JP3458912B2 - Plasma processing equipment - Google Patents
Plasma processing equipmentInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はプラズマ処理装置に関
し、特に、半導体デバイスのエッチング処理や成膜処理
に使用されるプラズマ処理装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing apparatus, and more particularly to a plasma processing apparatus used for etching or film forming processing of semiconductor devices.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、半導体デバイスを製造するための
エッチング工程や成膜工程では、一般に平行平板電極を
用いたプラズマ処理装置が用いられていた。しかし、エ
ッチングの微細加工やダメージの少ないプラズマ処理の
要求から、近年、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）、
インダクティブカップル（ＩＣＰ）、ヘリコン波を利用
し、被処理基板を載置した基板ホルダから離れた位置に
あるプラズマ発生室で、低圧力でかつ非常に密度の高い
プラズマを発生させ、このプラズマを基板の近傍に拡散
させてプラズマ処理を行うプラズマ処理装置が多く用い
られるようになってきた。特にヘリコン波プラズマの発
生には、例えば特公平２−２１２９６号公報や特開平３
−６８７７３号公報に示すプラズマ発生室が用いられて
いる。2. Description of the Related Art Conventionally, a plasma processing apparatus using parallel plate electrodes has been generally used in an etching process and a film forming process for manufacturing a semiconductor device. However, due to the demand for fine processing of etching and plasma processing with little damage, electron cyclotron resonance (ECR)
Using inductive couple (ICP) and helicon waves, a plasma generating chamber located at a position apart from the substrate holder on which the substrate to be processed is placed generates low-pressure and very high-density plasma, and this plasma is used as a substrate. A plasma processing apparatus for performing plasma processing by diffusing it in the vicinity of has been widely used. Particularly, for the generation of helicon wave plasma, for example, Japanese Patent Publication No. 2-21296 and Japanese Patent Laid-Open No.
The plasma generating chamber disclosed in Japanese Patent No. 687773 is used.
【０００３】従来のヘリコン波プラズマ処理装置の代表
例を図１１に示す。このプラズマ処理装置ではアンテナ
１０１が、石英等の誘電体で形成された円筒形プラズマ
発生室１０２の外側周囲でその円周方向に巻かれて取り
付けられ、さらにプラズマ発生室１０２の周囲に、プラ
ズマ発生室１０２の軸方向に磁界を発生させるソレノイ
ドコイル１０３が取り付けられる。プラズマ発生室102
は拡散チャンバ104 の上に取り付けられ、プラズマ発生
室１０２で発生したプラズマは拡散チャンバ１０４の内
部に拡散し、拡散チャンバ１０４内の中央に設置した基
板ホルダ１０５に載置された基板１０６に対しプラズマ
処理が行われる。A typical example of a conventional helicon wave plasma processing apparatus is shown in FIG. In this plasma processing apparatus, an antenna 101 is wound around the outer circumference of a cylindrical plasma generation chamber 102 made of a dielectric material such as quartz, and is attached. Further, plasma generation is performed around the plasma generation chamber 102. A solenoid coil 103 for generating a magnetic field in the axial direction of the chamber 102 is attached. Plasma generation chamber 102
Is mounted on the diffusion chamber 104, the plasma generated in the plasma generation chamber 102 diffuses into the diffusion chamber 104, and the plasma is applied to the substrate 106 placed on the substrate holder 105 installed in the center of the diffusion chamber 104. Processing is performed.
【０００４】拡散チャンバ１０４は所要の真空状態にな
るよう排気され、その後Ｃ４Ｆ８等の反応性ガスがその
圧力が数mTorr となるように導入される。そしてアンテ
ナ１０１に高周波電源１０７からマッチングボックス１
０８を介して高周波電力を供給することにより、拡散チ
ャンバ１０４内で反応性のプラズマが生成される。ソレ
ノイドコイル１０３によって作られる上記磁界に沿って
ヘリコン波が伝搬し、ランダウダンピングにより電子が
ヘリコン波よりエネルギを供給され、高密度プラズマが
生成される。The diffusion chamber 104 is evacuated to a required vacuum state, and then a reactive gas such as C 4 F 8 is introduced so that its pressure is several mTorr. Then, from the high frequency power supply 107 to the antenna 101, the matching box 1
By supplying high-frequency power through the 08, reactive plasma is made live by the diffusion chamber 104 within. Helicon wave I along with the magnetic field is propagated produced by the solenoid coil 103, electrons by the Landau damping is supplied with energy from the helicon wave, high-density plasma is generated.
【０００５】またＩＣＰによるプラズマ発生室は、1992
年に発行されたProc. SPIE1803巻235 頁や特開平３−７
９０２５号公報に示される。ＩＣＰによるプラズマ発生
室の例を図１２に示す。図１２において、図１１で説明
した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付して
いる。石英等の誘電体で形成されたプラズマ発生室２０
２の周囲にはコイル状アンテナ２０１が巻かれている。
プラズマ発生室２０２の上端にはシリコンで形成された
蓋２０３が配置される。高周波電源１０７からマッチン
グボックス１０８を介してアンテナ２０１に高周波電力
を供給すると、誘導結合によって、プラズマ発生室２０
２の内部にアンテナに流れる電界を打ち消そうとする交
番電界が発生する。この交番電界によって電子が加速さ
れ、プラズマ発生室２０２内に高密度プラズマが生成さ
れる。プラズマ発生室２０２の下部には基板ホルダ１０
５の上に基板１０６が配置される。The plasma generation chamber by ICP is 1992
Proc. SPIE 1803, pp. 235, published in
No. 9025. An example of the plasma generation chamber by ICP is shown in FIG. 12, elements that are substantially the same as the elements described in FIG. 11 are given the same reference numerals. Plasma generation chamber 20 made of a dielectric material such as quartz
A coiled antenna 201 is wound around 2.
A lid 203 made of silicon is arranged at the upper end of the plasma generation chamber 202. When high frequency power is supplied from the high frequency power supply 107 to the antenna 201 through the matching box 108, the plasma generation chamber 20 is inductively coupled.
An alternating electric field is generated inside 2 to cancel the electric field flowing through the antenna. Electrons are accelerated by this alternating electric field, and high-density plasma is generated in the plasma generation chamber 202. The substrate holder 10 is provided below the plasma generation chamber 202.
The substrate 106 is disposed on the substrate 5.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上記の従来装置のプラ
ズマ源では、生成されたプラズマがプラズマ発生室の壁
部内面に直接に接していたため、アンテナがプラズマ発
生室の壁を介してプラズマに対して容量的に結合してい
た。このため、プラズマ発生室のアンテナに近い壁部分
ではその内面が負にバイアスされ、この内面がイオン衝
撃を受けてスパッタされるという問題を起こしていた。In the plasma source of the above conventional apparatus, since the generated plasma was in direct contact with the inner surface of the wall of the plasma generation chamber, the antenna is opposed to the plasma through the wall of the plasma generation chamber. It was capacitively coupled. Therefore, the inner surface of the wall portion of the plasma generation chamber near the antenna is negatively biased, and the inner surface is ion-impacted and sputtered.
【０００７】またプラズマ発生室の壁部は誘電体で形成
されていないと、電磁波がプラズマ発生室の壁によりシ
ールドされてしまい、内部のプラズマに対して電力を供
給できない。そこで、従来ではプラズマ発生室の材質に
は誘電体が使用され、特に機械的強度が強く、しかもア
ルカリや重金属汚染の少ない材料として、石英が多く用
いられていた。If the wall of the plasma generating chamber is not made of a dielectric material, electromagnetic waves are shielded by the wall of the plasma generating chamber, and electric power cannot be supplied to the internal plasma. Therefore, conventionally, a dielectric material is used as the material of the plasma generation chamber, and quartz is often used as a material having particularly high mechanical strength and less contamination with alkali and heavy metals.
【０００８】一方フルオロカーボンガスのプラズマを用
いたＳｉＯ2 膜のエッチングでは、上記のごとく壁部が
石英で形成されている場合にこの壁部が多くスパッタさ
れると、スパッタされた石英中のＯ（酸素）が作用して
フルオロカーボン膜が基板上に堆積するのを抑制するた
め、Ｓｉに対して高い選択比を得ることができないとい
う不具合が生じた。また、石英表面に吸着されるＦラジ
カルの平均滞在時間が比較的短いため、放電空間中のＦ
ラジカル濃度が増加し、余計にＳｉに対して高い選択比
を得ることができなかった。On the other hand, in the etching of the SiO 2 film using the plasma of fluorocarbon gas, when the wall portion is formed of quartz as described above and a large amount of this wall portion is sputtered, O () in the sputtered quartz is Oxygen) acts to prevent the fluorocarbon film from depositing on the substrate, resulting in a problem that a high selection ratio with respect to Si cannot be obtained. Further, since the average residence time of the F radicals adsorbed on the quartz surface is relatively short, the F radicals in the discharge space are
The radical concentration increased, and it was not possible to obtain an excessively high selection ratio for Si.
