JPH04247878A - Vhf/uhf reacting device - Google Patents

Vhf/uhf reacting device

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JPH04247878A
JPH04247878A JP3190294A JP19029491A JPH04247878A JP H04247878 A JPH04247878 A JP H04247878A JP 3190294 A JP3190294 A JP 3190294A JP 19029491 A JP19029491 A JP 19029491A JP H04247878 A JPH04247878 A JP H04247878A
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transmission line
plasma
electrode
line structure
energy
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JP3190294A
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Japanese (ja)
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Kenneth S Collins
ケニス エス コリンズ
Craig A Roderick
クレイグ エイ ローデリック
Chan-Lon Yang
チャン ロン ヤン
David N K Wang
ディヴィッド エヌ ケイ ワン
Dan Maydan
メイダン ダン
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Applied Materials Inc
Original Assignee
Applied Materials Inc
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • H05H1/46Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • ing And Chemical Polishing (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

PURPOSE: To provide a plasma enhanced reaction apparatus which uses high-frequency AC energy by constituting an electrode as part of an integrated coaxial transmission line structural body which directly connects AC energy to a chamber and forms plasma therein.
CONSTITUTION: The plasma processing reaction apparatus 10 is formed of the chamber 33 and the electrode 32C. The electrode 32C is constituted as part of the integrated coaxial transmission line structural body 32 which directly connects the AC energy of the selected frequency to the chamber 32 and forms the plasma therein. The integrated coaxial transmission line structural body 32 is opened by a central conductor 32C, insulator 32I and outer conductor 320 which are wafer supporting electrodes. As a result, the vapor deposition and energy velocity commercially executable for various kinds of the conductors, insulators and semiconductor blanks may be provided.
COPYRIGHT: (C)1992,JPO

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、RF(ラジオ波)プラ
ズマ処理反応装置に関し、具体的には、プラズマを発生
するUHF/VHFを使用する、発明的プラズマ反応装
置である。
TECHNICAL FIELD This invention relates to RF (radio frequency) plasma processing reactors, and specifically to an inventive plasma reactor that uses UHF/VHF to generate plasma.

【0002】0002

【従来の技術】集積された幾何学的配列の密度を次第に
高めた結果、構成要素と素子は、約200〜300ボル
ト程度に低い電圧を印加されると、電気的に感知して、
破損に敏感な同一基準の小さい幾何学的配列になった。 都合の悪いことに、このような電圧は、回路の構成要素
が、標準的集積回路の組立工程において受ける電圧より
も低い。最初に、CVD(化学蒸着)とRIE(反応性
イオンエッチング)の反応装置などの従来技術の半導体
処理装置を考察する。これらの装置は、約10〜500
KHz の低周波から約13.56〜40.68MHz
 の高周波までのラジオ周波数のエネルギーを使用して
いる。約1MHz 下では、イオンと電子は、振動電界
と、プロラズマ内で発生したすべての定常状態の電界に
とにより、加速される。このような比較的低い周波数で
は、ウェーハに形成された電極のシース電圧は、1キロ
ボルト以上のピークに達する。このピーク電圧は、破損
しきい値200〜300ボルトよりはるかに高い。数M
Hz 以上では、電子は、なおも、変化する電界に追随
することが出来る。さらに重いイオンは、変化する電界
に追随することが出来ないが、定常状態の電界により加
速する。この周波数帯域(及び実際のガス圧と電力レベ
ルにおいて)において、定常状態のシース電圧は、数百
ボルトから1000ボルト以上の範囲にある。
BACKGROUND OF THE INVENTION As a result of increasingly dense integrated geometries, components and devices are capable of sensing electrically when applied with voltages as low as about 200-300 volts.
This resulted in small geometric arrays of the same standard that are sensitive to breakage. Unfortunately, such voltages are lower than the voltages that circuit components experience during standard integrated circuit assembly processes. First, consider prior art semiconductor processing equipment, such as CVD (chemical vapor deposition) and RIE (reactive ion etching) reactors. These devices have approximately 10 to 500
From low frequency of KHz to approximately 13.56-40.68MHz
It uses radio frequency energy up to high frequencies. Below about 1 MHz, ions and electrons are accelerated by the oscillating electric field and any steady state electric field generated within the prolasma. At these relatively low frequencies, the sheath voltage of the electrodes formed on the wafer reaches peaks of 1 kilovolt or more. This peak voltage is much higher than the failure threshold of 200-300 volts. Number M
Above Hz, electrons can still follow the changing electric field. Heavier ions cannot follow the changing electric field, but are accelerated by the steady-state electric field. In this frequency band (and at practical gas pressure and power levels), steady state sheath voltages range from a few hundred volts to over 1000 volts.

【0003】このバイアス電圧を低下する適切な方法は
、磁界をプラズマに印加することである。このバイアス
磁界は、ウェーハの表面に近い領域へ電子を閉じ込めて
イオン束密度とイオン電流を増加し、この結果、電圧と
イオンエネルギーの必要条件を軽減する。比較により、
二酸化けい素をエッチングする。模範的な非磁気RIE
法では、13.56MHz で供給されたRFエネルギ
ーと、容積が10〜15リットル、圧力が50ミリリッ
トル、陽極の面積/ウェーハ支持陰極の面積の比が(8
〜10)〜1の非対称形の装置とが使用されており、約
800ボルトのウェーハ(陰極)シース電圧を発生する
。60ガウスの磁界を印加すると、バイアス電圧は約2
5〜30パーセント、800ボルトから約500〜60
0ボルトへ低下し、エッチング速度は約50パーセント
程度増加する。
A suitable method of reducing this bias voltage is to apply a magnetic field to the plasma. This bias field confines electrons to regions near the surface of the wafer, increasing ion flux density and ion current, thereby reducing voltage and ion energy requirements. By comparison,
Etch silicon dioxide. Exemplary non-magnetic RIE
The method uses RF energy supplied at 13.56 MHz, a volume of 10 to 15 liters, a pressure of 50 ml, and a ratio of anode area/wafer supporting cathode area of (8
~10)~1 asymmetric devices have been used to generate a wafer (cathode) sheath voltage of about 800 volts. When applying a magnetic field of 60 Gauss, the bias voltage is approximately 2
5-30%, about 500-60 from 800 volts
The etch rate decreases to 0 volts and the etch rate increases by about 50 percent.

【0004】しかし、静止した磁束密度Bの磁界をウェ
ーハに平行に印加すると、EXBイオン/電子のずれと
、ウェーハの面に直径方向に指向した関連プラズマ密度
勾配とが発生する。このプラズマの勾配によって、ウェ
ーハの全面に不均一なエッチング、蒸着、ほかの膜の特
性が生じる。この不均一性は、磁界をウェーハの回りに
回転することにより低減するが、一般的には、永久磁石
の機械的運動により、あるいは、位相のずれ90度の、
直角位相で駆動する数対の磁気コイルを使用することに
より、または、数対のコイルの電流を瞬間的に制御して
制御された速度で磁界を進ませるか、あるいは移動する
ことより低減する。しかし、磁界の回転によって不均一
な勾配は低減するが、通常ではある程度の不均一さは残
る。
However, applying a magnetic field of stationary flux density B parallel to the wafer creates EXB ion/electron shear and an associated plasma density gradient oriented diametrically in the plane of the wafer. This plasma gradient causes non-uniform etching, deposition, and other film characteristics across the wafer. This non-uniformity can be reduced by rotating the magnetic field around the wafer, but typically by mechanical movement of the permanent magnets or by a 90 degree phase shift.
By using several pairs of magnetic coils driven in quadrature, or by momentarily controlling the current in several pairs of coils to advance or reduce the magnetic field at a controlled speed. However, although rotation of the magnetic field reduces the non-uniform gradient, some non-uniformity usually remains.

