JP3146171B2 - Plasma processing method and apparatus - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ドライエッチン
グ、スパッタリング、プラズマCVD等のプラズマ処理
方法及び装置に関し、特に高周波誘導方式のプラズマ処
理方法及び装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing method and apparatus such as dry etching, sputtering, and plasma CVD, and more particularly to a high-frequency induction type plasma processing method and apparatus.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、半導体素子の微細化に対応して、
ドライエッチング技術においては高アスペクト比の加工
等を実現するために、またプラズマCVD技術において
は高アスペクト比の埋め込み等を実現するために、より
高真空でプラズマ処理を行うことが求められている。例
えば、ドライエッチングの場合においては、高真空にお
いて高密度プラズマを発生させると、基板表面に形成さ
れるイオンシース中でイオンが中性ガス粒子等と衝突す
る確率が小さくなるために、イオンの方向性が基板に向
かって揃い、また電離度が高いために基板に到達するイ
オン対中性ラジカルの入射粒子束の比が大きくなる。し
たがって、エッチング異方性が高められ、高アスペクト
比の加工が可能となる。また、プラズマCVDの場合に
おいては、高真空において高密度プラズマを発生させる
と、イオンによるスパッタリング効果によって微細パタ
ーンの埋め込み・平坦化作用が得られ、高アスペクト比
の埋め込みが可能になる。2. Description of the Related Art In recent years, in response to miniaturization of semiconductor devices,
In dry etching technology, in order to realize processing with a high aspect ratio, etc., and in plasma CVD technology, in order to realize embedding with a high aspect ratio, plasma processing in a higher vacuum is required. For example, in the case of dry etching, when high-density plasma is generated in a high vacuum, the probability that ions collide with neutral gas particles or the like in an ion sheath formed on the substrate surface decreases, and the direction of the ions is reduced. The properties are aligned toward the substrate and the ionization degree is high, so that the ratio of the ion flux reaching the substrate to the incident particle flux of the neutral radical is increased. Therefore, the etching anisotropy is enhanced, and processing with a high aspect ratio becomes possible. In the case of plasma CVD, when high-density plasma is generated in a high vacuum, a fine pattern is buried and flattened by the sputtering effect of ions, and burying with a high aspect ratio becomes possible.
【0003】高真空において高密度プラズマを発生させ
ることができるプラズマ処理装置の1つとして、コイル
に高周波電圧を印加することによって真空室内にプラズ
マを発生させる高周波誘導方式のプラズマ処理装置があ
る。この方式のプラズマ処理装置は、真空室内に高周波
磁界を発生させ、その高周波磁界によって真空室内に誘
導電界を発生させて電子の加速を行い、プラズマを発生
させるもので、コイル電流を大きくすれば高真空におい
ても高密度プラズマを発生することができ、十分な処理
速度を得ることができる。As one of plasma processing apparatuses capable of generating high-density plasma in a high vacuum, there is a high-frequency induction type plasma processing apparatus that generates plasma in a vacuum chamber by applying a high-frequency voltage to a coil. This type of plasma processing apparatus generates a high-frequency magnetic field in a vacuum chamber, generates an induced electric field in the vacuum chamber by the high-frequency magnetic field, accelerates electrons, and generates plasma. High-density plasma can be generated even in a vacuum, and a sufficient processing speed can be obtained.
【0004】従来の高周波誘導方式のプラズマ処理装置
の一例を図6及び図7に示す。図6において、真空室1
内にガス供給手段2から適当なガスを導入しつつポンプ
3により排気を行い、真空室1内を適当な圧力に保ちな
がら、コイル用高周波電源4により高周波電力を、誘電
板5に沿って配置されたコイル6に供給すると、真空室
1内にプラズマが発生し、電極7上に載置された基板8
に対してエッチング、堆積、表面改質等のプラズマ処理
を行うことができる。このとき、図6に示すように、電
極7にも電極用高周波電源13により高周波電力を供給
することで、基板8に到達するイオンエネルギーを制御
することができる。また、図7に示すように、コイルは
多重の渦形で構成されている。FIGS. 6 and 7 show an example of a conventional high frequency induction type plasma processing apparatus. In FIG. 6, the vacuum chamber 1
The pump 3 is evacuated while introducing an appropriate gas from the gas supply means 2 into the inside, and high-frequency power is arranged along the dielectric plate 5 by the high-frequency power source 4 for the coil while maintaining the inside of the vacuum chamber 1 at an appropriate pressure. When supplied to the coil 6, the plasma is generated in the vacuum chamber 1 and the substrate 8 placed on the electrode 7
Can be subjected to plasma processing such as etching, deposition, and surface modification. At this time, as shown in FIG. 6, by supplying high-frequency power to the electrode 7 from the electrode high-frequency power supply 13, the ion energy reaching the substrate 8 can be controlled. Further, as shown in FIG. 7, the coil is formed in a multiple spiral shape.