【０００９】本発明の目的は、上記の問題を解決するた
め、プラズマ発生室の壁部内面がスパッタされるのを防
ぎ、さらに壁部が誘電体で形成されているプラズマ発生
室でＳｉＯ2 膜をプラズマエッチングする場合にＳｉＯ
2 膜のＳｉに対する高選択エッチングを実現できるプラ
ズマ処理装置を提供することにある。In order to solve the above problems, an object of the present invention is to prevent the inner surface of the wall of the plasma generating chamber from being sputtered, and to further prevent the SiO 2 film from being formed in the plasma generating chamber where the wall is made of a dielectric material. When plasma etching of SiO
It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus capable of realizing high selective etching of two films of Si.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】第１の本発明に係るプラ
ズマ処理装置は、少なくとも一部に誘電体の壁部を含む
真空容器を備え、壁部の外側に曲率のあるアンテナが配
置され、アンテナに高周波電力を供給して真空容器内に
導入されたガスをプラズマ化し、真空容器内に配置され
た基板をプラズマ処理する装置であり、壁部の内側であ
ってアンテナの近くに壁部の内面を覆いかつ導電性を有
する材料で作られたシールド部材を配置し、シールド部
材は、アンテナで高周波が流れる方向と同じ方向の長さ
がアンテナのリング形線路長よりも短くなるように複数
の隙間で分けられ、この隙間の間隔はシールド部材で高
周波による誘導電流が流れないように設定され、かつ隙
間を通して壁部の内面を直視不能とする重なり部を有す
る。A plasma processing apparatus according to a first aspect of the present invention includes a vacuum container including a dielectric wall portion at least in part, and an antenna having a curvature is arranged outside the wall portion. It is a device that supplies high frequency power to the antenna to turn the gas introduced into the vacuum vessel into plasma and plasma-processes the substrate placed in the vacuum vessel.It is inside the wall and close to the antenna near the wall. have the Ikatsu conductive covering the inner surface
The shield member made of a material that is disposed, the shield member has a length in the same direction as the direction in which the high frequency flows in the antenna is divided in a plurality of gaps to be shorter than the ring-shaped line length of the antenna, the gap The gap between the
It is set so that an induction current due to a frequency does not flow, and has an overlapping portion that makes it impossible to directly see the inner surface of the wall portion through the gap.
【００１１】第２の本発明は、上記第１の発明におい
て、前記壁部が筒形であり、これに対応してシールド部
材は筒形部を有し、アンテナは壁部の周方向に巻かれ、
シールド部材に設けられた複数の隙間は筒形部の周方向
に配列され、かつ、隙間の間隔ｄ(m) が、アンテナの曲
率半径をＲ(m) 、アンテナの線路の半径をｒ(m) 、互い
に隣り合うシールド片間の隙間のアンテナ線路に平行な
平面での平均長さをｌ(m) 、高周波の周波数をｆ(Hz)と
するとき、最小隙間間隔ｄ0 ＝8.77×１０-4Ｒｒｌｆ2
（log(８Ｒ／ｒ) −７／４）(m) よりも広いように構成
される。In a second aspect of the present invention according to the first aspect of the present invention, the wall portion is tubular, the shield member correspondingly has a tubular portion, and the antenna is wound in the circumferential direction of the wall portion. He
The plurality of gaps provided in the shield member are arranged in the circumferential direction of the cylindrical portion, and the gap d (m) is such that the radius of curvature of the antenna is R (m) and the radius of the line of the antenna is r (m. ), l (m) an average length of at a plane parallel to the antenna line of the gap shield pieces adjacent to each other, when the frequency of the high frequency and f (Hz), the minimum clearance distance d 0 = 8.77 × 10 - 4 Rrlf 2
It is configured to be wider than (log (8R / r) -7/4) (m).
【００１２】第３の本発明は、上記第２の発明におい
て、シールド部材の筒形部は、複数の隙間によって不連
続に形成され、各シールド片の周方向の長さがアンテナ
の周方向のリング形線路長よりも短くなるように構成さ
れる。In a third aspect of the present invention based on the second aspect, the cylindrical portion of the shield member is discontinuously formed by a plurality of gaps, and the length of each shield piece in the circumferential direction is the circumferential direction of the antenna. It is configured to be shorter than the ring-shaped line length.
【００１３】第４の本発明は、上記第３の発明におい
て、シールド部材の筒形部を形成する複数のシール片
は、基板に対向する天井部として形成された上板に取り
付けられるように構成される。In a fourth aspect of the present invention based on the third aspect, the plurality of sealing pieces forming the tubular portion of the shield member are attached to an upper plate formed as a ceiling portion facing the substrate. To be done.
【００１４】第５の本発明は、上記第４の発明におい
て、上板と筒形部が同一物質で形成されることを特徴と
する。A fifth aspect of the present invention is characterized in that, in the above-mentioned fourth aspect, the upper plate and the tubular portion are made of the same material.
【００１５】第６の本発明は、上記第４または第５の発
明において、上板に温度制御機構を備え、この温度制御
機構によって、シールド部材を少なくとも実質的に２０
０℃に保持することを特徴とする。A sixth aspect of the present invention is the same as the fourth or fifth aspect, wherein the upper plate is provided with a temperature control mechanism, and the temperature control mechanism is provided .
The mechanism allows the shield member to be at least substantially 20
It is characterized by being kept at 0 ° C.
【００１６】第７の本発明は、上記第１の発明におい
て、壁部は平面状であり、これに対応してシールド部材
は平板状に形成され、アンテナは壁部を含む面に平行で
かつ曲率のある線路を有し、シールド部材に設けられた
複数の隙間は放射状に配置され、かつ、隙間の間隔ｄ
(m) が、アンテナの曲率半径をＲ(m) 、アンテナの線路
の半径をｒ(m) 、互いに隣り合うシールド片間の隙間の
アンテナ線路に垂直な平面での平均長さをｌ(m) 、高周
波の周波数をｆ(Hz)とするとき、最小隙間間隔ｄ0＝8.7
7×１０-4Ｒｒｌｆ2 （log(８Ｒ／ｒ) −７／４）(m)
よりも広いように構成される。In a seventh aspect of the present invention based on the first aspect, the wall portion has a flat shape, the shield member is formed in a flat plate shape correspondingly, and the antenna is parallel to a surface including the wall portion. Having a curved line, the plurality of gaps provided in the shield member are radially arranged, and the gap distances d
(m) is the radius of curvature of the antenna R (m), the radius of the antenna line is r (m), and the average length of the gap between the adjacent shield pieces in the plane perpendicular to the antenna line is l (m ), Where the high frequency is f (Hz), the minimum gap distance d 0 = 8.7
7 × 10 −4 Rrlf 2 (log (8R / r) −7/4) (m)
Configured to be wider than.
【００１７】第８の本発明は、上記のいずれかの発明に
おいて、シールド部材はアルミニウムで形成されること
を特徴とする。An eighth aspect of the present invention is characterized in that, in any one of the above aspects, the shield member is made of aluminum.
【００１８】第９の本発明は、上記のいずれかの発明に
おいて、シールド部材は、グラファイト、アモルファス
カーボン、熱分解カーボンのいずれかによって形成され
ることを特徴とする。A ninth aspect of the present invention is characterized in that, in any one of the above aspects, the shield member is formed of any one of graphite, amorphous carbon, and pyrolytic carbon.
【００１９】第１０の本発明は、上記のいずれかの発明
において、シールド部材は、不純物をドープした導電性
を有するシリコンによって形成されることを特徴とす
る。A tenth aspect of the present invention is characterized in that, in any one of the above-mentioned aspects, the shield member is formed of conductive silicon doped with impurities.
【００２０】[0020]
【作用】本発明では、真空容器における誘電体の壁部の
内面を前述の条件を満たすシールド部材すなわち内壁シ
ールドで覆うことによって、内壁シールドが導電性材料
（例えばアルミニウム、グラファイト等）で形成されて
いたとしても、真空容器の外側に配置されたアンテナに
流れる交番電流により誘起された交番磁界に基づいて、
内壁シールドが存在しない場合と同様に、真空容器内に
誘導電界を発生させることができる。In the present invention, the inner wall shield is formed of a conductive material (for example, aluminum, graphite, etc.) by covering the inner surface of the wall portion of the dielectric in the vacuum container with a shield member that satisfies the above-mentioned condition, that is, the inner wall shield. Even so, based on the alternating magnetic field induced by the alternating current flowing in the antenna located outside the vacuum vessel,
An induced electric field can be generated within the vacuum vessel, as if the inner wall shield were not present.
