JPH11260596A - Plasma processing device and plasma processing method - Google Patents
Plasma processing device and plasma processing methodInfo
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- JPH11260596A JPH11260596A JP10064975A JP6497598A JPH11260596A JP H11260596 A JPH11260596 A JP H11260596A JP 10064975 A JP10064975 A JP 10064975A JP 6497598 A JP6497598 A JP 6497598A JP H11260596 A JPH11260596 A JP H11260596A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はプラズマ生成手段を
備えた処理装置に関し、特に半導体デバイスや液晶表示
素子の微細パターン形成、及び大口径基板に均一に処理
するのに好適なプラズマエッチング、微細構造薄膜の形
成に好適なプラズマCVD、プラズマ重合などのプラズ
マ処理装置、プラズマ処理方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a processing apparatus provided with a plasma generating means, and more particularly to a plasma etching method and a fine structure suitable for forming a fine pattern of a semiconductor device or a liquid crystal display element and uniformly processing a large-diameter substrate. The present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method suitable for forming a thin film, such as plasma CVD and plasma polymerization.
【0002】[0002]
【従来の技術】プラズマを用いて半導体素子、液晶表示
素子を処理するプラズマ処理装置では処理性能を左右す
る活性種、処理基板に入射イオンのエネルギ 、イオン
の方向性、プラズマ処理の均一性の制御、及びプラズマ
処理の生産性が必要である。2. Description of the Related Art In a plasma processing apparatus for processing semiconductor elements and liquid crystal display elements using plasma, control of active species which influence processing performance, energy of ions incident on a processing substrate, ion directionality, and uniformity of plasma processing. , And the productivity of plasma processing is required.
【0003】活性種の制御に関しては、例えば特開昭5
7-131374号公報に開示されているような平行平
板電極方式のものがあり、この平行平板電極方式のプラ
ズマ処理装置の従来例を図17に示す。Regarding the control of active species, see, for example,
There is a parallel plate electrode type as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-131374, and a conventional example of the parallel plate electrode type plasma processing apparatus is shown in FIG.
【0004】図17の装置では、円筒状の側壁部6と絶
縁部5と円盤状の電極2によって囲まれている処理室9
が図示しないガス排気手段により真空状態に保たれてお
り、ガス供給手段7がガス導入路の機能を兼ね備えた電
極2を通して処理ガスを処理室に供給する。通常、側壁
部6はアースされており、電極2とは絶縁部5により絶
縁されている。電極2と支持台3は平行平板電極を構成
しており、電源1がこの平行平板電極の間に電力を加え
ることにより処理室9内部の処理ガスがプラズマ化す
る。In the apparatus shown in FIG. 17, a processing chamber 9 surrounded by a cylindrical side wall portion 6, an insulating portion 5, and a disk-shaped electrode 2 is provided.
Are maintained in a vacuum state by a gas exhaust unit (not shown), and a gas supply unit 7 supplies a processing gas to the processing chamber through the electrode 2 having a function of a gas introduction path. Normally, the side wall portion 6 is grounded, and is insulated from the electrode 2 by the insulating portion 5. The electrode 2 and the support 3 constitute a parallel plate electrode, and when the power source 1 applies power between the parallel plate electrodes, the processing gas inside the processing chamber 9 is turned into plasma.
【0005】処理室の下部には処理対象のウエハ4が支
持台3の上に設置されており、処理室9内に発生したプ
ラズマとプラズマにより活性化した処理ガス中の活性種
(ラジカル)により微細加工が行われる。この時、電源
1が加える入力電力や処理室9内の圧力や電極2と支持
台3の間の間隙の幅等によってプラズマの密度とプラズ
マ中の電子の温度が変わり、同時に処理ガスの分解、す
なわち、微細加工の性能を左右する、いくつかある活性
種の量や比の状態が変わる。In the lower part of the processing chamber, a wafer 4 to be processed is placed on the support 3. The wafer 4 is generated by plasma generated in the processing chamber 9 and activated species (radicals) in the processing gas activated by the plasma. Fine processing is performed. At this time, the density of the plasma and the temperature of the electrons in the plasma change depending on the input power applied by the power supply 1, the pressure in the processing chamber 9, the width of the gap between the electrode 2 and the support 3, and the like. In other words, the state of the amount and ratio of some active species that affects the performance of microfabrication changes.
【0006】イオンエネルギの制御に関しては、特開平
4−239128号公報に開示されているような方法が
ある。As for the control of ion energy, there is a method as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-239128.
【0007】これは、平行平板の電極にこれらとは垂直
な発散磁場を設け、これによりプラズマを発生させる高
周波電源出力とは独立に、自己バイアス電圧を制御して
基板に入射するイオンのエネルギを磁場により独立に制
御できるようにし、ダメージを与えることなく高精度な
エッチング処理をするものである。In this method, a divergent magnetic field perpendicular to these electrodes is provided on a parallel plate electrode, thereby controlling the self-bias voltage and controlling the energy of ions incident on the substrate independently of the output of a high frequency power supply for generating plasma. This enables independent control by a magnetic field and performs high-precision etching processing without causing damage.
【0008】イオンの方向性を高めるとともに処理速度
を低下させない方法として、特開平8−195379号
公報に開示されているような方法がある。As a method for increasing the directionality of ions and not lowering the processing speed, there is a method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-195379.
【0009】これは、容量結合性と誘導結合性が混在し
たプラズマを発生させることにより、低圧で高密度プラ
ズマを発生するとともに、プラズマの密度分布制御性の
優れたプラズマ処理を実現するものである。This is to generate plasma with both capacitive coupling and inductive coupling, thereby generating high-density plasma at low pressure and realizing plasma processing excellent in controllability of plasma density distribution. .
【0010】プラズマ処理の均一性を制御するプラズマ
処理装置としては、特開昭61−283127号公報に
開示されている装置がある。As a plasma processing apparatus for controlling the uniformity of the plasma processing, there is an apparatus disclosed in JP-A-61-283127.
【0011】この装置では高周波電力を印加する電極を
複数に分割し、各電極に印加する電力を独立に制御する
ことで均一性の向上を図るものである。In this apparatus, the electrode to which high-frequency power is applied is divided into a plurality of electrodes, and the power applied to each electrode is controlled independently to improve the uniformity.
【0012】生産性を高める上での大きな問題は、エッ
チング、プラズマCVDなどの処理では処理室の内壁面
に膜が形成され、これらが剥離して塵埃の発生につなが
り、高集積の半導体デバイスの生産や液晶表示素子の生
産した素子の中での良品の割合、すなわち製品歩留まり
が低下することである。また、生産を続ける内に、処理
特性が変化し、製品歩留まりが低下するという問題もあ
る。A major problem in increasing the productivity is that films such as etching and plasma CVD form a film on the inner wall surface of the processing chamber, which are separated and lead to generation of dust. This means that the ratio of non-defective products in the devices manufactured or in the liquid crystal display device, that is, the product yield is reduced. In addition, there is a problem that the processing characteristics are changed while the production is continued, and the product yield is reduced.
【0013】塵埃の発生は処理室内壁にプラズマ処理で
形成されたデポ膜が、プラズマからの入熱変化による温
度変動を繰り返し、これによりデポ膜内に応力が発生し
膜が厚くなると、この応力が付着力以上になり膜の剥離
が始まり、塵埃の発生となる。When dust is generated, the deposition film formed by plasma processing on the inner wall of the processing chamber repeats temperature fluctuations due to a change in heat input from the plasma. As a result, stress is generated in the deposition film and the film becomes thicker. Becomes greater than the adhesive force, peeling of the film starts, and dust is generated.
【0014】内壁面に形成されたデポ膜を除去するため
に、これらデポ膜が形成された面に入射するイオンのエ
ネルギを高めてデポ膜の除去レートを高めるプラズマ処
理装置が特開平8−330282号公報に開示されてい
る。In order to remove the deposit film formed on the inner wall surface, a plasma processing apparatus for increasing the energy of ions incident on the surface on which these deposit films are formed to increase the removal rate of the deposit film is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-330282. No. 6,086,045.
【0015】また、内壁面のデポ膜を揮発性の物質に変
換し、真空排気系により排出する方法が示されている。
処理室内に非ガス状の材料を配置し、この材料とプラズ
マが反応して反応性化学種が生成され、これがデポ膜と
反応してデポ膜を揮発性の物資に変換しクリーニングす
る方法が特開平7−153751号公報に開示されてい
る。Further, there is disclosed a method of converting a deposition film on the inner wall surface into a volatile substance and discharging the substance by a vacuum exhaust system.
A method is known in which a non-gaseous material is placed in a processing chamber, and the material reacts with the plasma to generate reactive species, which reacts with the depo film to convert the depo film into a volatile substance and clean it. It is disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 7-153751.
【0016】プラズマ処理の処理特性を安定化させる方
法として特開平6−188220号公報、特開昭61−
8927号公報にプラズマ処理室の内壁面を一定温度に
制御する方法、平行な構造をなす流体で冷却される電極
を設けた装置などが開示されている。As methods for stabilizing the processing characteristics of the plasma processing, JP-A-6-188220 and JP-A-61-188220 disclose the method.
No. 8927 discloses a method for controlling the inner wall surface of a plasma processing chamber to a constant temperature, a device provided with electrodes cooled by a fluid having a parallel structure, and the like.
【0017】[0017]
【発明が解決しようとする課題】半導体素子の高集積
化、生産用基板の大口径化に伴い下地材料との選択比、
加工形状の高性能化、大口径基板の均一処理、塵埃発生
の低減がさらに必要になってきている。With the increase in the degree of integration of semiconductor elements and the increase in the diameter of production substrates, the selectivity with respect to the underlying material,
There has been a further need for higher performance of processing shapes, uniform processing of large-diameter substrates, and reduction of dust generation.
【0018】1)プラズマによるエッチング処理、CV
D処理などの選択比、加工形状、膜質などの処理特性を
大きく左右する要因の1つはプラズマ中で電子衝突によ
り生成される活性種である。この活性種の発生量、発生
する活性種は、プラズマ中の電子のエネルギ状況により
決まる。1) Etching by plasma, CV
One of the factors that largely affects the processing characteristics such as the selectivity of D processing and the like, the processing shape, and the film quality is active species generated by electron collision in plasma. The amount of generated active species and the generated active species are determined by the energy status of electrons in the plasma.
【0019】このプラズマ中電子のエネルギ状態は処理
圧力による衝突頻度、プラズマ中電子の拡散による消滅
割合等で決まる。プラズマ中の電子のエネルギ状態は中
性分子、イオン等との衝突により統計的分布になり、圧
力のように衝突頻度を変えることで統計的分布を変える
以外、その分布を制御することは困難であった。そのた
め、従来電子エネルギ状態を制御するためには処理圧力
を制御する方法が取られていた。しかし処理圧力を制御
する方法では、エッチング処理の微細加工性と選択比の
両立等が難しくなり、プラズマCVDでは成膜速度、膜
質、素子表面のカバー性能の両立が難しくなる。The energy state of the electrons in the plasma is determined by the collision frequency depending on the processing pressure, the extinction ratio due to the diffusion of the electrons in the plasma, and the like. The energy state of the electrons in the plasma becomes a statistical distribution due to collisions with neutral molecules, ions, etc., and it is difficult to control the distribution other than changing the statistical distribution by changing the collision frequency like pressure. there were. Therefore, in order to control the state of the electron energy, a method of controlling the processing pressure has conventionally been adopted. However, in the method of controlling the processing pressure, it is difficult to achieve a balance between the fine workability of the etching process and the selectivity, and it is difficult to achieve a balance between the film forming speed, the film quality, and the performance of covering the element surface by the plasma CVD.
【0020】本発明の目的の一つは、従来の圧力のよう
なプロセス条件とは別にプラズマ発生手段、イオンエネ
ルギ制御手段と独立したプラズマ中の電子エネルギ制御
手段を提供し、活性種の成分、活性種量を制御して選択
比が高く、微細加工ができるプラズマ処理装置を提供す
ることにある。One of the objects of the present invention is to provide a means for controlling electron energy in a plasma independent of a plasma generating means and an ion energy controlling means separately from the conventional process conditions such as pressure, and It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus capable of controlling a quantity of active species, having a high selectivity, and performing fine processing.
【0021】2)プラズマ処理の均一性に関しては活性
種制御、イオンエネルギ制御、低圧高密度プラズマの発
生技術と両立することが必要である。2) Regarding the uniformity of the plasma treatment, it is necessary to achieve compatibility with active species control, ion energy control, and low-pressure high-density plasma generation technology.
【0022】また、処理基板の大口径化に伴い、エッチ
ング処理やCVD処理で処理用ガスが基板中心部から外
周部に流れることにより、活性種濃度分布、デポ膜の分
布が顕在化し、大口径基板全面で均一な処理をすること
が困難になってきている。そのため、これらの問題を解
決するには、分布の均一化が不可能な要因を別のエッチ
ング特性制御要因により打ち消すことが必要である。そ
のための一つの制御要因として、プラズマ分布をプラズ
マ密度や圧力などのその他のプロセス条件とは独立に、
プロセス条件毎に、プラズマの凹凸分布を調整できるこ
とが必要である。Further, as the diameter of the processing substrate increases, the processing gas flows from the central portion of the substrate to the outer peripheral portion in the etching process or the CVD process. It is becoming difficult to perform uniform processing over the entire surface of the substrate. Therefore, in order to solve these problems, it is necessary to cancel a factor that makes it impossible to make the distribution uniform by another etching characteristic control factor. One control factor for this is to make the plasma distribution independent of other process conditions such as plasma density and pressure,
It is necessary that the unevenness distribution of the plasma can be adjusted for each process condition.
【0023】本発明の目的の一つは、プラズマの均一性
を活性種制御、イオンエネルギ制御、低圧高密度プラズ
マの発生と両立し、さらに他のプロセス条件とは独立に
制御できる均一性制御機構を有するプラズマ処理装置、
及びプラズマ処理方法を提供することにある。One of the objects of the present invention is to provide a uniformity control mechanism capable of controlling plasma uniformity with active species control, ion energy control, low-pressure high-density plasma generation, and independently of other process conditions. A plasma processing apparatus having
And a plasma processing method.
