JP2956487B2 - Plasma generator - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はプラズマ生成装置に関
し、より詳細にはプラズマを利用して半導体素子基板等
の試料にエッチング処理又はCVD処理等を施すプラズ
マ生成装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma generating apparatus, and more particularly, to a plasma generating apparatus for performing an etching process or a CVD process on a sample such as a semiconductor device substrate using plasma.
【0002】[0002]
【従来の技術】減圧、低ガス圧力下にある真空容器内
に、高周波電力を導入することによりガス放電を起こし
てプラズマを生成させ、該プラズマを試料基板の表面に
照射することにより、該試料基板にエッチングや薄膜形
成等の処理(以下、プラズマ処理と記す)を施すプラズ
マ生成装置は、高集積半導体素子等の製造に欠かせない
ものとなっており、さらに高性能のプラズマ生成装置を
開発するための研究が進められている。特に、処理する
半導体素子等にダメージを与えないプラズマ生成装置が
求められており、このためプラズマの生成と生成された
プラズマ中のイオンの加速とが独立に制御できるプラズ
マ生成装置は、ドライエッチング技術や薄膜形成におけ
る埋め込み技術に不可欠な装置となってきている。2. Description of the Related Art A high-frequency electric power is introduced into a vacuum vessel under reduced pressure and low gas pressure to generate gas discharge to generate plasma, and the plasma is irradiated on the surface of a sample substrate to generate the sample. A plasma generation device that performs a process such as etching or thin film formation on a substrate (hereinafter, referred to as a plasma process) is indispensable for manufacturing a highly integrated semiconductor device and the like, and further develops a high performance plasma generation device. Research is progressing. In particular, there is a need for a plasma generation apparatus that does not damage semiconductor elements to be processed. Therefore, a plasma generation apparatus that can independently control the generation of plasma and the acceleration of ions in the generated plasma requires a dry etching technology. It is becoming an indispensable device for embedding technology in forming thin films.
【0003】図5は、処理対象となる半導体素子等にダ
メージを与えずにプラズマ処理を施すことができるプラ
ズマ生成装置の一例を模式的に示した斜視図であり、図
6はその模式的な断面図である。図5及び図6に示した
プラズマ生成装置は米国特許第4948458号明細書
(1990年8月登録)に開示されたものであり、図
中、12は反応容器を示している。FIG. 5 is a perspective view schematically showing an example of a plasma generating apparatus capable of performing a plasma processing without damaging a semiconductor element or the like to be processed, and FIG. 6 is a schematic view thereof. It is sectional drawing. The plasma generating apparatus shown in FIGS. 5 and 6 is disclosed in US Pat. No. 4,948,458 (registered in August 1990). In the figures, reference numeral 12 denotes a reaction vessel.
【0004】この反応容器12の上部壁16の中央部分
には高周波導入用窓14が穿設され、この上部壁16の
内側全体に窓用部材として誘電体板18が接着され、反
応容器12が密封されている。この誘電体板18の直下
にはガス分散用リング52が配設されており、反応容器
12の側面に形成されたガス導入路50から導入された
放電用ガスは一旦ガス分散用リング52の内部に入った
後、ノズル56から吹き出し、反応容器12の内部に均
一に分散するようになっている。また、反応容器12の
下部にはガス排気路51が形成され、真空ポンプによる
排気速度を調整することにより反応容器12内を一定の
圧力に維持することができるようになっている。さら
に、反応容器12の下部には試料台13が配設され、試
料台13の上には試料基板Wが載置されるようになって
いる。A high-frequency introduction window 14 is formed in the center of an upper wall 16 of the reaction vessel 12, and a dielectric plate 18 is adhered to the entire inside of the upper wall 16 as a window member. Sealed. A gas dispersion ring 52 is disposed directly below the dielectric plate 18, and the discharge gas introduced from the gas introduction passage 50 formed on the side surface of the reaction vessel 12 is once inside the gas dispersion ring 52. After entering, it is blown out from the nozzle 56 and uniformly dispersed inside the reaction vessel 12. Further, a gas exhaust path 51 is formed at a lower portion of the reaction vessel 12 so that the inside of the reaction vessel 12 can be maintained at a constant pressure by adjusting an exhaust speed by a vacuum pump. Further, a sample stage 13 is provided below the reaction vessel 12, and a sample substrate W is mounted on the sample stage 13.
