JP7102252B2 - Plasma processing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、真空容器内の処理室内部を減圧した処理室内部に処理ガスを導入しつつ、半導体ウエハ等の基板状の試料を処理するプラズマ処理装置に係り、処理室内に複数の導入孔から処理用ガスを導入して試料を処理するプラズマ処理装置に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus that processes a substrate-like sample such as a semiconductor wafer while introducing a processing gas into the processing chamber in which the inside of the processing chamber in the vacuum vessel is depressurized, from a plurality of introduction holes in the processing chamber. The present invention relates to a plasma processing apparatus that introduces a processing gas to process a sample.
かねてより、半導体集積回路の製造ではプラズマエッチング処理装置が用いられてきた。プラズマエッチング処理では、所定の真空度まで減圧された処理室内部に導入されたガスを真空容器外部から供給された電界等によりプラズマ化し、プラズマ内に生じた反応性の高い粒子が被処理体であるウエハの表面と物理的、化学的に反応することにより加工が行われる。 For some time, plasma etching processing equipment has been used in the manufacture of semiconductor integrated circuits. In the plasma etching process, the gas introduced into the processing chamber decompressed to a predetermined degree of vacuum is turned into plasma by an electric field or the like supplied from the outside of the vacuum vessel, and highly reactive particles generated in the plasma are generated in the object to be processed. Processing is performed by physically and chemically reacting with the surface of a certain wafer.
プラズマエッチング処理装置には、プラズマ生成方式によりCCP(Capacitively Coupled Plasma)、ICP(Inductively Coupled Plasma)、ECR(Electron Cyclotron Resonance)等に分類される。このうちECR方式のプラズマエッチング処理装置は低圧領域であっても高密度のプラズマが得られるといった特長を有する。 Plasma etching processing equipment is classified into CCP (Capacitively Coupled Plasma), ICP (Inductively Coupled Plasma), ECR (Electron Cyclotron Plasma), and the like according to a plasma generation method. Among these, the ECR type plasma etching processing apparatus has a feature that high-density plasma can be obtained even in a low-voltage region.
プラズマエッチング処理においては、製造される半導体集積回路の歩留まり向上のため、ウエハを面内で均一にエッチングすることが求められる。特に近年では、集積回路内部のトランジスタの寸法の微細化、及び構造の複雑化により、求められる均一性のレベルが一層厳しくなっている。一方、ウエハの外縁部ではウエハ内外での材料の不連続性や電界集中などによりウエハ中心部とは環境が異なるため、均一なプラズマエッチング処理の実現には、エッチング反応のウエハ面内分布制御技術が不可欠である。 In the plasma etching process, it is required to uniformly etch the wafer in the plane in order to improve the yield of the manufactured semiconductor integrated circuit. Particularly in recent years, the level of uniformity required has become even more stringent due to the miniaturization of the dimensions of transistors inside integrated circuits and the complexity of their structures. On the other hand, the outer edge of the wafer has a different environment from the center of the wafer due to material discontinuity inside and outside the wafer and electric field concentration. Is indispensable.
従来におけるウエハ面内分布制御技術の一例(特開2017-69540号公報。以下特許文献1)では、処理室上方に複数の区画を設け、各区画においてガス種、プラズマ電力等を各々独立に制御する技術が開示されている。前記技術では、処理室上方の複数の区画ごとにプラズマ電力等が異なるプラズマを発生させることで、ウエハの場所ごとに異なるエッチング結果をもたらす。これによりエッチング処理の面内分布を制御し、ウエハを面内で均一にエッチングすることができる。 In an example of the conventional wafer in-plane distribution control technique (Japanese Patent Laid-Open No. 2017-69540; hereinafter referred to as Patent Document 1), a plurality of compartments are provided above the processing chamber, and the gas type, plasma power, etc. are independently controlled in each compartment. The technology to be used is disclosed. In the above technique, plasmas having different plasma powers and the like are generated in each of a plurality of sections above the processing chamber, so that different etching results are obtained for each wafer location. As a result, the in-plane distribution of the etching process can be controlled, and the wafer can be uniformly etched in the plane.