【0024】3)低発塵化のためには処理室内面に付着
するデポ膜を除去することが従来技術として検討されて
いるが、デポ膜を気化して排気する方法はデポ膜の気化
に時間を要し、生産性を低下させる等の問題がある。ま
た、デポ膜を除去した後の面はプラズマ中のラジカルや
イオンにさらされるため変質し、壁面での反応が変化し
てプラズマ処理特性などにも影響を及ぼす。3) In order to reduce dust generation, it has been considered as a prior art to remove a deposit film adhering to the inner surface of the processing chamber. However, a method of evaporating and exhausting the deposit film is to vaporize the deposit film. There is a problem that it takes time and the productivity is reduced. In addition, the surface after removing the deposition film is exposed to radicals and ions in the plasma, so that the surface deteriorates, and the reaction on the wall surface changes, thereby affecting the plasma processing characteristics and the like.
【0025】また、プラズマ処理室内壁面には高周波電
力が印加される面、接地された面など状態が異なる表面
が混在しており、これらに対応した低発塵化が必要であ
る。In addition, surfaces having different states, such as a surface to which high-frequency power is applied and a grounded surface, coexist on the wall surface of the plasma processing chamber, and it is necessary to reduce dust generation corresponding to these surfaces.
【0026】本発明の目的の一つは、塵埃を発生させず
に長期間稼動することができ、かつ生産性を低下さない
プラズマ処理装置を提供することにある。An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus which can be operated for a long time without generating dust and which does not reduce productivity.
【0027】[0027]
【課題を解決するための手段】上記課題を本発明では以
下の手段により解決した。According to the present invention, the above object has been attained by the following means.
【0028】1)容量結合放電によるプラズマ発生手
段、そのプラズマ中に電磁波を放射する手段、により容
量結合放電で発生したプラズマ中の電子に電磁波により
エネルギを与えるようにし、電子のエネルギ、電子密度
を制御し、活性種の成分比、活性種量を調節する手段と
する。1) A means for generating plasma by capacitively-coupled discharge, a means for radiating electromagnetic waves into the plasma, so that electrons in the plasma generated by the capacitively-coupled discharge are given energy by the electromagnetic waves, and the energy and electron density of the electrons are reduced. It is a means for controlling and controlling the component ratio of the active species and the amount of the active species.
【0029】処理室内に平行平板電極の電極と電磁波を
投入するためのアンテナ、投入した電磁波がプラズマ中
を進行しうる磁場を設け、このアンテナのプラズマ生成
領域が平行平板電極のプラズマ生成領域に重なるように
設置し、平行平板電極で発生したプラズマ、アンテナか
ら投入された電磁波によるプラズマの二つのタイプのプ
ラズマの混合により電子のエネルギ、電子密度を制御す
る。電子のエネルギはアンテナからの電磁波放射により
制御できるようになり、容量結合放電とアンテナからの
電磁波放射に供給される電力割合を変えることにより、
プラズマ中の電子エネルギ状況を変えることができ、活
性種量、活性種が制御できる。An antenna for inputting an electromagnetic wave and a parallel plate electrode in a processing chamber, and a magnetic field that allows the input electromagnetic wave to travel in plasma are provided, and the plasma generation region of this antenna overlaps the plasma generation region of the parallel plate electrode. The energy and electron density of electrons are controlled by mixing two types of plasmas, plasma generated by parallel plate electrodes and plasma generated by electromagnetic waves input from an antenna. The energy of the electrons can be controlled by the radiation of the electromagnetic waves from the antenna, and by changing the ratio of the power supplied to the capacitively coupled discharge and the radiation of the electromagnetic waves from the antenna,
The state of electron energy in plasma can be changed, and the amount of active species and active species can be controlled.
【0030】また、上記磁場の磁場強度を放射される電
磁波の周波数に対し、電子サイクロトロン共鳴が発生す
る条件を含めて可変にし、これにより、プラズマ中の電
子に与えるエネルギレベルを磁場強度を変えることによ
り制御できるようにした。Further, the magnetic field strength of the magnetic field is made variable with respect to the frequency of the radiated electromagnetic wave, including conditions under which electron cyclotron resonance occurs, whereby the energy level given to the electrons in the plasma is changed. Control.
【0031】2)プラズマの均一性制御に関しては、プ
ラズマ中に電磁波を放射するアンテナを2重以上設け、
各アンテナから放射される電磁波を制御する手段により
プラズマの分布を制御するようにした。2) Regarding plasma uniformity control, two or more antennas for radiating electromagnetic waves in the plasma are provided.
The distribution of the plasma is controlled by means for controlling the electromagnetic waves radiated from each antenna.
【0032】電磁波をプラズマ中に放射することで電子
密度が制御できることは活性種発生制御について述べて
部分に記載した通りである。The fact that the electron density can be controlled by radiating the electromagnetic wave into the plasma is as described in the section on the control of generation of active species.
【0033】電磁波を放射するアンテナ手段として、容
量結合放電の電極を複数に分割し、各電極間に高周波電
圧を発生させることで各電極間で電磁波を放射さるよう
にした。As antenna means for radiating electromagnetic waves, electrodes for capacitively-coupled discharge are divided into a plurality of parts, and a high-frequency voltage is generated between the electrodes to radiate the electromagnetic waves between the electrodes.
【0034】分割した電極間に発生する高周波電圧を制
御することで、各電極間から放射される電磁波の電力が
制御できる。電極間に発生させる高周波電圧の制御手段
としては各電極に印加する高周波電圧の位相を制御する
ようにした。By controlling the high frequency voltage generated between the divided electrodes, the power of the electromagnetic wave radiated from between the electrodes can be controlled. As a control means of the high frequency voltage generated between the electrodes, the phase of the high frequency voltage applied to each electrode is controlled.
【0035】3)プラズマ処理室の中で高周波を印加す
る電極ではイオンが高周波電界により加速されて入射す
るため、このイオンのエネルギにより電極表面に付着す
る膜を除去するようにし、デポ膜による発塵を低減し
た。3) Since ions are accelerated by the high-frequency electric field and are incident on the electrode to which a high frequency is applied in the plasma processing chamber, the film adhering to the electrode surface is removed by the energy of the ions, and the deposition by the deposition film is performed. Reduced dust.
【0036】電極表面にはプラズマ処理で発生する活性
種と反応して不揮発性の物質を生成しない材料を用いる
とともに、冷却された電極への熱伝達を高め、温度変動
を低減するために圧力が高められる構造にした。これに
より表面に不揮発性の反応性生物が形成されることによ
る発塵を低減するとともに、温度変動を低減し、表面で
の反応を安定化させ、プラズマ処理特性の変動を防止し
た。The electrode surface is made of a material that does not react with active species generated by the plasma treatment to generate a non-volatile substance. In addition, pressure is increased to increase heat transfer to the cooled electrode and reduce temperature fluctuations. The structure can be enhanced. This reduced dust generation due to the formation of non-volatile reactive products on the surface, reduced temperature fluctuations, stabilized the reaction on the surface, and prevented fluctuations in plasma processing characteristics.
【0037】それ以外の部分に関しては処理室内壁面の
温度を一定に保つことにより、熱変動による膜内応力の
発生を防止し、膜の剥離が発生しないようにした。ま
た、温度を一定に保つことで、表面での反応を安定化さ
せ、プラズマ処理特性の変動を防止した。In other portions, the temperature of the inner wall of the processing chamber was kept constant to prevent the occurrence of stress in the film due to heat fluctuation and prevent the film from peeling. In addition, by keeping the temperature constant, the reaction on the surface was stabilized, and the fluctuation of the plasma processing characteristics was prevented.
【0038】[0038]
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図1〜
図16に示す。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will now be described with reference to FIGS.
As shown in FIG.
【0039】第1の実施例を図1により説明する。The first embodiment will be described with reference to FIG.
【0040】図1において、処理室9内には処理対象を
支持する支持台3が設置されており、前記支持台3の上
に処理対象物4が置かれる。処理対象物4は例えば半導
体素子用のウエハである。処理室の壁の一部は電極2と
なっており、電極の機能も兼ね備えた支持台3との間で
平行平板電極を形成する。支持台3と処理対象物4は通
常平板状であるが、電極2は平板状であっても良いし、
図2(イ)のように階段状の段差を持っていても良い
し、図2(ロ)のように曲面部分を持っていても良い。
電極2が図1、図2(イ)、図2(ロ)のどの場合であ
っても、以下では電極2と支持台3の組を平行平板電極
と呼ぶ。通常、電極2は処理室9に接しているが、電極
2と処理室9の間には絶縁体などで構成されたカバーが
あっても良い。処理室9にはガス供給手段7により処理
ガスが導入されており、例えば図1のように電極2が処
理ガス導入路の機能を兼ね備えていることがある。In FIG. 1, a support 3 for supporting a processing object is provided in a processing chamber 9, and a processing object 4 is placed on the support 3. The processing object 4 is, for example, a wafer for a semiconductor device. A part of the wall of the processing chamber is an electrode 2, and a parallel plate electrode is formed between the electrode and the support 3 which also has an electrode function. The support 3 and the processing object 4 are usually flat, but the electrode 2 may be flat.
It may have a step-like step as shown in FIG. 2A or a curved portion as shown in FIG.
Regardless of the case where the electrode 2 is shown in FIGS. 1, 2A, and 2B, a set of the electrode 2 and the support 3 is hereinafter referred to as a parallel plate electrode. Usually, the electrode 2 is in contact with the processing chamber 9, but a cover made of an insulator or the like may be provided between the electrode 2 and the processing chamber 9. The processing gas is introduced into the processing chamber 9 by the gas supply means 7. For example, as shown in FIG. 1, the electrode 2 may also function as a processing gas introduction path.
【0041】さらに、処理室9は図示しない排気手段に
より排気され、低圧状態に保たれている。処理室9は、
例えば円筒状でアースされた側壁部6で囲まれており、
電極2と側壁部6は絶縁部5により電気的に絶縁されて
いる。電源1は例えば交流電源と整合回路の組み合わせ
である。電源1が平行平板電極に加えた電力により、処
理室9内部の処理ガスがプラズマ化し、プラズマが処理
ガスを活性化して様々な種類の活性種を生成する。さら
にアンテナ11が絶縁体5の近傍に設置されており、絶
縁体5はアンテナ11が発生する電磁波を処理室9に導
入する窓の機能を持つ。アンテナ11は一つまたは複数
の電力の入力端と出力端を持ち、ひと巻きまたはそれ以
上に巻かれたループアンテナであっても良いし、ひと巻
きを複数に分割した分割ループアンテナであっても良い
し、その他の形状であっても電磁波を放射するアンテナ
であればよい。アンテナ11には電源12が電力を供給
しているが、電源1が電極2とアンテナ11に電力を加
えても良い。Further, the processing chamber 9 is evacuated by exhaust means (not shown), and is kept at a low pressure. The processing chamber 9
For example, it is surrounded by a cylindrical and grounded side wall 6,
The electrode 2 and the side wall 6 are electrically insulated by the insulating part 5. The power supply 1 is, for example, a combination of an AC power supply and a matching circuit. The processing gas in the processing chamber 9 is turned into plasma by the power applied by the power supply 1 to the parallel plate electrodes, and the plasma activates the processing gas to generate various types of active species. Further, the antenna 11 is provided near the insulator 5, and the insulator 5 has a function of a window for introducing the electromagnetic waves generated by the antenna 11 into the processing chamber 9. The antenna 11 may have one or more power input terminals and output terminals, and may be a loop antenna wound one or more turns, or a split loop antenna obtained by dividing one turn into a plurality. Any other shape may be used as long as the antenna emits electromagnetic waves. The power supply 12 supplies power to the antenna 11, but the power supply 1 may apply power to the electrode 2 and the antenna 11.
【0042】また、アンテナ11が電極2に電流を誘導
する場合には、例えば図3に示すように電極2に誘導電
流を阻害するようなスリットなどの絶縁領域を設ける
と、アンテナの電力が処理室内に導入し易くなって良
い。アンテナ11は例えば図1に示すような電場14を
処理室内に誘起しプラズマを生成する。このアンテナが
プラズマを側壁部6の近傍で生成するため、電源12に
よる電力を調節することにより側壁部6の壁面の状態を
制御できる。In the case where the antenna 11 induces a current in the electrode 2, for example, as shown in FIG. 3, if an insulating region such as a slit is provided in the electrode 2 so as to inhibit the induced current, the power of the antenna can be reduced. It may be easier to introduce it indoors. The antenna 11 induces an electric field 14 as shown in FIG. 1 in the processing chamber to generate plasma. Since the antenna generates plasma near the side wall 6, the state of the wall surface of the side wall 6 can be controlled by adjusting the power from the power supply 12.
【0043】また、アンテナ11によるプラズマが励起
するラジカルは拡散して平行平板電極の間隙にも浸透し
て行くが、平行平板電極によるプラズマが励起する活性
種とは組成が異なるため、アンテナに投入する電力の調
整により処理室内部のラジカル組成の制御が可能であ
る。The radicals excited by the plasma by the antenna 11 diffuse and permeate into the gaps between the parallel plate electrodes. However, since the radicals have a different composition from the active species excited by the plasma by the parallel plate electrodes, they are injected into the antenna. By adjusting the power to be applied, the radical composition inside the processing chamber can be controlled.
【0044】図1の装置ではさらに磁場発生手段13に
より処理室内に磁場を加えることが出来る。例えば、円
筒状のソレノイドコイルを用いて磁力線15で示すよう
な分布の磁場を発生できる。アンテナが発生する振動電
界14と磁力線15がおおむね垂直であるときに、電子
サイクロトロン共鳴を起こすように電界14の振動数と
磁場15の強度をあわせると、特に効率的にプラズマが
生成できる。例えば振動電場の周波数が68Mhzの時には
磁場強度24ガウス付近で電子サイクロトロン共鳴が起
こる。In the apparatus shown in FIG. 1, a magnetic field can be further applied to the processing chamber by the magnetic field generating means 13. For example, using a cylindrical solenoid coil, a magnetic field having a distribution as indicated by the magnetic field lines 15 can be generated. When the frequency of the electric field 14 and the strength of the magnetic field 15 are adjusted so as to cause electron cyclotron resonance when the oscillating electric field 14 generated by the antenna and the magnetic field lines 15 are substantially perpendicular, plasma can be generated particularly efficiently. For example, when the frequency of the oscillating electric field is 68 Mhz, electron cyclotron resonance occurs near a magnetic field strength of 24 Gauss.
【0045】また、電子サイクロトロン共鳴磁場に近い
範囲で磁場強度を調節すればラジカルの成分比の調整が
でき、微細加工の性能を最適化することができる。Further, by adjusting the magnetic field intensity in a range close to the electron cyclotron resonance magnetic field, the radical component ratio can be adjusted, and the performance of fine processing can be optimized.