【００２１】これは、アンテナを形成する線路の近傍の
内壁シールドの部分をコイルとみなすと、そのコイルに
よる誘導性リアクタンスＸL に対し、内壁シールドにお
ける複数（例えばｎ箇所とする）の不連続部分すなわち
隙間により生じる容量性リアクタンスｎＸC が充分に大
きいものであれば、内壁シールドにおいてアンテナの高
周波が流れる方向と同じ方向に誘導電流が流れなくなる
からである。この現象を以下に詳述する。This means that when the portion of the inner wall shield near the line forming the antenna is regarded as a coil, a plurality of (for example, n points) discontinuous portions in the inner wall shield with respect to the inductive reactance X L due to the coil. That is, if the capacitive reactance nX C generated by the gap is sufficiently large, the induced current will not flow in the inner wall shield in the same direction as the high frequency of the antenna. This phenomenon will be described in detail below.
【００２２】いま、内壁シールドにおけるアンテナ線路
の極近傍の部分、すなわちアンテナ線路を内壁シールド
の外面に投影することにより影になった内壁シールドの
部分に、誘導電流が最も流れると考えると、そのときの
内壁シールドが持つ誘導性リアクタンスＸL はＸL ＝μ
Ｒ（log(８Ｒ／ｒ) −７／４）ω（Ω）である。ここで
Ｒ，ｒ，ｌ，ｆは前述の通りであり、ω＝２πｆ，μ＝
４π×１０-7（H/m)である。これに対して、内壁シール
ドの隙間における、最も誘導電流が流れる部分での隣り
合うシールド片間の容量性リアクタンスＸC は、アンテ
ナ線路が投影された部分の内壁シールドの隙間の断面積
Ｓ（＝２ｒｌ（ｍ2 ））を用いることにより、ＸC ＝１
／ωＣ＝ｄ／ωε0 Ｓ＝ｄ／２ωε0 ｒｌ （Ω）と表
すことができる。ここでε0 ＝8.854 ×１０-12 （F/m
）である。従って、内壁シールドにおいてアンテナの
長さ方向に形成された隙間の数がｎであると、内壁シー
ルドにおけるアンテナ線路の近傍部分はｎＸC の容量性
リアクタンスを持つ。上記の場合において、ＸL に比較
してＸC が１００倍以上大きければ、内壁シールドの持
つ容量性リアクタンスＸC のため、内壁シールドに誘導
電流が流れることがない。ＸC ＞１００ＸL が成立する
条件、すなわちｄ＞8.77×１０-4Ｒｒｌｆ2 （log(８Ｒ
／ｒ) −７／４） (m)の条件に基づき、8.77×１０-4Ｒ
ｒｌｆ2 （log(８Ｒ／ｒ) −７／４）を最小隙間間隔ｄ
0 とするとき、この最小隙間間隔ｄ0 に比較し、隙間間
隔ｄが充分に広ければ、内壁シールドに誘導電流が流れ
ず、このため真空容器内の真空中に誘導電界が発生す
る。この誘導電界によって電子の加速が行われ、高密度
のプラズマが発生する。さらには、アンテナに発生した
電磁波を真空内に導入できる。Now, considering that the induced current most flows in the portion of the inner wall shield in the vicinity of the antenna line, that is, the portion of the inner wall shield that is shaded by projecting the antenna line onto the outer surface of the inner wall shield, then The inductive reactance X L of the inner wall shield of X is X L = μ
R (log (8R / r) −7/4) ω (Ω). Here, R, r, l, and f are as described above, and ω = 2πf, μ =
It is 4π × 10 −7 (H / m). On the other hand, the capacitive reactance X C between the adjacent shield pieces in the portion where the most induced current flows in the gap of the inner wall shield is the cross-sectional area S (= of the gap of the inner wall shield in the portion where the antenna line is projected. By using 2rl (m 2 )), X C = 1
It can be expressed as / ωC = d / ωε 0 S = d / 2ωε 0 rl (Ω). Where ε 0 = 8.854 × 10 -12 (F / m
). Therefore, when the number of gaps formed in the lengthwise direction of the antenna in the inner wall shield is n, the portion near the antenna line in the inner wall shield has a capacitive reactance of nX C. In the above case, the larger X C is more than 100 times compared to X L, because of the capacitive reactance X C which has the inner wall shield does not flow induced current in the inner wall shield. X C> conditions 100X L is satisfied, i.e. d> 8.77 × 10 -4 Rrlf 2 (log (8R
/ R) -7/4) (m), 8.77 × 10 -4 R
rlf 2 (log (8R / r) −7/4) is set to the minimum gap distance d.
When it is set to 0 , as compared with this minimum gap distance d 0 , if the gap distance d is sufficiently wide, an induced current does not flow through the inner wall shield, so that an induced electric field is generated in the vacuum inside the vacuum container. Electrons are accelerated by this induced electric field, and high-density plasma is generated. Furthermore, the electromagnetic wave generated in the antenna can be introduced into the vacuum.
【００２３】内壁シールドの形態が平面状であるときに
も、互いに隣り合ったシールド片の間の隙間のアンテナ
線路が形成する平面に垂直な平面での平均長さをｌ (m)
とすれば、同様な理由に基づき、ｄがｄ0 より充分に大
きければ高密度プラズマを生成することができる。Even when the shape of the inner wall shield is flat, the average length in a plane perpendicular to the plane formed by the antenna line in the gap between the shield pieces adjacent to each other is l (m)
Then, for the same reason, if d is sufficiently larger than d 0, high-density plasma can be generated.
【００２４】また、前記隙間（不連続部分）を通して誘
電体の壁面を直視できないような重なり部分を持つ内壁
シールドで、誘電体の壁部の内面を覆ようにしたため、
誘電体の壁部の真空側壁面は、プラズマからのイオンの
照射を受け難く、また仮にイオン照射を受けたとして
も、スパッタされた粒子はプラズマ発生室の内部空間に
に飛び込まない。Further, the inner surface of the dielectric wall portion is covered with an inner wall shield having an overlapping portion such that the wall surface of the dielectric material cannot be directly viewed through the gap (discontinuous portion).
The vacuum side wall surface of the wall portion of the dielectric is difficult to be irradiated with ions from plasma, and even if the irradiation with ions is performed, sputtered particles do not jump into the internal space of the plasma generation chamber.
【００２５】[0025]
【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
【００２６】図１は本発明の第１の実施例を示す。この
実施例では、石英等の誘電体で作られた円筒形のプラズ
マ発生室１１が拡散チャンバ１２の上壁に取り付けられ
る。プラズマ発生室１１と拡散チャンバ１２の内部は通
じている。プラズマ発生室１１の外側周囲には半径
（ｒ）が例えば５×１０-3ｍの線路で形成されたアンテ
ナ１３が例えば２周で巻かれている。リング形を有する
１周分のアンテナ１３の直径（２Ｒ）は０．３ｍであ
る。プラズマ発生室１１の壁部内面に接近させて、例え
ば熱分解カーボンで形成された厚さ５×１０-3ｍの筒型
の内壁シールド１４が配置される。内壁シールド１４
は、上方に配置された同じく熱分解カーボンで形成され
た上板１５に取り付けられる。上板１５は、冷却水路１
６を備えたアルミニウム製の上蓋１７に接触している。FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. In this embodiment, a cylindrical plasma generation chamber 11 made of a dielectric material such as quartz is attached to the upper wall of the diffusion chamber 12. The plasma generation chamber 11 and the diffusion chamber 12 communicate with each other. An antenna 13 formed by a line having a radius (r) of, for example, 5 × 10 −3 m is wound around the outer periphery of the plasma generation chamber 11 for, for example, two turns. The diameter (2R) of the ring-shaped antenna 13 for one round is 0.3 m. A cylindrical inner wall shield 14 made of, for example, pyrolytic carbon and having a thickness of 5 × 10 −3 m is arranged close to the inner surface of the wall of the plasma generation chamber 11. Inner wall shield 14
Is attached to the upper plate 15 which is also arranged above and which is also formed of pyrolytic carbon. The upper plate 15 is the cooling water channel 1
It is in contact with an aluminum top lid 17 with 6.
【００２７】本実施例による円筒形の内壁シールド１４
は、図２および図３に示すように例えば６つのシールド
片１４ａによって形成され、全体として柵状の構造を有
する。各シールド片１４ａは隣りのシールド片と接する
隙間（不連続部分）２２で重なり部分１４ｂを有し、そ
の結果、内壁シールド１４は、プラズマ発生室１１の内
面の全面をその壁面が直視できないように、覆ってい
る。プラズマ発生室１１に対向する下側位置に、基板ホ
ルダ１８に載置された被処理基板１９が置かれている。A cylindrical inner wall shield 14 according to this embodiment.