しかしながら、特許文献1に記載されている従来技術では、次の点について十分な考慮がなされていなかった。すなわち、上記従来技術では処理室を区切る壁が設けられたことによって表面積が増えるため、処理室壁面がプラズマに晒されることにより発生するパーティクルが増加するという点である。発生したパーティクルはウエハ上に落下し、付着することにより当該箇所のプラズマエッチングを妨げるため、加工不良が発生してしまう。特に、上記従来技術においては壁面がウエハ直上に存在するため、前記加工不良の問題がより顕著に現れてしまうという問題があった。 However, in the prior art described in Patent Document 1, the following points have not been sufficiently considered. That is, in the above-mentioned prior art, since the surface area is increased by providing the wall separating the processing chamber, the number of particles generated by exposing the processing chamber wall surface to plasma increases. The generated particles fall on the wafer and adhere to them, which hinders plasma etching at the relevant portion, resulting in processing defects. In particular, in the above-mentioned prior art, since the wall surface exists directly above the wafer, there is a problem that the problem of processing defects becomes more prominent.
また特許文献1に記載されている従来技術はICP方式のプラズマエッチング処理装置に係るものであるが、ECR方式のプラズマエッチング処理装置で同様の手法を用いる場合、処理室内部に存在する磁力線に沿ってイオンが輸送されるため、区画壁内部を通る磁力線とウエハが交差する箇所と、それ以外の磁力線とウエハが交差する箇所では、ウエハ表面上に到達するイオンの数が異なることとなり、このようなイオンの密度の分布がウエハ表面の処理の結果に影響を与えてしまうという、所謂「転写」が生じてしまい、処理の歩留まりが損なわれてしまうという問題が生じていた点について、上記従来技術では十分に考慮されていなかった。 Further, the prior art described in Patent Document 1 relates to an ICP type plasma etching processing apparatus, but when the same technique is used in an ECR type plasma etching processing apparatus, it is along the magnetic field lines existing in the processing chamber. Since the ions are transported, the number of ions that reach the wafer surface differs between the intersection of the magnetic field lines passing through the inside of the partition wall and the wafer and the intersection of the other magnetic field lines and the wafer. The above-mentioned prior art has caused a problem that so-called "transfer" occurs in which the distribution of the density of different ions affects the result of processing the wafer surface, and the processing yield is impaired. Was not fully considered.
本発明の目的は、従来技術の課題を解決して、処理室内に発生するパーティクルを低減しウエハの処理の歩留まりを向上させたプラズマ処理装置を提供することにある。 An object of the present invention is to solve a problem of the prior art and to provide a plasma processing apparatus which reduces particles generated in a processing chamber and improves the processing yield of a wafer.
