(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ生成部に電界を発生するコイル状のアンテナと、
該コイル状のアンテナの給電部に２本の給電線を介して高周波電力を供給するための高周波電源と、
前記高周波電源と前記給電線の間にあって前記アンテナのインピーダンスを高周波電源の出力インピーダンスとマッチングさせるためのマッチングボックスと、
真空雰囲気を提供するために前記プラズマ生成部を取り囲む非導電性材料でできたチャンバと、
該チャンバ内に中性ガスを供給するガス供給装置と、
前記チャンバ内のガスを排気する排気装置と、
処理される半導体基板を置くための電極と、該電極に高周波電界を印加するための高周波電源を備え、
前記アンテナが発生する電界により電子を加速して前記中性ガスを衝突電離することにより前記プラズマ生成部にプラズマを発生させ前記半導体を処理する半導体処理装置において、
前記アンテナが前記チャンバの外側に周方向に巻かれた１ターンコイル状アンテナであり、
前記アンテナは、前記２本の給電線の１つに接続された第１の巻線と前記２本の給電線の他の１つに接続された第２の巻線を含み全体として１ターンの巻き線で構成されており、
前記第１の巻線は前記１ターンの全周を回るよりは短く、該全周に至るための周方向隙間を有限長残し、かつ、前記第２の巻線よりも長く、
前記第２の巻線は周方向に重なる部分が無く、かつ、前記第１の巻線の周方向隙間よりも長く、
該第１、第２の巻線は、前記アンテナの給電部付近で互いに周方向に重なることにより、該第１、第２の巻線の周方向の長さの合計が一周よりも長く、
前記１ターンの巻線が、前記チャンバの外側の同一平面内の半径方向内側の前記第１の巻線と、外側の前記第２の巻線とで構成されており、
前記第２の巻線は前記第１の巻線に比べて前記プラズマ生成部のプラズマから遠い位置にある
ことを特徴とする半導体処理装置。
【請求項２】
プラズマ生成部に電界を発生するコイル状の  アンテナと、該コイル状のアンテナの給電部に２本の給電線を介して高周波電力を供給するための高周波電源と、前記高周波電源と前記給電線の間にあって前記アンテナのインピーダンスを高周波電源の出力インピーダンスとマッチングさせるためのマッチングボックスと、真空雰囲気を提供するために前記プラズマ生成部を取り囲む非導電性材料でできたチャンバと、該チャンバ内に中性ガスを供給するガス供給装置と、前記チャンバ内のガスを排気する排気装置と、処理される半導体基板を置くための電極と、該電極に高周波電界を印加するための高周波電源を備え、前記アンテナが発生する電界により電子を加速して前記中性ガスを衝突電離することにより前記プラズマ生成部にプラズマを発生させ前記半導体を処理する半導体処理装置において、
前記アンテナが前記チャンバの外側に周方向に巻かれた１ターンコイル状アンテナであり、
前記アンテナは、前記２本の給電線の１つに接続された第１の巻線と前記２本の給電線の他の１つに接続された第２の巻線を含み全体として１ターンの巻き線で構成されており、
前記第１の巻線は前記１ターンの全周を回るよりは短く、該全周に至るための周方向隙間を有限長残し、かつ、前記第２の巻線よりも長く、
前記第２の巻線は周方向に重なる部分が無く、かつ、前記第１の巻線の周方向隙間よりも長く、
該第１、第２の巻線は、前記アンテナの給電部付近で互いに周方向に重なることにより、該第１、第２の巻線の周方向の長さの合計が一周よりも長く、
前記１ターンの巻線が、前記チャンバの高さ方向に低い位置の前記第１の巻線と、高い位置の前記第２の巻線とで構成されており、
前記第１の巻線は前記第２の巻線に比べて前記半導体基板に対して低い位置にプラズマを生成する
ことを特徴とする半導体処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナに高周波電界を供給して電界を発生させ、その電界によりプラズマを発生し、そのプラズマにより基板のエッチングや薄膜形成等の表面処理を行う半導体処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コイル状のアンテナに高周波電流を流し、その誘導電界によってプラズマを生成する半導体処理装置において、アンテナには給電線があるために生成するプラズマは完全に軸対称とならず、偏りができ、ウェハを均一に処理できなくなる。
【０００３】
図２は従来の一般的な１ターンコイル状アンテナの構造を示す斜視図である。
絶縁物でできたチャンバ２の外側には、コイル状のアンテナ１を設けてそのアンテナに高周波電流を流すことでチャンバ内部にプラズマを生成する。そのアンテナには二本の給電線９によって電流が流されるが、この給電線間には数ｋVに及ぶ高電圧が発生している。このことから給電線間を絶縁する必要があり給電線間には数ｃｍ程度の隙間３０ができてしまう。周方向に流れる電流が作る電界によってプラズマは生成しているので、給電線間の隙間がある分、給電線付近で生成するプラズマの密度は低くなり、プラズマに偏りができる。