【0005】また、図6に示すように、抵抗加熱ヒータ
ー9を備えており、抵抗加熱ヒーター9に電流を供給す
るためのヒーター電源12に接続されている。抵抗加熱
ヒーター9は、発熱体100と、これを挟み込む薄い断
熱材から構成されている。図8に、従来の抵抗加熱ヒー
ターを構成する発熱体100の平面図を示す。図8に示
すように、発熱体100は、誘電板5の中心部を除くほ
ぼ全面にわたってほぼ均等に敷設されている。発熱体1
00が誘電板5の中心部を除くほぼ全面にわたってほぼ
均等に敷設されているのは、誘電板5を均一に加熱する
ためであり、このように構成した場合には本発明者らの
測定では、200℃±5℃と極めて均熱性に優れた加熱
ができることが確かめられている。誘電板5を加熱する
ことにより、加熱を行わない場合に比較して、誘電板5
へ堆積する薄膜の膜厚を著しく小さくすることができ、
また、その膜質を緻密にすることができるため、ダスト
の発生が抑制される。誘電板5のメンテナンス頻度も著
しく小さくなる。また、処理を重ねていった際も、堆積
膜の膜厚変化は小さく、かつ誘電板5の温度は高温に保
たれているため、ラジカル等真空室内の粒子の誘電板表
面に対する吸着率は低いままで大きくは変化しない。し
たがって、真空室1内の雰囲気、すなわち反応種の分圧
は安定し、再現性に優れたプラズマ処理を行うことがで
きる。Further, as shown in FIG. 6, a resistance heater 9 is provided and connected to a heater power supply 12 for supplying a current to the resistance heater 9. The resistance heater 9 includes a heating element 100 and a thin heat insulating material sandwiching the heating element 100. FIG. 8 shows a plan view of a heating element 100 constituting a conventional resistance heater. As shown in FIG. 8, the heating element 100 is laid almost uniformly over substantially the entire surface of the dielectric plate 5 except for the central portion. Heating element 1
The reason why 00 is laid almost uniformly over almost the entire surface except for the central portion of the dielectric plate 5 is to heat the dielectric plate 5 uniformly. , 200 ° C. ± 5 ° C., it has been confirmed that heating can be performed with extremely excellent soaking properties. By heating the dielectric plate 5, the dielectric plate 5
The thickness of the thin film deposited on the substrate can be significantly reduced,
Further, since the film quality can be made dense, generation of dust is suppressed. The maintenance frequency of the dielectric plate 5 is also significantly reduced. Further, even when the processing is repeated, the change in the thickness of the deposited film is small and the temperature of the dielectric plate 5 is kept at a high temperature. It has not changed much. Therefore, the atmosphere in the vacuum chamber 1, that is, the partial pressure of the reactive species is stable, and plasma processing with excellent reproducibility can be performed.
【0006】さらに、図6に示すプラズマ処理装置で
は、発熱体100がファラデーシールドとして作用し、
コイル6とプラズマとの静電的な結合を弱めるため、誘
電板5の真空側が大きく負に帯電するのを防止すること
ができる。したがって、プラズマ中の正イオンが誘電板
5に向かって高速で衝突することによる誘電板5のスパ
ッタリングを防止することができ、誘電板5の寿命が伸
び、また、誘電板5を構成する物質による基板の汚染を
防止することができる。なお、ファラデーシールドの効
果は、Leonard J. Mahoney et. al.,“Electron−densi
ty and energy distributions in a planar inductivel
y coupled discharde", J. Appl. Phys. 76(4),1994 に
述べられている。Further, in the plasma processing apparatus shown in FIG. 6, the heating element 100 acts as a Faraday shield,
Since the electrostatic coupling between the coil 6 and the plasma is weakened, it is possible to prevent the vacuum side of the dielectric plate 5 from being largely negatively charged. Therefore, the sputtering of the dielectric plate 5 due to the collision of the positive ions in the plasma toward the dielectric plate 5 at high speed can be prevented, the life of the dielectric plate 5 can be extended, and the dielectric material 5 can be used. Substrate contamination can be prevented. The effect of the Faraday shield is described in Leonard J. Mahoney et. Al., “Electron-densi
ty and energy distributions in a planar inductivel
y coupled discharde ", J. Appl. Phys. 76 (4), 1994.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図6〜
図8に示した従来の方式では、発熱体が誘電板の中心部
を除くほぼ全面にわたってほぼ均等に敷設されているた
め、誘電板の中心部にはファラデーシールドの効果が作
用せず、誘電板の中心部の真空側がスパッタリングされ
てしまい、誘電板の寿命が短く、また、誘電板を構成す
る物質による基板の汚染が発生するという問題点があっ
た。この問題を回避するため、仮に発熱体を誘電板の中
心部を含むほぼ全面にわたってほぼ均等に敷設すると、
誘電板の中心部の温度がその他の部分に比べて高温にな
り、加熱の均一性が損なわれてしまうという問題が生じ
る。本発明は、上記従来の問題点に鑑み、誘電板を均熱
性良く加熱でき、かつ、誘電板の中心部のスパッタリン
グを防止できるプラズマ処理方法及び装置を提供するこ
とを目的としている。[0006] However, FIGS.
In the conventional method shown in FIG. 8, since the heating element is laid almost uniformly over almost the entire surface except for the center of the dielectric plate, the effect of the Faraday shield does not act on the center of the dielectric plate. However, there is a problem that the vacuum side of the center portion is sputtered, the life of the dielectric plate is short, and the substrate constituting the dielectric plate is contaminated. In order to avoid this problem, if the heating element is laid almost uniformly over almost the entire surface including the center of the dielectric plate,
The temperature of the central portion of the dielectric plate becomes higher than that of the other portions, causing a problem that the uniformity of heating is impaired. An object of the present invention is to provide a plasma processing method and apparatus capable of heating a dielectric plate with good thermal uniformity and preventing sputtering at the center of the dielectric plate in view of the above-mentioned conventional problems.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は以下のように構成している。本発明の第1
態様にかかるプラズマ処理方法によれば、真空室内にガ
スを供給しつつ上記真空室内を排気し、上記真空室内を
所定の圧力に制御しながら、誘電板に沿って配置された
コイルに高周波電力を供給することにより、上記真空室
内にプラズマを発生させて上記真空室内の電極に載置さ
れた基板を処理するプラズマ処理方法において、上記誘
電体の全面積の5〜20%である中心部以外が発熱する
ヒーターによって上記誘電板が加熱され、かつ上記中心
部においてファラデーシールドにより上記コイルと上記
プラズマとの静電的な結合が弱められた状態でプラズマ
を発生させた状態で、上記基板を処理する。本発明の第
2態様にかかるプラズマ処理方法によれば、第1態様に
おいて、上記電極に高周波電力を供給するようにするこ
ともできる。In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows. First of the present invention
According to the plasma processing method according to the aspect, the vacuum chamber is evacuated while supplying gas into the vacuum chamber, and while controlling the vacuum chamber to a predetermined pressure, high-frequency power is supplied to a coil disposed along the dielectric plate. In the plasma processing method of generating plasma in the vacuum chamber by supplying and processing a substrate mounted on an electrode in the vacuum chamber, a part other than the central part which is 5 to 20% of the entire area of the dielectric is provided. The substrate is processed in a state in which the dielectric plate is heated by the heater that generates heat and plasma is generated in a state where the electrostatic coupling between the coil and the plasma is weakened by the Faraday shield at the center portion. . According to the plasma processing method according to the second aspect of the present invention, in the first aspect, high-frequency power can be supplied to the electrode.