【0005】さらに、磁界には、窓、スリットバルブ、
ハードウエア、及び不連続部があることにより、変動を
受けやすい他の欠点がある。従って、磁界を使用する場
合には、磁界内の幾何学的配列と構成要素による影響を
考慮して、真空室設計を周到な注意で行わなければなら
ない。最終的には、完全ではなく、コイルを収容するこ
と、特に、二つ以上の対のコイルを室の回りに収容して
、コンパクトな装置を達成することは、困難である。 これは、特に、共通の装荷ロックの周囲に、ヘルムホル
ツのコイル構造、あるいは、独立した磁気強化反応室の
ような多重室型の装置を使用する場合に困難である。
[0005]Furthermore, magnetic fields include windows, slit valves,
There are other drawbacks to the hardware and susceptibility to variations due to the presence of discontinuities. Therefore, when using magnetic fields, careful attention must be paid to vacuum chamber design, taking into account the effects of geometry and components within the magnetic field. Finally, it is difficult to accommodate the coils less than completely, and in particular to accommodate more than one pair of coils around a chamber to achieve a compact device. This is particularly difficult when using multi-chamber devices such as Helmholtz coil structures or separate magnetically enhanced reaction chambers around a common loading lock.

【0006】磁界強度と方向を瞬間的に選択して変える
ことが出来る能力を有し、また、コンパクトな多重室反
応装置に使用するために設計された斬新な反応方式が、
米国特許No. 4,842,683 、1989年6
月27日発行、発明者チェング(Cheng) 他に開
示されている。ほかの周知の反応装置は、800MHz
 以上の周波数、一般に、2.45GHz のマイクロ
波エネルギーを使用して、プラズマを励起している。こ
の方法は、高密度のプラズマと低い分子エネルギーを発
生して、電気的に誘起される素子の破損は、最小にして
いる。しかし、二酸化けい素の反応性エッチングなどの
多くの処理の場合、最小反応しきい値のエネルギーを超
えなければならない。この種の処理では、エネルギー障
壁を起えるに十分な高電圧を発生するために、低周波電
力が、マイクロ波電力のほかに供給されなければならな
い。従って、この反応装置では、二つの電源と整合回路
網が必要であり、高価で複雑な装置となる。
A novel reaction system with the ability to selectively change magnetic field strength and direction instantaneously and designed for use in a compact multi-chamber reactor is
US Patent No. 4,842,683, June 1989
Published on May 27, 2013, disclosed by the inventor Cheng et al. Other known reactors are 800 MHz
Microwave energy at frequencies above 2.45 GHz is used to excite the plasma. This method generates a high density plasma and low molecular energy to minimize electrically induced device damage. However, for many processes, such as reactive etching of silicon dioxide, a minimum reaction threshold energy must be exceeded. In this type of process, low frequency power must be supplied in addition to the microwave power in order to generate a voltage high enough to create an energy barrier. Therefore, this reactor requires two power supplies and matching networks, resulting in an expensive and complex device.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ほぼ50MHz から
800MHz の比較的に高周波のVHF/UHFエネ
ルギーは、プラズマ処理中にウェーハに生じた電圧を低
減する電位を有しているが、この周波数のエネルギーが
、商業的成功の程度は別にして、半導体処理装置に使用
されることがなかったことは理解される。部分的に、こ
の不成功の理由は、この周波数帯域において非常に短い
伝送線路が必要され、一般的には、エネルギーを室へ効
率よく接続するための厳しい装置設計の必要条件による
ものである。
Relatively high frequency VHF/UHF energy of approximately 50 MHz to 800 MHz has the potential to reduce the voltage developed on the wafer during plasma processing; It is understood that, apart from the degree of commercial success, it has never been used in semiconductor processing equipment. In part, this failure is due to the very short transmission lines required in this frequency band and the typically stringent equipment design requirements for efficiently connecting energy to the room.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】1.目的上記説明の点か
ら、本発明の目的は、プラズマを発生するために高周波
ACエネルギーを使用するプラズマ反応装置を提供する
ことである。本発明のほかの目的は、プラズマを発生す
るためにVHF/UHFエネルギーを使用するプラズマ
反応装置を提供することである。
[Means for solving the problem] 1. OBJECTS In view of the above description, it is an object of the present invention to provide a plasma reactor that uses high frequency AC energy to generate a plasma. Another object of the present invention is to provide a plasma reactor that uses VHF/UHF energy to generate plasma.

【0009】ほかの関連した目的は、厳しい高周波VH
F/UHF設計必要条件に適合する方法で、プラズマを
発生する装置の真空室へVHF/UHFエネルギーを接
合するプラズマ反応装置を提供することである。さらに
ほかの目的は、反応装置自体が、VHF/UHFエネル
ギーなどの高周波エネルギーを反応装置のプラズマ室へ
効率よく接続する伝送線路構造体として構成されている
プラズマ反応装置を提供することである。
Another related objective is the severe high frequency VH
It is an object of the present invention to provide a plasma reactor that couples VHF/UHF energy into the vacuum chamber of a plasma generating device in a manner that meets F/UHF design requirements. Yet another object is to provide a plasma reactor in which the reactor itself is configured as a transmission line structure that efficiently connects high frequency energy, such as VHF/UHF energy, to the plasma chamber of the reactor.

【0010】なお、ほかの関連した目的は、プラズマ処
理中に半導体素子への電気的に誘発した破損を防止する
ために、200〜300ボルトの十分に低い電極のシー
ス電圧を特徴とする処理プラズマを発生する真空室へV
HF/UHFエネルギーを効率よく接続するプラズマ反
応装置を提供し、各種導電体、絶縁体及び半導体素材に
ついて商業的に実行可能な蒸着とエッチング速度を提供
することでる。 2.要約 一面において、上記及びほかの目的を達成する本発明は
、反応装置自体が、プラズマへACエネルギーを直接に
接続する伝送線路構造体として構成されているプラズマ
処理反応装置に実施されている。
Another related object is to provide a processing plasma characterized by a sufficiently low electrode sheath voltage of 200-300 volts to prevent electrically induced damage to semiconductor devices during plasma processing. V to the vacuum chamber that generates
A plasma reactor is provided that efficiently couples HF/UHF energy to provide commercially viable deposition and etch rates for a variety of conductor, insulator, and semiconductor materials. 2. SUMMARY In one aspect, the present invention, which accomplishes the above and other objects, is implemented in a plasma processing reactor where the reactor itself is configured as a transmission line structure that connects AC energy directly to the plasma.

【0011】ほかの面では、本発明は、プラズマ室とウ
ェーハ支持電極とより成るRF給電のプラズマ処理反応
装置に実施されており、前記ウェーハ支持電極は、プラ
ズマを形成するためにACエネルギーを真空室へ結合す
る同軸伝送線路構造体の動作を行うように構成されてい
る。好適に、伝送線路構造体が、約50MHz 〜80
0MHz の範囲から選択された周波数のACエネルギ
ーを室に接続するために、使用されている。
In another aspect, the present invention is implemented in an RF-powered plasma processing reactor comprising a plasma chamber and a wafer support electrode, the wafer support electrode converting AC energy into a vacuum to form a plasma. The coaxial transmission line structure is configured to operate a coaxial transmission line structure coupled to the chamber. Preferably, the transmission line structure has a frequency of about 50 MHz to 80 MHz.
It is used to connect AC energy to the room at a frequency selected from the 0 MHz range.