【0046】さらに、磁場強度が電子サイクロトロン磁
場よりも強い場所では電磁波が磁場に沿ってプラズマ中
を伝播できる。従って、図1のようにアンテナを通る磁
力線が処理室内のプラズマを生成したい場所を通過する
ようにアンテナと磁場の分布を設定することによりプラ
ズマ生成の効率化を図っている。Further, in a place where the magnetic field strength is stronger than the electron cyclotron magnetic field, the electromagnetic wave can propagate in the plasma along the magnetic field. Therefore, as shown in FIG. 1, the distribution of the antenna and the magnetic field is set so that the magnetic lines of force passing through the antenna pass through the place in the processing chamber where the plasma is desired to be generated, thereby improving the efficiency of plasma generation.
【0047】次に第2の実施例を図4により説明する。Next, a second embodiment will be described with reference to FIG.
【0048】図4の装置は基本的な構成要素は図1の装
置とほとんど同じであるが、図1では処理室9の上面に
設置されていたアンテナ11が処理室の側面に設置され
ている点が異なる。図4ではアンテナ11の電磁波が外
部に漏れないように導体壁8’で囲まれているが、導体
壁8と導体壁8’は一体のものであっても良い。図4の
装置のもう一つの特徴は、ソレノイドコイルなどの磁場
発生手段13の設置位置を下方に設定し、処理室側面に
設置されたアンテナ11を通過する磁力線15が処理室
内を通過するように配置してある点にある。これによ
り、図1の実施例でも述べたように、電子サイクロトロ
ン共鳴磁場よりも強い磁場を加えた場合にアンテナが放
射する電磁波が処理室内のプラズマ中に入りやすくな
り、プラズマの生成効率を上げている。The apparatus shown in FIG. 4 has almost the same basic components as the apparatus shown in FIG. 1, except that the antenna 11 installed on the upper surface of the processing chamber 9 in FIG. 1 is installed on the side of the processing chamber. The points are different. In FIG. 4, although the electromagnetic wave of the antenna 11 is surrounded by the conductor wall 8 'so as not to leak outside, the conductor wall 8 and the conductor wall 8' may be integrated. Another feature of the apparatus of FIG. 4 is that the installation position of the magnetic field generating means 13 such as a solenoid coil is set downward so that the magnetic field lines 15 passing through the antenna 11 installed on the side of the processing chamber pass through the processing chamber. It is located at the point. Thereby, as described in the embodiment of FIG. 1, when a magnetic field stronger than the electron cyclotron resonance magnetic field is applied, the electromagnetic wave radiated by the antenna easily enters the plasma in the processing chamber, and the plasma generation efficiency is increased. I have.
【0049】次に第3の実施例を図5により説明する。Next, a third embodiment will be described with reference to FIG.
【0050】図5の装置は図4の装置とほぼ同じ構成と
なっているが、アンテナ11が処理室内部に設置されて
いる点が異なる。アンテナを処理室内のプラズマに直接
晒すとアンテナ自体が削れて微細加工に悪影響を及ぼす
ときには、アンテナの表面にプラズマにより削れにくい
材料をコーティングしたり、アンテナに絶縁体で出来た
カバーをかぶせても良い。図5の実施例のようにアンテ
ナを処理室内部に設置することにより、処理室上面や処
理室側面にアンテナを設置するスペースが取れないとき
にもアンテナを設けることが出来る。The apparatus shown in FIG. 5 has almost the same configuration as the apparatus shown in FIG. 4, except that the antenna 11 is installed inside the processing chamber. If the antenna is directly exposed to the plasma in the processing chamber and the antenna itself is shaved and adversely affects microfabrication, the antenna surface may be coated with a material that is difficult to be shaved by the plasma, or the antenna may be covered with a cover made of insulator. . By installing the antenna inside the processing chamber as in the embodiment of FIG. 5, the antenna can be provided even when there is not enough space for installing the antenna on the upper surface or the side surface of the processing chamber.
【0051】次に第4の実施例を図6により説明する。Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG.
【0052】図6の装置の構成は図5の装置と同じであ
るが、図6の装置ではアンテナ11が電極2の上部に設
置されている点が特徴となっている。図6の装置の場合
には電極2は図3に示したようなスリット等の絶縁部を
持ち、アンテナ11の誘起する電磁場の少なくとも一部
が電極2を通過して処理室9に伝播し、プラズマを生成
するかプラズマにエネルギーを与えることが出来るよう
になっている。この場合には、電極2と支持台3の間隙
に平行平板電極とアンテナによりプラズマを生成するた
め、処理対象物直上のプラズマの電子エネルギをアンテ
ナ投入電力により調整し、微細加工の性能を高めること
が可能になる。The configuration of the device shown in FIG. 6 is the same as that of the device shown in FIG. 5, but is characterized in that the antenna 11 is provided above the electrode 2. In the case of the device of FIG. 6, the electrode 2 has an insulating portion such as a slit as shown in FIG. 3, and at least a part of the electromagnetic field induced by the antenna 11 propagates through the electrode 2 to the processing chamber 9, A plasma can be generated or energy can be given to the plasma. In this case, the plasma is generated by the parallel plate electrode and the antenna in the gap between the electrode 2 and the support 3, so that the electron energy of the plasma immediately above the object to be processed is adjusted by the input power of the antenna to improve the performance of fine processing. Becomes possible.
【0053】次に第5の実施例を図7により説明する。Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIG.
【0054】図7の装置の図1の装置に対する特徴は、
図1のアンテナ11と電極2が一体化したアンテナ電極
16を用いている点である。The features of the device of FIG. 7 with respect to the device of FIG.
The point is that an antenna electrode 16 in which the antenna 11 and the electrode 2 of FIG. 1 are integrated is used.
【0055】アンテナ電極の例を図9に示す。アンテナ
電極は一つまたは複数の電極部18とそこに接続された
一つまたは複数のアンテナ部19と入力端20と出力端
21で構成される。アンテナ電極の一例を図9(イ)、
図9(ロ)、図9(ハ)、図9(ニ)に示す。特に図9
(ハ)では、アンテナ部19の放射する電磁波が電極部
18に引き起こす誘導電流を阻害するようにスリット状
の絶縁領域を設け、アンテナ部の電磁波の放射効率を上
げている。FIG. 9 shows an example of the antenna electrode. The antenna electrode includes one or a plurality of electrode units 18, one or a plurality of antenna units 19 connected thereto, an input terminal 20, and an output terminal 21. An example of the antenna electrode is shown in FIG.
9 (b), 9 (c) and 9 (d) are shown. In particular, FIG.
In (c), a slit-shaped insulating region is provided so that the electromagnetic wave radiated from the antenna unit 19 inhibits the induced current generated in the electrode unit 18, thereby increasing the radiation efficiency of the electromagnetic wave of the antenna unit.
【0056】図7や図9に示した例では電極部とアンテ
ナ部はほぼ同一平面上にあるが、電極部とアンテナ部が
立体的な構成となっていても良い。例えばアンテナ部が
電極部の真上に設置されるようなアンテナ電極もある。
電源1により入力端20に加えられた電力の一部は電極
部18と支持台3の形成する平行平板電極によりプラズ
マ生成に用いられ、残りはアンテナ部19から電磁波と
して放射され処理室内にプラズマを生成する。出力端は
アースしても良いし、アンテナ電極の電極部の電圧を維
持するためにコンデンサなどにより構成された電圧維持
手段を介した後にアースしても良い。In the examples shown in FIGS. 7 and 9, the electrode portion and the antenna portion are substantially on the same plane, but the electrode portion and the antenna portion may have a three-dimensional structure. For example, there is an antenna electrode in which the antenna unit is installed right above the electrode unit.
A part of the power applied to the input terminal 20 by the power source 1 is used for plasma generation by the parallel plate electrodes formed by the electrode unit 18 and the support 3, and the rest is radiated as an electromagnetic wave from the antenna unit 19 to generate plasma in the processing chamber. Generate. The output terminal may be grounded, or may be grounded via a voltage maintaining means constituted by a capacitor or the like in order to maintain the voltage of the electrode portion of the antenna electrode.
【0057】また、入力端と出力端を入れ替えて接続し
ても良い。このアンテナ電極を使うと電極とアンテナに
一つずつあった電源が一つで済むようになる。図7では
アンテナ電極の電極部は処理室に露出しており、アンテ
ナ部は処理室外部にあるが、電極部には絶縁体などで構
成されたカバーをつけていても良い。Further, the input terminal and the output terminal may be switched and connected. When this antenna electrode is used, only one power source is required for each of the electrode and the antenna. In FIG. 7, the electrode portion of the antenna electrode is exposed to the processing chamber, and the antenna portion is outside the processing chamber. However, the electrode portion may be provided with a cover made of an insulator or the like.
【0058】また、図8に示すようにアンテナ部を処理
室内部に設置してもよいし、アンテナ部に絶縁体などの
カバーをしてもよい。図7や図8の装置は図1の装置と
ほぼ同じ効果を持ち、処理対象物の微細加工の性能を上
げることができる。As shown in FIG. 8, the antenna unit may be installed inside the processing chamber, or the antenna unit may be covered with a cover such as an insulator. The apparatus shown in FIGS. 7 and 8 has almost the same effect as the apparatus shown in FIG. 1, and can improve the performance of fine processing of an object to be processed.
【0059】次に第6の実施例を図10により説明す
る。Next, a sixth embodiment will be described with reference to FIG.
【0060】図10の装置では処理室内の側壁部6近傍
にプラズマを生成するために外周電極23と側壁部6の
間に電力を加える電源12を設けている。外周電極23
の生成するプラズマは、側壁部近傍にあるため、側壁部
壁面の状態の制御ができ、微細加工の性能を上げること
が出来る。また、電源1と電源12の周波数を異なるも
のとすれば電子温度の異なるプラズマを生成し、図1の
装置と同様にラジカルの成分比の調節により微細加工の
性能を最適化できる。さらに、外周電極23の発生する
電場14’の方向が磁力線15とほぼ直行するように磁
場発生手段13を設置し、磁場強度が外周電極近傍で電
子サイクロトロン共鳴磁場強度になるように設定すれば
外周電極によるプラズマ生成の効率を上げることが出来
る。In the apparatus shown in FIG. 10, a power supply 12 for applying electric power between the outer peripheral electrode 23 and the side wall 6 to generate plasma is provided near the side wall 6 in the processing chamber. Outer electrode 23
Is generated near the side wall, the state of the side wall surface can be controlled, and the performance of fine processing can be improved. Further, if the frequencies of the power supply 1 and the power supply 12 are different, plasmas having different electron temperatures are generated, and the performance of fine processing can be optimized by adjusting the radical component ratio similarly to the apparatus of FIG. Further, the magnetic field generating means 13 is installed so that the direction of the electric field 14 ′ generated by the outer peripheral electrode 23 is almost perpendicular to the magnetic field lines 15, and if the magnetic field strength is set to be the electron cyclotron resonance magnetic field strength near the outer peripheral electrode, The efficiency of plasma generation by the electrodes can be increased.
【0061】次に第7の実施例を図11により説明す
る。Next, a seventh embodiment will be described with reference to FIG.
【0062】処理室:51の中にはステージ電極:5
2、対向電極:53が対向して設けられている。処理
室:51の本体は接地された金属容器で形成され、上部
は石英板:54で形成されており、処理室:51と石英
板、各電極の接合部は真空シール構造となっており、処
理室:51内を真空に排気できる構造となっている。ま
た、処理室:51には図示しない処理ガス供給機構があ
り、処理ガスを供給しながら図示しない排気制御機構に
より処理室:51内の圧力を目的の圧力に制御できる様
になっている。The processing chamber 51 includes stage electrodes 5.
2. Opposing electrodes: 53 are provided facing each other. The main body of the processing chamber 51 is formed of a grounded metal container, the upper part is formed of a quartz plate 54, and the joint between the processing chamber 51 and the quartz plate and each electrode has a vacuum seal structure. Processing chamber: The inside of the processing chamber 51 can be evacuated to a vacuum. Further, the processing chamber 51 has a processing gas supply mechanism (not shown), and the pressure in the processing chamber 51 can be controlled to a target pressure by an exhaust control mechanism (not shown) while supplying the processing gas.
【0063】ステージ電極:52には処理基板:55が
裁置できる構造になっており、図示しない温度制御機構
によりプラズマ処理中の処理基板:55の温度を制御で
きるようになっている。また、ステージ電極:52には
処理基板に入射するイオンのエネルギを制御するバイア
ス電源(2MHz):56が接続されている。The stage electrode 52 has a structure in which a processing substrate 55 can be placed, and the temperature of the processing substrate 55 during plasma processing can be controlled by a temperature control mechanism (not shown). The stage electrode 52 is connected to a bias power supply (2 MHz) 56 for controlling the energy of ions incident on the processing substrate.
【0064】対向電極:53は高周波印加リング電極:
53a、53b、およびアースリング電極:53cから
成っており、高周波印加リング電極:53a、53b に
は100MHzの高周波電源:57が接続されており、
アースリング電極:53cは接地されている。Counter electrode: 53 is a high frequency application ring electrode:
53a, 53b, and an earth ring electrode: 53c, and a high-frequency power supply: 57 of 100 MHz is connected to the high-frequency application ring electrodes: 53a, 53b.
Earth ring electrode 53c is grounded.
【0065】処理室:51の外周にはコイル:58が設
けられており、処理室内に磁場を形成形成できるように
なっている。A coil 58 is provided around the outer periphery of the processing chamber 51 so that a magnetic field can be formed in the processing chamber.
【0066】次に本実施例によるエッチング処理での動
作例を説明する。Next, an example of the operation in the etching process according to this embodiment will be described.
【0067】ステージ電極:52に処理基板:55を搬
入し、載置する。図示しないエッチングガス供給源より
設定流量のエッチングガス(弗化炭素系ガス)を供給
し、処理室内の圧力が1Paになるよう排気を制御す
る。処理基板には半導体素子の絶縁膜である酸化シリコ
ン膜、シリコン膜が形成されている。この処理基板をス
テージ電極:52に静電的に吸着させるとともに、図示
しないヘリウムガス供給源より基板とステージ電極:5
2の間にHeガスを供給し、処理基板のエッチング処理
中の温度上昇を防止する。The processing substrate 55 is carried into the stage electrode 52 and placed thereon. An etching gas (carbon fluoride gas) is supplied at a set flow rate from an etching gas supply source (not shown), and the exhaust is controlled so that the pressure in the processing chamber becomes 1 Pa. A silicon oxide film and a silicon film which are insulating films of a semiconductor element are formed on the processing substrate. The processing substrate is electrostatically attracted to the stage electrode 52, and the substrate and the stage electrode 5 are supplied from a helium gas supply source (not shown).