【０００４】
この問題を解決するために、特開平７−３２６４９４号公報に記載されているように、半球型のチャンバの外側に数十ターンのコイル状のアンテナを巻き付けた半導体処理装置について記載されている。アンテナのターン数を増やすと、生成するプラズマの軸対称性は良くなるが、アンテナのインダクタンスが大きくなるために、アンテナに流す高周波電流の周波数を低くしなければ高周波電源とアンテナ間のインピーダンス整合をとることができなくなってしまう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、誘導プラズマにおいて、コイル状アンテナの給電部では、実効的な周方向の巻線が短くなっていることにより、生成されるプラズマが弱くなり、プラズマ分布が偏ってしまう。
【０００６】
特に、１ＭＨｚ以上の周波数帯ではアンテナは数ターン程度にする必要があり、ターン数を増やして軸対称性をよくする方法は使えない。
【０００７】
また、アンテナのターン数を増やすと、装置の構造が複雑になりメンテナンス性等が悪化する。
【０００８】
本発明は、周波数が１MHｚ程度以上領域においても軸対称性の優れたプラズマを生成可能とし、ウェハの均一処理を可能とすることを第一の目的としている。
【０００９】
本発明の第二の目的は、アンテナのターン数を少なくすることで、装置構成を簡素化することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、プラズマ生成部に電界を発生するコイル状のアンテナと、高周波電力を供給するための高周波電源と、前記アンテナのインピーダンスを高周波電源の出力インピーダンスとマッチングをとるためのマッチングボックスと、真空雰囲気を提供するためにプラズマ生成部を取り囲む非導電性材料でできたチャンバと、該チャンバ内に中性ガスを供給するガス供給装置と、前記チャンバ内のガスを排気する排気装置と、処理される半導体基板を置くための電極と、該電極に高周波電界を印加するための高周波電源を備え、前記アンテナが発生する電界により電子を加速して中性ガスを衝突電離することによりプラズマを発生させ半導体を処理する半導体処理装置において、前記アンテナの各ターンが２本の周方向に巻かれた巻線によって構成され、その巻線の周方向の長さの合計が一周よりも長く、その２重となる部分がアンテナ給電部付近となることを特徴とする。
【００１１】
前記第一の目的を達成するために、本発明では、前記プラズマの偏りをなくすために、給電部付近の周方向電流を増やして軸対称性を向上させるものである。
【００１２】
さらに本発明のアンテナ構造を用いて数ターンのアンテナを構成することも可能である。
【００１３】
また、上記構造のアンテナを用いることで１ターンもしくは数ターンのアンテナで軸対称性に優れたプラズマを生成可能となるので、アンテナの構造が簡素化でき、本発明第二の目的を達成できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を説明する。図１に、本発明を用いた半導体処理装置の第一の実施例を示す。この装置では、ガス供給装置４より絶縁材料でできたチャンバ２中に原料ガスを供給し、そのガスをコイル状のアンテナ１により発生する電界によってプラズマ６を生成している。ガスはプラズマ生成した後に、排気装置７により排気される。高周波電源１０により発生した１３．５６ＭＨz、２７．１２MＨｚ、４０．６８MHｚ等のHF帯や更に周波数が高いVHF帯等の１ＭＨｚ以上の高周波を用いて、アンテナ１によりプラズマ生成用の電界を得ているが、電力の反射を押さえるためにマッチングボックス３を用いてアンテナのインピーダンスを高周波電源１０の出力インピーダンスに一致させている。処理される半導体ウエハ１３は、電極５上に置かれ、プラズマ６中に存在するイオンをウエハ１３上に引き込むために、電極５には高周波電源１２により振動電圧を印加して半導体を処理する。
【００１５】
本実施例では、課題を解決するための手段のところで説明したアンテナの構造をそのまま用いており、図３にその斜視図を示す。図３は、１ターンコイル状アンテナの構造を示す斜視図である。このアンテナでは、内側に巻かれた巻線２０ａと外側に巻かれた巻線２０ｂとによって構成され、外側に巻かれた巻線２０ｂの分だけ図２に示したアンテナよりも巻線の周方向の長さが長くなっている。この巻線２０ｂによって給電部付近の周方向電流が増加されて、生成するプラズマの軸対称性を向上することができる。巻線２０ｂの長さとしては、巻線２０ｂは巻線２０aよりもプラズマに遠い位置にあるため、隙間３０よりも長く巻く必要がある。