【0009】本発明の第3態様にかかるプラズマ処理装
置によれば、真空室内にガスを供給する手段と、上記真
空室内を排気する手段と、上記真空室内に基板を載置す
るための電極と、上記真空室内にプラズマを発生させる
ためのコイルと、上記コイルが配置された誘電板と、上
記コイルに高周波電力を供給する手段と、上記誘電板を
加熱する抵抗加熱ヒーターと、上記抵抗加熱ヒーターに
電流を供給するためのヒーター電源とを備えたプラズマ
処理装置において、上記抵抗加熱ヒーターの発熱体が上
記誘電板の全面積の5〜20%である中心部付近を含む
ほぼ全面にわたってほぼ均等に敷設され、かつ上記誘電
板の中心部付近の上記発熱体に上記ヒーター電源からの
電流が流れないように構成されている。According to the plasma processing apparatus of the third aspect of the present invention, there are provided means for supplying a gas into the vacuum chamber, means for evacuating the vacuum chamber, and an electrode for mounting a substrate in the vacuum chamber. A coil for generating plasma in the vacuum chamber, a dielectric plate on which the coil is disposed, a unit for supplying high-frequency power to the coil, a resistance heater for heating the dielectric plate, and the resistance heater And a heater power supply for supplying current to the dielectric plate, wherein the heating element of the resistance heater is substantially evenly distributed over substantially the entire surface including the central portion which is 5 to 20% of the entire area of the dielectric plate. The heater is arranged so as to prevent current from flowing from the heater power supply to the heating element near the center of the dielectric plate.
【0010】本発明の第4態様にかかるプラズマ処理装
置によれば、真空室内にガスを供給する手段と、上記真
空室内を排気する手段と、上記真空室内に基板を載置す
るための電極と、上記真空室内にプラズマを発生させる
ためのコイルと、上記コイルが配置された誘電板と、上
記コイルに高周波電力を供給する手段と、上記誘電板を
加熱する抵抗加熱ヒーターと、上記抵抗加熱ヒーターに
電流を供給するためのヒーター電源とを備えたプラズマ
処理装置において、上記抵抗加熱ヒーターの発熱体が上
記誘電板の全面積の5〜20%である中心部付近を除く
ほぼ全面にわたってほぼ均等に敷設され、かつ上記誘電
板の中心部付近に敷設された低抵抗導線が上記抵抗加熱
ヒーターの上記発熱体に接続されている。本発明の第5
態様にかかるプラズマ処理装置によれば、第3又は4態
様において、上記電極に高周波電力を供給する手段を備
えるようにすることもできる。本発明の第6態様にかか
るプラズマ処理装置によれば、第3〜5のいずれかの態
様において、上記コイルの一部または全部が多重の渦形
であるようにすることもできる。According to the plasma processing apparatus of the fourth aspect of the present invention, there are provided means for supplying a gas into the vacuum chamber, means for evacuating the vacuum chamber, and an electrode for mounting a substrate in the vacuum chamber. A coil for generating plasma in the vacuum chamber, a dielectric plate on which the coil is disposed, a unit for supplying high-frequency power to the coil, a resistance heater for heating the dielectric plate, and the resistance heater And a heater power supply for supplying a current to the dielectric plate, wherein the heating element of the resistance heater is substantially uniformly distributed over substantially the entire surface except for the vicinity of the center, which is 5 to 20% of the total area of the dielectric plate. A low resistance conductor laid and laid near the center of the dielectric plate is connected to the heating element of the resistance heater. The fifth of the present invention
According to the plasma processing apparatus according to the aspect, in the third or fourth aspect, a means for supplying high-frequency power to the electrode can be provided. According to the plasma processing apparatus of the sixth aspect of the present invention, in any one of the third to fifth aspects, a part or all of the coil may have a multiple spiral shape.
【0011】[0011]
【発明の効果】本発明の上記態様にかかるプラズマ処理
方法によれば、真空室内にガスを供給しつつ真空室内を
排気し、真空室内を所定の圧力に制御しながら、誘電板
に沿って配置されたコイルに高周波電力を供給すること
により、真空室内にプラズマを発生させて、真空室内の
電極に載置された基板を処理するプラズマ処理方法にお
いて、中心部以外が発熱するヒーターによって誘電板が
加熱され、かつ中心部においてファラデーシールドによ
りコイルとプラズマとの静電的な結合が弱められた状態
でプラズマを発生させた状態で、基板を処理するため、
誘電板を均熱性良く加熱でき、かつ、誘電板の中心付近
のスパッタリングを防止できる。また、本発明の上記態
様にかかるプラズマ処理装置によれば、真空室内にガス
を供給する手段と、真空室内を排気する手段と、真空室
内に基板を載置するための電極と、真空室内にプラズマ
を発生させるためのコイルと、コイルが配置された誘電
板と、コイルに高周波電力を供給する手段と、誘電板を
加熱するための抵抗加熱ヒーターと、抵抗加熱ヒーター
に電流を供給するためのヒーター電源を備えたプラズマ
処理装置において、抵抗加熱ヒーターの発熱体が誘電板
の中心付近を含むほぼ全面にわたってほぼ均等に敷設さ
れ、かつ誘電板の中心付近の発熱体にヒーター電源から
の電流が流れないように構成されているため、誘電板を
均熱性良く加熱でき、かつ、誘電板の中心付近のスパッ
タリングを防止できる。According to the plasma processing method according to the above aspect of the present invention, the vacuum chamber is evacuated while supplying gas into the vacuum chamber, and is arranged along the dielectric plate while controlling the vacuum chamber to a predetermined pressure. In the plasma processing method of generating plasma in the vacuum chamber by supplying high-frequency power to the coil and processing the substrate mounted on the electrodes in the vacuum chamber, the dielectric plate is heated by a heater that generates heat except at the center. In order to process the substrate in a state where the plasma is generated in a state where the coil is heated and the electrostatic coupling between the coil and the plasma is weakened by the Faraday shield at the center,
The dielectric plate can be heated with good uniformity, and sputtering near the center of the dielectric plate can be prevented. According to the plasma processing apparatus of the above aspect of the present invention, a means for supplying a gas into the vacuum chamber, a means for evacuating the vacuum chamber, an electrode for mounting a substrate in the vacuum chamber, A coil for generating plasma, a dielectric plate on which the coil is arranged, means for supplying high-frequency power to the coil, a resistance heater for heating the dielectric plate, and a current supply for supplying current to the resistance heater. In a plasma processing apparatus equipped with a heater power supply, the heating element of the resistance heater is laid almost evenly over almost the entire surface including the center of the dielectric plate, and current flows from the heater power supply to the heating element near the center of the dielectric plate. As a result, the dielectric plate can be heated with good thermal uniformity, and sputtering near the center of the dielectric plate can be prevented.