【0012】好適に、伝送線路構造体は、(1)関係の
周波数の波長の1/4よりかなり小さい長さと、(2)
関係の周波数の波長の1/2の倍数、n=1、2、など
から選択された有効電気的長さを備えている。ほかの面
では、本発明は、プラズマ室を形成するハウジング、ハ
ウジング内に配置されたウェーハ支持の円筒状電極装置
、プラズマ室へ反応ガスを供給する、ハウジング内に置
かれたガス取入れマニホールド、真空ポンプ装置、外部
の電源からプラズマ室へ選択された周波数のACエネル
ギーを送るために使用する一体型伝送線路構造体より成
るプラズマプロセス反応装置に実施されている。伝送線
路構造体は、(1)円筒状電極装置、(2)円筒状電極
装置を囲んでいる外側導電体、及び(3)円筒状電極装
置と外側導電体との間にある絶縁体より成っており、こ
の構成により、伝送線路構造体は、ACエネルギーを同
軸ケーブルのように、円筒状電極装置に沿ってプラズマ
室へ送り、さらに、プラズマ室からハウジングを経て外
側導電体へ送る。プラズマ処理反応装置は、外側電極装
置を囲んでいる環状排気マニホールドを適切に有してい
る。このマニホールドは、円筒状電極装置の回りにある
導電性ポンプ・スクリーンを備えている。排気ガスは、
ウェーハ支持台の周辺部からポンプ・スクリーンを通っ
て真空ポンプ装置へ流れる。また、スクリーンは、外側
導電体への電流路を形成するために、室壁を外側導電体
へ電気的に接続している。
Preferably, the transmission line structure (1) has a length significantly less than one-fourth the wavelength of the frequency of interest;
with an effective electrical length selected from a multiple of 1/2 the wavelength of the frequency of interest, n=1, 2, etc. In other aspects, the invention includes a housing forming a plasma chamber, a wafer-supporting cylindrical electrode arrangement disposed within the housing, a gas intake manifold disposed within the housing supplying reactant gases to the plasma chamber, and a vacuum A pump system is implemented in a plasma process reactor consisting of an integrated transmission line structure used to deliver AC energy at a selected frequency from an external power source to the plasma chamber. The transmission line structure includes (1) a cylindrical electrode device, (2) an outer conductor surrounding the cylindrical electrode device, and (3) an insulator between the cylindrical electrode device and the outer conductor. With this configuration, the transmission line structure routes AC energy, like a coaxial cable, along the cylindrical electrode arrangement to the plasma chamber, and from the plasma chamber through the housing to the outer conductor. The plasma processing reactor suitably includes an annular exhaust manifold surrounding the outer electrode arrangement. The manifold includes a conductive pump screen around a cylindrical electrode arrangement. The exhaust gas is
It flows from the periphery of the wafer support through the pump screen and into the vacuum pump system. The screen also electrically connects the chamber wall to the outer conductor to form a current path to the outer conductor.

【0013】また、本発明は、外部ACエネルギーを伝
送線路構造体へ効率よく送るために使用されている整合
回路網を包含している。好適な組合せ配置において、円
筒状電極装置は柱状電極より成っているか、あるいは、
柱状電極に接続し、また、外部導電体は周辺電極より成
っているか、あるいは、周辺電極へ接続し、また、整合
回路網は、柱状電極と周辺電極との間の可変並列コンデ
ンサと可変直列コンデンサとより成っている。
The present invention also includes a matching network that is used to efficiently route external AC energy to the transmission line structure. In a preferred combination arrangement, the cylindrical electrode arrangement consists of columnar electrodes or
The external conductor is connected to the columnar electrode, and the external conductor consists of or is connected to the peripheral electrode, and the matching network includes a variable parallel capacitor and a variable series capacitor between the columnar electrode and the peripheral electrode. It consists of

【0014】[0014]

【実施例】1.反応装置10の概要 図1に関し、通常、参照番号10で表示され、高周波V
HF/UHF反応室装置が示されており、これは本発明
を具体化したものである。以下に説明する、二三の斬新
な面の一一つでは、反応装置自体は、高周波プラズマ発
生エネルギーを整合回路網からプラズマ室33へ送る伝
送線路構造体として部分的に構成されている(参照番号
33は、室とそのなかのプラズマを示す)。この新しい
組合せ伝送線路構造体は、第1に重要な周波数50〜8
00MHz において整合回路網と負荷との間の極めて
短い伝送線路の必要条件を満足する。これにより、高周
波プラズマを発生するエネルギーを、プラズマ電極へ効
率よく制御可能に送ることが可能となり、低イオンエネ
ルギー、低シース電圧において、商業的に認められるエ
ッチングと蒸着とが行われる。この電圧は、電気的に敏
感な半導体素子へ加えられる破損を防止するに、十分低
い。その上、本VHF/UHF装置は、ECR及び磁気
強化技術などの従来技術の種々の欠点を防止する。
[Example] 1. Referring to FIG. 1, a schematic representation of a reactor 10, generally designated by the reference numeral 10, includes a high frequency V
A HF/UHF reaction chamber apparatus is shown, which embodies the present invention. In one of a few novel aspects described below, the reactor itself is constructed in part as a transmission line structure that conveys high frequency plasma generation energy from a matching network to the plasma chamber 33 (see Number 33 indicates the chamber and the plasma within it). This new combinational transmission line structure is designed primarily for frequencies 50-8
At 0.00 MHz, the requirement of a very short transmission line between the matching network and the load is met. This allows for efficient and controllable delivery of energy to generate a radio frequency plasma to the plasma electrode, resulting in commercially acceptable etching and deposition at low ion energies and low sheath voltages. This voltage is low enough to prevent damage to electrically sensitive semiconductor devices. Moreover, the present VHF/UHF device avoids various drawbacks of prior art techniques such as ECR and magnetic enhancement techniques.

【0015】本装置10は、上記真空室のハウジング1
1より成り、ハウジング11は、アルミニウムあるいは
、ほかの適切な材料で形成され、側壁12と、上部と底
部の壁13と14とを備えている。Oリングなど真空シ
ール34が、多くの接合面の間に挿入されて、真空密閉
を維持する。ハウジング11の内部は、一つ以上のポン
プより成る真空装置により排気される。例えば、装置1
6は、機械的ポンプ(図示せず)と選択使用のルーツ型
ブロワ(図示せず)とにより補助されたターボ分子ポン
プより構成されており、流量とは関係なく圧力を調整す
るスロットル・バルブを介して、室33と接続している
。当然のことであるが、ほかの修正及び配置も使用可能
である。例えば、ターボ分子ポンプは、多くの高圧専用
の装置により省略される。
The present device 10 includes a housing 1 of the vacuum chamber.
1, the housing 11 is formed of aluminum or other suitable material and includes a side wall 12 and top and bottom walls 13 and 14. Vacuum seals 34, such as O-rings, are inserted between the many mating surfaces to maintain a vacuum seal. The interior of housing 11 is evacuated by a vacuum system consisting of one or more pumps. For example, device 1
6 consists of a turbomolecular pump assisted by a mechanical pump (not shown) and an optional Roots-type blower (not shown), with a throttle valve to regulate pressure independent of flow rate. It is connected to the chamber 33 via. Of course, other modifications and arrangements can also be used. For example, turbomolecular pumps are omitted by many high pressure only devices.

【0016】反応ガスは、参照番号19で表示されてい
るように、一般に、加圧された加圧されたガス源からコ
ンピュータ制御の流量制御器(図示せず)を経て、ガス
マニホールド27を通って内部真空処理室33へ流入す
る。マニホールドは、シャワヘッド状、あるいは、ほか
の適切な設計によるもので、エッチングガスあるいは蒸
着ガスを室33へ送り、高周波RFエネルギー印加のと
きに、エッチングあるいは蒸着プラズマを発生する。周
波数50〜800MHz のVHF/UHFのエネルギ
ーなどの高周波ACエネルギーが、電極32C(通常、
装置の陰極という)、ウェーハ15を支持している電極
32の上表面、及び反応室の側壁12、上部壁13、マ
ニホールド27より成る第2の電極(装置の陽極)に加
えられる。さらに、ほかの実施例も使用出来る。例えば
、二三の高圧使用例、あるいは、約1:1の電極面積比
(陽極面積:陰極面積=1:1)が望まれる場合、側壁
12をプラズマから隔離すること、すなわち、側壁を陽
極として使用するよりは、側壁から絶縁された二つの電
極を使用することが適切である。
Reactant gases are generally passed from a pressurized source of gas through a computer-controlled flow controller (not shown) through a gas manifold 27, as indicated by the reference numeral 19. and flows into the internal vacuum processing chamber 33. The manifold, which may be showerhead shaped or of other suitable design, directs etching or deposition gases to chamber 33 to generate an etching or deposition plasma upon application of high frequency RF energy. High frequency AC energy, such as VHF/UHF energy with a frequency of 50 to 800 MHz, is applied to electrode 32C (typically
the cathode of the apparatus), the top surface of the electrode 32 supporting the wafer 15, and a second electrode (the anode of the apparatus) consisting of the side wall 12, top wall 13, and manifold 27 of the reaction chamber. Additionally, other embodiments may also be used. For example, in a few high pressure applications or when an electrode area ratio of approximately 1:1 (anode area:cathode area = 1:1) is desired, it is possible to isolate the sidewall 12 from the plasma, i.e., to use the sidewall as an anode. It is preferable to use two electrodes insulated from the side walls.