Is formed by, for example, six shield pieces 14a as shown in FIGS. 2 and 3, and has a fence-like structure as a whole. Each shield piece 14a has an overlapping portion 14b at a gap (discontinuous portion) 22 in contact with an adjacent shield piece, and as a result, the inner wall shield 14 prevents the wall surface from directly looking at the entire inner surface of the plasma generation chamber 11. , Covering. A substrate 19 to be processed placed on a substrate holder 18 is placed at a lower position facing the plasma generation chamber 11.
【００２８】上記アンテナ１３の一端はマッチングボッ
クス２０を介して高周波電源２１に接続され、他端はア
ースされている。また拡散チャンバ１２の内部に中央部
に基板ホルダ１８が配置され、基板ホルダ１８の上には
被処理基板１９が配置される。拡散チャンバ１２には図
示しない排気機構とガス導入機構が設けられる。One end of the antenna 13 is connected to the high frequency power source 21 via the matching box 20, and the other end is grounded. A substrate holder 18 is arranged in the center of the diffusion chamber 12, and a substrate 19 to be processed is arranged on the substrate holder 18. The diffusion chamber 12 is provided with an exhaust mechanism and a gas introduction mechanism, which are not shown.
【００２９】上記装置を動作させるには、図示しない排
気機構により拡散チャンバ１２およびプラズマ発生室１
１の内部空間を所要の真空状態まで排気し、さらに図示
しないガス導入機構より例えばＣ4 Ｆ8 ガスを例えば５
０sccm程度導入する。また同時に、上蓋１７に設けた冷
却水路１６に冷却水導入口１６ａを介して、例えば２０
０℃に設定した冷媒を流し、内壁シールド１４の温度を
２００℃に保持しておく。上蓋１７の冷却水路１６は温
度制御機構であり、内壁シールド１４の温度を所望の温
度に制御するためのものである。In order to operate the above apparatus, the diffusion chamber 12 and the plasma generation chamber 1 are driven by an exhaust mechanism (not shown).
The inner space of No. 1 is evacuated to a required vacuum state, and further, for example, C 4 F 8 gas is supplied to, for example, 5 by a gas introduction mechanism not shown
Introduce about 0 sccm. At the same time, the cooling water passage 16 provided in the upper lid 17 is connected to the cooling water inlet 16a through, for example, 20
The temperature of the inner wall shield 14 is kept at 200 ° C. by flowing the refrigerant set at 0 ° C. The cooling water passage 16 of the upper lid 17 is a temperature control mechanism for controlling the temperature of the inner wall shield 14 to a desired temperature.
【００３０】次に、排気機構の排気管に設けたオリフィ
ス（図示せず）を制御して、拡散チャンバ１２の内部圧
力を例えば３mTorr に保つ。この状態で高周波電源２１
から１３．５６MHz の周波数を有する高周波電力をマッ
チングボックス２０を介してアンテナ１３に供給する。Next, the orifice (not shown) provided in the exhaust pipe of the exhaust mechanism is controlled to maintain the internal pressure of the diffusion chamber 12 at, for example, 3 mTorr. In this state, the high frequency power source 21
RF power having a frequency of 13.56 MHz is supplied to the antenna 13 through the matching box 20.
【００３１】上記実施例において、内壁シールド１４の
不連続部分である隙間２２の間隔ｄ（図３に示す）は例
えば１×１０-3ｍである。この値は、（作用）の欄で説
明した最小隙間間隔ｄ0 である６×１０-5ｍ（前述した
式において各文字の変数に実験に使用した装置の数値を
代入して求められる）より充分に大きいため、アンテナ
１３に流れる交番電流（高周波電流）によって真空中に
誘導磁界が発生し、さらに、この磁界を打ち消すよう
に、プラズマ発生室１１内におけるアンテナ１３で形成
される平面の近傍空間に誘導電界が発生する。この誘導
電界により、プラズマ発生室１１の内部の電子が加速さ
れ、プラズマが生成する。このプラズマにより基板１９
上に形成されたＳｉＯ2 の薄膜がエッチングされる。In the above embodiment, the gap d (shown in FIG. 3) of the gap 22 which is the discontinuous portion of the inner wall shield 14 is, for example, 1 × 10 -3 m. This value is calculated from 6 × 10 −5 m, which is the minimum gap distance d 0 described in the (Operation) column (obtained by substituting the numerical value of the device used in the experiment for the variable of each character in the above equation). Since it is sufficiently large, an inductive magnetic field (high-frequency current) flowing in the antenna 13 generates an induction magnetic field in the vacuum, and further, a space near the plane formed by the antenna 13 in the plasma generation chamber 11 so as to cancel the magnetic field. An induced electric field is generated at. The induced electric field accelerates the electrons inside the plasma generation chamber 11 to generate plasma. This plasma causes the substrate 19
The SiO 2 thin film formed above is etched.
【００３２】内壁シールド１４は、前述の通り導電性物
質である熱分解カーボンで形成される。しかし、互いに
隣り合ったシールド片１４ａの間の隙間２２の間隔ｄが
最小隙間間隔ｄ0 より充分に大きいため、内壁シールド
１４におけるプラズマ発生室１１の軸に平行な面で軸回
りの円周方向の誘導電流が流れることができず、真空内
に誘導電界が形成される。また内壁シールド１４は、熱
分解カーボンで形成され、しかもその表面は２００℃に
なっているため、Ｃ4 Ｆ8 プラズマから発生した多量の
Ｆラジカルは、内壁シールド１４の内側表面で捕らえら
れる。さらに円筒形プラズマ発生室１１の壁部内面はプ
ラズマから直接見ることができないため、プラズマ発生
室１１を形成する石英がスパッタされ、放電空間中にＯ
（酸素）が放出されることがない。このため、基板１９
におけるＳｉＯ2 膜の下地にあるＳｉに対してＳｉＯ2
の高選択エッチングが実現できる。The inner wall shield 14 is formed of pyrolytic carbon which is a conductive substance as described above. However, since the distance d between the gaps 22 between the shield pieces 14a adjacent to each other is sufficiently larger than the minimum distance d 0 , the inner wall shield 14 has a plane parallel to the axis of the plasma generation chamber 11 in the circumferential direction about the axis. The induced electric current cannot flow and an induced electric field is formed in the vacuum. Further, since the inner wall shield 14 is formed of pyrolytic carbon and its surface is at 200 ° C., a large amount of F radicals generated from the C 4 F 8 plasma are trapped on the inner surface of the inner wall shield 14. Furthermore, since the inner surface of the wall of the cylindrical plasma generation chamber 11 cannot be seen directly from the plasma, the quartz forming the plasma generation chamber 11 is sputtered and O in the discharge space.
(Oxygen) is never released. Therefore, the substrate 19
SiO 2 with respect to Si in the underlying SiO 2 film in
Highly selective etching can be realized.
【００３３】図２と図３を参照して内壁シールド１４を
詳述する。図２は側面図、図３は図２中のＡ−Ａ線断面
図である。図２では、図１に比較して内壁シールド１４
の軸方向の長さを大きくして示している。The inner wall shield 14 will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3. 2 is a side view, and FIG. 3 is a sectional view taken along the line AA in FIG. 2, the inner wall shield 14 is different from that of FIG.
The axial length of is shown enlarged.
【００３４】内壁シールド１４の大きさを表すために、
アンテナ１３を点線で示した。図２で示されるように、
内壁シールド１４を形成する６つのシールド片１４ａは
互いに接触しないように隙間２２を介して上板１５に垂
直に取り付けられる。また図３に示すように、６つのシ
ールド片１４ａは、隙間２２を介して円筒となるよう組
み合わされている。６つの隙間２２は円筒形の内壁シー
ルド１４の円周方向に等間隔で配列され、かつそれぞれ
は、円筒形の内壁シールド１４の軸に平行に形成され、
さらに円筒形の内壁シールド１４の内側から外側が直視
できないように、その断面が例えばかぎ状（角部を有す
る形状）となるよう形成されている。隙間２２の間隔ｄ
は、前述の通り、本実施例では１×１０-3ｍである。In order to represent the size of the inner wall shield 14,
The antenna 13 is shown by a dotted line. As shown in FIG.
The six shield pieces 14a forming the inner wall shield 14 are vertically attached to the upper plate 15 via the gap 22 so as not to contact each other. Further, as shown in FIG. 3, the six shield pieces 14 a are combined so as to form a cylinder through the gap 22. The six gaps 22 are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the cylindrical inner wall shield 14, and each is formed parallel to the axis of the cylindrical inner wall shield 14.