【0005】一方、高周波導入用窓14の内側の誘電体
板18の上には、帯状の導体を渦巻形に巻回してなるコ
イル20が配設されており、中心部の中央端子22及び
外側部分の外部端子24がそれぞれ別の帯状導電体3
7、38に接続されている。外部端子24に接続されて
いる帯状導電体38はループ形状をなしており、他の帯
状導電体37とコンデンサ44を介して接続されてい
る。このループ形状の帯状導電体38は2次コイルの役
割をはたしており、その内側にはその周囲に線状一次コ
イル36が巻かれたディスク40が配設され、この一次
コイル36と帯状導電体38によりマッチング回路が形
成されている。また、一次コイル36は同軸ケーブル3
2を介して図示しない高周波電源に接続されている。On the other hand, on the dielectric plate 18 inside the high frequency introducing window 14, a coil 20 formed by spirally winding a band-shaped conductor is provided, and a central terminal 22 at the center and an outer terminal 22 are provided. Parts of the external terminals 24 are different from each other
7, 38. The strip-shaped conductor 38 connected to the external terminal 24 has a loop shape, and is connected to another strip-shaped conductor 37 via a capacitor 44. The loop-shaped band-shaped conductor 38 serves as a secondary coil, and a disk 40 around which a linear primary coil 36 is wound is disposed inside the band-shaped conductor 38. The primary coil 36 and the band-shaped conductor 38 Form a matching circuit. The primary coil 36 is a coaxial cable 3
2 is connected to a high frequency power supply (not shown).
【0006】このように構成されたプラズマ生成装置を
作動させるには、まず、放電用ガスをガス導入路50及
びガス分散用リング52を通して反応容器12の内部1
9に導入する。また、このとき排気系も作動させ、反応
容器12の内部19を一定の真空圧に保つ。次に、高周
波電源からの所定周波数の高周波を同軸ケーブル32を
通して出力するとマッチング回路を介して、コイル20
に効率よく高周波が印加され、これにより誘電体板18
を通して反応容器12の内部19に磁界が誘起される。
この誘起された磁界は、渦巻形のコイル20からの磁界
とプラズマ中の電子電流により発生する磁界とのベクト
ル和であり、その結果、前記コイル20の径方向全域に
わたってほぼ均一な磁界が形成され、均一なプラズマが
生成されると説明されている。誘電体板18と試料台1
3とは平行に配設されており、その上に配設されたコイ
ル20は試料基板Wと平行になるので、生成したプラズ
マは試料基板Wに平行な平面状プラズマとなる。[0006] In order to operate the plasma generating apparatus configured as described above, first, a discharge gas is introduced into the reaction vessel 12 through the gas introduction path 50 and the gas dispersion ring 52.
9 At this time, the exhaust system is also operated to keep the inside 19 of the reaction vessel 12 at a constant vacuum pressure. Next, when a high frequency of a predetermined frequency from the high frequency power supply is output through the coaxial cable 32, the coil 20 is output through the matching circuit.
The high frequency is applied to the dielectric plate 18 efficiently.
A magnetic field is induced in the interior 19 of the reaction vessel 12 through the reactor.
The induced magnetic field is the vector sum of the magnetic field from the spiral coil 20 and the magnetic field generated by the electron current in the plasma. As a result, a substantially uniform magnetic field is formed over the entire radial direction of the coil 20. , A uniform plasma is generated. Dielectric plate 18 and sample stage 1
3 is arranged in parallel with the coil 20 arranged thereon, and the coil 20 becomes parallel to the sample substrate W, so that the generated plasma becomes a planar plasma parallel to the sample substrate W.
【0007】前記コイル20に高周波が印加された際
に、このように試料基板Wに平行な平面状プラズマが形
成されるのは、反応容器12の内部での前記コイル20
に平行な平板領域においてE×Bドリフトにより電子が
円運動して均一な電子への流れが生じ、このような電子
の平板領域での円運動により、個々のガス分子への電子
の衝突により生成されるプラズマ中のイオン及び/又は
ラジカルの均一な流れが生じるためである。また、試料
基板Wはコイル20と平行に配置されるため、前記プラ
ズマは試料基板Wの方向に対しては非常に低いエネルギ
ーをもっている。このため、前記プラズマによる試料基
板Wへのダメージは極めて小さくなる。When a high frequency is applied to the coil 20, a plane plasma parallel to the sample substrate W is formed as described above because the coil 20 in the reaction vessel 12 is formed.
In the flat plate region parallel to, the electrons move circularly due to the E × B drift, causing a uniform flow of electrons. Due to the circular movement of such electrons in the flat plate region, the electrons are generated by collision of electrons with individual gas molecules. This is because a uniform flow of ions and / or radicals in the generated plasma occurs. Further, since the sample substrate W is arranged in parallel with the coil 20, the plasma has very low energy in the direction of the sample substrate W. For this reason, damage to the sample substrate W by the plasma is extremely small.
【0008】図7は前記発明におけるプラズマの生成と
イオンの加速が独立に制御できる平面状プラズマ生成装
置の例を模式的に示した概念図である。FIG. 7 is a conceptual diagram schematically showing an example of a planar plasma generating apparatus in which the generation of plasma and the acceleration of ions in the invention can be controlled independently.
【0009】図7に示したように、コイル20と試料台
13との間に高周波を印加することにより、試料基板W
に入射するイオンのエネルギーを制御することができ
る。試料台13は、図示しない静電チャックなどの試料
基板Wを吸着させる機構を有しており、またヒータある
いは冷却手段も有しているので試料基板Wの温度制御が
可能である。As shown in FIG. 7, by applying a high frequency between the coil 20 and the sample stage 13, the sample substrate W
Can control the energy of ions incident on the substrate. The sample stage 13 has a mechanism for adsorbing the sample substrate W such as an electrostatic chuck (not shown), and also has a heater or a cooling means, so that the temperature of the sample substrate W can be controlled.