【0017】反応室装置11に取り入れられたほかの面
には、ガス取入れマニホールド27の内部あるいは外部
の温度を、ある値以上あるいは以下に、またはある範囲
内に維持するために、流体の熱伝達媒質を使用すること
があるが、これに制約されるものではない。すなわち、
陰極32Cを加熱あるいは冷却する流体の熱伝達媒質の
使用、側壁12あるいは上部壁を加熱あるいは冷却する
流体の熱伝達媒質の使用、陰極32Cの抵抗加熱、ウェ
ーハ15と陰極32Cとの間のガスの熱伝達媒質の使用
、及びウェーハ15を陰極32Cに締付ける機械的ある
いは静電気的装置などである。このような諸面は、米国
特許第No. 4,872,947 、1989年10
月10日発行と、米国特許第No. 4,842,68
3 、1989年6月27日発行に開示されている。
Other aspects incorporated into the reaction chamber apparatus 11 include fluid heat transfer to maintain the temperature inside or outside the gas intake manifold 27 above or below a certain value, or within a certain range. Although a medium may be used, the present invention is not limited to this. That is,
The use of a fluid heat transfer medium to heat or cool the cathode 32C, the use of a fluid heat transfer medium to heat or cool the side wall 12 or the top wall, resistive heating of the cathode 32C, or the use of a gas between the wafer 15 and the cathode 32C. These include the use of a heat transfer medium and mechanical or electrostatic devices to clamp the wafer 15 to the cathode 32C. Such aspects are discussed in U.S. Patent No. 4,872,947, 10/1989
Published on May 10th and US Patent No. 4,842,68
3, published June 27, 1989.

【0018】本真空室の設計は、高圧と低圧のいずれの
動作にも有用であり、ウェーハ支持陰極32Cとガス取
入れマニホールド電極との間の間隔dは、高圧と低圧の
いずれの動作にも適合している。例えば、500ミリト
ル〜50トルの高圧動作は、間隔d<約5cmを使用す
ることが適切であり、低圧動作の場合、2ミリトル〜5
00ミリトルの範囲で、間隔d>5cmが好適である。 示されているように、真空室は一定の間隔dを採用する
か、または、交換可能な、あるいは、自在伸縮の真空室
の上部などの可変間隔設計を使用することが出来る。反
応装置10は、酸化ケイ素と窒化ケイ素などの素材の高
圧と低圧の蒸着と、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、ケイ素
、ポリシリコン及びアルミニウムなどの素材の低圧異方
性反応イオンエッチングと、上記素材の蒸着とエッチバ
ックの同時操作より成るCVD細面化(facetin
g)とに有用である。反応装置10が使用される、これ
らの及びほかの処理は、通常に譲渡された米国特許出願
No. (Docket No.151−2)、名称“
半導体ウェーハに集積回路形成に使用するVHF/UH
Fプラズマ処理”、発明者コリンズ他に記載されており
、このコリンズ他の特許出願が参考に引用されている。
The present vacuum chamber design is useful for both high and low pressure operation, and the spacing d between the wafer support cathode 32C and the gas intake manifold electrode is compatible with both high and low pressure operation. are doing. For example, for high pressure operation from 500 mTorr to 50 Torr, it is appropriate to use a spacing d<about 5 cm, and for low pressure operation, from 2 mTorr to 5 cm.
In the range 00 mTorr, a spacing d>5 cm is preferred. As shown, the vacuum chambers may employ a constant spacing d, or a variable spacing design may be used, such as a replaceable or telescoping vacuum chamber top. Reactor 10 performs high and low pressure deposition of materials such as silicon oxide and silicon nitride, low pressure anisotropic reactive ion etching of materials such as silicon dioxide, silicon nitride, silicon, polysilicon and aluminum, and deposition of the above materials. CVD facet thinning (facetin) consisting of simultaneous etchback and etchback operations.
g) It is useful for. These and other processes in which reactor 10 is used are described in commonly assigned U.S. Patent Application Ser. (Docket No. 151-2), name “
VHF/UH used for forming integrated circuits on semiconductor wafers
"F Plasma Treatment", by Collins et al., which Collins et al. patent application is incorporated by reference.

【0019】好適に、取入れマニホールド27からのガ
スの流れは、ウェーハへ向って下向きに進み、次に、ウ
ェーハ15から放射状に外方へ排気される。このために
、環状真空マニホールド23は、片側の側壁12と反対
側の外部伝送線路導電体32Oとの間と、底部の室底壁
14と上部の導電性ポンプスクリーン24との間に、陰
極伝送線路構造体32の回りに形成されている。マニホ
ールド・スクリーン24は、真空マニホールド23とプ
ラズマ室33との間に挿入され、側壁12と伝送線路構
造体32の外部導電体32Oとの間に導電性電気回路を
形成している。マニホールド23は、ウェーハ15の周
辺部から排気ガスを均一に放射状に排出する環状排気溝
を形成している。排気マニホールド23は、底壁14の
一つ以上の開孔26を経て排気ガス装置16へ通じてい
る。全体のガスの流れは、通常19に沿って取入れマニ
ホールド27に入り、次に通路20を沿って取入れマニ
ホールドからウェーハ15に向い、流路21に沿って放
射状に外方へウェーハの周辺端からスクリーン24を通
り、ガスマニホールドへ入り、流路22に沿って排気マ
ニホールド23から排気装置へ入る。
Preferably, the flow of gas from the intake manifold 27 travels downwardly toward the wafer and then is exhausted radially outwardly from the wafer 15. To this end, the annular vacuum manifold 23 has a cathode transmission line between the side wall 12 on one side and the external transmission line conductor 32O on the opposite side, and between the chamber floor wall 14 at the bottom and the conductive pump screen 24 at the top. It is formed around the line structure 32. Manifold screen 24 is inserted between vacuum manifold 23 and plasma chamber 33 to form a conductive electrical circuit between sidewall 12 and external conductor 32O of transmission line structure 32. The manifold 23 forms an annular exhaust groove that uniformly discharges exhaust gas radially from the periphery of the wafer 15. Exhaust manifold 23 communicates with exhaust gas system 16 via one or more apertures 26 in bottom wall 14 . The overall gas flow is typically along passage 19 into intake manifold 27, then along passage 20 from the intake manifold to wafer 15, and radially outward along passage 21 from the peripheral edge of the wafer to the screen. 24 into the gas manifold, and along the flow path 22 from the exhaust manifold 23 into the exhaust system.

【0020】さらに、図1と図2とに関して、電源30
から送られた周波数50〜800MHz の高周波VH
F/UHFエネルギーは、整合回路網31へ入力され、
そこから、参照番号32により集約して識別された室の
構成要素により、室33と室内のプラズマに接続してい
る。2.伝送線路の必要条件下記の説明のように、集合
構成要素32は、非常に低損失の同軸伝送線に近いもの
であり、また、整合回路網31が、負荷インピーダンス
と非常に異なるインピーダンスを呈しないように、負荷
インピーダンスZ1 の変換を最小にする非常に短い同
軸伝送線路でなければならない。
Further, with respect to FIGS. 1 and 2, power supply 30
High frequency VH with a frequency of 50 to 800 MHz sent from
F/UHF energy is input to matching network 31;
From there, the chamber components collectively identified by reference numeral 32 connect to chamber 33 and the plasma within the chamber. 2. Transmission Line Requirements As discussed below, the collective component 32 approximates a very low-loss coaxial transmission line, and the matching network 31 does not present an impedance that is very different from the load impedance. As such, it must be a very short coaxial transmission line that minimizes the transformation of the load impedance Z1.

【0021】同軸ケーブル伝送線路32の特性インピー
ダンスZ0 は、(式1)により与えられる。 Z0 =(μ/e)1/2 2π In ( γ0/γ
i ) ここで、 μ=μo ・μr 透磁率 μr =1  非磁性材の場合 μo =4π×10−7ヘンリ/メートルε=εo ・
εr 誘電率 εr =誘導定数 εo =8.85×10−22 ファラド/メートルγ
o =外部導電体の内側半径 γi =内部導電体の半径 Zinは、伝送線路構造体が室内のプラズマで終ってい
る場合のこの構造体への入力インピーダンス(整合回路
から見たインピーダンス)であり、特性インピーダンス
Zo の関数である。Zinは、(式2)により与えら
れる。
The characteristic impedance Z0 of the coaxial cable transmission line 32 is given by (Equation 1). Z0 = (μ/e)1/2 2π In (γ0/γ
i) Here, μ=μo ・μr Magnetic permeability μr = 1 For non-magnetic material μo = 4π×10-7 Henry/meter ε=εo・
εr Dielectric constant εr = induction constant εo = 8.85×10-22 Farad/meter γ
o = inner radius of the outer conductor γi = radius of the inner conductor Zin is the input impedance to this structure (the impedance seen from the matching circuit) when the transmission line structure terminates in the plasma in the room; It is a function of the characteristic impedance Zo. Zin is given by (Formula 2).