【００１６】
このように図３に示した構造のアンテナを用いることで１ターンのコイル状のアンテナでも軸対称性の優れたプラズマを生成可能となり本発明第一の目的を達成できる。
【００１７】
このアンテナでは、内側に巻かれた巻線２０ａと外側に巻かれた巻線２０ｂとによって成り立っており、両方の巻線は同一平面上に存在する。巻線２０ｂによって給電部付近の周方向電流が増加されて、生成するプラズマの軸対称性を向上することができる。巻線２０ｂの長さとしては、巻線２０ｂは巻線２０aよりもプラズマに遠い位置にあるため、隙間３０よりも長く巻く必要がある。
【００１８】
本発明第二の実施例を図４にしたがって説明する。図４は、本実施例を示す斜視図である。図には半導体処理装置のアンテナ１とチャンバ２のみを示している。本実施例の構成は、第一の実施例と概略同じであるが、コイル状のアンテナ１が本実施例では２ターンとなっている。各ターンの構造は第一の実施例と同様な構造となっており、内側に巻かれた巻線２０ａと外側に巻かれた巻線２０ｂによって各ターンが構成されている。また、巻線２０ｂの長さとして、巻線２０ｂは巻線２０aよりもプラズマに遠い位置にあるため、隙間３０よりも長く巻く必要がある。
【００１９】
プラズマ生成に用いる高周波電源の周波数が数ＭＨｚ程度まで低い場合には、アンテナのターン数を３ターン以上にしなければインピーダンスマッチングが取れなくなることがあるが、本実施例と同様な構成で３ターン以上に対応できる。
【００２０】
本発明第三の実施例を図５にしたがって説明する。図５は、本実施例を示す斜視図である。図には半導体処理装置のアンテナ１とチャンバ２のみを示している。本実施例の構成は、第一の実施例と概略同じであるが、コイル状のアンテナの構造が異なっている。
【００２１】
本実施例では周方向に巻かれる巻線が等しい半径であり、高さ方向に低い位置に巻線２０ａ、高い位置に巻線２０ｂが巻かれる。高さ方向に高い位置に置かれた巻線が生成するプラズマはチャンバの高い位置で生成し、低い位置に置かれた巻線は低い位置にプラズマを生成する。高い位置で生成したプラズマは処理するウェハ上に達するまでに低い位置で生成したプラズマと比較して大きく減衰する。このことから、低い位置に巻かれた巻線２０aの隙間３０が生成しなかった分を巻線２０ｂで代わりに補うことで軸対称性を向上しているので、巻線２０ｂは隙間３０より長くする必要がある。
【００２２】
また、巻線２０ｂを巻線２０aよりも低い位置に巻いた場合は、逆に巻線２０ｂは隙間３０よりも短くする必要がある。
【００２３】
本発明の第四の実施例を図６にしたがって説明する。図６は、本実施例を示す断面図である。本実施例の構成は、第一の実施例と概略同じであるが、アンテナ１とチャンバ２の間にファラデーシールド８を設置していることが異なっている。
【００２４】
本発明では、誘導的なアンテナが作る周方向の電界について軸対称性を向上するようにしているが、ファラデーシールドが無いと、アンテナとプラズマとの間に容量的な放電が起き、その放電はマッチングボックスから給電線によって給電された部分で強くおきる。よって高精度で軸対称性のよいプラズマを生成する場合にはファラデーシールドは必須である。
【００２５】
本実施例においては、アンテナの構造は、実施例１乃至３のどれでもよく、同様の効果が期待できる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、数ターンのコイル状アンテナを用いることで、軸対称性の高いプラズマが得ることができるので、装置が簡素化される。また、アンテナのインダクタンスが小さくできるので、１ＭＨｚ以上の高い周波数帯においても運転可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す断面図である。
【図２】本発明を説明するために用いた半導体処理装置の斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施例を示す斜視図である。
【図４】本発明の第２の実施例を示す斜視図である。
【図５】本発明の第３の実施例を示す斜視図である。
【図６】本発明の第４の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１……アンテナ、２……チャンバ、３……マッチングボックス、４……ガス供給装置、５……電極、６……プラズマ、７……ガス排気装置、８……ファラデーシールド、９……給電線、１０……高周波電源、１２……高周波電源、１３……ウエハー、２０ａ……巻線、２０ｂ……巻線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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