【0010】このプラズマ生成装置を作動させる際に
は、図5及び図6のプラズマ生成装置の場合と同様に放
電ガスを反応容器12の内部19に導入し、所定の真空
度にした後に前記コイル20に高周波を印加してプラズ
マを生成させる。この際、図7のプラズマ生成装置で
は、プラズマ中のイオンの異方性及び加速エネルギーを
制御するため、処理対象である試料基板Wを置いた試料
台13に高周波電力を印加し、試料基板W表面にバイア
ス電圧を発生させる。そして、このバイアス電圧によ
り、イオンを試料基板Wに対して垂直に入射させるとと
もに、試料基板Wに入射するイオンのエネルギーを制御
し、条件の最適化を図ることができる。When the plasma generating apparatus is operated, a discharge gas is introduced into the interior 19 of the reaction vessel 12 and a predetermined degree of vacuum is applied to the coil, as in the case of the plasma generating apparatus shown in FIGS. A high frequency is applied to 20 to generate plasma. At this time, in the plasma generating apparatus of FIG. 7, in order to control the anisotropy and acceleration energy of ions in the plasma, high-frequency power is applied to the sample table 13 on which the sample substrate W to be processed is placed, and the sample substrate W A bias voltage is generated on the surface. The bias voltage allows ions to be perpendicularly incident on the sample substrate W, controls the energy of the ions incident on the sample substrate W, and optimizes the conditions.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
上記した従来のプラズマ生成装置によれば、反応容器1
2の内部19に試料基板Wに対して平行で均一なプラズ
マを発生させることができ、試料基板Wへのダメージを
極めて小さくすることができることが記載されている。
また、このプラズマ生成装置の試料台13とコイル20
との間に高周波を印加する装置を接続すれば、試料基板
Wに入射するイオンのエネルギーを制御できることが記
載されている。As described above,
According to the above-described conventional plasma generating apparatus, the reaction vessel 1
It is described that uniform plasma parallel to the sample substrate W can be generated in the inside 19 of the sample 2 and damage to the sample substrate W can be extremely reduced.
Further, the sample stage 13 and the coil 20 of the plasma generating apparatus are used.
It is described that the energy of ions incident on the sample substrate W can be controlled if a device for applying a high frequency is connected between the sample and the substrate.
【0012】しかしながら、上記した従来のプラズマ生
成装置におけるプラズマ生成過程を検討した結果、上記
従来のプラズマ生成装置には、図5に示した如く、単純
な渦巻形に巻かれたコイル20が使用されているため、
以下に説明するような問題点が存在することを突き止め
た。However, as a result of examining the plasma generation process in the above-mentioned conventional plasma generation apparatus, as shown in FIG. 5, a coil 20 wound in a simple spiral shape is used in the above-mentioned conventional plasma generation apparatus. Because
It has been found that the following problems exist.
【0013】図8(a)はある瞬間における前記コイル
20に流れる電流の方向を示した概念図であり、(b)
はコイル20の各導体の電流及び磁力線の方向を示した
断面図である。図8(b)中に示している記号で、○印
の中に×が表されているものは、電流が紙面の上側から
下側に向かって流れている状態を示しており、○印の中
に・が表されているものは、電流が紙面の下側から上側
に向かって流れている状態を示している。FIG. 8A is a conceptual diagram showing the direction of the current flowing through the coil 20 at a certain moment, and FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the direction of current and magnetic lines of force of each conductor of the coil 20. In the symbols shown in FIG. 8B, those in which a cross is indicated in a circle indicate that a current is flowing from the upper side to the lower side of the paper. The symbol "." In the figure indicates that the current is flowing from the bottom to the top of the page.
【0014】図8(a)に示したように、コイル20の
電流は一定の回転方向に揃って流れており、このとき電
流の流れによって誘起される磁界により、図8(b)に
示したように、コイル20の中心部において上から下に
向い、コイル20の下側において放射状に周縁部に伸び
る一定の磁力線が形成されている。図には示していない
が、コイル20の各導体中の電流の流れは全く逆になる
場合もあり、その場合には磁力線の方向が全く逆にな
る。また、コイル20を流れる高周波電流は刻々とその
大きさが変化するので、磁界の大きさも変化するが、磁
力線の形成される経路自体は殆ど変化しない。As shown in FIG. 8 (a), the current of the coil 20 flows in a uniform direction in the direction of rotation. At this time, the magnetic field induced by the current flow causes the current shown in FIG. 8 (b). As described above, a fixed line of magnetic force is formed extending from the top to the bottom at the center of the coil 20 and extending radially to the peripheral portion below the coil 20. Although not shown, the current flow in each conductor of the coil 20 may be completely reversed, in which case the direction of the magnetic field lines is completely reversed. Further, since the magnitude of the high-frequency current flowing through the coil 20 changes every moment, the magnitude of the magnetic field also changes, but the path itself in which the lines of magnetic force are formed hardly changes.