【0022】         Zin=Z0・(ZL +jZ0 t
anβl)/ (Z0+jZL tan βl)   
       (2)ここで、Z1 はプラズマの負荷
インピーダンスであり、lは伝送線路の物理的長さであ
る。βは位相定数2π/λm であり、λm は関係素
材の波長である。また、λm =λfs/((εr )
1/2 ×mur )であり、ここで、εr は比誘電
率(誘電定数)、mur は比透磁率、λfsは自由空
間における波長/メートルで、(300×106 メー
トル/秒)/(周波数Hz )である。
[0022] Zin=Z0・(ZL +jZ0 t
anβl)/ (Z0+jZL tan βl)
(2) where Z1 is the plasma load impedance and l is the physical length of the transmission line. β is the phase constant 2π/λm and λm is the wavelength of the material concerned. Also, λm = λfs/((εr)
1/2 ×mur ), where εr is the relative permittivity (dielectric constant), mur is the relative permeability, λfs is the wavelength/meter in free space, and (300×106 meters/second)/(frequency Hz ).

【0023】(式2)より、Z0 =Z1 ならば、伝
送線路の長さに関係なく、同一インピーダンスである。 しかし、品質が満されないならば、伝送線路インピーダ
ンスは、Z1 をある新しいインピーダンスへ、λ/2
の周期で変換する。この変換を最小にするため、伝送線
路は、最大使用周波数において、ACエネルギーの波長
の1/10から1/20程に非常に短かくなければなら
ない。 例えば、周波数13.56MHz の従来技術の場合、
λfsは22.1メートルに等しい。しかし、例えば、
300MHz の関係のある周波数において、λfsは
非常に短かく、約1メートルである。従って、300M
Hz の高周波においては、整合回路網とプラズマ負荷
との間の伝送線路構造体は、最大長さの必要条件を超え
ないように、0.05〜0.1メートルより小さくなけ
ればならない。 3.伝送線路構造体32 適切な高周波同軸/伝送線路の設計では、低い特性イン
ピーダンス経由の給電路、整合回路網からウェーハへの
短い伝送線、伝送線路に沿った復帰路が必要である。こ
の設計要件は、図1と図2に示された伝送線路構造体3
2により満足される。この構造体32は、陰極32Cと
、同心円の環状導電体32Oと、陰極32Cを囲んで同
心導電体から絶縁し、ほかの状態に破壊する処理ガスを
排除する無孔性の低損失絶縁32Iとより構成されてい
る。例えば、テフロンTMあるいは石英材は、高誘電強
度、低誘電定数、及び低損失であるので、適切である。 この構造体の入力側は、以下に述べる形態で整合回路網
へ接続している。絶縁された陰極32Cと外側導電体3
2Oとは、整合回路網31とプラズマ33との間に分離
した電流路を形成している。一つの可逆電流路37は、
整合回路網から陰極32Cの外周部に沿って、電極の上
表面のプラズマ外皮へ達している。もう一つの可逆路3
8は、プラズマ33からガスマニホールド27と側壁1
2の上部の内側部分に沿い、次に、電導性排気マニホー
ルドスクリーン24に沿い、外側導電体の内側を経て整
合回路網に至る。留意すべきことは、排気マニホールド
スクリーン24は、均一な放射状ガス排出装置の一部で
あり、また、RF電流の帰路でもある点である。
From (Equation 2), if Z0 = Z1, the impedance is the same regardless of the length of the transmission line. However, if the quality is not satisfied, the transmission line impedance changes from Z1 to some new impedance, λ/2
Convert with a period of . To minimize this conversion, the transmission line must be very short, on the order of 1/10 to 1/20 of the wavelength of the AC energy at the highest frequency of use. For example, in the case of the conventional technology with a frequency of 13.56 MHz,
λfs is equal to 22.1 meters. However, for example,
At the relevant frequency of 300 MHz, λfs is very short, about 1 meter. Therefore, 300M
At high frequencies of Hz, the transmission line structure between the matching network and the plasma load must be smaller than 0.05-0.1 meter so as not to exceed the maximum length requirements. 3. Transmission Line Structure 32 A suitable high frequency coax/transmission line design requires a feed path through a low characteristic impedance, a short transmission line from the matching network to the wafer, and a return path along the transmission line. This design requirement is based on the transmission line structure 3 shown in Figures 1 and 2.
2 is satisfied. This structure 32 includes a cathode 32C, a concentric annular conductor 32O, and a nonporous low-loss insulation 32I that surrounds the cathode 32C, insulating it from the concentric conductor, and excluding process gases that would otherwise destroy it. It is composed of For example, Teflon™ or quartz materials are suitable because of their high dielectric strength, low dielectric constant, and low loss. The input side of this structure is connected to a matching network in the manner described below. Insulated cathode 32C and outer conductor 3
2O forms a separate current path between matching network 31 and plasma 33. One reversible current path 37 is
The matching network extends along the outer periphery of cathode 32C to the plasma envelope on the upper surface of the electrode. Another reversible path 3
8 is from the plasma 33 to the gas manifold 27 and the side wall 1
2, then along the conductive exhaust manifold screen 24 and inside the outer conductor to the matching network. Note that the exhaust manifold screen 24 is part of the uniform radial gas exhaust system and is also the return path for the RF current.

【0024】交流のエネルギーを加えている間、RF電
流路は、示された方向とその逆の方向との間を交互に変
わる。同軸ケーブル形の伝送線路構造体により、具体的
には、陰極32Cの高い内部インピーダンス(その外側
に対して)と、導電体32Oの外表面へ向って高インピ
ーダンス(その内表面に対して)であることにより、R
F電流は、同軸伝送線路のように、陰極32Cの外表面
と外部導電体32Oの内表面を流れるようになる。約5
0〜800MHz のVHF/UHFの高い動作周波数
において、これらの電流は、1ミリの2/10〜3/1
0程度の深さの表面厚さ、つまり表皮に集中する。しか
し、大きいウェーハ、例えば、直径が4〜8インチのウ
ェーハ、及び同一基準の直径の陰極32Cと同様に大き
い直径の外側導電体32Oを使用することにより、大き
い有効な断面、すなわち、伝送線路構造体に沿った低イ
ンピーダンス電流路が形成する。
During the application of alternating current energy, the RF current path alternates between the indicated direction and its opposite direction. The coaxial cable type transmission line structure specifically provides a high internal impedance of the cathode 32C (relative to its outer surface) and a high impedance toward the outer surface of the conductor 32O (relative to its inner surface). Due to certain things, R
The F current flows through the outer surface of cathode 32C and the inner surface of outer conductor 32O, like a coaxial transmission line. Approximately 5
At high operating frequencies of VHF/UHF from 0 to 800 MHz, these currents are 2/10 to 3/1 of a millimeter.
Concentrates on the surface thickness at a depth of about 0, that is, the epidermis. However, by using a large wafer, e.g., a 4-8 inch diameter wafer, and a cathode 32C of the same standard diameter as well as a large diameter outer conductor 32O, a large effective cross-section, i.e., a transmission line structure A low impedance current path is formed along the body.