He gas is supplied during the period 2 to prevent a temperature rise during the etching process of the processing substrate.
【0068】対向電極である高周波印加リング電極:5
3a、53bに100MHzの高周波電力を1.5KW投入
し、放電によりプラズマを発生させる。高周波印加リン
グ電極:53a、53bと処理室内の真空雰囲気の間は
石英板:54で分離されているため、プラズマにたいす
るエネルギの供給は容量結合により行われる。この場
合、シースとプラズマの界面に形成される電界は小さい
ため電子のエネルギ分布はマクスウェル・ボルツマン分
布に近い。High frequency application ring electrode as counter electrode: 5
1.5 kW of high frequency power of 100 MHz is applied to 3a and 53b, and plasma is generated by discharge. Since the high-frequency application ring electrodes 53a and 53b and the vacuum atmosphere in the processing chamber are separated by the quartz plate 54, energy supply to the plasma is performed by capacitive coupling. In this case, since the electric field formed at the interface between the sheath and the plasma is small, the energy distribution of the electrons is close to the Maxwell-Boltzmann distribution.
【0069】高周波印加リング電極:53a、53bと
アースリング電極:53cの間には高周波電界Eが形成
され、この電界から磁界が形成され、更に電界が形成さ
れるというように電磁波が放射される。容量結合による
放電により、プラズマ密度は1010/cm3台のに達するた
め、放射される電磁波はプラズマ中に進行は出来ない
が、石英板:54の近傍では電界が発生するため、この
電界により電子は直接加速されエネルギを受け取ること
が出来る。この場合、エネルギを受け取る電子は石英板
近傍の電子だけであり、その割合は少ないが、電子のエ
ネルギレベルは容量結合により発生したプラズマに比べ
高くなる。A high-frequency electric field E is formed between the high-frequency application ring electrodes 53a, 53b and the earth ring electrode 53c, and a magnetic field is formed from the electric field, and an electromagnetic wave is radiated such that an electric field is formed. . The discharge due to capacitive coupling causes the plasma density to reach the order of 10 10 / cm 3, so that the emitted electromagnetic wave cannot travel in the plasma, but an electric field is generated in the vicinity of the quartz plate: 54, and this electric field causes electrons to be generated. Can be directly accelerated and receive energy. In this case, the only electrons that receive energy are those near the quartz plate, and the ratio is small, but the energy level of the electrons is higher than that of plasma generated by capacitive coupling.
【0070】このように本実施例ではプラズマに供給さ
れるエネルギは、容量結合によるものと、高周波電界に
よる直接加熱の2通りの経路があり、各経路により電子
が受け取るエネルギレベルが異なるため、各経路の電力
割合を変えることで電子のエネルギ状況を変えることが
出来る。変える方法としては石英板:54の厚さを変え
る方法、高周波リング電極とアースリング電極の間隔を
変える方法がある。石英板の厚さを厚くすると容量結合
のインピーダンスが高くなり、放電電圧が高くなり電磁
波放射の割合が増え、容量結合で供給される電力割合が
下がり電子のエネルギレベルは高くなる。高周波リング
電極とアースリング電極の間隔を狭くすると高周波電界
が強くなり電磁放射の割合が増え、同様に電子のエネル
ギレベルは高くなる。これらの逆にすれば容量結合だけ
の放電によるエネルギレベルに近づけることができる。As described above, in the present embodiment, the energy supplied to the plasma includes two paths, that is, the path due to the capacitive coupling and the direct heating due to the high-frequency electric field. By changing the power ratio of the path, the energy state of the electrons can be changed. As a changing method, there is a method of changing the thickness of the quartz plate 54 and a method of changing the interval between the high-frequency ring electrode and the earth ring electrode. When the thickness of the quartz plate is increased, the impedance of capacitive coupling increases, the discharge voltage increases, the proportion of electromagnetic wave radiation increases, the proportion of power supplied by capacitive coupling decreases, and the energy level of electrons increases. When the distance between the high-frequency ring electrode and the earth ring electrode is reduced, the high-frequency electric field becomes stronger, the ratio of electromagnetic radiation increases, and the energy level of electrons also increases. By reversing the above, it is possible to approach the energy level due to the discharge of only the capacitive coupling.
【0071】バイアス電源:56より2MHzの高周波電
力を500W投入すると700Vppの電圧が発生し、プ
ラズマからのイオンを加速して基板に入射させることが
でき、基板表面ではイオンのアシストにより、プラズマ
により分解されたエッチングガス(弗化炭素系ガス)と
酸化シリコン膜、シリコン膜が反応しエッチングが進行
する。Bias power supply: When 500 W of 2 MHz high frequency power is applied from 56, a voltage of 700 Vpp is generated, and ions from the plasma can be accelerated and incident on the substrate. The etching gas (carbon fluoride-based gas) reacts with the silicon oxide film and the silicon film, and the etching proceeds.
【0072】電子のエネルギレベルが高いと、弗化炭素
系ガスの分解が進み、弗素系ラジカル量が増え、シリコ
ン膜のエッチング速度が向上する。また、このようなガ
ス分解が進んだ条件ではエッチング断面形状も垂直に近
くなり、分解が進まない条件では順テーパ形状になりや
すい。半導体デバイスの製造では絶縁膜である酸化シリ
コン膜のエッチング速度に対するシリコン膜のエッチン
グ速度を出来るだけ小さくし、エッチング断面形状も出
来るだけ垂直に近づけることが必要である。そのために
は弗化炭素系ガスの分解状況を適切に制御し、両者を両
立させる条件を見つけることが必要である。When the energy level of electrons is high, decomposition of the carbon fluoride gas proceeds, the amount of fluorine radicals increases, and the etching rate of the silicon film is improved. Further, under such a condition that the gas decomposition is advanced, the etching cross-sectional shape is almost vertical, and when the decomposition is not advanced, it tends to have a forward tapered shape. In the manufacture of semiconductor devices, it is necessary to make the etching rate of a silicon film as small as possible relative to the etching rate of a silicon oxide film as an insulating film, and to make the etching cross-sectional shape as close to vertical as possible. For this purpose, it is necessary to appropriately control the decomposition state of the carbon fluoride-based gas and find conditions for achieving both.
【0073】本発明では先に述べてように、石英板の厚
さ、高周波リング電極とアースリング電極の間隔等を調
整することにより、弗化炭素系ガスの分解状況を制御で
き、エッチング特性の最適化ができる。In the present invention, as described above, the decomposition state of the carbon fluoride-based gas can be controlled by adjusting the thickness of the quartz plate, the interval between the high-frequency ring electrode and the earth ring electrode, and the etching characteristics can be controlled. Can be optimized.
【0074】また、高周波印加リング電極:53a、5
3b、アースリング電極の寸法を変えることでプラズマ
の分布を変えることもできる。Further, high-frequency application ring electrodes 53a, 5a
3b, the distribution of the plasma can be changed by changing the size of the earth ring electrode.
【0075】次に、本実施例におけるその他の電子エネ
ルギ制御方法について説明する。Next, another method for controlling the electron energy in this embodiment will be described.
【0076】高周波印加リング電極:53a、53bと
アースリング電極:53cの間には高周波電界Eが形成
され、電磁波が放射されることは先に説明したが、この
実施例では無磁場条件であったため、電磁波はプラズマ
中に進行は出来ず、石英板近傍の電子にエネルギを供給
するだけであった。本制御方法ではコイル:58に電流
を流し、磁場Bを形成して電磁波がプラズマ中に進行出
来るようにした。また、磁場の強度を電磁波の周波数に
対し電子サイクロトロン共鳴を起こす条件を含めて設定
できるようにし、容量結合放電プラズマへの電磁波の放
射と磁場強度の制御により、電子に与えるエネルギレベ
ルを制御し、適切な電子エネルギ状態に制御できるよう
にした。As described above, the high-frequency electric field E is formed between the high-frequency application ring electrodes 53a and 53b and the earth ring electrode 53c, and electromagnetic waves are radiated. However, in this embodiment, no magnetic field is applied. Therefore, the electromagnetic wave cannot travel into the plasma, but merely supplies energy to electrons near the quartz plate. In this control method, an electric current is applied to the coil 58 to form a magnetic field B so that the electromagnetic wave can travel in the plasma. In addition, the intensity of the magnetic field can be set to include the condition that causes electron cyclotron resonance with respect to the frequency of the electromagnetic wave, and the energy level given to the electrons is controlled by controlling the intensity of the electromagnetic wave emitted to the capacitively coupled discharge plasma and the magnetic field intensity. It was made possible to control to an appropriate electron energy state.
【0077】100MHzの周波数でも、磁場を形成する
と電磁波はプラズマ中に進行出来る条件ができるが、こ
のとき磁場は電磁波の電界に対しほぼ直角方向でなけれ
ばならない。そのため高周波電界による電子の加速は磁
場に拘束され、高周波電界から電子が受け取るエネルギ
は僅かであり、電子のエネルギ状態を僅かに高めるだけ
である。そのため活性種の生成など低エネルギの電子を
増やすのに効果的である。Even at a frequency of 100 MHz, there is a condition that the electromagnetic wave can travel in the plasma when a magnetic field is formed. At this time, the magnetic field must be almost perpendicular to the electric field of the electromagnetic wave. Therefore, the acceleration of the electrons by the high-frequency electric field is constrained by the magnetic field, and the energy received by the electrons from the high-frequency electric field is small and only slightly increases the energy state of the electrons. Therefore, it is effective for increasing the number of low energy electrons such as generation of active species.
【0078】100MHzでの電子サイクロトロン共鳴を
起こす磁場強度に近い30〜40Gに設定すると、電磁
波の高周波電界からプラズマ中の電子に効率よくエネル
ギが供給され、電子のエネルギレベルはイオン化レベル
以上まで高めることができ、エッチングガスの分解を促
進できる。When the intensity is set to 30 to 40 G, which is close to the magnetic field intensity that causes electron cyclotron resonance at 100 MHz, energy is efficiently supplied to the electrons in the plasma from the high-frequency electric field of the electromagnetic wave, and the energy level of the electrons is increased to the ionization level or higher. And decomposition of the etching gas can be promoted.
【0079】このように、磁場強度を変えることによ
り、ラジカルを生成するのに適したレベルからイオン化
レベル以上まで電子のエネルギを制御でき、磁場強度の
調整によりエッチングガスの分解状況を適切にし、エッ
チング特性の最適化が図れる。As described above, by changing the magnetic field intensity, the energy of electrons can be controlled from a level suitable for generating radicals to an ionization level or more. Characteristics can be optimized.
【0080】次に第8の実施例を図12により説明す
る。Next, an eighth embodiment will be described with reference to FIG.
【0081】本実施例は図11に示す対向電極:53を
形成する高周波印加リング電極:53a、53b、およ
びアースリング電極:53cに相当する部分に対するそ
の他の実施例である。This embodiment is another embodiment corresponding to the portions corresponding to the high frequency application ring electrodes 53a and 53b and the earth ring electrode 53c forming the counter electrode 53 shown in FIG.
【0082】図12に示すように高周波印加プレート電
極:60、アースプレート電極:61から成り、くし状
に相対する高周波印加プレート電極:60とアースプレ
ート電極:61の間に高周波電界が生じ、実施例1で説
明したと同じ原理により電磁波が放射される。また、高
周波印加プレートがプラズマに対し容量結合により電力
を供給する点も実施例1と同じである。As shown in FIG. 12, a high-frequency application plate electrode: 60 and an earth plate electrode: 61, and a high-frequency electric field is generated between the high-frequency application plate electrode: 60 and the earth plate electrode: 61, which face each other in a comb shape. Electromagnetic waves are emitted according to the same principle as described in Example 1. Further, the high frequency application plate supplies power to the plasma by capacitive coupling in the same manner as in the first embodiment.
【0083】電子エネルギ状態制御にたいする動作、機
能も上記点を除いて同じであるため、ここでは省略す
る。The operation and function of the electronic energy state control are the same except for the above-mentioned points, and therefore are omitted here.
【0084】次に第9の実施例を図13により説明す
る。Next, a ninth embodiment will be described with reference to FIG.
【0085】処理室:70の中にはステージ電極:5
2、対向電極:71が対向して設けられており、処理
室:70と各電極は絶縁材:72a、絶縁材:72bに
より絶縁されるとともに、処理室:70との接合部は真
空シール構造となっており、処理室:70内を真空に排
気できる構造となっている。対向電極:71には100
MHzの高周波電源:57、ロウパスフィルタ:73が接
続されている。The stage electrode: 5 in the processing chamber: 70
2. A counter electrode: 71 is provided facing the processing chamber, and the processing chamber and each electrode are insulated by an insulating material: 72a and an insulating material: 72b, and a joint with the processing chamber: 70 is a vacuum seal structure. And the inside of the processing chamber 70 can be evacuated to a vacuum. Counter electrode: 100 for 71
A high frequency power supply of MHz: 57 and a low pass filter: 73 are connected.
【0086】処理室:70はアースに接地されており、
その外周にはコイル:58が設けれれ、処理室内に磁場
を形成するようになっている。また、処理室:70には
図示しない処理ガス供給機構があり、処理ガスを供給し
ながら図示しない排気制御機構により処理室:70内の
圧力を目的の圧力に制御できる様になっている。Processing chamber: 70 is grounded,
A coil 58 is provided on the outer periphery thereof to form a magnetic field in the processing chamber. Further, the processing chamber 70 has a processing gas supply mechanism (not shown), and the pressure in the processing chamber 70 can be controlled to a target pressure by an exhaust control mechanism (not shown) while supplying the processing gas.
【0087】ステージ電極:52には処理基板:55が
裁置できる構造になっており、図示しない温度制御機構
によりプラズマ処理中の処理基板:55の温度を制御で
きるようになっている。また、ステージ電極:52には
処理基板に入射するイオンのエネルギを制御するバイア
ス電源(2MHz):56、ハイパスフィルタ:74が接
続されている。The stage electrode 52 has a structure in which the processing substrate 55 can be placed, and the temperature of the processing substrate 55 during the plasma processing can be controlled by a temperature control mechanism (not shown). The stage electrode 52 is connected to a bias power supply (2 MHz) 56 for controlling the energy of ions incident on the processing substrate and a high-pass filter 74.
【0088】次に本実施例によるエッチング処理での動
作例を説明する。Next, an operation example of the etching process according to the present embodiment will be described.