【0015】従って、コイル20の中心部は磁力線の発
散源(又は終端口)となり、コイル20の中心の真下の
部分は特異点となる。その結果、高周波電力の印加によ
り発生したプラズマは、コイル20の中心部の真下の位
置においてその密度が周囲と大きく異なり、試料基板W
にエッチング処理を施す際に、前記コイル20の中心の
真下の位置付近においてエッチング速度が大きく異なる
という課題があった。Therefore, the central portion of the coil 20 becomes a divergent source (or terminal port) of the magnetic field lines, and the portion immediately below the center of the coil 20 becomes a singular point. As a result, the density of the plasma generated by the application of the high-frequency power is significantly different from that of the surroundings at a position directly below the center of the coil 20, and the sample substrate W
When the etching process is performed on the coil 20, there is a problem that the etching rate is largely different in the vicinity of a position directly below the center of the coil 20.
【0016】本発明はこのような課題に鑑みなされたも
のであり、コイルの中心の下部付近での周囲と異なる密
度のプラズマの発生を防止し、コイルの下側の径方向全
域において均一な密度のプラズマを生成することができ
るプラズマ生成装置を提供することを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and prevents the generation of plasma having a density different from that of the vicinity near the lower portion of the center of the coil, and achieves a uniform density in the entire lower radial region of the coil. It is an object of the present invention to provide a plasma generation apparatus capable of generating the above plasma.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係るプラズマ生成装置は、少なくとも1か所
に誘電体板よりなる窓部を有する金属製の反応容器と、
該反応容器の外部に前記窓部に近接して配設されたコイ
ルと、該コイルに高周波電力を供給する高周波電源が接
続されている回路とを備えたプラズマ生成装置におい
て、前記コイルが、前記誘電体板と略平行をなす面内に
て、その外側から中心に向かう渦巻き形に導体を巻回し
てなる第1の部分と、該第1の部分の中心近傍にて逆向
きに折り返し、第1の部分の各導体間を通って外側に向
かう渦巻き形に導体を巻回してなる第2の部分とを備え
ることを特徴としている(1)。To achieve the above object, a plasma generating apparatus according to the present invention comprises: a metal reaction vessel having at least one window made of a dielectric plate;
In a plasma generation apparatus including a coil disposed outside the reaction container in close proximity to the window, and a circuit to which a high-frequency power supply that supplies high-frequency power to the coil is connected, the coil includes the coil, A first portion formed by winding a conductor in a spiral shape from the outside toward the center in a plane substantially parallel to the dielectric plate, and a first portion turned around in the opposite direction near the center of the first portion; And a second portion formed by winding the conductor in a spiral shape outwardly passing between the conductors of the first portion (1).
【0018】また本発明に係るプラズマ生成装置は、上
記(1)記載のプラズマ生成装置において、前記コイル
と前記反応容器内部の試料台との間に高周波電源が接続
された回路を備えることを特徴としている(2)。Further, the plasma generating apparatus according to the present invention is characterized in that, in the plasma generating apparatus according to the above (1), a circuit in which a high-frequency power source is connected between the coil and a sample stage inside the reaction vessel is provided. (2).
【0019】上記(1)又は(2)記載のプラズマ生成
装置において、前記コイルを構成する各導体はその断面
が円形でも矩形でもよく、従って、円形断面の導線を用
いて前記コイルを形成してもよく、矩形断面の帯状の導
板を用いて前記コイルを形成してもよい。前述した巻き
形状を有するコイルは、まず、長寸の導体を適宜の曲率
にて180度曲げて折り返し部を形成し、この折り返し
部の両側に互いに平行をなして連続する導体を、前記折
り返し部を中心として渦巻き形に巻回することにより形
成することができる。コイルを形成する導体は、電気伝
導性を有する材料である必要があるが、そのなかでも電
気伝導度が高く高周波領域において電力損失が少ない点
から、銅(Cu)製の導体を用いるのが好ましい。In the plasma generator according to the above (1) or (2), each of the conductors constituting the coil may have a circular or rectangular cross section. Therefore, the coil is formed using a conductor having a circular cross section. Alternatively, the coil may be formed using a strip-shaped conductive plate having a rectangular cross section. In the coil having the above-mentioned winding shape, first, a long conductor is bent at an appropriate curvature by 180 degrees to form a folded portion, and conductors continuous in parallel with each other on both sides of the folded portion are connected to the folded portion. Can be formed by spirally winding around the center. The conductor forming the coil needs to be a material having electric conductivity. Among them, it is preferable to use a conductor made of copper (Cu) from the viewpoint of high electric conductivity and low power loss in a high frequency region. .