Further, the cross section thereof is formed into, for example, a hook shape (shape having corners) so that the inside cannot be viewed directly from the inside of the cylindrical inner wall shield 14. Interval d of the gap 22
Is, as described above, 1 × 10 −3 m in this embodiment.
【００３５】図２に示すように、内壁シールド１４の直
径はプラズマ発生室１１が介在しているため、アンテナ
１３の直径２Ｒより若干小さいだけである。そのため、
この値（２Ｒ）を内壁シールド１４の直径とみなして最
小隙間間隔ｄ0 を求めても、それほど大きな誤差は生じ
ない。本実施例では、内壁シールド１４の厚みｔは５×
１０-3ｍであり、かぎ形状で形成された隙間２２の内壁
シールド１４の円周方向にほぼ平行する部分の長さｌ′
が３×１０-3ｍであるため、互いに隣り合ったシールド
片１４ａの隙間２２の断面のアンテナ線路に平行な平面
での平均長さｌは、ｌ＝ｔ＋ｌ′＝８×１０-3（ｍ）と
なる。As shown in FIG. 2, the diameter of the inner wall shield 14 is only slightly smaller than the diameter 2R of the antenna 13 because the plasma generating chamber 11 is interposed. for that reason,
Even if this value (2R) is regarded as the diameter of the inner wall shield 14 and the minimum gap interval d 0 is obtained, a large error does not occur. In this embodiment, the thickness t of the inner wall shield 14 is 5 ×.
It is 10 −3 m, and the length l ′ of the portion of the gap 22 formed in a hook shape that is substantially parallel to the circumferential direction of the inner wall shield 14.
Is 3 × 10 −3 m, the average length l on the plane parallel to the antenna line in the cross section of the gap 22 between the adjacent shield pieces 14 a is l = t + l ′ = 8 × 10 −3 (m ).
【００３６】アンテナ１３を形成する線路の直径（２
ｒ）が１×１０-2ｍであるため、最小隙間間隔ｄ0 は前
述の通り６×１０-5ｍとなる。ｄはｄ0 に比較し充分大
きいため、本実施例のごとく内壁シールド１４をプラズ
マ発生室１１の壁部内面に沿って配置しても、内壁シー
ルドを配置しない場合と同様に、内壁シールド１４の内
側の空間に誘導電界を発生させることができ、高密度な
プラズマが発生する。このことは、内壁シールド１４に
不連続部分である隙間２２を形成したため、内壁シール
ド１４の円周方向（アンテナ１３における高周波が流れ
る方向）にアンテナ１３により誘起され得る交番電流が
流れることができないからである。The diameter of the line forming the antenna 13 (2
Since r) is 1 × 10 −2 m, the minimum gap distance d 0 is 6 × 10 −5 m as described above. Since d is sufficiently larger than d 0 , even if the inner wall shield 14 is arranged along the inner surface of the wall portion of the plasma generation chamber 11 as in the present embodiment, the inner wall shield 14 does not have the same shape as the inner wall shield 14 does. An induction electric field can be generated in the inner space, and high-density plasma is generated. This is because the gap 22 which is a discontinuous portion is formed in the inner wall shield 14, so that an alternating current that can be induced by the antenna 13 cannot flow in the circumferential direction of the inner wall shield 14 (direction in which high frequency waves in the antenna 13 flow). Is.
【００３７】また隙間２２は２箇所の角部を有するよう
にかぎ状に形成されているため、内壁シールド１４で囲
まれた空間にプラズマが生成されても、そのプラズマ
が、プラズマ発生室１１の壁部内面に届き難くなる。さ
らに、たとえ一部のプラズマがプラズマ発生室１１の壁
部内面に届いて内面をスパッタした場合にも、スパッタ
された粒子がプラズマ発生室１１内に飛び込むのが困難
となる。これはスパッタ粒子が直進性を持っているから
である。Since the gap 22 is formed in a hook shape having two corners, even if plasma is generated in the space surrounded by the inner wall shield 14, the plasma is generated in the plasma generation chamber 11. It becomes difficult to reach the inner surface of the wall. Furthermore, even if a part of the plasma reaches the inner surface of the wall of the plasma generation chamber 11 and sputters the inner surface, it is difficult for the sputtered particles to jump into the plasma generation chamber 11. This is because the sputtered particles have straightness.
【００３８】上記内壁シールド１４の材質には、熱分解
カーボンの他に、アルミニウム、グラファイト、アモル
ファスカーボン、シリコンまたはシリコンの化合物を使
用できる。As the material of the inner wall shield 14, aluminum, graphite, amorphous carbon, silicon or a compound of silicon can be used in addition to pyrolytic carbon.
【００３９】内壁シールド１４はプラズマ発生室１１の
円周方向に６分割されているため、内壁シールド１４が
導電性材料で作られていても、プラズマ発生室１１内に
プラズマを発生させることができる。本実施例の構造に
よれば、内壁シールド１４を形成できる材質の種類の選
択の幅が広がるので、例えば熱分解カーボンを使うこと
により、プラズマ中のＦラジカルの濃度を抑制でき、基
板としてＳｉＯ2 を用いた場合、ＳｉＯ2 膜のエッチン
グでＳｉに対して高選択エッチングを実現できる。Since the inner wall shield 14 is divided into six in the circumferential direction of the plasma generation chamber 11, plasma can be generated in the plasma generation chamber 11 even if the inner wall shield 14 is made of a conductive material. . According to the structure of the present embodiment, the range of choices of the types of materials that can be used to form the inner wall shield 14 is widened, so that the concentration of F radicals in plasma can be suppressed by using, for example, pyrolytic carbon, and SiO 2 as a substrate In the case of using, high selective etching with respect to Si can be realized by etching the SiO 2 film.
【００４０】内壁シールド１４が導電性材料で形成され
る場合、内壁シールドがアースされていないときにはそ
の電位は内壁シールド全面に渡り浮遊電位となり、アン
テナ近傍の領域が負に自己バイアスされることがない。
また内壁シールド１４が上板１５等に取り付けられてア
ースされているときには、内壁シールドはアース電位と
なり、やはり負にはバイアスされない。このためプラズ
マ電位と内壁シールド１４の電位との差は小さくなり、
内壁シールド１４がスパッタされにくくなる。従って、
プラズマに曝される壁面がスパッタされることに起因し
てプラズマの組成が変化するということが生じない。When the inner wall shield 14 is made of a conductive material, its potential becomes a floating potential over the entire surface of the inner wall shield when the inner wall shield is not grounded, and the region near the antenna is not negatively self-biased. .
Further, when the inner wall shield 14 is attached to the upper plate 15 or the like and is grounded, the inner wall shield is at the ground potential and is not negatively biased. Therefore, the difference between the plasma potential and the potential of the inner wall shield 14 becomes small,
The inner wall shield 14 is less likely to be sputtered. Therefore,
The composition of plasma does not change due to the sputtering of the wall surface exposed to plasma.
【００４１】また内壁シールド１４の材質を例えばアル
ミニウムとすることで、Ｆラジカルの損失確率を大きく
することができるため、Ｓｉに対して高選択エッチング
が可能となる。誘電体材質が、ＣやＳｉを含む材料で作
られる場合は、Ｆラジカルを内壁シールド１４で消費す
ることが可能となるため、Ｆラジカルを少なくすること
ができ、被処理基板としてＳｉＯ2 を用いた場合、Ｓｉ
Ｏ2 のＳｉに対する高選択エッチングが可能となる。Further, if the inner wall shield 14 is made of aluminum, for example, the probability of loss of F radicals can be increased, so that high selective etching can be performed on Si. When the dielectric material is made of a material containing C or Si, the F radicals can be consumed by the inner wall shield 14, so that the F radicals can be reduced and SiO 2 is used as the substrate to be processed. If it is, Si
Highly selective etching of O 2 with respect to Si becomes possible.
【００４２】また内壁シールド１４は温度制御可能な上
板１５に接続されており、これによって内壁シールド１
４の温度を制御できるため、Ｆラジカルの濃度をエッチ
ングの開始から終了まで一定に保持することができ、さ
らにエッチングを繰り返したときの繰り返し再現性を向
上させることができる。さらに、温度制御機構により、
内壁シールドの温度を高温にすることにより、フルオロ
カーボンガスの重合成分の内壁シールドでの滞在時間を
短くすることができるため、内壁シールドをフルオロカ
ーボン重合膜の付着から防ぐことができる。さらに、重
合成分のプラズマ中の密度を高めることができるため、
ＳｉＯ2 のＳｉに対する選択比も向上できる。The inner wall shield 14 is connected to the temperature controllable upper plate 15, whereby the inner wall shield 1 is connected.