上記目的は、真空容器内部に配置され内側でプラズマが形成される処理室と、この処理
室内の下方に配置されその上面に処理対象のウエハが載せられる試料台と、処理室の試料
台上面上方で試料台と対向して配置され処理室の内側にプラズマを形成するための電界が
透過する少なくとも1つの誘電体製の窓部材と、真空容器の外側で処理室の外周を囲んで
配置されて処理室の内側に磁界を形成するコイルと、試料室の内部で試料台と窓部材との
間に配置されて試料台に向かって下向きに末広がりの形状を有した誘電体製の筒状の部材
と、この筒状の部材で内側に誘電体窓と筒状の部材との間から処理用のガスを供給する複
数のガス供給口と、筒状の部材の外側からプラズマが形成される処理室の内側に処理用の
ガスを供給する複数のガス供給口とを備え、筒状の部材の内側の空間上方の窓部材の下面と上面との間の厚さは、筒状の部材の外側の空間の厚さより大きくされたプラズマ処理装置により達成される。また、上記課題を解決するために、本発明では、真空容器と、この真空容器の内部で被処理試料を載置する載置台と、真空容器の上部に試料台と対抗して配置されて誘電体材料で形成された誘電体窓と、真空容器の上部から誘電体窓を介して真空容器の内部に高周波波電力を供給する電力供給部と、真空容器の外部に配置されて真空容器の内部に磁界を発生させる磁界発生部と、真空容器の内部に処理ガスを供給するガス供給部とを備えたプラズマ処理装置において、誘電体窓と載置台との間に配置されてガス供給部から供給された処理ガスを真空容器の内部に供給する多数の細孔が形成されたシャワープレートと、ガス供給部から供給された処理ガスを真空容器の壁面に形成された多数の細孔を介して真空容器の内部に環状に供給する環状ガス供給部と、シャワープレートから供給された処理ガスと環状ガス供給部から供給された処理ガスとを真空容器の内部で分離するガス分離部とを更に備えて構成した。
The above objectives are a processing chamber arranged inside the vacuum vessel in which plasma is formed, a sample table arranged below the processing chamber on which the wafer to be processed is placed, and an upper surface of the sample table in the processing chamber. At least one dielectric window member that is arranged to face the sample table and transmits an electric field for forming a plasma inside the processing chamber, and is arranged outside the vacuum vessel so as to surround the outer periphery of the processing chamber. A cylindrical member made of a dielectric that is arranged between a sample table and a window member inside the sample chamber and has a shape that diverges downward toward the sample table and a coil that forms a magnetic field inside the processing chamber. A plurality of gas supply ports for supplying gas for processing from between the dielectric window and the cylindrical member inside the cylindrical member, and a processing chamber in which plasma is formed from the outside of the cylindrical member. The inside of the cylindrical member is provided with a plurality of gas supply ports for supplying gas for processing , and the thickness between the lower surface and the upper surface of the window member above the space inside the cylindrical member is the outer side of the cylindrical member. This is achieved by a plasma processing device that is larger than the thickness of the space . Further, in order to solve the above problems, in the present invention, the vacuum container, the mounting table on which the sample to be processed is placed inside the vacuum container, and the dielectric placed on the upper part of the vacuum container so as to oppose the sample table. A dielectric window made of body material, a power supply unit that supplies high-frequency wave power from the top of the vacuum vessel to the inside of the vacuum vessel through the dielectric window, and an inside of the vacuum vessel that is arranged outside the vacuum vessel. In a plasma processing apparatus provided with a magnetic field generating unit that generates a magnetic field in a vacuum vessel and a gas supply unit that supplies processing gas inside the vacuum vessel, the vacuum processing apparatus is arranged between a dielectric window and a mounting table and supplied from the gas supply unit. A vacuum is formed through a shower plate in which a large number of pores are formed to supply the processed gas to the inside of the vacuum vessel and a large number of pores formed in the wall surface of the vacuum vessel to supply the processed gas supplied from the gas supply unit. Further provided with an annular gas supply unit that periodically supplies the inside of the container, and a gas separation unit that separates the processing gas supplied from the shower plate and the processing gas supplied from the annular gas supply unit inside the vacuum container. Configured.
本発明によれば、処理室内に分離壁を備えつつも、この分離壁から発生するパーティクルを低減することにより、ウエハの加工不良を抑制しつつ、プラズマエッチングにおけるウエハ面内分布制御性の向上した真空処理装置が提供できる。また真空処理装置がECR方式のプラズマエッチング装置であるときに、分離壁がウエハ上に転写しないウエハ面内分布制御性が向上した真空処理装置を提供できる。 According to the present invention, while providing a separation wall in the processing chamber, by reducing particles generated from the separation wall, processing defects of the wafer are suppressed, and in-plane distribution controllability in the wafer etching is improved. Vacuum processing equipment can be provided. Further, when the vacuum processing apparatus is an ECR type plasma etching apparatus, it is possible to provide a vacuum processing apparatus having improved in-wafer distribution controllability in which the separation wall is not transferred onto the wafer.