【0020】上記(1)又は(2)記載のプラズマ生成
装置のコイル以外の部分の構成は、上述した従来のプラ
ズマ生成装置とほぼ同様の構成とすることができる。The configuration of the portion other than the coil of the plasma generating apparatus described in the above (1) or (2) can be substantially the same as that of the above-described conventional plasma generating apparatus.
【0021】[0021]
【作用】図1(a)は本発明に係る上記(1)又は
(2)記載のプラズマ生成装置において用いられている
コイルの形状及び電流の流れを示した概念図であり、
(b)は前記コイルを構成する導体中の電流の方向及び
これにより生成される磁力線の方向を示した断面図であ
る。FIG. 1A is a conceptual diagram showing a shape of a coil and a current flow used in the plasma generating apparatus according to the above (1) or (2) according to the present invention.
FIG. 2B is a cross-sectional view showing the direction of the current in the conductor constituting the coil and the direction of the lines of magnetic force generated thereby.
【0022】図1より明らかなように、本発明に係るコ
イル11aは、その外側から中心に向かう渦巻き形に導
体を巻回してなる第1の部分と、該第1の部分の中心近
傍にて逆向きに折り返し、第1の部分の各導体間を通っ
て外側に向かう渦巻き形に導体を巻回してなる第2の部
分とを備える巻き形状を有しており、このようなコイル
11aに電流を流した場合、相互に隣り合う第1の部分
の導体と、第2の部分の導体とに常に逆向きの電流が流
れる。従って図1(b)に示したように、ある瞬間には
コイル11aの中心部分の隣り合う導体の間で互いに下
に向う磁力線が形成され、その隣の導体同士の間では互
いに上に向う磁力線が形成され、このようにコイル11
aの全体において、交互に上に向う磁力線と下に向う磁
力線とが形成される。一方、コイル11aの下側におい
ては、一定方向の磁力線は形成されず、個々の導体の下
側において、コイル11aの中心に向う磁力線と周縁に
向う磁力線とが交互に形成される。また、図1に示した
場合と反対向きの電流が流れる場合には、図1(b)に
示した磁力線の方向と全く逆の方向の磁力線が形成され
る。As is apparent from FIG. 1, the coil 11a according to the present invention has a first portion formed by winding a conductor in a spiral shape from the outside toward the center, and a coil near the center of the first portion. And a second portion formed by winding the conductor in a spiral shape outwardly passing between the conductors of the first portion and turning back between the conductors of the first portion. , A current always flows in opposite directions in the conductor of the first portion and the conductor of the second portion adjacent to each other. Therefore, as shown in FIG. 1 (b), at a certain moment, magnetic flux lines directed downward are formed between adjacent conductors in the center portion of the coil 11a, and magnetic flux lines directed upward are formed between adjacent conductors. Is formed, and thus the coil 11
In the entirety of a, magnetic lines of force upward and lines of magnetic force downward are formed alternately. On the other hand, on the lower side of the coil 11a, the magnetic lines of force in a certain direction are not formed, and on the lower side of each conductor, the magnetic lines of force toward the center of the coil 11a and the magnetic lines toward the periphery are formed alternately. When a current flows in a direction opposite to that in the case shown in FIG. 1, a magnetic field line in a direction completely opposite to the direction of the magnetic field lines shown in FIG. 1B is formed.
【0023】このため上記した従来のプラズマ生成装置
の場合のようなコイル20の中心の下部付近における特
異点は生じず、コイル11aの下部には、径方向の全域
にわたって均一な密度の平面状プラズマが形成され、そ
の結果、試料基板Wの均一なエッチングが可能になる。Therefore, a singular point does not occur in the vicinity of the lower part of the center of the coil 20 as in the case of the above-mentioned conventional plasma generating apparatus, and the lower part of the coil 11a has a planar plasma having a uniform density over the entire area in the radial direction. Are formed, and as a result, the sample substrate W can be uniformly etched.
【0024】また、上記(2)記載のプラズマ生成装置
によれば、前記コイルと前記反応容器内部の試料台との
間に高周波電源が接続された回路を備えているので、上
記(1)記載の作用に加え、試料基板Wに入射するイオ
ンのエネルギーが前記試料台に印加される高周波により
制御される。Further, according to the plasma generating apparatus described in the above (2), since a circuit in which a high-frequency power source is connected between the coil and the sample stage inside the reaction vessel is provided, the circuit is described in the above (1). In addition to the operation described above, the energy of the ions incident on the sample substrate W is controlled by the high frequency applied to the sample stage.
【0025】[0025]
【実施例】以下、本発明に係るプラズマ生成装置の実施
例を図面に基づいて説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the plasma generating apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0026】図2は実施例に係るプラズマ生成装置を模
式的に示した斜視図である。FIG. 2 is a perspective view schematically showing a plasma generating apparatus according to the embodiment.