Since the temperature of 4 can be controlled, the F radical concentration can be kept constant from the start to the end of the etching, and the reproducibility when the etching is repeated can be improved. Furthermore, by the temperature control mechanism,
By increasing the temperature of the inner wall shield, the residence time of the polymerized component of the fluorocarbon gas on the inner wall shield can be shortened, so that the inner wall shield can be prevented from adhering to the fluorocarbon polymer film. Furthermore, since the density of the polymerized component in the plasma can be increased,
The selection ratio of SiO 2 to Si can also be improved.
【００４３】図４と図５は内壁シールド１４の他の実施
例を示すものであり、図４は内壁シールド１４と上板１
５の側面図、図５は図４中のＢ−Ｂ線断面図である。本
実施例では、８つのシールド片１４ａで形成される内壁
シールド１４によって、石英製のプラズマ発生室１１の
内側壁面を円周方向に余すことなく覆う構造である。互
いに隣り合ったシールド片１４ａの間の隙間２２は、図
３の例とは異なり、かぎ状部分が１カ所から形成され
る。またその隙間２２の間隔ｄも図３とは異なり、２×
１０-3ｍで形成されている。本実施例によれば、互いに
隣り合ったシールド片１４ａの隙間部分の断面のアンテ
ナ線路に平行する平面での平均長さｌは、２×１０-2ｍ
であるため、外形形状が前記実施例に示す内壁シールド
と同等であり、使用したアンテナも図２に示す形状と同
一であれば、最小隙間間隔ｄ0 は１．５×１０-4ｍであ
り、ｄ＝２×１０-3ｍに比較して充分小さい。4 and 5 show another embodiment of the inner wall shield 14, and FIG. 4 shows the inner wall shield 14 and the upper plate 1.
5 is a side view, and FIG. 5 is a sectional view taken along line BB in FIG. In this embodiment, the inner wall shield 14 formed by the eight shield pieces 14a completely covers the inner wall surface of the plasma generation chamber 11 made of quartz in the circumferential direction. The gap 22 between the shield pieces 14a adjacent to each other is different from the example of FIG. 3 in that the hook-shaped portion is formed from one place. Also, the gap d of the gap 22 is different from that of FIG.
It is formed of 10 -3 m. According to the present embodiment, the average length l in the plane parallel to the antenna line of the cross section of the gap portions of the shield pieces 14a adjacent to each other is 2 × 10 −2 m.
Therefore, if the outer shape is the same as the inner wall shield shown in the above-mentioned embodiment and the used antenna is also the same as the shape shown in FIG. 2, the minimum gap distance d 0 is 1.5 × 10 −4 m. , D = 2 × 10 −3 m, which is sufficiently small.
【００４４】図６は、本発明によるプラズマ処理装置の
構造をヘリコン波プラズマ発生室に適用した場合の実施
例を示す。石英製プラズマ発生室１１の周囲には、Ｍ＝
０モードのヘリコン波を発生するアンテナ２３が設置さ
れている。アンテナ２３はマッチングボックス２０を介
して、プラズマ発生用高周波電源２１に接続されてい
る。プラズマ発生室１１の内部には、Poly-Si （ポリシ
リコン）製柵状内壁シールド２５がプラズマ発生室１１
の内面を完全に覆うように取り付けられている。内壁シ
ールド２５は、軸方向に平行な面を有する６つのシール
ド片に分割され、各シールド片の間には隙間２２が形成
される。内壁シールド２５は、前述した実施例と同様に
Poly-Si 製の上板（図６中図示せず）に取り付けられて
いる。上板は、冷却水導入口１６ａを設けた上蓋１７に
取り付けられている。FIG. 6 shows an embodiment in which the structure of the plasma processing apparatus according to the present invention is applied to a helicon wave plasma generating chamber. Around the plasma generation chamber 11 made of quartz, M =
An antenna 23 that generates a 0 mode helicon wave is installed. The antenna 23 is connected to the high frequency power supply 21 for plasma generation via the matching box 20. Inside the plasma generation chamber 11, a fence-shaped inner wall shield 25 made of Poly-Si (polysilicon) is provided.
It is installed so as to completely cover the inner surface of the. The inner wall shield 25 is divided into six shield pieces each having a surface parallel to the axial direction, and a gap 22 is formed between the shield pieces. The inner wall shield 25 is similar to the above-described embodiment.
It is attached to a Poly-Si upper plate (not shown in FIG. 6). The upper plate is attached to an upper lid 17 provided with a cooling water inlet 16a.
【００４５】上記実施例で用いた内壁シールド２５を形
成するPoly-Si はＰ（リン）がドープされているので導
電性を有するが、内壁シールド２５は円周方向に関して
隙間２２により電気的に絶縁されているため、その円周
方向に高周波電流が流れない。このため、内壁シールド
２５は電磁シールドとならないので、ヘリコン波発生用
アンテナ２３から発生した電磁波を内壁シールド２５で
囲まれたプラズマ発生空間内に伝えることが可能とな
る。このとき、磁場発生コイル２４によってプラズマ発
生室１１の軸方向に平行にソース磁場を発生させれば、
電磁波はプラズマ中を伝搬し、ランダウダンピングによ
り電子を加速し、高密度プラズマを発生することができ
る。内壁シールド２５をPoly-Si としたことによりＣ4
Ｆ8 ガス等でＳｉＯ2 をエッチングしたとき、Ｆラジカ
ルの発生が抑制され、Ｓｉに対して高選択エッチングが
実現できる。Poly-Si forming the inner wall shield 25 used in the above embodiment is conductive because it is doped with P (phosphorus), but the inner wall shield 25 is electrically insulated by the gap 22 in the circumferential direction. Therefore, the high frequency current does not flow in the circumferential direction. Therefore, since the inner wall shield 25 does not serve as an electromagnetic shield, the electromagnetic wave generated from the helicon wave generating antenna 23 can be transmitted to the plasma generation space surrounded by the inner wall shield 25. At this time, if the source magnetic field is generated by the magnetic field generation coil 24 in parallel to the axial direction of the plasma generation chamber 11,
Electromagnetic waves propagate in the plasma and can accelerate electrons by Landau damping to generate high-density plasma. Since the inner wall shield 25 is made of Poly-Si, C 4
When SiO 2 is etched with F 8 gas or the like, generation of F radicals is suppressed, and high selective etching with respect to Si can be realized.
【００４６】図７は、基板を載置する基板ホルダ１８を
プラズマ発生室１１の内部に設置し、基板１９をエッチ
ングする実施例を示す。本実施例では、内壁シールド２
６はアルミニウムで作られており、柵状内壁シールド２
６ａと上蓋２６ｂと一体的に成形されている。柵状内壁
シールド２６ａの軸方向に平行な部分の長さは、プラズ
マ発生室１１の軸方向の長さより短くなっているが、こ
れは、プラズマ発生室１１の内壁面における内壁シール
ド２６に覆われていない部分が基板１９から見えない位
置にあり、この部分のプラズマ発生室１１の壁部内面が
スパッタされたとしても、エッチング処理に与える影響
は少ないからである。さらに内壁シールド２６に覆われ
ていない部分は、アンテナ１３からも離れており、バイ
アスされることもなく、プラズマに曝されてもスパッタ
されにくいからである。本実施例では、アンテナ１３の
巻数は１回とした。FIG. 7 shows an embodiment in which a substrate holder 18 for mounting a substrate is installed inside the plasma generating chamber 11 and the substrate 19 is etched. In this embodiment, the inner wall shield 2
6 is made of aluminum and has a fence-like inner wall shield 2
6a and the upper lid 26b are integrally formed. The length of the portion of the fence-shaped inner wall shield 26a parallel to the axial direction is shorter than the length of the plasma generation chamber 11 in the axial direction, but this is covered by the inner wall shield 26 on the inner wall surface of the plasma generation chamber 11. This is because there is a portion that is not visible from the substrate 19 and the inner surface of the wall of the plasma generation chamber 11 at this portion is sputtered, but this has little effect on the etching process. Part not yet covered by the inner wall shield 26 is spaced from the antenna 1 3, without being biased, even when exposed to the plasma is not easily sputtered. In this embodiment, the number of turns of the antenna 1 3 was 1 times.
【００４７】図８は本発明の他の実施例を示す断面図で
ある。プラズマ発生室１１の上壁に平面状の誘電体窓２
７が設けられる。誘電体窓２７の大気側にリング状のア
ンテナ２８が設置される。アンテナ２８は、アンテナ線
路の直径２ｒが１×１０-2ｍで、アンテナ半径Ｒが０．
１５ｍである。誘電体窓２７の真空側には、Poly-Siで
形成された厚さｔが１×１０-2ｍの円盤状内壁シールド
２９が設置されている。内壁シールド２９の詳細につい
ては図９と図１０で説明する。内壁シールド２９には、
その中央部の近くの部分から放射状に伸びた１４本の隙
間２２が切られている。これらの隙間２２は内壁シール
ド２６の円周方向に配列され、内壁シールド２９を円周
方向に不連続に分断する。また各隙間２２は、その断面
がかぎ状である。プラズマ発生室１１の下部に基板ホル
ダ１８が配置され、基板ホルダ１８の上には被処理基板
１９が配置される。FIG. 8 is a sectional view showing another embodiment of the present invention. A planar dielectric window 2 is formed on the upper wall of the plasma generation chamber 11.