【0025】(式2)に示されているように、同軸型の
伝送線路構造体32が、その特性インピーダンスZ0 
に等しい純粋な抵抗であるとすると、整合回路網は、伝
送線路の長に関係なく、一定のインピーダンスZ0 で
ある。しかし、このようなことは、本発明の場合ではな
い。その理由は、プラズマは、ある範囲の圧力、電力、
及び周波数で動作し、種々のガスより構成されており、
これが、プラズマが伝送線路32の端部に現われるよう
な負荷インピーダンスZ1 を、集約的に変化せしめる
からである。負荷Z1 は、非理想的(すなわち、非無
損失の)伝送線路32と整合しないので、伝送線路に持
続的に現われる波動は、伝送線路と整合回路網との間の
、抵抗性、誘電性などの損失を増加する。整合回路網3
1は、すべての持続する波動とこれにより起る損失を、
増幅器あるいは電源30へ逆流する整合回路網の入力か
ら除去するために、使用することが出来るが、整合回路
網、伝送線路32、及び真空室内のプラズマは、伝送線
路32と整合回路網との間に、抵抗性、誘電性などの損
失を増加する共振系を構成している。手短かに言えば、
負荷インピーダンスZ1 は損失と整合しないが、Z1
 =Z0 の場合に最小である。
As shown in (Equation 2), the coaxial type transmission line structure 32 has its characteristic impedance Z0
The matching network has a constant impedance Z0, regardless of the length of the transmission line. However, this is not the case with the present invention. The reason is that plasma can be generated over a certain range of pressure, power,
and frequencies, and is composed of various gases,
This is because the plasma causes an intensive change in the load impedance Z1 as it appears at the end of the transmission line 32. Since the load Z1 is not matched to the non-ideal (i.e., non-lossless) transmission line 32, the persistent waves appearing on the transmission line are caused by resistive, dielectric, etc. increase losses. Matching network 3
1 represents all sustained waves and the losses caused by them,
Plasma within the matching network, transmission line 32, and vacuum chamber between the transmission line 32 and the matching network can be used to remove from the input of the matching network flowing back to the amplifier or power supply 30. In addition, it constitutes a resonant system that increases losses due to resistivity, dielectricity, etc. In short,
Although the load impedance Z1 does not match the loss, Z1
It is minimum when =Z0.

【0026】負荷の不整合による損失を低減するために
、同軸型伝送線路構造体32は、プラズマ動作に関連し
た負荷インピーダンスの範囲に、最良に適合する特性イ
ンピーダンスZ0 を有するように、設計されている。 一般に、上述の動作変数と関係材料について、プラズマ
により伝送線路へ誘起された、直列の等価RC負荷イン
ピーダンスZ1 は、1オームから30オームの範囲内
にある抵抗と、50ピコファラドから約400ピコファ
ラドの範囲内のキャパシタンスとより成っている。この
結果、最適なものとして、負荷インピーダンスの範囲内
に中心のある、すなわち、約10オームから15オーム
の範囲にある伝送線路特性インピーダンスZ0 を得た
To reduce losses due to load mismatch, the coaxial transmission line structure 32 is designed to have a characteristic impedance Z0 that best matches the range of load impedances associated with plasma operation. There is. In general, for the operating variables and related materials described above, the equivalent series RC load impedance Z1 induced by the plasma into the transmission line will have a resistance in the range of 1 ohm to 30 ohms and a range of 50 picofarads to about 400 picofarads. It consists of a capacitance within. As a result, an optimum transmission line characteristic impedance Z0 centered within the range of the load impedance, that is, in the range of about 10 ohms to 15 ohms, was obtained.

【0027】(式2)にそのほかに示されているように
、伝送線路32は、整合回路網が受けるプラズマのイン
ピーダンスの変換を防止するために、非常に短いことが
必要である。好適に、伝送線路は、1/4波長、λ/4
よりかなり小さく、さらに好適に、約(0.05〜0.
1)λである。さらに一般的には、1/4波長より非常
に小さい負荷への距離に整合回路網を配置することが不
可能であれば、利点は、1/2波長の整数の倍数n=1
、2、3、などに等しい伝送線路長を使用することによ
り、インピーダンスに関連した1/2波長の周期性であ
ることである(λ/2、λ、3λ/2、など)。さらに
正確には、好適な値は、λ/2〜(λ/2+0.05λ
)、λ〜(λ+0.05λ)、3λ/2〜(3λ/2+
0.05λ)などである。このような条件の下で、1/
4波長部分(あるいは、nλ/4、nは奇数)は、Z1
 をZin=Z02/Z1 であるように変換し、Z1
 は一般に小さく、非常に大きいZinを発生するので
、整合回路網は、1/4波数の奇類の整数(λ/4、3
λ/4、5λ/4)に配置すべきでない。その場合、整
合回路網は、プラズマ負荷に整合することが出来ず、許
容出来ない装置の共振と電力消費なしでは、電力をプラ
ズマへ接続することは、非常に困難である。
As also shown in equation 2, the transmission line 32 needs to be very short to prevent transformation of the plasma impedance experienced by the matching network. Preferably, the transmission line is 1/4 wavelength, λ/4
much smaller than, more preferably about (0.05 to 0.
1) λ. More generally, if it is not possible to place the matching network at a distance to the load that is much less than a quarter wavelength, the advantage is that
By using transmission line lengths equal to , 2, 3, etc., there is a half-wave periodicity associated with the impedance (λ/2, λ, 3λ/2, etc.). More precisely, preferred values are between λ/2 and (λ/2+0.05λ
), λ~(λ+0.05λ), 3λ/2~(3λ/2+
0.05λ), etc. Under these conditions, 1/
The 4-wavelength part (or nλ/4, n is an odd number) is Z1
Convert Zin=Z02/Z1, and Z1
is generally small and generates a very large Zin, so the matching network has a 1/4 wavenumber odd integer (λ/4,
λ/4, 5λ/4). In that case, the matching network cannot match the plasma load and it is very difficult to connect power to the plasma without unacceptable device resonance and power dissipation.

【0028】また、電力の効率のよい接続に関して、帰
路導電体32Oの内径(断面寸法)は、中心の導電体3
2Cの外径(断面寸法)よりあまり大きすぎてはならな
い。簡単に言えば、真空室は、約50〜800MHz 
のVHFあるいはUHFの電力を、整合回路31からプ
ラズマ33へ接続している伝送線路構造体を組み入れて
いる。伝送線路構造体は、(1)プラズマ・インピーダ
ンスの望ましくない変換を防止するため、関係の周波数
において、1/4波長に比較して非常に短く、(2)プ
ラズマと整合回路網との間の線路に持続的波動が存在す
ることによる損失を抑えるために、選択された特性Z0
 を有し、(3)中心の導電体の寸法よりあまり大きく
ない外側導電体の経路断面寸法を使用している。 4.整合回路網 伝送線路構造体の物理的長さを、1/4波長に比較して
短く、すなわち、波長の1/10あるいは1/20より
適切に小さく、あるいは、上述の1/2波長の倍数より
僅かに大きく維持することにより、負荷が一般的な直列
RCインピーダンスの場合、伝送線路回路網に接続した
、僅かに誘導性の構成要素がある。普通、抵抗性負荷と
整合するには、L字回路網は、キャパシタンスと直列に
接続したインダクタンスが必要である。しかし、非常に
短い伝送線路構造体32は、非常に小さい抵抗あるいは
低いインピーダンス負荷で終端しているので、それは、
誘導性構成要素と抵抗性構成要素を整合回路網へ呈する
。プラズマ33はRC負荷であるが、誘導性構成要素が
存在することにより、整合回路網内にインダクタンスが
必要であることは、削除される。これによって、二つの
可変コンデンサより成る整合回路網が簡単に実施される
Regarding efficient power connection, the inner diameter (cross-sectional dimension) of the return conductor 32O is
It must not be much larger than the outer diameter (cross-sectional dimension) of 2C. Simply put, a vacuum chamber has a frequency of approximately 50 to 800 MHz.
A transmission line structure is incorporated which connects VHF or UHF power from the matching circuit 31 to the plasma 33. The transmission line structure is (1) very short compared to a quarter wavelength at the frequencies of interest to prevent undesirable transformations of the plasma impedance, and (2) very short compared to a quarter wavelength between the plasma and the matching network. In order to reduce losses due to the presence of persistent waves in the line, the selected characteristic Z0
and (3) using outer conductor path cross-sectional dimensions that are not significantly larger than the center conductor dimensions. 4. The physical length of the matched network transmission line structure is short compared to a quarter wavelength, i.e. suitably smaller than 1/10 or 1/20 of a wavelength, or a multiple of the above mentioned 1/2 wavelength. By keeping it slightly larger, if the load is a typical series RC impedance, there are slightly inductive components connected to the transmission line network. Typically, to match resistive loads, L-networks require an inductance in series with a capacitance. However, since the very short transmission line structure 32 is terminated with a very small resistance or low impedance load, it
Presenting inductive and resistive components to a matching network. Although plasma 33 is an RC load, the presence of inductive components eliminates the need for inductance in the matching network. This allows a simple implementation of a matching network consisting of two variable capacitors.