【0027】この図に示すプラズマ生成装置は、反応容
器15の形状が円筒状であり、また前述の巻き形状を有
するコイル11aが用いられている点を除けば、図5及
び図6に示した従来のプラズマ生成装置とその構成は同
様であるため、ここではコイル11aに関連する部材以
外の詳しい説明は省略する。The plasma generating apparatus shown in this figure is shown in FIGS. 5 and 6 except that the shape of the reaction vessel 15 is cylindrical and the coil 11a having the above-mentioned winding shape is used. Since the configuration is the same as that of the conventional plasma generation apparatus, detailed description other than members related to the coil 11a is omitted here.
【0028】図2に示したように、コイル11aは高周
波導入用窓14の内側の誘電体板18に近接して、これ
と平行をなす面内に配設され、径方向外側の巻き始め端
及び巻き終り端に2つの外部端子23を有している。そ
して、図2においては図示していないが、この2つの外
部端子23は図5及び図6に示した従来のプラズマ生成
装置と同様にマッチング回路や高周波電源等を有する高
周波電力印加手段25に接続されており、これにより高
周波電力を効率よくコイル11aに印加することが可能
になっている。As shown in FIG. 2, the coil 11a is disposed close to and parallel to the dielectric plate 18 inside the high frequency introduction window 14, and has a radially outer winding start end. And two external terminals 23 at the winding end. Although not shown in FIG. 2, these two external terminals 23 are connected to a high-frequency power applying means 25 having a matching circuit, a high-frequency power supply, and the like, similarly to the conventional plasma generating apparatus shown in FIGS. As a result, high-frequency power can be efficiently applied to the coil 11a.
【0029】このように構成された上記プラズマ生成装
置を作動させるには、まず、放電用ガスを反応容器15
の内部19に導入し、反応容器15の内部19を一定の
真空圧に保つ。次に、高周波電源からマッチング回路を
介して、コイル11aに高周波電力を印加すると、コイ
ル11aの下側の反応容器15の内部19には、前記コ
イル11aの径方向全域にわたって均一な密度のプラズ
マが生成される。このとき、図6に示したプラズマ生成
装置のようにコイル20の中央の下部付近のプラズマ密
度が不均一になることはない。誘電体板18と試料台1
3とは平行に配設されており、前記誘電体板18の上に
配設されたコイル11aは試料基板Wと略平行になるの
で、生成したプラズマは試料基板Wに略平行で均一な平
面状プラズマとなる。In order to operate the above-described plasma generating apparatus, first, a discharge gas is supplied to the reaction vessel 15.
And the inside 19 of the reaction vessel 15 is maintained at a constant vacuum pressure. Next, when high-frequency power is applied to the coil 11a from the high-frequency power supply via the matching circuit, plasma having a uniform density over the entire radial direction of the coil 11a is formed in the inside 19 of the reaction vessel 15 below the coil 11a. Generated. At this time, unlike the plasma generator shown in FIG. 6, the plasma density in the vicinity of the lower portion at the center of the coil 20 does not become uneven. Dielectric plate 18 and sample stage 1
3, the coil 11a disposed on the dielectric plate 18 is substantially parallel to the sample substrate W, so that the generated plasma is substantially parallel to the sample substrate W and has a uniform plane. Plasma.
【0030】図3は本発明に係るプラズマ生成装置の別
の実施例を模式的に示した概念図である。本実施例に係
るプラズマ生成装置は、コイル11aと試料台13との
間に高周波電力を印加するための高周波電力印加手段2
6が配設されている。また、試料台13は図示しない静
電チャック等の試料基板Wを吸着させる機構を有してお
り、図示しないヒータあるいは冷却手段も配設されてい
るので、試料基板Wの温度制御が可能である。その他の
部材は上記した実施例に係るプラズマ生成装置と同様に
構成されている。FIG. 3 is a conceptual diagram schematically showing another embodiment of the plasma generating apparatus according to the present invention. The plasma generating apparatus according to the present embodiment includes a high-frequency power applying unit 2 for applying high-frequency power between the coil 11a and the sample stage 13.
6 are provided. Further, the sample stage 13 has a mechanism for attracting the sample substrate W such as an electrostatic chuck (not shown), and a heater or a cooling means (not shown) is also provided, so that the temperature of the sample substrate W can be controlled. . Other members are configured in the same manner as in the plasma generating apparatus according to the above-described embodiment.
【0031】次に、図3に示したプラズマ生成装置を用
い、シリコン(Si膜)のエッチングを行った結果につ
いて説明する。Next, the result of etching silicon (Si film) using the plasma generating apparatus shown in FIG. 3 will be described.
【0032】まず試料基板Wとして、8インチのシリコ
ンウエハ上にフォトレジストのパターンが形成されたも
のを使用し、放電用ガスとして、塩素(Cl2 )を50
sccmの流量で流し、ガスの圧力を10mTorrに
維持した。次に、前述した巻き形状を有するコイル11
aに、13.56MHzの高周波電力を1kWのパワー
で供給してプラズマを生成させ、また、前記コイル11
aと試料台13との間には800kHzの高周波電力を
50Wのパワーで供給して試料基板Wへの入射イオンの
エネルギーを制御し、約1分間エッチングを実施し、シ
リコンウエハ上の各位置(7か所)におけるSi膜のエ
ッチング速度を測定した。図4はその結果を示したグラ
フであり、縦軸にシリコンのエッチング速度を、横軸に
シリコンウエハの面内位置をとっている。First, a sample substrate W having a photoresist pattern formed on an 8-inch silicon wafer is used, and chlorine (Cl 2 ) is used as a discharge gas at 50.