【0089】図13において、ステージ電極:52に処
理基板:55を搬入し、載置する。図示しないエッチン
グガス供給源より設定流量のエッチングガス(弗化炭素
系ガス)を供給し、処理室内の圧力が1Paになるよう
排気を制御する。処理基板には半導体デバイスの絶縁膜
である酸化シリコン膜、シリコン膜が形成されている。
この処理基板をステージ電極:52に静電的に吸着させ
るとともに、図示しないヘリウムガス供給源より基板と
ステージ電極:52の間にHeガスを供給し、処理基板
のエッチング処理中の温度上昇を防止する。In FIG. 13, a processing substrate 55 is carried in and placed on a stage electrode 52. An etching gas (carbon fluoride gas) is supplied at a set flow rate from an etching gas supply source (not shown), and the exhaust is controlled so that the pressure in the processing chamber becomes 1 Pa. A silicon oxide film and a silicon film which are insulating films of a semiconductor device are formed on the processing substrate.
The processing substrate is electrostatically attracted to the stage electrode 52, and a He gas is supplied between the substrate and the stage electrode 52 from a helium gas supply source (not shown) to prevent a temperature rise during the etching of the processing substrate. I do.
【0090】対向電極:71に100MHzの高周波電力
を1.5KW投入し、放電によりプラズマを発生させ
る。対向電極:71とプラズマの間にはシースが形成さ
れ、プラズマにたいするエネルギの供給は容量結合によ
り行われる。この場合、シースとプラズマの界面に形成
される電界は小さいため電子のエネルギ分布はマクスウ
ェル・ボルツマン分布に近い。A high-frequency power of 100 MHz is applied to the opposing electrode 71 at 1.5 KW, and plasma is generated by discharge. A sheath is formed between the counter electrode 71 and the plasma, and energy is supplied to the plasma by capacitive coupling. In this case, since the electric field formed at the interface between the sheath and the plasma is small, the energy distribution of the electrons is close to the Maxwell-Boltzmann distribution.
【0091】対向電極:71と処理室:70の間には高
周波電界Eが形成され、電磁波が放射される。A high-frequency electric field E is formed between the counter electrode 71 and the processing chamber 70, and an electromagnetic wave is emitted.
【0092】コイル:58に電流を流し、磁場Bを形成
すると共に、磁場の強度を印加高周波の周波数に対し電
子サイクロトロン共鳴を起こす条件を挟んで設定出来る
ようにした。A current was passed through the coil 58 to form a magnetic field B, and the strength of the magnetic field could be set with respect to the conditions of causing electron cyclotron resonance with respect to the frequency of the applied high frequency.
【0093】100MHzの周波数でも、磁場を形成する
と電磁波はプラズマ中に進行出来る条件ができるが、こ
のとき磁場は電磁波の電界に対しほぼ直角方向でなけれ
ばならない。そのため高周波電界による電子の加速は磁
場に拘束され、高周波電界から電子が受け取るエネルギ
は僅かであり、電子のエネルギ状態を僅かに高めるだけ
である。そのためラジカルの生成など低エネルギの電子
を増やすのに効果的である。[0093] Even at a frequency of 100 MHz, there is a condition under which a magnetic field can be formed so that an electromagnetic wave can travel in a plasma. At this time, the magnetic field must be substantially perpendicular to the electric field of the electromagnetic wave. Therefore, the acceleration of the electrons by the high-frequency electric field is constrained by the magnetic field, and the energy received by the electrons from the high-frequency electric field is small and only slightly increases the energy state of the electrons. Therefore, it is effective to increase low energy electrons such as generation of radicals.
【0094】100MHzでの電子サイクロトロン共鳴を
起こす磁場強度に近い30〜40Gに設定すると、電磁
波の高周波電界からプラズマ中の電子に効率よくエネル
ギが供給され、電子のエネルギレベルはイオン化レベル
以上まで高めることができる。このように、磁場強度を
変えることにより、ラジカルを生成するのに適したレベ
ルからイオン化レベル以上まで電子のエネルギを制御で
きる。When the magnetic field intensity is set to 30 to 40 G, which is close to the magnetic field intensity that causes electron cyclotron resonance at 100 MHz, energy is efficiently supplied to the electrons in the plasma from the high frequency electric field of the electromagnetic wave, and the energy level of the electrons is increased to the ionization level or more. Can be. Thus, by changing the magnetic field strength, the energy of electrons can be controlled from a level suitable for generating radicals to an ionization level or more.
【0095】バイアス電源:56より2MHzの高周波電
力を500W投入すると700Vppの電圧が発生し、プ
ラズマからのイオンはこの電圧で加速され基板に入射
し、基板表面ではイオンのアシストにより、プラズマに
より分解されたエッチングガス(弗化炭素系ガス)と酸
化シリコン膜、シリコン膜が反応しエッチングが進行す
る。When a high-frequency power of 2 MHz is applied from 500 to 500 W, a voltage of 700 Vpp is generated. Ions from the plasma are accelerated by this voltage and incident on the substrate, and are decomposed by the plasma on the surface of the substrate with the aid of ions. The etching gas (carbon fluoride gas) reacts with the silicon oxide film and the silicon film, and the etching proceeds.
【0096】電子のエネルギレベルが高いと、弗化炭素
系ガスの分解が進み、弗素系活性種量が増え、シリコン
膜のエッチング速度が向上する。また、このようなガス
分解が進んだ条件ではエッチング断面形状も垂直に近く
なり、分解が進まない条件では順テーパ形状になりやす
い。半導体デバイスの製造では絶縁膜である酸化シリコ
ン膜のエッチング速度に対するシリコン膜のエッチング
速度を出来るだけ小さくし、エッチング断面形状も出来
るだけ垂直に近づけることが必要である。そのためには
弗化炭素系ガスの分解状況を適切に制御し、両者を両立
させる条件を見つけることが必要である。If the energy level of electrons is high, decomposition of the carbon fluoride gas proceeds, the amount of fluorine active species increases, and the etching rate of the silicon film increases. Further, under such a condition that the gas decomposition is advanced, the etching cross-sectional shape is almost vertical, and when the decomposition is not advanced, it tends to have a forward tapered shape. In the manufacture of semiconductor devices, it is necessary to make the etching rate of a silicon film as small as possible relative to the etching rate of a silicon oxide film as an insulating film, and to make the etching cross-sectional shape as close to vertical as possible. For this purpose, it is necessary to appropriately control the decomposition state of the carbon fluoride-based gas and find conditions for achieving both.
【0097】本発明では磁場強度を変えることで、この
弗化炭素系ガスの分解状況を制御でき、酸化シリコン膜
とシリコン膜のエッチング速度比、エッチング形状など
のエッチング特性の最適化が圧力やエッチングガス流
量、高周波電力とは独立に制御できる。In the present invention, the decomposition state of the carbon fluoride gas can be controlled by changing the magnetic field strength, and the etching characteristics such as the etching rate ratio and the etching shape between the silicon oxide film and the silicon film can be optimized by the pressure and the etching. It can be controlled independently of gas flow and high frequency power.
【0098】次に第10の実施例を図14により説明す
る。Next, a tenth embodiment will be described with reference to FIG.
【0099】本実施例の基本構成は図13に示す実施例
と同じであり、ここでは相違点のみを説明する。The basic configuration of this embodiment is the same as that of the embodiment shown in FIG. 13, and only the differences will be described here.
【0100】処理室:70はアースに接地されておら
ず、800KHzのバイアス電源:75、100MHzのハイ
パスフィルタ:76が接続されている。The processing chamber 70 is not grounded, but a bias power supply of 800 KHz: 75 and a high-pass filter of 100 MHz are connected.
【0101】ステージ電極:77には図示しない基板加
熱機構が組み込まれており、処理基板を室温から500
度摂氏の間の設定値に加熱できるようになっている。The stage electrode 77 has a built-in substrate heating mechanism (not shown).
It can be heated to a set value between degrees Celsius.
【0102】次に本実施例によるプラズマCVD処理で
の動作例を説明する。Next, an operation example of the plasma CVD process according to the present embodiment will be described.
【0103】ステージ電極:77に処理基板:55を搬
入し、載置する。図示しないCVDガス供給源より設定
流量のCVDガス(弗化シリコンガス+酸素ガス)を供
給し、処理室内の圧力が4Paになるよう排気を制御す
る。処理基板をステージ電極:77に載せ、処理基板の
温度を300度摂氏に加熱する。対向電極:71に10
0MHzの高周波電力、1.5KW投入しステージ電極:
77との間に容量結合放電を発生させ、CVDガスをプ
ラズマ状態にする。The processing substrate 55 is loaded into the stage electrode 77 and placed thereon. A set flow rate of a CVD gas (silicon fluoride gas + oxygen gas) is supplied from a CVD gas supply source (not shown), and the exhaust is controlled so that the pressure in the processing chamber becomes 4 Pa. The processing substrate is placed on the stage electrode 77, and the temperature of the processing substrate is heated to 300 degrees Celsius. Counter electrode: 10 for 71
0MHz high frequency power, 1.5KW input and stage electrode:
Capacitatively coupled discharge is generated between the CVD gas 77 and the plasma gas.
【0104】対向電極:71には高周波電源:57から
の電力供給により100MHzの高電圧(1400Vp
p)が発生し、処理室:70との間に高周波電界が発生
する。処理室:70は接地されてはいないが、ハイパス
フィルタ:76により100MHzの高周波に対しては接
地されたのと同じ状態であり、図13に示す実施例と同
様に高周波の電磁波を放射する。A high voltage (1400 Vp) of 100 MHz is supplied to the opposing electrode 71 by power supplied from the high frequency power supply 57.
p) occurs, and a high-frequency electric field is generated between the processing chamber and 70. Although the processing chamber 70 is not grounded, it is in the same state as grounded by a high-pass filter 76 with respect to a high frequency of 100 MHz, and emits a high-frequency electromagnetic wave as in the embodiment shown in FIG.
【0105】弗化シリコンガスは結合が強く分解が進ま
ず、フッ素が、形成される酸化シリコン膜中に多く吸蔵
される。100MHzの電磁波と磁場の作用により先の図
13に示した実施例と同様に、電子のエネルギレベルを
制御し、弗化シリコンガスの分解を促進して解離したフ
ッ素ガスを排気するため、酸化シリコン膜中への吸蔵が
低減され膜質の向上を図ることができる。また、弗化シ
リコンガスの分解が促進されるため、解離したシリコン
と酸素ガスの反応も促進され、成膜レートの向上も図れ
る。The silicon fluoride gas is strongly bonded and does not decompose, and a large amount of fluorine is absorbed in the formed silicon oxide film. As in the embodiment shown in FIG. 13 by the action of an electromagnetic wave of 100 MHz and a magnetic field, silicon oxide is used to control the energy level of electrons, promote the decomposition of silicon fluoride gas, and exhaust the dissociated fluorine gas. Occlusion in the film is reduced, and the quality of the film can be improved. Further, since the decomposition of the silicon fluoride gas is promoted, the reaction between the dissociated silicon and the oxygen gas is also promoted, and the film formation rate can be improved.
【0106】また本実施例ではハイパスフィルタ:74
とハイパスフィルタ:76の周波数特性を印加する周波
数の倍周波である200MHzに設定することで、プラズ
マシースの持っている非線形特性から印加周波数が10
0MHzと200MHzの混合した周波数になり、磁場
強度が70G前後でも共鳴条件を作ることができる。こ
の倍周波の混合割合は整合器のリアクタンスとキャパシ
タンスの割合を変えることでも実現できる。In this embodiment, a high-pass filter: 74
And high-pass filter: By setting the frequency characteristic of 76 to 200 MHz, which is a multiple of the applied frequency, the applied frequency becomes 10 due to the nonlinear characteristic of the plasma sheath.
Resonance conditions can be created even when the frequency is a mixed frequency of 0 MHz and 200 MHz and the magnetic field strength is around 70 G. The mixing ratio of the double frequency can also be realized by changing the ratio between the reactance and the capacitance of the matching device.
【0107】プラズマCVDでは処理室内壁にも酸化シ
リコン膜が形成され、これらが剥がれてパーティクルと
なり、半導体製品を製造する上での課題となっている。
本実施例では処理室:70の内壁面にバイアス電源:7
5から800KHzの高周波電圧を印加でき、これにより
入射イオンエネルギを高める効果と、弗化シリコンガス
の分解により発生したフッ素により、処理室:70の内
壁面に形成される酸化シリコン膜はエッチングされ除去
されるため、成膜中に処理室内壁面に膜が付かず、パー
ティクルの発生を低減できる。In plasma CVD, a silicon oxide film is also formed on the inner wall of the processing chamber, and these are peeled off to form particles, which is a problem in manufacturing a semiconductor product.
In this embodiment, a bias power supply: 7 is provided on the inner wall of the processing chamber 70.
A high frequency voltage of 5 to 800 KHz can be applied, thereby increasing the incident ion energy, and the silicon oxide film formed on the inner wall surface of the processing chamber 70 is etched and removed by fluorine generated by decomposition of silicon fluoride gas. Therefore, no film is formed on the inner wall surface of the processing chamber during film formation, and generation of particles can be reduced.
【0108】次に第11の実施例を図15により説明す
る。Next, an eleventh embodiment will be described with reference to FIG.
【0109】本実施例の基本構成は図13に示す実施例
と同じであり、ここでは相違点のみを説明する。The basic configuration of this embodiment is the same as that of the embodiment shown in FIG. 13, and only different points will be described here.
【0110】対向電極:71は対向電極:71a、対向
電極:71bから成り、それぞれの電極は絶縁材:80
aにより相互に絶縁されており、また、絶縁材:80b
により処理室:70とも絶縁されている。それぞれの電
極には高周波電源:81、高周波電源;82が接続され
ており、高周波電源:81と高周波電源:82は位相が
ずれた同じ周波数(本実施例では100MHz)を発生
し、それぞれの電極に印加するようになっている。The counter electrode 71 includes a counter electrode 71a and a counter electrode 71b.
a, and an insulating material: 80b
And the processing chamber 70 is also insulated. A high-frequency power supply: 81 and a high-frequency power supply; 82 are connected to the respective electrodes. The high-frequency power supply: 81 and the high-frequency power supply: 82 generate the same frequency (100 MHz in this embodiment) out of phase. To be applied.