【0029】図3と図4に関して、この好適な整合回路
網31は、整合回路網の入力から接地へ接続した分流コ
ンデンサC1 と、整合回路網の入力から整合回路網の
出力へ接続した直列コンデンサC2 とより成るL字回
路網であり、C2 は、伝送線路構造体32の入力へ直
接に接合している。図3と図4に示された整合回路網の
構成は、一般的な電源出力に50オームの抵抗インピー
ダンスと、一般的なプラズマ33に1〜50オームの抵
抗インピーダンス構成要素を設定しており、さらに一般
的には、電源出力抵抗構成要素は、負荷抵抗構成要素よ
り大きいことに注目されるべきである。プラズマ負荷イ
ンピーダンスZ1 の抵抗部が、電源の出力抵抗インピ
ーダンスより大きい場合、整合回路網の入力と出力の結
線は逆になる。
3 and 4, the preferred matching network 31 includes a shunt capacitor C1 connected from the input of the matching network to ground, and a series capacitor C1 connected from the input of the matching network to the output of the matching network. C2 is connected directly to the input of the transmission line structure 32. The matching network configuration shown in FIGS. 3 and 4 provides a 50 ohm resistive impedance at the typical power supply output and a 1-50 ohm resistive impedance component at the typical plasma 33. It should be noted that more generally, the power supply output resistive component is larger than the load resistive component. If the resistive portion of the plasma load impedance Z1 is larger than the output resistive impedance of the power supply, the input and output connections of the matching network are reversed.

【0030】コンデンサC1 とC2 は、固定板と可
動板より成る空気コンデンサであり、一般に、銅、ある
いは銀メッキの銅板で形成されている。コンデンサC1
 の固定板58は、整合回路網のケースあるいはハウジ
ング35であり、接地に接続している。また、図1に関
して、板57は、電源30からの入力部50へ接続して
おり、リアルタイムのZinあるいは反映された電力に
もとずいて、装置内蔵のコンピュータ60に制御されて
モータM1 により経路62に沿って動くことが出来る
。この入力部は、板の分離の制御に、つまり、周知の方
法でコンデンサのキャパシタンスの制御に使用される。 テフロンTM、あるいは、ほかの適切な、低損失で、高
い誘電強度の材料のシート61が、アーク防止のために
、コンデンサ板57と58との間に挿入されている。注
目される点は、図1に図示されているように、コンピュ
ータ60(あるいは、分離したコンピュータ)が便利に
使用されて、電源30の動作を制御し、関連の範囲内に
適切な周波数を選択し、これによって、所定の処理に関
して望まれる電圧と電力の組合せを選択することである
。50〜800MHz の広い周波数帯域から選択する
ことにより電圧と電力を制御する能力により、非常に大
きい処理の窓が開かれている。
Capacitors C1 and C2 are air capacitors consisting of a fixed plate and a movable plate, and are generally made of copper or silver-plated copper plates. Capacitor C1
The fixed plate 58 is the case or housing 35 of the matching network and is connected to ground. Also, with reference to FIG. 1, the plate 57 is connected to the input 50 from the power supply 30, and based on the real-time Zin or reflected power, the motor M1 is routed by the motor M1 under the control of the device's built-in computer 60. You can move along 62. This input is used to control the separation of the plates and thus the capacitance of the capacitor in a known manner. A sheet 61 of Teflon™ or other suitable low loss, high dielectric strength material is inserted between capacitor plates 57 and 58 for arc prevention. It is noted that, as illustrated in FIG. 1, a computer 60 (or a separate computer) is conveniently used to control the operation of power supply 30 and select the appropriate frequency within the relevant range. and thereby select the desired voltage and power combination for a given process. The ability to control voltage and power by selecting from a wide frequency band of 50-800 MHz opens up a very large processing window.

【0031】同様に構成された直列のコンデンサC2 
は、テフロンTMなどの材料で製作された、絶縁性、耐
アーク性シート59より構成されており、その足部56
は入力部50に接続して、コンデンサC1 のように、
モータM2 により経路63に沿って動き、C2 のキ
ャパシタンスを変化する。固定された足部55は、整合
回路網の出力部52へ接続しており、出力部52は、図
のように、下方へ伸張している導電柱53を係止するク
リップ54より成っている。この柱は、陰極32Cの一
部であるか、あるいは、その陰極へ電気的に接続してい
る。
A similarly configured series capacitor C2
is composed of an insulating, arc-resistant sheet 59 made of a material such as Teflon TM, and its foot portion 56
is connected to the input section 50, like the capacitor C1,
Motor M2 moves along path 63 and changes the capacitance of C2. The fixed foot 55 is connected to an output 52 of the matching network, which comprises a clip 54 that locks a conductive column 53 extending downward, as shown. . The pillar is part of or electrically connected to the cathode 32C.

【0032】一般に、いずれの可変コンデンサの足部は
、銅などの材料で形成された導電性帯板により入力部5
0へ電気的に接続している。反応室のハウジング12の
底部と整合回路網ケース35の上部との間の環状電極6
4は、整合回路網31と外側導電体32Oを同じ電位へ
、すなわち、装置の接地へ接続し、また、整合回路網と
共に、出力接続部52は、伝送線路構造体32への整合
回路網の必要な同軸ケーブル型接続あるいは終端を形成
している。また、この構造体は、整合回路網を伝送線路
構造体へ容量的に接続して、シース電圧が等しくない場
合、DCバイアスを阻止する。
Generally, the legs of any variable capacitor are connected to the input section 5 by conductive strips made of a material such as copper.
electrically connected to 0. An annular electrode 6 between the bottom of the reaction chamber housing 12 and the top of the matching network case 35
4 connects the matching network 31 and the outer conductor 32O to the same potential, i.e. to equipment ground, and together with the matching network, the output connection 52 connects the matching network to the transmission line structure 32. Forms the necessary coaxial cable type connections or terminations. The structure also capacitively connects the matching network to the transmission line structure to block DC bias when the sheath voltages are not equal.

【0033】一般的なプロセス変数と50〜400ファ
ラドと直列の1〜30オームの連結したプラズマRCイ
ンピーダンスに関して、C1 とC2 は、10〜40
0ピコファラドの範囲で変化する。当然、非常に短い伝
送線路の必要条件が適合されない場合、誘導子はC2 
と直列に必要である。本分野のこれらの一般的技術は、
容易に引き出されて、本装置に適合する、ほかの、また
は、標準的整合回路の構成に使用される。例えば、選択
使用の誘導子は、関係の低周波で動作する場合、C2 
と直列に組み入れられる。また、整合回路網は、別のD
Cブロッキング・コンデンサも有することが出来る。
For typical process variables and coupled plasma RC impedances of 1-30 ohms in series with 50-400 Farads, C1 and C2 are 10-40
It varies in the range of 0 picofarads. Naturally, if the requirements of a very short transmission line are not met, the inductor C2
It is necessary in series with These common techniques in this field are:
It is easily extracted and used in the construction of other or standard matching circuits compatible with the present device. For example, the inductor of choice uses C2 when operating at a low frequency of interest.
can be incorporated in series with Also, the matching network is connected to another D
A C blocking capacitor may also be included.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本UHF/VHFプラズマ反応装置の構造図で
ある。
FIG. 1 is a structural diagram of the present UHF/VHF plasma reactor.

【図2】図1の反応装置に組み込まれた伝送線路構造体
の斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view of a transmission line structure incorporated into the reactor of FIG. 1;

【図3】適切な整合回路網の回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram of a suitable matching network.