The flow was at a flow rate of sccm, and the gas pressure was maintained at 10 mTorr. Next, the coil 11 having the above-described winding shape
a, a 13.56 MHz high-frequency power is supplied at a power of 1 kW to generate plasma.
a, a high frequency power of 800 kHz is supplied at a power of 50 W between the a and the sample stage 13 to control the energy of the ions incident on the sample substrate W, and the etching is performed for about 1 minute. 7 locations), the etching rate of the Si film was measured. FIG. 4 is a graph showing the result, in which the vertical axis indicates the etching rate of silicon and the horizontal axis indicates the in-plane position of the silicon wafer.
【0033】なお比較例として、図7に示した従来のプ
ラズマ生成装置を用い、上記実施例の場合と同様の条件
でシリコンウエハにエッチング処理を施し、上記実施例
の場合と同様にシリコンウエハ上の各位置におけるシリ
コンのエッチング速度を測定した。その結果を同じく図
4に示している。As a comparative example, an etching process was performed on a silicon wafer under the same conditions as in the above embodiment using the conventional plasma generation apparatus shown in FIG. The silicon etching rate at each position was measured. The result is also shown in FIG.
【0034】図4に示した結果から明らかなように、実
施例に係るプラズマ生成装置を用いた場合にはシリコン
ウエハの全面においてほぼ均一な速度でエッチングが進
行しており、その均一性は±5%以内であった。以上の
結果より、図3に示す実施例に係るプラズマ生成装置で
は、反応容器15の内部19にコイル11aの下側の径
方向全域において均一な密度のプラズマが生成されてお
り、このプラズマにより、シリコンウエハの全面を均一
の速度でエッチングできることが実証された。As is clear from the results shown in FIG. 4, when the plasma generating apparatus according to the embodiment is used, the etching proceeds at a substantially uniform speed over the entire surface of the silicon wafer, and the uniformity is ± It was within 5%. From the above results, in the plasma generating apparatus according to the embodiment shown in FIG. 3, the plasma having the uniform density is generated in the entire area in the radial direction below the coil 11 a in the inside 19 of the reaction vessel 15. It has been demonstrated that the entire surface of the silicon wafer can be etched at a uniform rate.
【0035】一方、比較例として示したプラズマ生成装
置を用いた場合には、シリコンウエハの中央部分でエッ
チング速度が極端に大きくなり、エッチングの均一性に
劣っていた。On the other hand, when the plasma generating apparatus shown as the comparative example was used, the etching rate became extremely high at the center of the silicon wafer, and the etching uniformity was poor.
【0036】上記実施例では、本発明に係るプラズマ生
成装置をエッチング装置として用いた場合について説明
したが、本発明に係るプラズマ生成装置の用途は、エッ
チングのにみ限られるものではなく、例えば薄膜形成装
置等、種々の用途に使用することができることは言うま
でもない。In the above embodiment, the case where the plasma generating apparatus according to the present invention is used as an etching apparatus has been described. However, the application of the plasma generating apparatus according to the present invention is not limited to etching. Needless to say, it can be used for various applications such as a forming apparatus.
【0037】[0037]
【発明の効果】以上詳述したように本発明に係るプラズ
マ生成装置(1)にあっては、少なくとも1か所に誘電
体板よりなる窓部を有する金属製の反応容器と、該反応
容器外部の前記窓部に近接して配設されたコイルと、該
コイルに高周波電力を供給する高周波電源が接続されて
いる回路とを備えたプラズマ生成装置において、前記コ
イルが前述した巻き形状を有するから、従来のプラズマ
生成装置の場合のようなコイルの中心の下部付近におけ
る特異点は生じず、コイルの下部に径方向の全域にわた
って均一な平面状プラズマを形成することができ、半導
体基板等の試料基板を全面にわたって均一にエッチング
することが可能になる。また、生成したプラズマは試料
基板の方向に対しては非常に低いエネルギーをもってお
り、試料基板へのダメージを極めて小さくすることがで
きる。As described in detail above, in the plasma generating apparatus (1) according to the present invention, a metal reaction vessel having at least one window made of a dielectric plate, and the reaction vessel In a plasma generating apparatus including a coil disposed close to the external window and a circuit to which a high-frequency power supply for supplying high-frequency power to the coil is connected, the coil has the above-described winding shape. Therefore, a singular point does not occur in the vicinity of the lower part of the center of the coil as in the case of the conventional plasma generating apparatus, and a uniform planar plasma can be formed over the entire area in the radial direction at the lower part of the coil. It becomes possible to uniformly etch the sample substrate over the entire surface. Further, the generated plasma has very low energy in the direction of the sample substrate, so that damage to the sample substrate can be extremely reduced.