【0111】位相が異なる高周波を対向電極:71aと
対向電極:71bに印加すると対向電極:71aと対向
電極:71bの間には高周波電界が生じる。位相を18
0度ずらした場合、最も効率よく高周波電界を発生で
き、位相のずれを0度にすると高周波電界は最も弱くな
る。この位相制御と高周波電源:81、82の電力を制
御することで、対向電極:71a、71bの間から発生
する高周波の電磁波電力と対向電極:71bと処理室:
70の間から発生する高周波の電磁波電力の割合を制御
することができ、エッチング処理、プラズマCVD処理
の均一性を制御することができる。また、高周波電源:
81、82の電力を制御することで、容量結合による供
給電力割合を制御し、均一性を制御することもできる。When high-frequency waves having different phases are applied to the counter electrode 71a and the counter electrode 71b, a high-frequency electric field is generated between the counter electrode 71a and the counter electrode 71b. Phase 18
When shifted by 0 degrees, the high-frequency electric field can be generated most efficiently, and when the phase shift is set to 0 degrees, the high-frequency electric field is weakest. By controlling the phase and the power of the high-frequency power supplies 81 and 82, the high-frequency electromagnetic wave power generated between the opposing electrodes 71a and 71b, the opposing electrode 71b, and the processing chamber:
It is possible to control the ratio of the high-frequency electromagnetic wave power generated between 70 and 70, thereby controlling the uniformity of the etching process and the plasma CVD process. Also high frequency power supply:
By controlling the power of 81 and 82, the ratio of the power supplied by capacitive coupling can be controlled, and the uniformity can be controlled.
【0112】更に、本実施例では2台の高周波電源を用
いているが、1台の電源から対向電極:71a、71b
に供給する電力ラインの間にキャパシタンス、あるいは
リアクタンスを入れ、位相をずらすことをしても同様の
効果を得ることができる。Further, in this embodiment, two high-frequency power supplies are used, but one power supply supplies opposing electrodes 71a, 71b.
The same effect can be obtained by inserting a capacitance or a reactance between the power lines to be supplied to the power supply and shifting the phases.
【0113】次に第12の実施例を図16により説明す
る。Next, a twelfth embodiment will be described with reference to FIG.
【0114】処理室:70の中にはステージ電極:5
2、対向電極:71が対向して設けられており、処理
室:70は図示しない排気機構により真空に排気できる
とともに、図示しないエッチングガス供給機構より設定
流量のエッチングガスを供給し、設定圧力に保てる様に
なっている。Stage electrode: 5 in processing chamber: 70
2. A counter electrode 71 is provided to face the processing chamber 70, and the processing chamber 70 can be evacuated to a vacuum by an exhaust mechanism (not shown). I can keep it.
【0115】対向電極:71は対向電極:71a、71
b、71cよりなっており、各電極は石英製の絶縁材:
80a、80bにより相互に絶縁されている。また、絶
縁材:80cにより処理室:70とも絶縁されている。
対向電極:71bには高周波電源:82、対向電極:7
1cには高周波電源:81、対向電極:71aにはコン
デンサ:83を介して高周波電源;81が接続されてい
る。高周波電源:81と高周波電源:82は信号発生
器:97からの信号を増幅する構成になっており、信号
発生器:97は各電源に供給する高周波信号の位相、振
幅を制御できるようになっている。信号周波数は、本実
施例では100MHzを用いている。The counter electrode 71 is a counter electrode 71a, 71
b, 71c, and each electrode is made of quartz insulating material:
Insulated from each other by 80a and 80b. Further, the processing chamber 70 is insulated by the insulating material 80c.
High frequency power supply: 82, counter electrode: 7 for counter electrode: 71b
A high frequency power supply 81 is connected to 1c, and a high frequency power supply 81 is connected to the counter electrode 71a via a capacitor 83. The high frequency power supply 81 and the high frequency power supply 82 amplify the signal from the signal generator 97, and the signal generator 97 can control the phase and amplitude of the high frequency signal supplied to each power supply. ing. The signal frequency used in this embodiment is 100 MHz.
【0116】対応電極:71a、71b、71cは図示
しないロウパスフィルタを介して接地されており、バイ
アス電源:56の10MHzの周波数を通し、バイアス
電源:56の高周波電流が対向電極を通って流れるよう
にしてある。The corresponding electrodes 71a, 71b, and 71c are grounded via a low-pass filter (not shown), pass a 10 MHz frequency of a bias power supply of 56, and a high-frequency current of a bias power supply of 56 flows through the counter electrode. It is like that.
【0117】対向電極:71には冷媒の流路:84a、
84b、84cが設けられ、図示しないサーキュレータ
に接続され、温度制御した15℃の冷媒が循環してい
る。The opposing electrode 71 has a refrigerant flow path 84a,
84b and 84c are provided, connected to a circulator (not shown), and a temperature-controlled 15 ° C. refrigerant circulates.
【0118】対向電極:71にはエッチングガス供給
路:85a、85b、85cが設けられ、図示しないエ
ッチングガス供給源よりエッチングガスが供給され、ガ
ス供給口:86a、86b、86cから噴出する構成と
なっている。The counter electrode 71 is provided with etching gas supply paths 85a, 85b and 85c, and is supplied with an etching gas from an etching gas supply source (not shown) and jets out from gas supply ports 86a, 86b and 86c. Has become.
【0119】対向電極:71にはカバープレート:87
a、87b、87cが固定されている。カバープレー
ト:87aはシリコン単結晶板で作られており、ガス供
給口:86aaがガス供給口:86aと対応する位置に
設けられ、その寸法はガス供給口:86aの1/4から
1/10になっている。カバープレート:87bはシリ
コン単結晶板で作られており、ガス供給口:86bb
が、ガス供給口:86aと対応する位置に設けられ、そ
の寸法はガス供給口:86aの1/4から1/10にな
っている。カバープレート:87cはSiCで作られて
いる。The counter electrode 71 has a cover plate 87.
a, 87b, 87c are fixed. The cover plate 87a is made of a silicon single crystal plate, and the gas supply port 86aa is provided at a position corresponding to the gas supply port 86a, and its size is 1/4 to 1/10 of the gas supply port 86a. It has become. The cover plate: 87b is made of a silicon single crystal plate, and the gas supply port: 86bb
Is provided at a position corresponding to the gas supply port 86a, and the size is 1/4 to 1/10 of the gas supply port 86a. Cover plate 87c is made of SiC.
【0120】処理室:70には流路:93a、93bが
設けられており、図示しないサーキュレータより、温度
制御した50℃の冷媒が循環する構成となっており、処
理室の内壁面の温度を±5℃に制御できるようになって
いる。The processing chamber 70 is provided with flow paths 93a and 93b. A circulator (not shown) circulates a 50 ° C. refrigerant whose temperature is controlled, and controls the temperature of the inner wall surface of the processing chamber. It can be controlled to ± 5 ° C.
【0121】また処理室:70には閉じ込め板:70
a、70bが一体で形成されており、コイル:58で形
成される磁場:Bに対し排気の経路:94が直角になる
よう構成されている。この部分ではプラズマはこの磁場
を横切り拡散するため、プラズマが広がらず、閉じ込め
られる構成となっている。The processing chamber 70 contains a confinement plate 70.
a and 70b are integrally formed, and the exhaust path 94 is perpendicular to the magnetic field B formed by the coil 58. In this portion, the plasma diffuses across the magnetic field, so that the plasma is not spread and confined.
【0122】ステージ電極:52にはバイアス電源:5
6より10MHzの高周波電力が供給される構成となっ
ており、絶縁材:89、アースシールド:90により異
常放電を起こさない構成となっている。The stage electrode 52 has a bias power supply of 5
The configuration is such that high frequency power of 10 MHz to 6 MHz is supplied, and an insulating material: 89 and an earth shield: 90 do not cause abnormal discharge.
【0123】ステージ電極:52には流路:88が設け
てあり、−10℃の冷媒が図示しないサーキュレータよ
り循環している。ステージ電極:52の処理基板:55
を載置する面には図示しない静電吸着機構が設けてあ
り、また図示しないヘリウムガス供給源から圧力を3K
Paに制御したヘリウムガスを処理基板と静電吸着機構
の間に供給し、エッチング処理中の処理基板:55の温
度を50℃〜100℃に制御している。The stage electrode 52 is provided with a flow path 88, and a refrigerant at -10 ° C. is circulated from a circulator (not shown). Stage electrode: Processing substrate of 52: 55
Is provided with an electrostatic suction mechanism (not shown), and a pressure of 3K is supplied from a helium gas supply source (not shown).
Helium gas controlled to Pa is supplied between the processing substrate and the electrostatic suction mechanism, and the temperature of the processing substrate 55 during the etching process is controlled to 50 ° C to 100 ° C.
【0124】ステージ電極:52の周囲には石英製のカ
バー:91が設けてあり、その厚さは10MHzの高周
波により石英製カバ表面に発生するイオンを加速する電
界強度が、石英表面に付着するデポ膜を除去し、石英製
のカバー:91をほとんどエッチングしないレベルに調
整されている。また、カバー:91とステージ電極:5
2の間にはシール機構:92が設けてあり、処理基板:
55と静電吸着機構の間に供給するヘリウムガスが、供
給される構成となっている。これによりカバー:91は
ステージ電極:52より冷却される構成となり、エッチ
ング処理中の温度を-10℃から+10℃の範囲で制御
できる。A quartz cover 91 is provided around the stage electrode 52. The thickness of the cover 91 is such that an electric field intensity for accelerating ions generated on the quartz cover surface by a high frequency of 10 MHz adheres to the quartz surface. The deposition film is removed and the quartz cover 91 is adjusted to a level that hardly etches. Also, cover: 91 and stage electrode: 5
2, a seal mechanism: 92 is provided, and a processing substrate:
Helium gas supplied between 55 and the electrostatic adsorption mechanism is supplied. Thus, the cover 91 is cooled by the stage electrode 52, and the temperature during the etching process can be controlled in the range of -10 ° C to + 10 ° C.
【0125】排気の下流にはデポプレート:95があ
り、内部に形成された流路:96には25℃の冷媒が循
環している。デポプレート:95には排気抵抗を増やさ
ない方向にフィンが設けてあり、排気ガスに接する表面
積を広く取れるようにしてある。A deposit plate 95 is located downstream of the exhaust gas, and a coolant at 25 ° C. circulates in a flow path 96 formed therein. Fins are provided on the deposition plate 95 in a direction that does not increase the exhaust resistance so that a large surface area in contact with the exhaust gas can be obtained.
【0126】次に本実施例によるエッチング処理での動
作例を説明する。Next, an example of the operation in the etching process according to this embodiment will be described.
【0127】本実施例では酸化膜をエッチングする場合
について説明する。In this embodiment, a case where an oxide film is etched will be described.
【0128】図示しないエッチングガス供給源よりアル
ゴン、とC4F8ガスを混合して供給し、排気しながら処
理室:70内を2Paに制御する。エッチングガスはガス
供給口:86a、86aa、86b、86bbより供給
される。この時、カバープレート:87a、87b、8
7cと対向電極:71b、71a、71cの間は3KP
aのエッチングガスが満たされ、これによりカバープレ
ート:87a、87b、87cは温度制御された対向電
極:71で冷却され、15℃〜50℃の温度に制御され
る。A mixture of argon and C4F8 gas is supplied from an etching gas supply source (not shown), and the inside of the processing chamber 70 is controlled to 2 Pa while exhausting. The etching gas is supplied from gas supply ports: 86a, 86aa, 86b, 86bb. At this time, cover plates: 87a, 87b, 8
7c and counter electrode: 3KP between 71b, 71a, 71c
The etching gas of a is filled, whereby the cover plates 87a, 87b and 87c are cooled by the temperature-controlled counter electrode 71 and controlled to a temperature of 15 ° C to 50 ° C.
【0129】信号発生器:97より100MHzの高周
波信号を発生し、対向電極:71に高周波電源:81、
82より高周波電力を供給し、ステージ電極:52との
間に容量結合による放電を発生させる。A signal generator: generates a high-frequency signal of 100 MHz from 97, a high-frequency power source: 81
High-frequency power is supplied from 82 to generate discharge between the stage electrode 52 and the stage electrode 52 by capacitive coupling.
【0130】対向電極:71aと対向電極:71cの間
ではコンデンサ:83により位相が90度ずれて高周波
電圧が印加される。対向電極:71bと対向電極71a
の間の高周波電圧は、信号発生器:97による高周波信
号の位相制御により、0度から180度まで任意のずれ
に設定できる。したがって、絶縁材:80bの間に発生
する高周波電圧に対し、絶縁材:80aの間に発生する
高周波電圧は、信号発生器:97の位相制御により高く
することも低くすることもできる。これにより絶縁材:
80aの間から放射される電磁波の電力を絶縁材:80
bの間から放射される電力に対し、高くすることも、低
くすることもできる。A high frequency voltage is applied between the opposing electrode 71a and the opposing electrode 71c with a phase shift of 90 degrees by the capacitor 83. Counter electrode: 71b and counter electrode 71a
Can be set to an arbitrary shift from 0 degrees to 180 degrees by controlling the phase of the high-frequency signal by the signal generator 97. Therefore, the high frequency voltage generated during the insulating material 80a can be made higher or lower than the high frequency voltage generated during the insulating material 80b by controlling the phase of the signal generator 97. This gives insulation:
The electric power of the electromagnetic wave radiated from between 80a is 80
The power radiated from between b can be increased or decreased.
【0131】コイル:58に図示しない直流電源より電
力を供給し、30から40Gの磁場を発生させると放射
された100MHzの電磁波との電子サイクロトロン共
鳴によりプラズマ中の電子が加速され、電子温度が上昇
するとともにプラズマ密度も高くなり、1×1011cm-3
以上のプラズマ密度を発生できる。また、対向電極:7
1に印加する高周波電圧の位相制御により放射電磁波を
制御してプラズマ密度の分布を制御できる。また、高周
波電源:81と82の出力を制御することで容量結合放
電によるプラズマ分布を制御でき、放射電磁波の割合と
合わせて制御することで電子温度分布を制御することも
できる。When power is supplied from a DC power supply (not shown) to the coil 58 and a magnetic field of 30 to 40 G is generated, electrons in the plasma are accelerated by electron cyclotron resonance with the emitted 100 MHz electromagnetic wave, and the electron temperature rises. As the plasma density increases, the plasma density increases to 1 × 10 11 cm −3.
The above plasma density can be generated. The counter electrode: 7
The distribution of the plasma density can be controlled by controlling the radiated electromagnetic waves by controlling the phase of the high-frequency voltage applied to 1. In addition, by controlling the outputs of the high frequency power supplies 81 and 82, the plasma distribution by the capacitively coupled discharge can be controlled, and the electron temperature distribution can be controlled by controlling the plasma distribution in accordance with the ratio of the radiated electromagnetic waves.