以下に開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次の通りである。 The following is a brief description of the outline of typical embodiments disclosed below.
真空容器内部に配置され内側でプラズマが形成される処理室と、この処理室内の下方に配置されその上面に処理対象のウエハが載せられる試料台と、処理室の試料台上面上方でこれと対向して配置され処理室内にプラズマを形成するための電界が透過する少なくとも1つの誘電体製の窓部材と、真空容器外側で処理室の外周を囲んで配置されて処理質の内側に磁界を形成するコイルと、試料室の内部で試料台と窓部材との間に配置されて試料台に向かって下向きに末広がりの形状を有した誘電体製の筒状の部材と、この筒状の部材で内側に誘電体窓と筒状の部材との間から処理用のガスを供給する複数のガス供給口と、筒状の部材の外側からプラズマが形成される処理室内に処理用のガスを供給する複数のガス供給口と、を有する。 A processing chamber arranged inside the vacuum vessel and forming plasma inside, a sample table arranged below the processing chamber on which the wafer to be processed is placed, and facing the sample table above the upper surface of the sample table in the processing chamber. At least one dielectric window member through which an electric field for forming an electric field for forming a plasma is transmitted in the processing chamber, and a magnetic field is formed inside the processing material by being arranged around the outer periphery of the processing chamber on the outside of the vacuum vessel. A cylindrical member made of a dielectric, which is arranged between the sample table and the window member inside the sample chamber and has a shape that spreads downward toward the sample table, and this tubular member. A plurality of gas supply ports for supplying processing gas from between the dielectric window and the cylindrical member inside, and processing gas is supplied to the processing chamber where plasma is formed from the outside of the cylindrical member. It has a plurality of gas supply ports.
さらに、筒状の部材は、その内側壁面が、コイルが形成する磁界の磁力線の向きに沿って、下方に向かうに伴って外側に傾斜して末広がりとなっており、また試料台上に載せられた前記ウエハは、筒状の部材の下端部から内側壁面の磁界の磁力線の向きに沿った下向き末広がりの方向に投影された範囲の内側に配置されている。 Further, the inner wall surface of the cylindrical member is inclined outward along the direction of the magnetic field lines of the magnetic field formed by the coil and spreads outward, and is placed on the sample table. The wafer is arranged inside a range projected from the lower end of the cylindrical member in the downward divergent direction along the direction of the magnetic field lines of the magnetic field on the inner wall surface.