【0012】また、本発明の上記態様にかかるプラズマ
処理装置によれば、真空室内にガスの供給する手段と、
真空室内を排気する手段と、真空室内に基板を載置する
ための電極と、真空室内にプラズマを発生させるための
コイルと、コイルが配置された誘電板と、コイルに高周
波電力を供給する手段と、誘電板を加熱するための抵抗
加熱ヒーターと、抵抗加熱ヒーターに電流を供給するた
めのヒーター電源を備えたプラズマ処理装置において、
抵抗加熱ヒーターの発熱体が誘電板の中心付近を除くほ
ぼ全面にわたってほぼ均等に敷設され、かつ誘電板の中
心付近に敷設された低抵抗導線が抵抗加熱ヒーターの発
熱体に接続されているため、誘電板を均熱性良く加熱で
き、かつ、誘電板の中心付近のスパッタリングを防止で
きる。また、これらの装置において、コイルの一部また
は全部が多重の渦形であれば、渦形コイルのインダクタ
ンスが極めて小さくなるため、マッチング特性にすぐれ
たプラズマ処理装置を提供することができる。なお、多
重の渦形コイルの効果については、T. Okumura and I.
Nakayama,“New inductively coupled plasmasource us
ing a multispiral coil", Rev. Sci. Instrum. 66(1
1), 1995 に詳しく述べられている。Further, according to the plasma processing apparatus according to the above aspect of the present invention, means for supplying gas into the vacuum chamber,
Means for evacuating the vacuum chamber, an electrode for mounting a substrate in the vacuum chamber, a coil for generating plasma in the vacuum chamber, a dielectric plate in which the coil is disposed, and means for supplying high-frequency power to the coil And, in a plasma processing apparatus having a heater power supply for supplying a current to the resistance heater and a resistance heater for heating the dielectric plate,
Since the heating element of the resistance heater is laid almost uniformly over almost the entire surface except for the center of the dielectric plate, and the low resistance conductor laid near the center of the dielectric plate is connected to the heating element of the resistance heater, The dielectric plate can be heated with good uniformity, and sputtering near the center of the dielectric plate can be prevented. In these devices, if a part or all of the coil has a multiple spiral shape, the inductance of the spiral coil becomes extremely small, so that a plasma processing device having excellent matching characteristics can be provided. Regarding the effect of multiple spiral coils, see T. Okumura and I.
Nakayama, “New inductively coupled plasmasource us
ing a multispiral coil ", Rev. Sci. Instrum. 66 (1
1), 1995.
【0013】[0013]
【発明の実施の形態】以下に、本発明の種々の実施形態
にかかるプラズマ処理方法及び装置について説明する。
なお、発熱体10以外の構造については図6,7の従来
の装置と同様であるため、説明は省略する。以下、本発
明の第1実施形態について、図1を参照して説明する。
図1に、本発明の第1実施形態にかかるプラズマ処理装
置において用いた抵抗加熱ヒーター9を構成する発熱体
10の平面図を示す。図1に示すように、発熱体10
が、誘電板5の中心部を含むほぼ全面にわたってほぼ均
等に敷設され、かつ誘電板5の中心付近に配置されてい
る発熱体10の中心部10aにはヒーター電源12から
の電流が流れないように構成されている。すなわち、発
熱体10には図中に矢印で示すように電流が流れるが、
誘電板5の中心付近に配置されている発熱体10の中心
部10aは、その先端が開放されているため、電流が流
れない。したがって、発熱体10の中心部10aは誘電
板5の中心付近では発熱しない。ここで、上記発熱体1
0の中心部10aとは、熱の逃げる場が無く、他の部分
(例えば中心部を取り巻く周囲部分)より少ない発熱で
も均熱性が保たれる部分のことを指す。言い換えれば、
中心部10aとは、誘電板5の均熱性を良くするため
に、中央部分の温度が上がり過ぎるのを防止するために
中央部分の発熱体10が発熱しないようにするための部
分である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a plasma processing method and apparatus according to various embodiments of the present invention will be described.
The structure other than the heating element 10 is the same as that of the conventional device shown in FIGS. Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 shows a plan view of a heating element 10 constituting a resistance heater 9 used in the plasma processing apparatus according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG.
However, the current from the heater power supply 12 does not flow to the center 10a of the heating element 10 which is laid almost uniformly over substantially the entire surface including the center of the dielectric plate 5 and is arranged near the center of the dielectric plate 5. Is configured. That is, although a current flows through the heating element 10 as shown by an arrow in the figure,
The central portion 10a of the heating element 10 arranged near the center of the dielectric plate 5 has no open end, so that no current flows. Therefore, the central portion 10a of the heating element 10 does not generate heat near the center of the dielectric plate 5. Here, the heating element 1
The center portion 10a of 0 refers to a portion where there is no place for heat to escape, and the uniformity is maintained even with less heat generation than other portions (for example, a surrounding portion surrounding the center portion). In other words,
The central portion 10a is a portion for preventing the heat generating element 10 in the central portion from generating heat in order to improve the temperature uniformity of the dielectric plate 5 and to prevent the temperature in the central portion from rising excessively.