【図4】図3の回路図と物理的に同等のものを示す断面
図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a circuit diagram physically equivalent to the circuit diagram of FIG. 3;

【参照番号】10  プラズマ処理反応装置11  ハ
ウジング 12  室壁 23  排気マニホールド 24  導電性スクリーン 27  ガス取入れマニホールド 32  一体化同軸伝送線路構造体 32C  ウェーハ支持電極 32I  絶縁体 32O  外側導電体 33  プラズマ室 31  整合回路網
[Reference numbers] 10 Plasma processing reactor 11 Housing 12 Chamber wall 23 Exhaust manifold 24 Conductive screen 27 Gas intake manifold 32 Integrated coaxial transmission line structure 32C Wafer support electrode 32I Insulator 32O Outer conductor 33 Plasma chamber 31 Matching circuit network

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  室(33)と電極とより成るプラズマ
処理反応装置(10)にして、電極(32C)が、選択
された周波数のACエネルギーを前記室へ直接に接続し
て、そこにプラズマを形成する一体化された同軸伝送線
路構造体(32)の一部であることを特徴とするプラズ
マ処理反応装置。
1. A plasma processing reactor (10) comprising a chamber (33) and an electrode, wherein the electrode (32C) connects AC energy of a selected frequency directly to said chamber to generate a plasma therein. A plasma processing reactor characterized in that it is part of an integrated coaxial transmission line structure (32) forming a plasma processing reactor.
【請求項2】  一体化された同軸伝送線路構造体(3
2)が、ウェーハ支持電極である中央導電体(32C)
と、絶縁体(32I)と、外側導電体(32O)とより
成っていることを特徴とする請求項1に記載の反応装置
[Claim 2] An integrated coaxial transmission line structure (3
2) is the central conductor (32C) which is the wafer support electrode.
2. A reactor according to claim 1, characterized in that it consists of an insulator (32I) and an outer conductor (32O).
【請求項3】  前記電極がウェーハ支持電極(32C
)であり、前記反応装置がさらに、プラズマ室(33)
を形成する壁(12)を有するハウジング(11)と、
反応ガスをプラズマ室(33)へ供給する、ハウジング
内に配置されたガス取入れマニホールド(27)と、真
空ポンプ手段と、ウェーハ支持電極(32C)を囲みま
たウェーハ支持電極を囲んでいる導電性スクリーン(2
4)と、ウェーハ支持電極(32C)の周辺部かつ前記
スクリーン(24)を経て真空ポンプ手段への排気ガス
の制御された放射状の流れを形成する、スクリーン(2
4)を経て真空ポンプ手段と接続しているプラズマ室(
33)とより成り、一体化された同軸伝送線路構造体(
32)が、ウェーハ支持電極(32C)と、ウェーハ支
持電極(32C)を囲み、排気ガス・マニホールド(2
3)の内側壁を形成し、スクリーン(24)を経てプラ
ズマ室の壁(12)へ電気的に接続した外側導電体(3
2O)と、ウェーハ支持電極(32C)と外側導電体(
32O)との間にある絶縁体(32I)とより成り、こ
の構成により、伝送線路構造体が、同軸ケーブルのよう
に、ウェーハ支持電極(32C)に沿ってプラズマ室(
33)へ、プラズマ室から室壁(12)とスクリーン(
24)へ可逆的に接続していることを特徴とする請求項
1に記載の反応装置。
3. The electrode is a wafer support electrode (32C
), and the reactor further comprises a plasma chamber (33).
a housing (11) having a wall (12) forming a
A gas intake manifold (27) located within the housing for supplying reactive gases to the plasma chamber (33), vacuum pump means and a conductive screen surrounding and surrounding the wafer support electrode (32C). (2
4) and a screen (2) forming a controlled radial flow of exhaust gas around the periphery of the wafer support electrode (32C) and through said screen (24) to the vacuum pumping means.
4) a plasma chamber (
33) and an integrated coaxial transmission line structure (
32) surrounds the wafer support electrode (32C) and the exhaust gas manifold (22C).
The outer conductor (3) forms the inner wall of the plasma chamber (3) and is electrically connected to the wall (12) of the plasma chamber via the screen (24).
2O), the wafer support electrode (32C) and the outer conductor (
This configuration allows the transmission line structure to run along the wafer support electrode (32C) like a coaxial cable to the plasma chamber (32C).
33), from the plasma chamber to the chamber wall (12) and the screen (
24) The reactor according to claim 1, characterized in that it is reversibly connected to 24).
【請求項4】  ACエネルギーが、可変分流コンデン
サ(C1 )と可変直列コンデンサ(C2 )とより成
る整合回路網(31)を経て、伝送線路構造体(32)
へ供給されることを特徴とする請求項1から請求項3の
うちのいずれかの請求項に記載の反応装置。
4. AC energy is passed through a matching network (31) consisting of a variable shunt capacitor (C1) and a variable series capacitor (C2) to a transmission line structure (32).
4. The reactor according to claim 1, wherein the reactor is supplied to a reactor according to any one of claims 1 to 3.
【請求項5】  さらに、ウェーハ支持電極(32C)
と外側導電体(32O)とを接触せしめ、ACエネルギ
ーを伝送線路構造体へ接続するために使用される整合回
路網より成ることを特徴とする請求項3に記載の反応装
置。
5. Furthermore, a wafer support electrode (32C)
4. A reactor according to claim 3, characterized in that it comprises a matching network used to contact the outer conductor (32O) and connect the AC energy to the transmission line structure.
【請求項6】  ウェーハ支持電極(32C)が柱状電
極(53)へ電気的に接続し、外側導電体(32O)が
周辺電極へ接続するかあるいはこれを有し、整合回路網
(31)が可変分流コンデンサ(C1 )と、柱状電柱
(53)と周辺電極との間に接続した可変直列コンデン
サ(C2 )とより成ることを特徴とする請求項5に記
載の反応装置。
6. The wafer support electrode (32C) is electrically connected to the columnar electrode (53), the outer conductor (32O) is connected to or has a peripheral electrode, and the matching network (31) is 6. The reactor according to claim 5, characterized in that it comprises a variable shunt capacitor (C1) and a variable series capacitor (C2) connected between the utility pole (53) and the peripheral electrode.
【請求項7】  さらに、直列コンデンサ(C2 )と
直列に接続した誘導子より成ることを特徴とする請求項
4あるいは請求項6に記載の反応装置。
7. The reaction apparatus according to claim 4, further comprising an inductor connected in series with a series capacitor (C2).
【請求項8】  伝送線路構造体(32)の長さが、選
択された周波数において1/4電気的波長よりも十分に
小さいことを特徴とする請求項1から請求項7のうちの
いずれかの請求項に記載の反応装置。
8. Any one of claims 1 to 7, characterized in that the length of the transmission line structure (32) is significantly smaller than 1/4 electrical wavelength at the selected frequency. A reaction apparatus according to claim 1.
【請求項9】  外部ACエネルギーが約50MHz 
から約800MHzの範囲内にあり、また、伝送線路構
造体(32)の長さが、選択された周波数において1/
4電気的波長より十分に小さいことを特徴とする請求項
1から請求項7のうちのいずれかの請求項に記載のプラ
ズマ処理反応装置。
[Claim 9] External AC energy is approximately 50 MHz.
and approximately 800 MHz, and the length of the transmission line structure (32) is approximately 800 MHz at the selected frequency.
8. A plasma processing reactor according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the wavelength is sufficiently smaller than 4 electrical wavelengths.
【請求項10】  n=1、2、3、などであり、また
、λが選択された周波数において外部ACエネルギーの
波長である場合、伝送線路構造体(32)の物理的長さ
がλ/2であることを特徴とする請求項1から請求項7
のうちのいずれかの請求項に記載のプラズマ処理反応装
置。
10. If n=1, 2, 3, etc. and λ is the wavelength of the external AC energy at the selected frequency, then the physical length of the transmission line structure (32) is λ/ Claims 1 to 7 characterized in that: 2.
A plasma processing reactor according to any one of the claims.
【請求項11】  ACエネルギーの周波数が約50M
Hz から約800MHz の範囲から選択され、また
、n=1、2、3、などであり、λが選択された周波数
における波長である場合、伝送線路構造体(32)の長
さがnλ/2であることを特徴とする請求項1から請求
項7のうちのいずれかの請求項に記載のプラズマ処理反
応装置。
[Claim 11] The frequency of the AC energy is approximately 50M.
Hz to about 800 MHz, and where n=1, 2, 3, etc., and λ is the wavelength at the selected frequency, the length of the transmission line structure (32) is nλ/2. The plasma processing reaction apparatus according to any one of claims 1 to 7, characterized in that:
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