以下、図面を用いて本願発明に係るプラズマ真空処理装置の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the plasma vacuum processing apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1乃至図3を用いて本発明の実施例を説明する。図1は本発明の実施の形態に関わるプラズマ処理装置の模式的な構成の一例を示す概略図である。 Examples of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 is a schematic view showing an example of a schematic configuration of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
図1に示すプラズマ処理装置100は、その一例であるマイクロ波ECRプラズマエッチング装置である。ここでは、真空処理室104の内部に設置された電極、真空処理室104の外部に設置された電界及び磁界の発生装置、並びに電源等が模式的に示されている。
The
図1に示す本発明の実施例に係るプラズマ処理装置100は、真空処理室104を備える。真空処理室104の内部には試料台である電極125が設置され、電極125の上部には被処理材であるウエハ126が載置されている。真空処理室104ではガス供給機構105から真空処理室104に供給されたガスが、真空処理室104の外部に設置された電界発生手段及び磁界発生手段により発生した電界及び磁界によってプラズマ化しており、それによりウエハ126がプラズマエッチング処理される。
The
真空処理室104は、容器101の上部にシャワープレート102、さらに上部に誘電体窓103が設置された構成となっており、容器101は誘電体窓103によって気密封止されている。
The
真空処理室104の外部にはガス供給機構105があり、第一のガス配管106及び第二のガス配管109を備えている。第一のガス配管106は誘電体窓103とシャワープレート102との間に設けられた空間107に接続され、シャワープレート102に設けられた複数の細孔108を通じて真空処理室104と連通している。一方、第二のガス配管109は容器101の壁内部に設けられた環状空間110と接続され、この環状空間110と真空処理室104の間に設けられた複数の細孔111を通じて、真空処理室104と連通している。
A
真空処理室104の下部には可変コンダクタンスバルブ112を有し、この可変コンダクタンスバルブ112を通じて接続されたターボ分子ポンプ113により排気される。ターボ分子ポンプ113はさらに粗引きポンプ114と接続されている。可変コンダクタンスバルブ112とターボ分子ポンプ113及び粗引きポンプ114は、それぞれ制御部150と接続しており、制御部150によって制御される。
A
真空処理室104には圧力計115が接続されており、この圧力計115の値によって制御部150で可変コンダクタンスバルブ112の開度をフィードバック制御し、真空処理室104の圧力を所望の値に制御している。
A
プラズマ処理装置100の上部にはマイクロ波電源116が設けられており、このマイクロ波電源116の周波数は例えば2.45GHzである。マイクロ波電源116より発生したマイクロ波は、自動整合器117、方形導波管118、方形円形導波管変換器119、円形導波管120を通じて、空洞共振器121へと伝搬する。自動整合器117は反射波を自動的に抑制する働きがあり、また空洞共振器121はマイクロ波電磁界分布をプラズマ処理に適した分布に調整する働きを持つ。マイクロ波電源116は、制御部150で制御される。
A
空洞共振器121の下部には、マイクロ波導入窓である誘電体窓103、及びシャワープレート102を挟んで真空処理室104が設けられており、空洞共振器121で分布が調整されたマイクロ波は、誘電体窓103及びシャワープレート102を介して真空処理室104へ伝搬する。
A
真空処理室104及び空洞共振器121の周囲には電磁石を構成するソレノイドコイル122、123、124が配置されており、制御部150で制御されたコイル電源140により、各ソレノイドコイル122,123,124に電流を流すことで電磁石として作動し、真空処理室104内部に磁界が形成される。
Solenoid coils 122, 123, 124 constituting an electromagnet are arranged around the
以上のように真空処理室104の内部に高周波電界及び磁界が形成されると、電界及び磁界の強さが特定の関係となる領域(例えば2.45GHzの電界であれば磁界の強さが0.0875Tとなる領域)において、後述する電子サイクロトロン共鳴(ECR)によるプラズマが形成される。
When a high-frequency electric field and a magnetic field are formed inside the
以下にECRについて詳細に説明する。真空処理室104内部に存在する電子はローレンツ力により、ソレノイドコイル122,123,124によって発生した磁界の磁力線に沿って回転しながら移動する。このときマイクロ波電源116より伝搬したマイクロ波の周波数が前記回転の周波数と一致すると電子が共鳴的に加速され、プラズマが効果的に加熱される。これをECRと呼ぶ。
The ECR will be described in detail below. The electrons existing inside the