【0014】一例として、直径350mm、厚さ25m
mの石英の誘電体5において、発熱体10の中心部10
aを誘電体5の全面積(円形又は矩形等の誘電体5にお
ける発熱体10に対向する表面の全面積)の5%とした
とき、誘電体5においては、上記発熱体10の中心部1
0aに対応する部分が210℃、外周端部が200℃と
なる。また、発熱体10の中心部10aを誘電体5の全
面積の10%としたとき、中心部10aに対応する部分
が200℃、外周端部が200℃となる。さらに、発熱
体10の中心部10aを誘電体5の全面積の20%とし
たとき、中心部10aに対応する部分が190℃、外周
端部が200℃となる。従って、一例としては、誘電体
5の全面積の5〜20%を発熱体10の中心部10aと
するのが好ましい。さらに、図1に示す発熱体10を用
いることにより、誘電体5の中心付近においても、発熱
体10の中心部10aがファラデーシールドとして作用
し、コイル6とプラズマとの静電的な結合を弱めるた
め、誘電板5の真空側が大きく負に帯電するのを防止す
ることができ、プラズマ中の正イオンが誘電板5に向か
って高速で衝突することによる誘電板5のスパッタリン
グを防止することができる。なお、この第1実施形態に
おいて、具体的には図示しないが、発熱体10の中心部
10aの一部を開放にさせる代わりに、閉じたものと
し、かつ、中心部10aのヒータの幅を他の部分の幅よ
りも十分に大きくして抵抗を低くし、実質的に開放した
のと同様な効果を奏するようにしてもよい。As an example, a diameter of 350 mm and a thickness of 25 m
m of the dielectric 5 made of quartz,
When a is 5% of the entire area of the dielectric 5 (the entire area of the surface of the dielectric 5 such as a circle or a rectangle facing the heating element 10), in the dielectric 5, the center 1 of the heating element 10
The portion corresponding to 0a is 210 ° C., and the outer peripheral end is 200 ° C. When the central portion 10a of the heating element 10 is 10% of the total area of the dielectric 5, the portion corresponding to the central portion 10a has a temperature of 200 ° C. and the outer peripheral end has a temperature of 200 ° C. Furthermore, when the central portion 10a of the heating element 10 is set to 20% of the total area of the dielectric 5, the portion corresponding to the central portion 10a is 190 ° C., and the outer peripheral end is 200 ° C. Therefore, as an example, it is preferable that 5 to 20% of the entire area of the dielectric 5 be the center 10 a of the heating element 10. Further, by using the heating element 10 shown in FIG. 1, the central portion 10a of the heating element 10 also acts as a Faraday shield near the center of the dielectric 5 to weaken the electrostatic coupling between the coil 6 and the plasma. Therefore, it is possible to prevent the vacuum side of the dielectric plate 5 from being largely negatively charged, and to prevent sputtering of the dielectric plate 5 due to high-speed collision of positive ions in the plasma toward the dielectric plate 5. . In the first embodiment, although not specifically shown, the central portion 10a of the heating element 10 is closed instead of being partially opened, and the width of the heater at the central portion 10a is changed. The resistance may be lowered by making the width sufficiently larger than the width of the portion, and the same effect as that of substantially opening may be obtained.
【0015】次に、本発明の第2実施形態について、図
2を参照して説明する。図2に、本発明の第2実施形態
にかかるプラズマ装置において用いた抵抗加熱ヒーター
9を構成する発熱体10及び低抵抗導線11の平面図を
示す。図2に示すように、発熱体10は、第1実施形態
において開放された中心部10aの代わりに、発熱体1
0の中心部10aに対応する箇所に、発熱体10の抵抗
より低い抵抗を有し、例えば銅製からなる低抵抗導線1
1を備えるものである。発熱体10自体は、誘電板5の
中心付近を除くほぼ全面にわたってほぼ均等に敷設さ
れ、かつ誘電板5の中心付近に敷設された低抵抗導線1
1が発熱体10に接続されている。ヒーター電源12か
らの電流は、図中に矢印で示すように流れるが、誘電板
5の中心付近には低抵抗導線11が敷設されているた
め、誘電板5の中心付近では低抵抗導線11は発熱する
ことがない。なお、上記低抵抗導線11の抵抗は、発熱
体10に電流が流されて発熱するとき同様に電流が低抵
抗導線11に流れても低抵抗導線11では全く発熱しな
いか、発熱体10の発熱と比較して発熱がほとんど無視
できる程度の抵抗とするのが好ましい。低抵抗導線の抵
抗は、例えば、発熱体の抵抗の70%以下であるのが好
ましい。Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a plan view of a heating element 10 and a low-resistance conductor 11 constituting a resistance heater 9 used in a plasma apparatus according to a second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the heating element 10 is different from the heating element 1 in the first embodiment in place of the central portion 10a opened.
The low-resistance conductor 1 having a resistance lower than that of the heating element 10 and made of, for example, copper
1 is provided. The heating element 10 itself is laid almost uniformly over almost the entire surface except for the vicinity of the center of the dielectric plate 5 and the low-resistance conductor 1 laid near the center of the dielectric plate 5.
1 is connected to the heating element 10. The current from the heater power supply 12 flows as indicated by the arrow in the figure, but the low-resistance conductor 11 is laid near the center of the dielectric plate 5. Does not generate heat. Note that the resistance of the low-resistance conductor 11 is such that when a current flows through the heating element 10 to generate heat, the low-resistance conductor 11 does not generate any heat even when a current flows through the low-resistance conductor 11, or the heat generated by the heating element 10. It is preferable to set the resistance so that heat generation can be almost ignored. The resistance of the low-resistance conductor is preferably, for example, 70% or less of the resistance of the heating element.
【0016】上記構成にかかるプラズマ処理装置におい
て誘電板5が均一に加熱されていることを確かめるため
に測定を行ったところ、200℃±5℃と極めて均熱性
に優れた加熱ができることがわかった。さらに、図2に
示す発熱体10及び低抵抗導線11を用いることによ
り、誘電体5の中心付近においても、低抵抗導線11が
ファラデーシールドとして作用し、コイル6とプラズマ
との静電的な結合を弱めるため、誘電板5の真空側が大
きく負に帯電するのを防止することができ、プラズマ中
の正イオンが誘電板5に向かって高速で衝突することに
よる誘電板5のスパッタリングを防止することができ
る。Measurements were made in order to confirm that the dielectric plate 5 was uniformly heated in the plasma processing apparatus having the above configuration, and it was found that heating with a very uniform temperature of 200 ° C. ± 5 ° C. was possible. . Further, by using the heating element 10 and the low-resistance conductor 11 shown in FIG. 2, the low-resistance conductor 11 also acts as a Faraday shield near the center of the dielectric 5, and electrostatically couples the coil 6 with the plasma. To prevent the vacuum side of the dielectric plate 5 from being greatly negatively charged, and to prevent sputtering of the dielectric plate 5 due to high-speed collision of positive ions in the plasma toward the dielectric plate 5. Can be.