7 is provided. A ring-shaped antenna 28 is installed on the atmosphere side of the dielectric window 27. The antenna 28 has an antenna line diameter 2r of 1 × 10 −2 m and an antenna radius R of 0.
It is 15m. On the vacuum side of the dielectric window 27, a disc-shaped inner wall shield 29 made of Poly-Si and having a thickness t of 1 × 10 −2 m is installed. Details of the inner wall shield 29 will be described with reference to FIGS. 9 and 10. The inner wall shield 29 has
Fourteen gaps 22 extending radially from the portion near the center are cut. These gaps 22 are arranged in the circumferential direction of the inner wall shield 26, and divide the inner wall shield 29 in the circumferential direction discontinuously. Each of the gaps 22 has a hook-shaped cross section. A substrate holder 18 is arranged below the plasma generation chamber 11, and a substrate 19 to be processed is arranged on the substrate holder 18.
【００４８】アンテナ２８には、マッチングボックス２
０を介して高周波電源２１から高周波電圧が印加され
る。隙間２２が存在するため、アンテナ２８により誘起
される交番電流は円盤状内壁シールド２９に流れない。
このため、プラズマ発生室１１内に誘導電界が発生し、
プラズマが生成される。隙間２２はかぎ状に形成されて
おり、プラズマ発生室の内部から誘電体窓２７の真空側
の壁面を直視できないため、誘電体窓２７がスパッタさ
れないばかりでなく、たとえスパッタされたとしても、
それが基板１９に到達することはない。The antenna 28 has a matching box 2
A high-frequency voltage is applied from the high-frequency power source 21 via 0. Due to the existence of the gap 22, the alternating current induced by the antenna 28 does not flow to the disk-shaped inner wall shield 29.
Therefore, an induction electric field is generated in the plasma generation chamber 11,
Plasma is generated. Since the gap 22 is formed in a hook shape and the wall of the dielectric window 27 on the vacuum side cannot be directly viewed from the inside of the plasma generation chamber, not only the dielectric window 27 is not sputtered, but even if it is sputtered,
It never reaches the substrate 19.
【００４９】図９は内壁シールド２９の平面図、図１０
は図９中のＣ−Ｃ線断面図である。内壁シールド２９に
形成された隙間２２の間隔ｄは１×１０-3ｍである。複
数の隙間２２によって分断されたほぼ扇形のシールド片
２９ａの重なり合う部分の長さｌ′は５×１０-3ｍであ
る。内壁シールド２９の厚さｔは１×１０-2ｍであるた
め、隣り合うシールド片２９ａ間の隙間の断面における
アンテナに垂直な平面での平均長さｌはｌ＝ｔ＋ｌ′＝
（１０＋５）×１０-3＝１５×１０-3(m) となるため、
最小隙間間隔ｄ0 は１．１×１０-4ｍとなり、この最小
隙間間隔ｄ0より隙間２２の間隔ｄは充分広いため、誘
導電界が真空中に発生し、電子が加速され、高密度プラ
ズマが生成する。このとき、隙間２２を通して誘電体窓
２７の内壁面を直視できない構造を有しているため、誘
電体窓２７にプラズマが回り込んで誘電体窓２７がスパ
ッタされても、スパッタで生じた粒子は基板１９に到達
せず、このため、ＳｉＯ2 膜のエッチング等において対
Ｓｉ選択比を低下させずにＳｉＯ2 膜をエッチングする
ことができる。FIG. 9 is a plan view of the inner wall shield 29, and FIG.
FIG. 10 is a sectional view taken along line CC in FIG. 9. The distance d between the gaps 22 formed in the inner wall shield 29 is 1 × 10 −3 m. The length l ′ of the overlapping portion of the substantially fan-shaped shield pieces 29a divided by the plurality of gaps 22 is 5 × 10 −3 m. Since the thickness t of the inner wall shield 29 is 1 × 10 -2 m, the average length l on the plane perpendicular to the antenna in the cross section of the gap between the adjacent shield pieces 29a is l = t + l '=
Since (10 + 5) × 10 -3 = 15 × 10 -3 (m),
The minimum gap distance d 0 is 1.1 × 10 −4 m, and the gap d of the gap 22 is sufficiently wider than this minimum gap distance d 0, so that an induction electric field is generated in vacuum, electrons are accelerated, and high-density plasma is generated. Is generated. At this time, since it has a structure that can not look directly into the inner wall surface of the dielectric window 2 7 through the gap 22, even if the dielectric window 2 7 flows around the plasma in the dielectric window 2 7 is sputtered, resulting in sputtering particles will not reach the substrate 19, this makes it possible to etch the SiO 2 film without decreasing the to-Si selectivity ratio in etching of SiO 2 film.
【００５０】上記の各実施例において、アンテナの構造
や巻数、内壁シールドの分割数または分断数は、前述し
た各実施例のものに限定はされない。ただし、アンテナ
の周方向長さに関しては、この長さが、分けられた内壁
シールドの一片の円周方向長さよりも短いと、内壁シー
ルドによりシールドされ、誘導電場はプラズマ発生空間
の内部に発生せず、プラズマが生じなくなる。このた
め、アンテナの周方向の長さは、内壁シールドのアンテ
ナ周方向に分断された部分の長さより長くする必要があ
る。また、内壁シールドには少なくとも１つ以上の隙間
がないと、内壁シールドに周方向電流が流れるため、放
電発生空間中に誘導電場が生じなくなり、プラズマが発
生しない。In each of the above-mentioned embodiments, the structure and number of turns of the antenna, and the number of divisions or divisions of the inner wall shield are not limited to those of the above-mentioned embodiments. However, regarding the circumferential length of the antenna, if this length is shorter than the circumferential length of one of the divided inner wall shields, it is shielded by the inner wall shield and the induction electric field is not generated inside the plasma generation space. No plasma is generated. Therefore, the length of the antenna in the circumferential direction needs to be longer than the length of the portion of the inner wall shield divided in the antenna circumferential direction. If there is at least one gap in the inner wall shield, a circumferential current flows in the inner wall shield, so that an induction electric field is not generated in the discharge generation space and plasma is not generated.
【００５１】内壁シールドの隙間の形状は上記の各実施
例で説明されたものに特に限定されないが、誘電体の内
壁が直視できない構造であることが望ましい。The shape of the gap of the inner wall shield is not particularly limited to the shape described in each of the above-mentioned embodiments, but it is desirable that the inner wall of the dielectric cannot be directly seen.
【００５２】また内壁シールドの材質は、上記実施例に
限定されるものでないが、Ｆラジカルを捕獲しやすい材
質を使うことが、Ｓｉに対してＳｉＯ2 膜の高選択エッ
チングが実現しやすい。内壁シールドや上板は特に加熱
する必要はないが、ＳｉＯ2膜の高選択エッチングを行
ったり、内壁シールドに付着する重合膜を抑制するのに
は、室温より高温にしておいた方がよい。この場合、特
にその温度が本実施例のように２００℃に限定されるも
のではない。Although the material of the inner wall shield is not limited to the above-mentioned embodiment, it is easy to realize high selective etching of the SiO 2 film with respect to Si by using a material which easily captures F radicals. It is not necessary to heat the inner wall shield and the upper plate, but it is preferable to keep the temperature higher than room temperature in order to perform highly selective etching of the SiO 2 film and suppress the polymerized film adhering to the inner wall shield. In this case, the temperature is not particularly limited to 200 ° C. as in this embodiment.
【００５３】[0053]
【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、少なくとも一部に誘電体で形成された壁部を有す
るプラズマ発生室の内側に特定条件を満たすシールド部
材を配置して誘電体壁部の内面を覆うように構成したた
め、プラズマ発生室における誘電体壁部の内面がスパッ
タされるのを防止し、またＦラジカルの発生を抑制でき
るため、ＳｉＯ2 膜をプラズマエッチングする場合に極
めて高選択なエッチングを実現することができる。As is apparent from the above description, according to the present invention, a shield member satisfying a specific condition is arranged inside a plasma generation chamber having a wall portion formed at least in part of a dielectric. since configured to cover the inner surface of the body wall portion, the inner surface of the dielectric wall portion is prevented from being sputtered in the plasma generating chamber, also because it can suppress the generation of F radicals, in the case of plasma etching a SiO 2 film It is possible to realize extremely highly selective etching.