【0132】本実施例では、容量結合放電電力は外周部
へ供給する割合を高め、電磁波の放射による放電は中心
部への供給電力割合を高めた。これにより中心部の電子
温度は高く、外周部は低くなり、エッチングガスの分解
が進む外周部でのフッ素ラジカルの発生を抑制し、均一
な処理ができるようにした。In this embodiment, the ratio of the power supplied to the capacitive coupling discharge to the outer peripheral portion is increased, and the ratio of the power supplied to the central portion of the discharge by the radiation of the electromagnetic wave is increased. As a result, the electron temperature in the central part is high and the peripheral part is low, so that the generation of fluorine radicals in the peripheral part where the decomposition of the etching gas progresses is suppressed, and uniform processing can be performed.
【0133】また、大口径基板を処理する場合、エッチ
ングガスの流れの影響により、中心部の基板表面に付着
するデポ膜の厚さは外周部より多く、エッチング形状も
中心部ではエッチングパターンの側面のテーパ角度が大
きくなり、中心部と外周部でエッチング形状に差が生
じ、大口径基板全面で微細なエッチング形状を高精度に
形成するのが難しくなる。このような場合、本発明では
中心部の電磁放射を高めることでプラズマ密度分布を僅
かに凸分布に制御し、中心部のイオン電流を増加させる
ことで、エッチング形状のテーパ角度を制御でき、大口
径基板全面で高精度なエッチング処理を実現できる。さ
らにこのような処理は、プロセス条件の設定と同様に信
号発生器:97の信号の位相をエッチング装置のレシピ
により設定できるため、コンタクトホールエッチングや
スルーホールエッチングなどエッチング条件が異なるプ
ロセスに対しても、個々に適切に設定でき、ハード構成
などを調整する必要がない。When a large-diameter substrate is processed, the thickness of the deposition film adhered to the substrate surface at the central portion is larger than that at the outer peripheral portion due to the influence of the flow of the etching gas. The taper angle becomes large, and a difference occurs in the etching shape between the central portion and the outer peripheral portion, which makes it difficult to form a fine etching shape with high precision over the entire surface of a large-diameter substrate. In such a case, in the present invention, the plasma density distribution is controlled to be slightly convex by increasing the electromagnetic radiation at the center, and the taper angle of the etched shape can be controlled by increasing the ion current at the center. High-precision etching processing can be realized on the entire surface of a substrate having a diameter. Further, in such a process, the phase of the signal of the signal generator 97 can be set by the recipe of the etching apparatus in the same manner as the setting of the process conditions. , Can be set appropriately individually, and there is no need to adjust hardware configuration and the like.
【0134】エッチング性能に関しては、2Paの低圧
力でも高密度プラズマを発生できるため、垂直なコンタ
クトホールを900nm/minのエッチング速度でエッチン
グでき、微細加工性と生産性を両立できる。選択性に関
しても電子温度の制御によりエッチングガスの分解を制
御でき、微細加工性と選択性の両立するプロセス条件を
拡大できる。Regarding the etching performance, since high-density plasma can be generated even at a low pressure of 2 Pa, vertical contact holes can be etched at an etching rate of 900 nm / min, and both fine workability and productivity can be achieved. Regarding the selectivity, the decomposition of the etching gas can be controlled by controlling the electron temperature, and the process conditions for achieving both fine processing and selectivity can be expanded.
【0135】エッチング処理中、対向電極:71のカバ
ープレート:87a、87b、87cの表面は温度制御
され、さらに印加された100MHzの高周波電圧によ
り、プラズマ中のイオンが加速されて入射するため、そ
の表面にはデポ膜は形成されず、カバープレート:87
a、87bの表面ではシリコン板の表面が、カバープレ
ート:87cの表面ではSiCが僅かにエッチングさ
れ、常に新しい面が露出した状態であるため、この表面
での反応、ガス放出は一定の状態に保たれる。During the etching process, the surface of the cover plate 87a, 87b, 87c of the counter electrode 71 is temperature-controlled, and the ions in the plasma are accelerated and incident by the applied high-frequency voltage of 100 MHz. No deposit film is formed on the surface, and cover plate: 87
Since the surface of the silicon plate is slightly etched on the surfaces of the a and 87b and the surface of the cover plate 87c, SiC is slightly etched and a new surface is always exposed, so that the reaction and the gas release on this surface are constant. Will be kept.
【0136】ステージ電極:52のカバー:91の表面
も同様にバイアス電力の印加による入射イオンの加速と
温度制御により、石英の表面が僅かにエッチングされ、
表面での反応、ガス放出が一定に保たれる。Similarly, on the surface of the cover 91 of the stage electrode 52, the surface of the quartz is slightly etched by the acceleration of the incident ions and the temperature control by the application of the bias power.
Reaction and outgassing at the surface are kept constant.
【0137】処理室:70の内壁面は接地されているた
め、入射するイオンはほとんど加速されず、その内壁面
にはC、Fの重合膜が形成される。その表面は常に新し
い膜が形成されるため常に一定の状態に保つことがで
き、また、その表面温度を50℃に保っているためデポ
膜からのガス放出はなく、表面状態、ガス放出を一定に
保つことができる。Since the inner wall surface of the processing chamber 70 is grounded, incident ions are hardly accelerated, and a C and F polymer film is formed on the inner wall surface. Since the surface is constantly formed with a new film, it can be kept in a constant state. In addition, since the surface temperature is kept at 50 ° C, there is no gas release from the deposition film, and the surface state and gas release are constant. Can be kept.
【0138】これらにより、エッチング処理を重ねるこ
とによるエッチング特性の変化は防止できるとともに、
対向電極:71、ステージ電極:52にはデポ膜が形成
されず、表面の変質もないため、塵埃の発生はほとんど
ない。デポ膜が付着する処理室:70の表面は先に述べ
たように温度が一定に保たれているため、付着膜と、処
理室内壁面の間に膨張等による力が発生せず、膜の剥離
は発生しない。これと、対向電極、ステージ電極の対策
により本実施例では塵埃の発生を大幅に低減できた。Thus, it is possible to prevent a change in etching characteristics due to repeated etching,
Since no deposition film is formed on the counter electrode 71 and the stage electrode 52 and there is no deterioration of the surface, there is almost no generation of dust. As described above, the surface of the processing chamber 70 to which the deposition film adheres is kept at a constant temperature, so that no force is generated between the adhesion film and the wall surface of the processing chamber due to expansion or the like, and the film is separated. Does not occur. In this embodiment, the countermeasures against the counter electrode and the stage electrode significantly reduced the generation of dust.
【0139】以上の実施例ではエッチングとCVDを中
心に説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
く、プラズマ重合、スパッタ、のようにプラズマを用い
たプロセスであれば同様に適用できることは明らかであ
る。In the above embodiments, etching and CVD have been mainly described. However, the present invention is not limited to this, and any other process using plasma, such as plasma polymerization and sputtering, can be applied. Is clear.
【0140】プラズマ発生用高周波電源の周波数に関し
ては、本実施例では周波数が68MHzおよび100MHzの
場合について説明してきたが、これは電磁波の放射効果
が高い条件について実施例で説明したもので、これより
低い周波数では高周波電圧を高くすれば同様な効果が得
られる。原理的には周波数に限定されるものではない
が、現時点で実験による効果が確認されている周波数は
10MHz以上である。これより高い周波数も原理的に
は使用可能であるが、現時点で電源が作りにくい、導波
管が必要、容量結合放電での放電電圧が低くなり電磁放
射電力が高くできないなど実用的な面で問題があるため
本実施例では説明しなかった。[0140] Regarding the frequency of the high frequency power supply for plasma generation, this embodiment has described the case where the frequencies are 68 MHz and 100 MHz. However, this is a description of the conditions under which the electromagnetic wave radiation effect is high. At a low frequency, a similar effect can be obtained by increasing the high-frequency voltage. Although the frequency is not limited in principle in principle, the frequency at which the effect of the experiment has been confirmed at present is 10 MHz or more. Higher frequencies can be used in principle, but at the present time it is difficult to make a power supply, a waveguide is required, the discharge voltage in capacitively coupled discharge is low, and the electromagnetic radiation power cannot be increased. Because of the problem, it was not described in this embodiment.
【0141】磁場強度に関しても本実施例では電子サイ
クロトロン共鳴条件近傍を中心に説明したが、実験の結
果では電子サイクロトロン共鳴条件の1/3程度の磁場
条件でもプラズマ密度が向上する効果が見られる。磁場
強度に対するプラズマ密度の変化は電子サイクロトロン
条件までは磁場とともにプラズマ密度が増加し、さらに
磁場強度を強くするとプラズマ密度が低下し、プロセス
条件により差はあるが、電子サイクロトロン共鳴条件の
2倍から3倍の磁場強度で磁場を印加しない条件のプラ
ズマ密度レベルに低下する。したがって磁場強度は電子
サイクロトロン共鳴条件に限定されるものではないが、
効果が大きいのは電子サイクロトロン共鳴条件近傍であ
る。この現象は磁場強度を変えることによ放射電磁波か
らプラズマへのエネルギ供給を磁場により制御できるこ
とを意味しており、電子エネルギ制御が磁場により行え
ることを示している。In the present embodiment, the magnetic field strength has been mainly described in the vicinity of the electron cyclotron resonance condition. However, experimental results show that the plasma density can be improved even under a magnetic field condition of about の of the electron cyclotron resonance condition. The change in plasma density with respect to the magnetic field intensity is such that the plasma density increases with the magnetic field up to the electron cyclotron condition, and the plasma density decreases when the magnetic field intensity is further increased. Depending on the process conditions, the plasma density decreases from twice to three times the electron cyclotron resonance condition. At twice the magnetic field strength, the plasma density level is reduced to the condition where no magnetic field is applied. Therefore, the magnetic field strength is not limited to the electron cyclotron resonance conditions,
The effect is large near the electron cyclotron resonance condition. This phenomenon means that the supply of energy from the radiated electromagnetic wave to the plasma can be controlled by the magnetic field by changing the magnetic field strength, indicating that the electron energy can be controlled by the magnetic field.
【0142】プラズマ発生方式に関し、本実施例では容
量結合放電と電磁放射の複合放電を中心に説明した。こ
れは電子のエネルギ状態を制御することが目的であるた
めこれを中心に説明したものである。しかし、絶縁され
た導体部材間に高周波電圧が印加される構成にして電磁
波を放射する方法はこれ自体でもプラズマが発生できる
ことは明らかであり、一つのプラズマ発生技術になりう
る。しかしこの方式ではプラズマとの容量結合成分によ
り高周波電圧が低下するのを防止するため、電極とプラ
ズマの間に形成される容量をできるだけ小さくする配慮
が必要である。In the present embodiment, the description has been made mainly on the combined discharge of the capacitively coupled discharge and the electromagnetic radiation with respect to the plasma generation method. Since the purpose of this is to control the energy state of electrons, it has been mainly described. However, it is clear that the method of radiating the electromagnetic wave with the configuration in which the high-frequency voltage is applied between the insulated conductor members can generate plasma by itself, and can be one plasma generation technique. However, in this method, it is necessary to minimize the capacitance formed between the electrode and the plasma in order to prevent the high-frequency voltage from being lowered by the capacitive coupling component with the plasma.
【0143】処理室:70の温度制御に関しても、本実
施例では50℃に設定したがこれに限定されるものでは
ない。内壁面の温度が200℃を超えると表面にデポ膜
が形成されなくなり、常に新しいデポ面を形成できなく
なり、また、付着膜の分解も温度が200℃以上で急激
に増加するため、これ以下の温度に設定する必要があ
る。実用的には装置が使用される環境の温度を挟んだ1
0℃から80℃が使いやすい温度である。The temperature control of the processing chamber 70 was set to 50 ° C. in the present embodiment, but is not limited to this. When the temperature of the inner wall surface exceeds 200 ° C., a deposit film is not formed on the surface, and a new deposit surface cannot be formed at all times. In addition, the decomposition of the adhered film rapidly increases at a temperature of 200 ° C. or more. Temperature must be set. Practically, it is 1 between the temperature of the environment where the device is used.
0 ° C to 80 ° C is a temperature that is easy to use.
【0144】[0144]
【発明の効果】本発明により、プラズマ処理装置におい
て、電子のエネルギ状態が独立に制御できるようにな
り、これにより活性種の発生を制御し、高選択エッチン
グと高精度、高速エッチングあるいは膜質と成膜速度な
ど従来技術では両立が難しい特性の両立がはかれるよう
にした。According to the present invention, in a plasma processing apparatus, the energy state of electrons can be controlled independently, thereby controlling the generation of active species and achieving high selective etching and high precision, high speed etching or film quality. Characteristics such as film speed, which are difficult to achieve with the conventional technology, are achieved.
【0145】プラズマの密度分布をハード構成を変えず
に制御でき、大口径基板全面で微細なパターンを高精度
にエッチングできるようになった。The plasma density distribution can be controlled without changing the hardware configuration, and a fine pattern can be etched with high precision over the entire surface of a large-diameter substrate.
【0146】プラズマ処理に伴う塵埃の発生、プラズマ
処理特性の変化を防止でき、半導体素子、液晶表示素子
の生産性を高めることができるようになった。The generation of dust and the change in plasma processing characteristics due to the plasma processing can be prevented, and the productivity of semiconductor devices and liquid crystal display devices can be improved.
【0147】これらにより、半導体素子や液晶表示素子
などの処理の高性能化がはかれ、より高性能なデバイス
の生産が可能になるとともに、これらのデバイスを歩留
まり良く、高い生産性で生産できる効果がある。As a result, the performance of the processing of semiconductor elements, liquid crystal display elements, and the like can be improved, and higher-performance devices can be produced. In addition, these devices can be produced with high yield and high productivity. There is.
【図1】本発明による第1の実施例のプラズマ処理室構
成を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a plasma processing chamber according to a first embodiment of the present invention.
【図2】第1の実施例に示した電極構造のその他の例を
示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory view showing another example of the electrode structure shown in the first embodiment.
【図3】第1の実施例に示した電極構造のその他の例を
示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory view showing another example of the electrode structure shown in the first embodiment.
【図4】本発明による第2の実施例のプラズマ処理室構
成を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a configuration of a plasma processing chamber according to a second embodiment of the present invention.
【図5】本発明による第3の実施例のプラズマ処理室構
成を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory view showing a configuration of a plasma processing chamber according to a third embodiment of the present invention.