【0038】また、本発明に係るプラズマ生成装置
(2)にあっては、上記(1)記載のプラズマ生成装置
において、前記コイルと前記反応容器内部の試料台との
間に高周波電源が接続された回路を備えているので、上
記(1)記載のプラズマ生成装置が奏する効果に加え、
試料基板に入射するイオンのエネルギーを制御すること
ができ、試料基板の薄膜形成における埋め込み技術等に
も応用することができるようになる等、本発明は優れた
効果を奏する。[0038] In the plasma generating apparatus (2) according to the present invention, in the plasma generating apparatus according to the above (1), a high-frequency power source is connected between the coil and a sample table inside the reaction vessel. Since the circuit includes the above-described circuit, in addition to the effects achieved by the plasma generating apparatus described in (1) above,
The present invention has excellent effects, for example, the energy of ions incident on the sample substrate can be controlled, and the present invention can be applied to an embedding technique in forming a thin film on the sample substrate.
【図1】(a)は本発明に係るプラズマ生成装置におい
て用いられているコイルの形状及び電流の流れを示した
概念図であり、(b)はコイルを構成する導体中の電流
の方向及びこれにより生成される磁力線の方向を示した
断面図である。FIG. 1A is a conceptual diagram showing a shape of a coil and a current flow used in a plasma generating apparatus according to the present invention, and FIG. 1B is a diagram showing a direction of a current in a conductor constituting the coil, and FIG. It is sectional drawing which showed the direction of the magnetic force line produced | generated by this.
【図2】実施例に係るプラズマ生成装置を模式的に示し
た斜視図である。FIG. 2 is a perspective view schematically showing a plasma generation device according to an example.
【図3】別の実施例に係るプラズマ生成装置を模式的に
示した概念図である。FIG. 3 is a conceptual diagram schematically showing a plasma generation apparatus according to another embodiment.
【図4】実施例及び比較例に係るプラズマ生成装置を用
いてSi膜のエッチングを行った際のエッチング速度と
ウエハの面内位置との関係を示したグラフである。FIG. 4 is a graph showing a relationship between an etching rate and an in-plane position of a wafer when etching a Si film using the plasma generating apparatuses according to the example and the comparative example.
【図5】従来のプラズマ生成装置を模式的に示した斜視
図である。FIG. 5 is a perspective view schematically showing a conventional plasma generation device.
【図6】従来のプラズマ生成装置を模式的に示した断面
図である。FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a conventional plasma generation device.
【図7】従来の別のプラズマ生成装置を模式的に示した
概念図である。FIG. 7 is a conceptual diagram schematically showing another conventional plasma generating apparatus.
【図8】(a)は従来のプラズマ生成装置において用い
られているコイルの形状及び電流の流れを示した概念図
であり、(b)はコイルを構成する導体中の電流の方向
及びこれにより生成される磁力線の方向を示した断面図
である。FIG. 8A is a conceptual diagram showing a shape of a coil and a current flow used in a conventional plasma generating apparatus, and FIG. 8B is a diagram showing a direction of a current in a conductor constituting the coil and a direction of the current. It is sectional drawing which showed the direction of the generated magnetic force line.
11a コイル 15 反応容器 14 高周波導入用窓 11a coil 15 reaction vessel 14 window for introducing high frequency
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 21/302 C ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01L 21/302 C
Claims (2)
部を有する金属製の反応容器と、該反応容器の外部に前
記窓部に近接して配設されたコイルと、該コイルに高周
波電力を供給する高周波電源が接続されている回路とを
備えたプラズマ生成装置において、前記コイルが、前記
誘電体板と略平行をなす面内にて、その外側から中心に
向かう渦巻き形に導体を巻回してなる第1の部分と、該
第1の部分の中心近傍にて逆向きに折り返し、第1の部
分の各導体間を通って外側に向かう渦巻き形に導体を巻
回してなる第2の部分とを備えることを特徴とするプラ
ズマ生成装置。1. A metal reaction vessel having at least one window made of a dielectric plate, a coil disposed outside the reaction vessel close to the window, and a high-frequency And a circuit to which a high-frequency power supply for supplying power is connected, wherein the coil has a conductor formed in a spiral shape from the outside toward the center in a plane substantially parallel to the dielectric plate. A first portion formed by winding and a second portion formed by winding the conductor in a spiral shape outwardly passing between the conductors of the first portion and turning back in the vicinity of the center of the first portion. And a plasma generation device.
との間に高周波電源が接続された回路を備えることを特
徴とする請求項1記載のプラズマ生成装置。2. The plasma generating apparatus according to claim 1, further comprising a circuit connected to a high-frequency power supply between the coil and a sample stage inside the reaction vessel.
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP6216232A JP2956487B2 (en) | 1994-09-09 | 1994-09-09 | Plasma generator |
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|---|---|
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Family Applications (1)
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