ECRが発生する領域(ECR面)は磁界分布により制御できるため、制御部150によりコイル電源140を介してソレノイドコイル122、123、124の各々に流れる電流を制御することで真空処理室104内部の磁界分布を制御し、真空処理室104の内部におけるプラズマ発生領域を制御することができる。またプラズマ中の荷電粒子の拡散は磁力線に対して垂直な方向へは抑制されるため、磁界分布制御によりプラズマの拡散を制御し、プラズマの損失を低減することも可能である。これらの効果によりウエハ126の上方におけるプラズマの分布を制御し、プラズマ処理の均一性を向上することができる。
Since the region where ECR is generated (ECR surface) can be controlled by the magnetic field distribution, the
電極125はECR面の下側に位置し、図示していない梁により真空処理室104に固定されている。電極125及び真空処理室104は略円筒形であり、各々の円筒の中心軸は同一である。プラズマ処理装置100にはロボットアーム等の搬送装置(図示せず)が備えられており、被処理材であるウエハ126は、前記搬送装置により電極125上部に搬送される。ウエハ126は電極125の上面に形成された静電吸着電極(図示せず)の静電吸着により電極125上に保持される。
The
電極125にはバイアス用高周波電源127が整合器128を介して接続されており、バイアス用高周波電源127を通じてウエハ126にバイアス電圧が印加される。バイアス用高周波電源127からはマイクロ波電源116の周波数より低い、例えば周波数400kHzの高周波が印加される。
A bias high
プラズマ中のイオンがウエハ126の側に引き込まれる量はバイアス電圧に依存するため、制御部150でバイアス用高周波電源127を制御してウエハ126に発生させるバイアス電圧を調整することにより、プラズマ処理形状(エッチング形状の分布)を制御することができる。
Since the amount of ions in the plasma drawn into the
また電極125には温度制御機構129が搭載されており、電極125を通じてウエハ126の温度を制御することでもプラズマ処理形状の制御が可能である。
Further, the
以上の構成は、すべて制御部150の制御用コンピュータに接続され、適切なシーケンスで動作するよう、そのタイミング及び動作量が制御されている。動作シーケンスの詳細なパラメータはレシピと呼ばれ、制御は予め設定されたレシピに基づいて行われる。レシピは通常、複数のステップから構成されている。ステップ毎にガス供給機構105から真空処理室104に供給するガス種・ガス流量等の処理条件が設定されており、各ステップは予め設定された順序及び時間で実行される。
All of the above configurations are connected to the control computer of the
図2は、図1に示した実施例に係る真空処理室104の一部、及び真空処理室104と接続されるガス供給機構105の詳細を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a part of the
ガス供給機構105には複数のガス源130が接続されている。ガス供給機構105は前記各ガス源130に対応する複数のマスフローコントローラ131を備え、各々対応する前記各ガス源130と接続されている。前記各マスフローコントローラ131は各々第一のバルブ132及び第二のバルブ133を備え、第一のバルブ132は第一のガス配管106と、第二のバルブ133は第二のガス配管109と、それぞれ連通している。
A plurality of
ガス源130から第一のガス配管106に供給されたガスは、誘電体窓103及びシャワープレート102で囲まれた空間107に導入され、シャワープレート102の細孔108を通じて、真空処理室104の中央付近から供給される。
The gas supplied from the
一方、ガス源130から第二のガス配管109に供給されたガスは、容器101の壁内部の環状空間110に導入され、容器101に形成された細孔111を通じて、真空処理室104の外縁部から供給される。細孔108および細孔111はコンダクタンスが小さくなるよう直径が小さくなっており、第一のガス配管106及び第二のガス配管109の位置に寄らず、どの細孔108および111からも真空処理室104の内部に均等にガスが供給される。
On the other hand, the gas supplied from the
ガス供給機構105は、制御部150で予め設定されたレシピに従い、各マスフローコントローラ131、各第一のバルブ132、各及び第二のバルブ133が各々制御されることで、第一のガス配管106及び第二のガス配管109に供給するガスの種類、流量、及び供給時間が制御される。
The
シャワープレート102は下部に分離壁134を備える。分離壁134は、以下で説明するようにウエハ126に近づくにつれて直径が大きくなる、逆漏斗状の筒である。分離壁134の形状は略軸対称であり、対称の軸の位置は真空処理室104の中心軸の位置と一致している。また分離壁134は誘電体で構成されており、マイクロ波を遮蔽しない。
The