【図6】本発明による第4の実施例のプラズマ処理室構
成を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory view showing a configuration of a plasma processing chamber according to a fourth embodiment of the present invention.
【図7】本発明による第5の実施例のプラズマ処理室構
成を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory view showing a configuration of a plasma processing chamber according to a fifth embodiment of the present invention.
【図8】第5の実施例に示した電極構造のその他の例を
示す説明図である。FIG. 8 is an explanatory view showing another example of the electrode structure shown in the fifth embodiment.
【図9】第5の実施例に示したアンテナ電極構造のその
他の例を示す説明図である。FIG. 9 is an explanatory view showing another example of the antenna electrode structure shown in the fifth embodiment.
【図10】本発明による第6の実施例のプラズマ処理室
構成を示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram showing a configuration of a plasma processing chamber according to a sixth embodiment of the present invention.
【図11】本発明による第7の実施例の電極構成を示す
説明図である。FIG. 11 is an explanatory view showing an electrode configuration of a seventh embodiment according to the present invention.
【図12】本発明による第8の実施例のプラズマ処理室
構成を示す説明図である。FIG. 12 is an explanatory diagram showing a configuration of a plasma processing chamber according to an eighth embodiment of the present invention.
【図13】本発明による第9の実施例のプラズマ処理室
構成を示す説明図である。FIG. 13 is an explanatory view showing a configuration of a plasma processing chamber according to a ninth embodiment of the present invention.
【図14】本発明による第10の実施例のプラズマ処理
室構成を示す説明図である。FIG. 14 is an explanatory view showing a configuration of a plasma processing chamber according to a tenth embodiment of the present invention.
【図15】本発明による第11の実施例のプラズマ処理
室構成を示す説明図である。FIG. 15 is an explanatory diagram showing a configuration of a plasma processing chamber according to an eleventh embodiment of the present invention.
【図16】本発明による第12の実施例のプラズマ処理
室構成を示す説明図である。FIG. 16 is an explanatory view showing a configuration of a plasma processing chamber according to a twelfth embodiment of the present invention.
【図17】従来技術のプラズマ処理装置の構成を示す説
明図である。FIG. 17 is an explanatory diagram showing a configuration of a conventional plasma processing apparatus.
1…電源、2…電極、2’…電極、2”…電極、
2’’’…電極、3…支持台、4…処理対象物、5…絶
縁部、6…側壁部、7…ガス供給手段、8…導体壁、
8’…導体壁、9…処理室、10…電源、11…アンテ
ナ、12…電源、13…磁場発生手段、14…アンテナ
が生成する電場、14’…外周電極が生成する電場、1
5…磁力線、16…アンテナ電極、17…絶縁体カバ
ー、18…電極部、19…アンテナ部、20…電力入力
端、21…電力出力端、22…絶縁部、23…外周電
極、51…処理室、52…ステージ電極、53…対向電
極、55…処理基板、56…バイアス電源、57…高周
波電源、58…コイル、70…処理室、71…対向電
極、81…高周波電源、82…高周波電源、87…カバ
ープレート、91…カバー。1 ... power supply, 2 ... electrode, 2 '... electrode, 2 "... electrode,
2 ″ ′: electrode, 3: support base, 4: object to be processed, 5: insulating section, 6: side wall section, 7: gas supply means, 8: conductor wall,
8 '... conductor wall, 9 ... processing room, 10 ... power supply, 11 ... antenna, 12 ... power supply, 13 ... magnetic field generating means, 14 ... electric field generated by antenna, 14' ... electric field generated by outer peripheral electrode, 1
5: magnetic field lines, 16: antenna electrode, 17: insulator cover, 18: electrode section, 19: antenna section, 20: power input end, 21: power output end, 22: insulating section, 23: outer peripheral electrode, 51: processing Chamber, 52 stage electrode, 53 counter electrode, 55 processing substrate, 56 bias power supply, 57 high frequency power supply, 58 coil, 70 processing chamber, 71 counter electrode, 81 high frequency power supply, 82 high frequency power supply , 87: cover plate, 91: cover.
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 21/3065 H01L 21/31 C 21/31 21/302 B (72)発明者 増田 俊夫 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 加治 哲徳 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者 渡辺 克哉 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01L 21/3065 H01L 21/31 C 21/31 21/302 B (72) Inventor Toshio Masuda 502, Kandachicho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Prefecture Hitachi, Ltd. Within the Machinery Research Laboratory (72) Inventor Tetsunori Kaji 794, Higashi-Toyoi, Kazamatsu, Kudamatsu City, Yamaguchi Prefecture Inside the Kasado Factory, Hitachi, Ltd. Inside the Kasado Factory
Claims (18)
理室内排気手段と、プラズマ発生手段と、発生したプラ
ズマに処理基板をさらしプラズマ処理する手段とを有す
るプラズマ処理装置において、前記プラズマ発生手段が
容量結合形放電手段と、電磁波放射手段とからなること
を特徴とするプラズマ処理装置。1. A plasma processing apparatus comprising: a plasma processing gas supply unit; a plasma processing chamber exhaust unit; a plasma generation unit; and a unit configured to expose a processing substrate to generated plasma and perform plasma processing. A plasma processing apparatus comprising a combined discharge unit and an electromagnetic wave emission unit.
て、前記容量結合放電手段と、誘導方式アンテナとによ
る電磁波放射手段を直列に接続した構成としたことを特
徴とするプラズマ処理装置。2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein said capacitively coupled discharge means and an electromagnetic wave radiating means by an inductive antenna are connected in series.
て、前記電磁波放射手段が複数の導体部品間に高周波電
界を発生し、電磁波を放射することを特徴とするプラズ
マ処理装置。3. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein said electromagnetic wave radiating means generates a high-frequency electric field between a plurality of conductor parts and radiates an electromagnetic wave.
て、前記電磁波放射手段が、高周波電圧を印加する容量
結合放電手段の電極を複数に分割し、各電極間に印加す
る高周波電圧位相、高周波電圧振幅を変える手段を設け、
前記各電極間に高周波電界を発生させ、この高周波電界
により電磁波を放射することを特徴とするプラズマ処理
装置。4. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein said electromagnetic wave radiating means divides a plurality of electrodes of said capacitively coupled discharging means for applying a high frequency voltage, and applies a high frequency voltage phase and a high frequency voltage applied between respective electrodes. A means for changing the amplitude is provided,
A plasma processing apparatus, wherein a high-frequency electric field is generated between the electrodes, and an electromagnetic wave is radiated by the high-frequency electric field.
理室内排気手段と、プラズマ発生手段と、発生したプラ
ズマに処理基板をさらしプラズマ処理する手段とを有す
るプラズマ処理装置において、前記プラズマ発生手段が
容量結合形放電手段と、電磁波放射手段と、磁場形成手
段とからなることを特徴とするプラズマ処理装置。5. A plasma processing apparatus comprising: a plasma processing gas supply means; a plasma processing chamber exhaust means; a plasma generation means; and a means for exposing a processing substrate to generated plasma and performing plasma processing. A plasma processing apparatus comprising a combined discharge unit, an electromagnetic wave emitting unit, and a magnetic field forming unit.
て、前記電磁波放射手段が誘導方式のアンテナであるこ
とを特徴とするプラズマ処理装置。6. The plasma processing apparatus according to claim 5, wherein said electromagnetic wave radiating means is an induction type antenna.
て、前記容量結合放電手段と、誘導方式アンテナ手段を
直列に接続した構成としたことを特徴とするプラズマ処
理装置。7. The plasma processing apparatus according to claim 6, wherein said capacitively coupled discharge means and an inductive antenna means are connected in series.
て、前記電磁波放射手段が複数の導体部品間に高周波電
界を発生し、電磁波を放射することを特徴とするプラズ
マ処理装置。8. The plasma processing apparatus according to claim 5, wherein said electromagnetic wave radiating means generates a high-frequency electric field between a plurality of conductor parts and radiates an electromagnetic wave.
て、前記電磁波放射手段が、高周波電圧を印加する容量
結合放電手段の電極と、前記電極とは絶縁された導体部
品である構成部材との間に高周波電界が発生する手段を
設け、この高周波電界により電磁波を放射することを特
徴とするプラズマ処理装置。9. The plasma processing apparatus according to claim 5, wherein said electromagnetic wave radiating means is provided between an electrode of a capacitively coupled discharging means for applying a high-frequency voltage and a component which is a conductor part insulated from said electrode. Means for generating a high-frequency electric field, and an electromagnetic wave is radiated by the high-frequency electric field.
て、前記電磁波放射手段が、高周波電圧を印加する容量
結合放電手段の電極を複数に分割し、各電極間に印加す
る高周波電圧位相、高周波電圧振幅を変える手段を設け、
前記各電極間に高周波電界を発生させ、この高周波電界
により電磁波を放射することを特徴とするプラズマ処理
装置。10. The plasma processing apparatus according to claim 5, wherein said electromagnetic wave radiating means divides a plurality of electrodes of a capacitively coupled discharging means for applying a high frequency voltage, and a high frequency voltage phase and a high frequency voltage applied between the electrodes. A means for changing the amplitude is provided,
A plasma processing apparatus, wherein a high-frequency electric field is generated between the electrodes, and an electromagnetic wave is radiated by the high-frequency electric field.
て、前記磁場を形成する手段が電磁波放射手段により放
射される電磁波の電界に対しほぼ垂直になるように形成
したことを特徴とするプラズマ処理装置。11. A plasma processing apparatus according to claim 5, wherein said means for forming a magnetic field is formed so as to be substantially perpendicular to an electric field of an electromagnetic wave radiated by said electromagnetic wave radiating means. .
処理室内排気手段と、プラズマ発生手段と、発生したプ
ラズマに処理基板をさらしプラズマ処理する手段とを有
するプラズマ処理装置において、前記プラズマ発生手段
が複数の導体部品間に高周波電界を発生し、電磁波を放
射してプラズマを発生することを特徴とするプラズマ処
理装置。12. A plasma processing apparatus comprising: a plasma processing gas supply means; a plasma processing chamber exhaust means; a plasma generation means; and a means for exposing a processing substrate to generated plasma to perform plasma processing. A plasma processing apparatus for generating a high-frequency electric field between the conductive parts and radiating an electromagnetic wave to generate plasma.
処理室内排気手段と、プラズマ発生手段と、発生したプ
ラズマに処理基板をさらしプラズマ処理する手段とを有
するプラズマ処理装置において、前記プラズマ発生手段
が複数の導体部品間に高周波電界を発生し、電磁波を放
射する手段と、前記電磁波放射手段により放射された電
磁波と電子サイクロトロン共鳴を発生させる条件の磁場
を発生させる磁場発生手段とからなることを特徴とする
プラズマ処理装置。13. A plasma processing apparatus comprising: a plasma processing gas supply unit; a plasma processing chamber exhaust unit; a plasma generation unit; and a unit for exposing a processing substrate to generated plasma to perform a plasma process. A high-frequency electric field is generated between the conductor parts, and a means for radiating an electromagnetic wave, and a magnetic field generating means for generating a magnetic field under conditions for generating an electromagnetic wave and electron cyclotron resonance radiated by the electromagnetic wave radiating means, Plasma processing equipment.
処理室内排気手段と、プラズマ発生手段と、プラズマ処
理室内で、発生したプラズマに処理基板をさらしプラズ
マ処理する手段とを有するプラズマ処理装置において、
前記プラズマ処理室の内壁面がプラズマから入射するイ
オンを加速する手段を有する面、あるいは内壁面温度を
200℃以下の設定された温度に保つ手段を有する面の
いずれかで構成することを特徴とするプラズマ処理装
置。14. A plasma processing apparatus comprising: a plasma processing gas supply unit; a plasma processing chamber exhaust unit; a plasma generation unit; and a unit configured to expose a processing substrate to generated plasma and perform plasma processing in the plasma processing chamber.
The inner wall surface of the plasma processing chamber is constituted by either a surface having a means for accelerating ions incident from the plasma or a surface having means for keeping the inner wall temperature at a set temperature of 200 ° C. or less. Plasma processing equipment.
処理室内排気手段と、プラズマ発生手段と、プラズマ処
理室内で、発生したプラズマに処理基板をさらしプラズ
マ処理する手段とを有するプラズマ処理装置において、
前記プラズマ処理室の内壁面がプラズマから入射するイ
オンを加速するとともにその表面の温度を制御する手段
を有する面、あるいは内壁面温度を200℃以下の設定
された温度に保つ手段を有する面のいずれかで構成する
ことを特徴とするプラズマ処理装置。15. A plasma processing apparatus comprising: a plasma processing gas supply means; a plasma processing chamber exhaust means; a plasma generation means; and a means for exposing a processing substrate to generated plasma and performing plasma processing in the plasma processing chamber.
Either a surface having a means for controlling the temperature of the inner wall surface of the plasma processing chamber while accelerating ions incident from the plasma, or a surface having a means for maintaining the inner wall surface temperature at a set temperature of 200 ° C. or less. A plasma processing apparatus characterized by comprising:
ズマを発生させると共に、前記プラズマ中に高周波電界
により発生させた電磁波を放射しながらプラズマ処理す
ることを特徴とするプラズマ処理方法。16. A plasma processing method comprising: generating plasma by capacitive coupling in a plasma processing chamber; and performing plasma processing while radiating an electromagnetic wave generated by a high-frequency electric field in the plasma.
おいて、前記高周波電界により発生させた電磁波をプラ
ズマ中に放射する部分を複数箇所設け、前記電磁波放射
個所からの放射電磁波電力を制御することにより、プラ
ズマ処理の均一性を制御し、プラズマ処理することを特
徴とするプラズマ処理方法。17. A plasma processing method according to claim 16, wherein a plurality of portions for radiating an electromagnetic wave generated by said high-frequency electric field into the plasma are provided, and the power of the electromagnetic wave radiated from said electromagnetic wave radiating portion is controlled. And a plasma processing method, wherein the plasma processing is controlled by controlling the uniformity of the plasma processing.
ズマを発生させると共に、前記プラズマ中に高周波電界
により発生させた電磁波を放射し、前記電磁波の電界に
対しほぼ垂直方向に磁場を発生ながらプラズマ処理する
ことを特徴とするプラズマ処理方法。18. Plasma is generated by capacitive coupling in a plasma processing chamber, and an electromagnetic wave generated by a high-frequency electric field is radiated into the plasma, and plasma processing is performed while generating a magnetic field in a direction substantially perpendicular to the electric field of the electromagnetic wave. A plasma processing method characterized by the above-mentioned.
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