【0017】次に、本発明の第3実施形態について、図
3を参照して説明する。図3に、本発明の第3実施形態
にかかるプラズマ処理装置において用いた抵抗加熱ヒー
ター9を構成する発熱体10及び低抵抗導線11の平面
図を示す。図3に示すように、発熱体10は、第2実施
形態の低抵抗導線11に対応する箇所に、発熱体10の
抵抗より低い抵抗を有するがその先端が開放されている
低抵抗導線11を備えるものである。発熱体10自体
は、誘電板5の中心部を除くほぼ全面にわたってほぼ均
等に敷設され、かつ誘電板5の中心付近の低抵抗導線1
1にヒーター電源12からの電流が流れないように構成
されている。すなわち、発熱体10には図中に矢印で示
すように電流が流れ、誘電板5の中心付近の低抵抗導線
11は、その先端が開放されているため、電流が流れな
い。したがって、誘電板5の中心付近では低抵抗導線1
1は発熱しない。Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a plan view of a heating element 10 and a low-resistance conductor 11 constituting a resistance heater 9 used in a plasma processing apparatus according to a third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the heating element 10 includes a low-resistance conductor 11 having a resistance lower than the resistance of the heating element 10 but having an open end at a location corresponding to the low-resistance conductor 11 of the second embodiment. It is provided. The heating element 10 itself is laid almost uniformly over almost the entire surface except for the central portion of the dielectric plate 5, and the low-resistance conductor 1 near the center of the dielectric plate 5 is provided.
1 is configured so that current from the heater power supply 12 does not flow. That is, a current flows through the heating element 10 as indicated by an arrow in the figure, and no current flows through the low-resistance conductive wire 11 near the center of the dielectric plate 5 because its tip is open. Therefore, near the center of the dielectric plate 5, the low-resistance conductor 1
1 does not generate heat.
【0018】上記構成にかかるプラズマ処理装置におい
て誘電板5が均一に加熱されていることを確かめるため
に測定を行ったところ、200℃±5℃と極めて均熱性
に優れた加熱ができることがわかった。さらに、図3に
示す発熱体10及び低抵抗導線11を用いることによ
り、誘電体5の中心付近においても、低抵抗導線11が
ファラデーシールドとして作用し、コイル6とプラズマ
との静電的な結合を弱めるため、誘電板5の真空側が大
きく負に帯電するのを防止することができ、プラズマ中
の正イオンが誘電板5に向かって高速で衝突することに
よる誘電板5のスパッタリングを防止することができ
る。Measurements were made to confirm that the dielectric plate 5 was uniformly heated in the plasma processing apparatus having the above configuration, and it was found that heating with a very uniform temperature of 200 ° C. ± 5 ° C. was possible. . Further, by using the heating element 10 and the low-resistance conductor 11 shown in FIG. 3, the low-resistance conductor 11 also acts as a Faraday shield near the center of the dielectric 5 and electrostatically couples the coil 6 with the plasma. To prevent the vacuum side of the dielectric plate 5 from being greatly negatively charged, and to prevent sputtering of the dielectric plate 5 due to high-speed collision of positive ions in the plasma toward the dielectric plate 5. Can be.
【0019】以上述べた本発明の種々の実施形態では、
平面状の多重の渦形コイル6が真空室1の外壁面を構成
する誘電板5に沿って載置されている場合について説明
したが、いうまでもなく、コイル6の形状及び真空室
1、誘電板5、コイル6の位置関係はこれに限定される
ものではなく、図4,5に示すような他の形態も含め、
様々な形態の高周波誘導方式のプラズマ処理方法及び装
置についても、本発明を適用することができる。すなわ
ち、図4は、コイル6は、多重ではなく1重の平面状渦
巻きより構成されるものを示している。図5は、コイル
6が平面状ではなく立体的に釣り鐘状に構成されるもの
である。この図5のコイル6において、その釣り鐘状コ
イル6の曲率は、中央部分の高さがコイル6全体の外径
の20〜30%となる程度とするのが好ましい。In the various embodiments of the present invention described above,
Although the case where the multiple planar spiral coils 6 are mounted along the dielectric plate 5 constituting the outer wall surface of the vacuum chamber 1 has been described, it goes without saying that the shape of the coils 6 and the The positional relationship between the dielectric plate 5 and the coil 6 is not limited to this, and includes other forms as shown in FIGS.
The present invention can be applied to various types of high frequency induction type plasma processing methods and apparatuses. That is, FIG. 4 shows that the coil 6 is constituted by a single planar spiral instead of a multiplex. FIG. 5 shows that the coil 6 is three-dimensionally shaped like a bell rather than a plane. In the coil 6 shown in FIG. 5, it is preferable that the curvature of the bell-shaped coil 6 is such that the height of the central portion is 20 to 30% of the outer diameter of the entire coil 6.