分離壁134により真空処理室104の内部においてECRが発生する領域(ECR面136)は、分離壁134の内側及び外側に分離される。細孔108は全て分離壁134の内側に配置され、また細孔111は全て分離壁134の外側に配置される。その結果、細孔108を通じて真空処理室104の内部に供給されるガスは分離壁134の内側で、細孔111を通じて真空処理室104の内部に供給されるガスは、分離壁134の外側で各々プラズマ化され、かつ、プラズマ化した各ガスは互いに混合することなく分離壁134のウエハ126側の端まで輸送される。
The region (ECR surface 136) where ECR is generated inside the
図3は、真空処理室104のうち、特にプラズマの生成及び輸送に係る部分の詳細を示した断面図である。なお、図3においては容器101、ソレノイドコイル122、123、124等の表示を省略している。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing details of a portion of the
制御部150でコイル電源140からソレノイドコイル122、123、124に流す電流を制御することにより、ソレノイドコイル122、123、124により磁場が形成される。このうち、真空処理室104には、磁力線135に沿った磁場が形成される。真空処理室104を囲うソレノイドコイル122、123、124(図1参照)の長さは有限であるため、ソレノイドコイル122、123、124の中心軸方向において考えると、磁力線135はソレノイドコイル122、123、124の中心で最も密であり、中心から離れるにつれて互いの間隔は広がっていく。そのため、磁力線135はシャワープレート102からウエハ126に向かうに従って広がった形状となる。
A magnetic field is formed by the solenoid coils 122, 123, 124 by controlling the current flowing from the
分離壁134は磁力線135に沿った形状をしている。ガスのプラズマ化により生じた真空処理室104内部のイオンは磁力線135に沿って移動するため、分離壁134を磁力線135に沿った形状にすることで、分離壁134に衝突する荷電粒子を減少させ、パーティクルの発生を抑制することができる。
The
分離壁134の内径は、ウエハ126の端部126aを通る磁力線によって形成される仮想的な逆漏斗状の筒よりも大きく形成されている。すなわち、図3に示した断面図において、分離壁134の内側の壁面に沿った線をウエハ126の側に伸ばしたとき、ウエハ126と同じ高さの部分において、ウエハ126の端部126aよりも外側でウエハ126と交わらない位置を通ることを示している。その結果、分離壁134の内部の壁面近傍を通る磁力線135aは、電極125に載置されたウエハ126の位置でウエハ126の端部126aより外側を通ることとなり、分離壁134の形状がウエハ126に転写されることを抑制できる。これにより、分離壁から発生するパーティクルを低減することにより、ウエハの加工不良を抑制しつつ、プラズマエッチングにおけるウエハ面内分布制御性の向上させることができるようになった。
The inner diameter of the
また分離壁134の下端部の外径D2は、ウエハ126の直径D1よりも小さい。そのため、細孔111を介して分離壁134の外側から導入されるガスの効果を、効率的にウエハ126の端部126a近傍の外縁部に及ぼすことが可能となる。
Further, the outer diameter D2 of the lower end portion of the
なお分離壁134の表面は、プラズマの浸食によるパーティクル発生を抑制するため、酸化イットリウム(Y2O3)によってコーティングされていてもよい。
The surface of the
以上の構成により、分離壁134から発生するパーティクルを抑制しつつ、制御部150でガス供給機構105を制御して、マスフローコントローラ131から第一のバルブ132を介しシャワープレート102に形成された細孔108を通じて真空処理室104の中央付近から供給されるガス、及びマスフローコントローラ131から第二のバルブ133を介し容器101に形成された細孔111を通じて外縁部から供給されるガスを独立に制御することで、ウエハ126上におけるガス組成及び濃度の分布を効果的に制御し、エッチング形状の分布制御(プラズマ処理形状の制御)を行うことが可能である。
With the above configuration, the
[変形例1]
図4を用いて、本発明の実施例についての第一の変形例を説明する。なお、既に説明した図1乃至図3に示されたものと同一の符号が付された構成は、同一の機能を有する部分であるので、その構成については説明を省略する。
[Modification 1]
A first modification of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Since the configurations with the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 to 3 already described are the parts having the same functions, the description of the configurations will be omitted.