【図１】本発明に係るプラズマ処理装置の一実施例であ
るＩＣＰエッチング装置の要部の概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a main part of an ICP etching apparatus which is an embodiment of a plasma processing apparatus according to the present invention.
【図２】内壁シールドの側面図である。FIG. 2 is a side view of an inner wall shield.
【図３】図２中のＡ−Ａ線断面図である。3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
【図４】内壁シールドの他の実施例を示す側面図であ
る。FIG. 4 is a side view showing another embodiment of the inner wall shield.
【図５】図４中のＢ−Ｂ線断面図である。5 is a sectional view taken along line BB in FIG.
【図６】本発明を適用したヘリコン波プラズマ源を示す
部分断面側面図である。FIG. 6 is a partial cross-sectional side view showing a helicon wave plasma source to which the present invention is applied.
【図７】内壁シールドの他の実施例を示す断面図であ
る。FIG. 7 is a sectional view showing another embodiment of the inner wall shield.
【図８】内壁シールドの他の実施例を示す平面状ＩＣＰ
エッチング装置の縦断面図である。FIG. 8 is a planar ICP showing another embodiment of the inner wall shield.
It is a longitudinal cross-sectional view of an etching apparatus.
【図９】平面状ＩＣＰエッチング装置の内壁シールドの
平面図である。FIG. 9 is a plan view of the inner wall shield of the planar ICP etching apparatus.
【図１０】図９中のＣ−Ｃ線断面図である。10 is a cross-sectional view taken along line CC of FIG.
【図１１】従来のヘリコン波プラズマ処理装置の縦断面
図である。FIG. 11 is a vertical cross-sectional view of a conventional helicon wave plasma processing apparatus.
【図１２】従来のＩＣＰによるプラズマ処理装置の縦断
面図である。FIG. 12 is a vertical cross-sectional view of a conventional plasma processing apparatus using ICP.
１１ プラズマ発生室 １２ 拡散チャンバ １３，２３，２８ アンテナ １４，２５，２９ 内壁シールド １４ａ シールド片 １４ｂ 重なり部 １５ 上壁 １８ 基板ホルダ １９ 基板 ２２ 隙間（不連続部分） ２４ コイル ２７ 誘電体窓 11 Plasma generation chamber 12 Diffusion chamber 13,23,28 antenna 14,25,29 Inner wall shield 14a shield piece 14b Overlap part 15 Upper wall 18 Board holder 19 board 22 Gap (Discontinuous part) 24 coils 27 Dielectric window
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23F 4/00 H01L 21/205 H05H 1/46 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/3065 C23F 4/00 H01L 21/205 H05H 1/46
Claims (10)
空容器を備え、前記壁部の外側に曲率のあるアンテナが
配置され、前記アンテナに高周波電力を供給して前記真
空容器内に導入されたガスをプラズマ化し、前記真空容
器内に配置された基板をプラズマ処理するプラズマ処理
装置において、 前記壁部の内側であって前記アンテナの近くに前記壁部
の内面を覆いかつ導電性を有する材料で作られたシール
ド部材を配置し、前記シールド部材は、前記アンテナで
高周波が流れる方向と同じ方向の長さが前記アンテナの
リング形線路長よりも短くなるように複数の隙間で分け
られ、この隙間の間隔は前記シールド部材で前記高周波
による誘導電流が流れないように設定され、かつ前記隙
間を通して前記壁部の内面を直視不能とする重なり部を
有することを特徴とするプラズマ処理装置。1. A vacuum container including a dielectric wall part at least in part, an antenna having a curvature is arranged outside the wall part, and high-frequency power is supplied to the antenna and introduced into the vacuum container. gas into plasma, and the plasma processing apparatus for plasma processing a substrate disposed in the vacuum container has an inner surface of the covering Ikatsu conductivity of the wall portion an inner of the wall portion in the vicinity of the antenna A shield member made of a material is arranged, and the shield member is provided with a plurality of shield members such that the length in the same direction as the high-frequency direction of the antenna is shorter than the ring-shaped line length of the antenna. It is divided by a gap , and this gap is separated by the shield member
The plasma processing apparatus is characterized in that it has an overlapping portion that is set so that the induced current due to the above does not flow, and that the inner surface of the wall portion cannot be directly viewed through the gap.
前記シールド部材は筒形部を有し、前記アンテナは前記
壁部の周方向に巻かれ、前記シールド部材に設けられた
前記複数の隙間は前記筒形部の周方向に配列され、か
つ、前記隙間の間隔ｄ(m) が、前記アンテナの曲率半径
をＲ(m) 、前記アンテナの線路の半径をｒ(m) 、互いに
隣り合うシールド片間の隙間のアンテナ線路に平行な平
面での平均長さをｌ(m) 、前記高周波の周波数をｆ(Hz)
とするとき、最小隙間間隔ｄ0 ＝8.77×１０-4Ｒｒｌｆ
2（log(８Ｒ／ｒ) −７／４）(m) よりも広いことを特
徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。2. The wall portion has a tubular shape, and the shield member has a tubular portion corresponding thereto, and the antenna is wound around the wall portion in the circumferential direction and provided on the shield member. The plurality of gaps are arranged in the circumferential direction of the cylindrical portion, and the gap d (m) between the gaps has a radius of curvature of the antenna of R (m) and a radius of a line of the antenna of r (m). , The average length of the gap between the shield pieces adjacent to each other on a plane parallel to the antenna line is l (m), and the frequency of the high frequency is f (Hz)
, The minimum gap distance d 0 = 8.77 × 10 −4 Rrlf
2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the plasma processing apparatus is wider than 2 (log (8R / r) -7/4) (m).
複数の隙間によって不連続に形成され、各シールド片の
周方向の長さが前記アンテナの周方向のリング形線路長
よりも短いことを特徴とする請求項２記載のプラズマ処
理装置。3. The cylindrical portion of the shield member is discontinuously formed by the plurality of gaps, and the circumferential length of each shield piece is shorter than the ring-shaped line length in the circumferential direction of the antenna. The plasma processing apparatus according to claim 2, wherein
る複数の前記シール片は、前記基板に対向する天井部と
して形成された上板に取り付けられることを特徴とする
請求項３記載のプラズマ処理装置。4. The plasma according to claim 3, wherein the plurality of sealing pieces forming the tubular portion of the shield member are attached to an upper plate formed as a ceiling portion facing the substrate. Processing equipment.
されることを特徴とする請求項４記載のプラズマ処理装
置。5. The plasma processing apparatus of claim 4, wherein the upper plate and the tubular portion are made of the same material.
度制御機構によって 前記シールド部材を少なくとも実質
的に２００℃に保持することを特徴とする請求項４また
は５記載のプラズマ処理装置。6. The temperature control mechanism is provided on the upper plate,
At least substantially by the degree control mechanism.
6. The plasma processing apparatus according to claim 4, wherein the plasma processing apparatus is maintained at 200 ° C.
て前記シールド部材は平板状に形成され、前記アンテナ
は前記壁部を含む面に平行でかつ曲率のある線路を有
し、前記シールド部材に設けられた前記複数の隙間は放
射状に配置され、かつ、前記隙間の間隔ｄ(m) が、前記
アンテナの曲率半径をＲ(m) 、前記アンテナの線路の半
径をｒ(m) 、互いに隣り合うシールド片間の隙間のアン
テナ線路に垂直な平面での平均長さをｌ(m) 、前記高周
波の周波数をｆ(Hz)とするとき、最小隙間間隔ｄ0 ＝8.
77×１０-4Ｒｒｌｆ2（log(８Ｒ／ｒ) −７／４）(m)
よりも広いことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処
理装置。7. The wall portion is flat, the shield member is formed in a flat plate shape correspondingly, and the antenna has a curved line parallel to a surface including the wall portion, The plurality of gaps provided in the shield member are radially arranged, and the gap d (m) between the gaps is such that the radius of curvature of the antenna is R (m) and the radius of the line of the antenna is r (m. ), Where the average length of the gap between adjacent shield pieces in a plane perpendicular to the antenna line is l (m) and the frequency of the high frequency is f (Hz), the minimum gap distance d 0 = 8.
77 × 10 −4 Rrlf 2 (log (8R / r) −7/4) (m)
The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the plasma processing apparatus is wider than the above.
されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に
記載のプラズマ処理装置。8. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the shield member is made of aluminum.
モルファスカーボン、熱分解カーボンのいずれかによっ
て形成されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか
１項に記載のプラズマ処理装置。9. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the shield member is made of graphite, amorphous carbon or pyrolytic carbon.
した導電性を有するシリコンによって形成されることを
特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のプラズ
マ処理装置。10. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the shield member is formed of conductive silicon doped with impurities.
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