【0020】以上の説明から明らかなように、本発明の
上記実施形態にかかるプラズマ処理方法によれば、真空
室1内にガスを供給しつつ真空室1内を排気し、真空室
1内を所定の圧力に制御しながら、誘電板5に沿って配
置されたコイル6に高周波電力を供給することにより、
真空室1内にプラズマを発生させて、真空室1内の電極
7に載置された基板8を処理するプラズマ処理方法にお
いて、中心部以外が発熱するヒーター10によって誘電
板5が加熱され、かつ中心部においてファラデーシール
ドによりコイル6とプラズマとの静電的な結合が弱めら
れた状態でプラズマを発生させた状態で、基板8を処理
するため、誘電板5を均熱性良く加熱でき、かつ、誘電
板5の中心付近のスパッタリングを防止できる。また、
本発明の上記実施形態にかかるプラズマ処理装置によれ
ば、真空室1内にガスを供給する手段2と、真空室1内
を排気する手段3と、真空室1内に基板8を載置するた
めの電極7と、真空室1内にプラズマを発生させるため
のコイル6と、コイル6が配置された誘電板5と、コイ
ル6に高周波電力を供給する手段4と、誘電板5を加熱
するための抵抗加熱ヒーター9と、抵抗加熱ヒーター9
に電流を供給するためのヒーター電源12を備えたプラ
ズマ処理装置において、抵抗加熱ヒーター9の発熱体1
0が誘電板5の中心付近を含むほぼ全面にわたってほぼ
均等に敷設され、かつ誘電板5の中心付近の発熱体10
にヒーター電源12からの電流が流れないように構成さ
れているため、誘電板5を均熱性良く加熱でき、かつ、
誘電板5の中心部のスパッタリングを防止できる。As is clear from the above description, according to the plasma processing method according to the embodiment of the present invention, the inside of the vacuum chamber 1 is evacuated while supplying the gas into the vacuum chamber 1, and the inside of the vacuum chamber 1 is evacuated. By supplying high frequency power to the coil 6 arranged along the dielectric plate 5 while controlling to a predetermined pressure,
In the plasma processing method for generating plasma in the vacuum chamber 1 and processing the substrate 8 mounted on the electrode 7 in the vacuum chamber 1, the dielectric plate 5 is heated by a heater 10 that generates heat except at the center. The substrate 8 is processed in a state in which plasma is generated in a state where the electrostatic coupling between the coil 6 and the plasma is weakened by the Faraday shield at the center, so that the dielectric plate 5 can be heated with good thermal uniformity, and Sputtering near the center of the dielectric plate 5 can be prevented. Also,
According to the plasma processing apparatus according to the embodiment of the present invention, the means 2 for supplying gas into the vacuum chamber 1, the means 3 for evacuating the vacuum chamber 1, and the substrate 8 placed in the vacuum chamber 1 7, a coil 6 for generating plasma in the vacuum chamber 1, a dielectric plate 5 on which the coil 6 is disposed, means 4 for supplying high-frequency power to the coil 6, and heating the dielectric plate 5 Heater 9 for heating and resistance heater 9
In the plasma processing apparatus provided with a heater power supply 12 for supplying a current to the heater, the heating element 1 of the resistance heater 9 is provided.
0 is laid almost uniformly over substantially the entire surface including the center of the dielectric plate 5 and the heating element 10 near the center of the dielectric plate 5
Is configured so that the current from the heater power supply 12 does not flow to the dielectric plate 5, so that the dielectric plate 5 can be heated with good uniformity.
Sputtering at the center of the dielectric plate 5 can be prevented.
【0021】また、本発明の上記実施形態にかかるプラ
ズマ処理装置によれば、真空室1内にガスの供給する手
段2と、真空室1内を排気する手段3と、真空室1内に
基板8を載置するための電極7と、真空室1内にプラズ
マを発生させるためのコイル6と、コイル6が配置され
た誘電板5と、コイル6に高周波電力を供給する手段4
と、誘電板5を加熱するための抵抗加熱ヒーター9と、
抵抗加熱ヒーター9に電流を供給するためのヒーター電
源12を備えたプラズマ処理装置において、抵抗加熱ヒ
ーター9の発熱体10が誘電板5の中心付近を除くほぼ
全面にわたってほぼ均等に敷設され、かつ誘電板5の中
心付近に敷設された低抵抗導線11が抵抗加熱ヒーター
9の発熱体10に接続されているため、誘電板5を均熱
性良く加熱でき、かつ、誘電板5の中心付近のスパッタ
リングを防止できる。また、コイル6の一部または全部
が多重の渦形であれば、渦形コイルのインダクタンスが
極めて小さくなるため、マッチング特性にすぐれたプラ
ズマ処理装置を提供することができる。Further, according to the plasma processing apparatus according to the above embodiment of the present invention, a means 2 for supplying gas into the vacuum chamber 1, a means 3 for evacuating the vacuum chamber 1, and a substrate in the vacuum chamber 1 An electrode 7 for mounting the coil 8, a coil 6 for generating plasma in the vacuum chamber 1, a dielectric plate 5 on which the coil 6 is arranged, and a means 4 for supplying high frequency power to the coil 6.
And a resistance heater 9 for heating the dielectric plate 5;
In a plasma processing apparatus provided with a heater power supply 12 for supplying a current to the resistance heater 9, the heating element 10 of the resistance heater 9 is laid almost uniformly over almost the entire surface of the dielectric plate 5 except for the vicinity of the center thereof. Since the low resistance wire 11 laid near the center of the plate 5 is connected to the heating element 10 of the resistance heater 9, the dielectric plate 5 can be heated with good uniformity, and sputtering near the center of the dielectric plate 5 can be performed. Can be prevented. If a part or the whole of the coil 6 has a multiple spiral shape, the inductance of the spiral coil becomes extremely small, so that a plasma processing apparatus having excellent matching characteristics can be provided.
【図1】 本発明の第1実施形態で用いた、抵抗加熱ヒ
ーターを構成する発熱体の平面図である。FIG. 1 is a plan view of a heating element constituting a resistance heater used in a first embodiment of the present invention.
【図2】 本発明の第2実施形態で用いた、抵抗加熱ヒ
ーターを構成する発熱体及び低抵抗導線の平面図であ
る。FIG. 2 is a plan view of a heating element and a low-resistance conductor constituting a resistance heater used in a second embodiment of the present invention.
【図3】 本発明の第3実施形態で用いた、抵抗加熱ヒ
ーターを構成する発熱体及び低抵抗導線の平面図であ
る。FIG. 3 is a plan view of a heating element and a low-resistance conductor constituting a resistance heater used in a third embodiment of the present invention.
【図4】 本発明の他の実施形態で用いた、プラズマ処
理装置の構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a plasma processing apparatus used in another embodiment of the present invention.
【図5】 本発明のさらに他の実施形態で用いた、プラ
ズマ処理装置の構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a plasma processing apparatus used in still another embodiment of the present invention.
【図6】 本発明の実施形態及び従来例で用いた、プラ
ズマ処理装置の構成を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a plasma processing apparatus used in an embodiment of the present invention and a conventional example.
