielectric member according to the present embodiment, and the position of the
誘電体部材3は、円形の板状であり、誘電体部材3のコイル4との対向面には、螺旋状の溝3aが形成されている。コイル4を形成する導体4aは、溝3aに沿って平面的かつ螺旋状に延び、コイル4のほぼ全体が溝3aの中に配置されている。このように、コイル4の形状が平面的である場合には、溝3aの形状を導体4aの螺旋形状に対応させてもよい。これにより、溝3aの幅を小さくすることができ、誘電体部材3の強度を確保することが更に容易となる。
The
本発明のプラズマ処理装置は、簡易なメンテナンスと高密度プラズマが要求されるプロセスにおいて有用であり、ドライエッチング処理装置、プラズマCVD装置などを含む様々なプラズマ処理装置に適用できる。 The plasma processing apparatus of the present invention is useful in processes requiring simple maintenance and high-density plasma, and can be applied to various plasma processing apparatuses including a dry etching processing apparatus and a plasma CVD apparatus.
1:容器、1a:反応室、2:下部電極、3:誘電体部材、3a:溝、3x:第1溝部、3y:第2溝部、3s:スリット、4:コイル、4a:導体、5:カバー、6:第1電極層、6a:ヒータ端子、6b:第1配線パターン(電熱ヒータ)、6c:第1絶縁膜、7:第2電極層、7a:FS端子、7b:第2配線パターン(平板電極)、7c:第2絶縁膜、8:ガス導入口、8a:隙間、9:ガス噴出口、10:ドライエッチング装置、11:第1高周波電源、12:第2高周波電源、13第1弾性リング、14:第2弾性リング、15:基板、16:交流電源、17:第1ホルダ、18:第2ホルダ、19:電極層 1: container, 1a: reaction chamber, 2: lower electrode, 3: dielectric member, 3a: groove, 3x: first groove, 3y: second groove, 3s: slit, 4: coil, 4a: conductor, 5: Cover, 6: first electrode layer, 6a: heater terminal, 6b: first wiring pattern (electric heater), 6c: first insulating film, 7: second electrode layer, 7a: FS terminal, 7b: second wiring pattern (Flat plate electrode), 7c: second insulating film, 8: gas introduction port, 8a: gap, 9: gas ejection port, 10: dry etching apparatus, 11: first high frequency power source, 12: second high frequency power source, 13th 1 elastic ring, 14: second elastic ring, 15: substrate, 16: AC power supply, 17: first holder, 18: second holder, 19: electrode layer
Claims (9)
前記反応室内で被処理物を支持する下部電極と、
前記容器の開口を塞ぐとともに前記被処理物と対向する誘電体部材と、
前記誘電体部材の前記反応室に対して外側に設置され、前記反応室内にプラズマを発生させるコイルと、
前記下部電極と前記誘電体部材との間に、前記誘電体部材から離間して配置されるカバーと、を備え、
前記誘電体部材の前記反応室側の面に、第1電極パターンと、前記第1電極パターンを被覆する第1絶縁膜と、が形成されており、
前記第1絶縁膜の表面に、第2電極パターンと、前記第2電極パターンを被覆する第2絶縁膜と、が形成されており、
前記第1電極パターンが、前記誘電体部材を加熱するための電熱ヒータであり、前記第2電極パターンが、前記誘電体部材に高周波電力を印加することにより前記反応室内のプラズマと容量結合させるための平板電極である、プラズマ処理装置。 A container having a reaction chamber capable of depressurization;
A lower electrode for supporting an object to be processed in the reaction chamber;
A dielectric member that closes the opening of the container and faces the object to be processed;
A coil which is installed outside the reaction chamber of the dielectric member and generates plasma in the reaction chamber;
A cover disposed apart from the dielectric member between the lower electrode and the dielectric member ;
Wherein the surface of the reaction chamber side of the dielectric member, and the first electrode pattern, a first insulating film covering the first electrode pattern, is formed,
A second electrode pattern and a second insulating film covering the second electrode pattern are formed on the surface of the first insulating film,
The first electrode pattern is an electric heater for heating the dielectric member, and the second electrode pattern is capacitively coupled to the plasma in the reaction chamber by applying high frequency power to the dielectric member. A plasma processing apparatus which is a flat plate electrode .
前記電極パターンが、前記平坦部に形成されている、請求項1〜3のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。 The reaction chamber side surface of the dielectric member has a flat portion,
It said electrode pattern, wherein formed on the flat portion, the plasma processing apparatus according to any one of claims 1-3.
前記コイルの少なくとも一部が、前記溝の中に配置されている、請求項1〜4のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。 A groove is formed on the outer surface of the dielectric member with respect to the reaction chamber;
At least in part, the are arranged in the groove, the plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 4 in the coil.
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