【図7】 本発明の実施形態及び従来例で用いた、コイ
ルの平面図である。FIG. 7 is a plan view of a coil used in an embodiment of the present invention and a conventional example.
【図8】 従来例で用いた、抵抗加熱ヒーターを構成す
る発熱体の平面図である。FIG. 8 is a plan view of a heating element constituting a resistance heater used in a conventional example.
1 真空室 2 ガス供給ユニット 3 ポンプ 4 コイル用高周波電源 5 誘電板 6 コイル 7 電極 8 基板 9 抵抗加熱ヒーター 10 発熱体 10a 発熱体の中心部 12 ヒーター電源 13 電極用高周波電源 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum chamber 2 Gas supply unit 3 Pump 4 High frequency power supply for coil 5 Dielectric plate 6 Coil 7 Electrode 8 Substrate 9 Resistance heater 10 Heating element 10a Heating element center part 12 Heater power supply 13 High frequency power supply for electrode
───────────────────────────────────────────────────── 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 C23C 16/50 C23F 4/00 H01L 21/205 H05H 1/46 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/3065 C23C 16/50 C23F 4/00 H01L 21/205 H05H 1/46
Claims (6)
真空室内を排気し、上記真空室内を所定の圧力に制御し
ながら、誘電板(5)に沿って配置されたコイル(6)
に高周波電力を供給することにより、上記真空室内にプ
ラズマを発生させて上記真空室内の電極(7)に載置さ
れた基板(8)を処理するプラズマ処理方法において、 上記誘電体の全面積の5〜20%である中心部(10
a,11)以外が発熱するヒーター(9)によって上記
誘電板が加熱され、かつ上記中心部においてファラデー
シールドにより上記コイルと上記プラズマとの静電的な
結合が弱められた状態でプラズマを発生させた状態で、
上記基板を処理することを特徴とするプラズマ処理方
法。A coil (6) disposed along a dielectric plate (5) while evacuating the vacuum chamber while supplying gas into the vacuum chamber (1) and controlling the vacuum chamber to a predetermined pressure. )
A plasma processing method for generating plasma in the vacuum chamber by supplying high-frequency power to the substrate to process a substrate (8) mounted on an electrode (7) in the vacuum chamber; The center (5-10%)
Plasma is generated in a state in which the dielectric plate is heated by a heater (9) that generates heat other than a, 11), and the Faraday shield at the center reduces the electrostatic coupling between the coil and the plasma. In the state
A plasma processing method comprising processing the substrate.
した請求項1に記載のプラズマ処理方法。2. The plasma processing method according to claim 1, wherein high-frequency power is supplied to said electrodes.
(2)と、上記真空室内を排気する手段(3)と、上記
真空室内に基板(8)を載置するための電極(7)と、
上記真空室内にプラズマを発生させるためのコイル
(6)と、上記コイルが配置された誘電板(5)と、上
記コイルに高周波電力を供給する手段(4)と、上記誘
電板を加熱する抵抗加熱ヒーター(9)と、上記抵抗加
熱ヒーターに電流を供給するためのヒーター電源(1
2)とを備えたプラズマ処理装置において、 上記抵抗加熱ヒーターの発熱体(10)が上記誘電板の
全面積の5〜20%である中心部付近を含むほぼ全面に
わたってほぼ均等に敷設され、かつ上記誘電板の中心部
付近の上記発熱体(10a)に上記ヒーター電源からの
電流が流れないように構成されていることを特徴とする
プラズマ処理装置。3. A means (2) for supplying gas into the vacuum chamber (1), a means (3) for evacuating the vacuum chamber, and an electrode (10) for mounting a substrate (8) in the vacuum chamber. 7)
A coil (6) for generating plasma in the vacuum chamber, a dielectric plate (5) on which the coil is disposed, a unit (4) for supplying high-frequency power to the coil, and a resistor for heating the dielectric plate A heater (9) and a heater power supply (1) for supplying a current to the resistance heater.
2) wherein the heating element (10) of the resistance heater is laid almost evenly over substantially the whole surface including the vicinity of the center, which is 5 to 20% of the total area of the dielectric plate, and A plasma processing apparatus characterized in that current from the heater power supply does not flow through the heating element (10a) near the center of the dielectric plate.
(2)と、上記真空室内を排気する手段(3)と、上記
真空室内に基板(8)を載置するための電極(7)と、
上記真空室内にプラズマを発生させるためのコイル
(6)と、上記コイルが配置された誘電板(5)と、上
記コイルに高周波電力を供給する手段(4)と、上記誘
電板を加熱する抵抗加熱ヒーター(9)と、上記抵抗加
熱ヒーターに電流を供給するためのヒーター電源(1
2)とを備えたプラズマ処理装置において、 上記抵抗加熱ヒーターの発熱体(10)が上記誘電板の
全面積の5〜20%である中心部付近を除くほぼ全面に
わたってほぼ均等に敷設され、かつ上記誘電板の中心部
付近に敷設された低抵抗導線(11)が上記抵抗加熱ヒ
ーターの上記発熱体に接続されていることを特徴とする
プラズマ処理装置。4. A means (2) for supplying gas into the vacuum chamber (1), a means (3) for evacuating the vacuum chamber, and an electrode (10) for mounting a substrate (8) in the vacuum chamber. 7)
A coil (6) for generating plasma in the vacuum chamber, a dielectric plate (5) on which the coil is disposed, a unit (4) for supplying high-frequency power to the coil, and a resistor for heating the dielectric plate A heater (9) and a heater power supply (1) for supplying a current to the resistance heater.
2) wherein the heating element (10) of the resistance heater is laid almost evenly over almost the entire surface except for the vicinity of the center, which is 5 to 20% of the total area of the dielectric plate, and A plasma processing apparatus, characterized in that a low-resistance wire (11) laid near the center of the dielectric plate is connected to the heating element of the resistance heater.
(13)を備えるようにした請求項3または4記載のプ
ラズマ処理装置。5. The plasma processing apparatus according to claim 3, further comprising means (13) for supplying high-frequency power to said electrodes.
形であるようにした請求項3〜5のいずれかに記載のプ
ラズマ処理装置。6. The plasma processing apparatus according to claim 3, wherein a part or the whole of the coil has a multiple spiral shape.
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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