図4は本変形例に係る分離壁234の断面図を示す。本変形例と実施例との差異は、実施例が分離壁134とシャワープレート102が一体となった部品であるのに対し、本変形例では分離壁234が、シャワープレート202と分離した部品となっている点である。本変形例では分離壁234は真空処理室104を分離するための筒状部234aと、真空処理室104に固定するための鍔状部234bから構成されている。
FIG. 4 shows a cross-sectional view of the
分離壁234の上部にはシャワープレート202が配置されている。シャワープレート202は、中央部202aが周辺部202bより厚くなっている。中央部202aは分離壁234と嵌まり合う大きさであり、中央部202aの厚みは、分離壁234の鍔状部234bの厚みとシャワープレート202の周辺部202bの厚みの合計と略同一である。そのため、マイクロ波がシャワープレート202の中央部202aを伝播する距離と、シャワープレート202の周辺部202bと分離壁234の鍔状部234bとが重なり合った部分を伝搬するときの距離が略同一となり、分離壁234の筒状部234aの内側と外側での電界の差を抑制することが可能である。
A
誘電体部品はプラズマにより削れるため定期的に交換する必要があるが、本変形例では分離壁234とシャワープレート202が分離しているため、分離壁234とシャワープレート202を各々別の時期に交換することが可能である。そのため分離壁234の厚みとシャワープレート202の厚みを独立に設計することが可能である。
Since the dielectric parts are scraped by plasma, they need to be replaced regularly. However, in this modification, the
[変形例2]
図5は、本発明の実施例についての第二の変形例である。なお、変形例1の場合と同様に、既に説明したものと同一の符号が付された構成は、同一の機能を有する部分であるので、その構成については説明を省略する。
[Modification 2]
FIG. 5 is a second modification of the embodiment of the present invention. As in the case of the first modification, the configuration with the same reference numerals as those already described is a portion having the same function, and thus the description of the configuration will be omitted.
図5は、本変形例に係る分離壁334の断面図である。分離壁334は、この分離壁334とECR面136が交わる領域の周辺に開口部337を備える。ECR面136においては、プラズマ密度が高くプラズマの浸食がより顕著であるため、この領域の分離壁334を削減することにより、パーティクルの発生を抑制することが可能である。また、分離壁334に開口部337を設けたことにより分離壁334の内側と外側のガスが混合するものの、開口部337はECR面136の周辺部のみであるため全体に占める割合は小さく、内側と外側のガスを分離する分離壁334の効果の大部分は維持される。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。 Although the invention made by the present inventor has been specifically described above based on the embodiment, the present invention is not limited to the above-described embodiment and includes various modifications. For example, the above-described embodiment has been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to the one including all the described configurations.
また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。なお、図面に記載した各部材や相対的なサイズは、本発明を分かりやすく説明するため簡素化・理想化しており、実装上はより複雑な形状となる。 Further, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. .. Further, it is possible to add, delete, or replace a part of the configuration of each embodiment with another configuration. It should be noted that each member and the relative size described in the drawings have been simplified and idealized in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and have a more complicated shape in terms of mounting.
なお、上記実施の形態で説明した構造や方法については、上記実施の形態のものに限定されるものではなく、様々な応用例が含まれる。 The structure and method described in the above embodiment are not limited to those in the above embodiment, and include various application examples.
100 プラズマ処理装置
102、202 シャワープレート
103 誘電体窓
104 真空処理室
105 ガス供給機構
112 可変コンダクタンスバルブ
113 ターボ分子ポンプ
114 粗引きポンプ
115 圧力計
116 マイクロ波電源
117 自動整合器
121 空洞共振器
122、123、124 ソレノイドコイル
125 電極
126 ウエハ
127 バイアス用高周波電源
129 温度制御機構
130 ガス源
131 マスフローコントローラ
134,234,334 分離壁
140 コイル電源
150 制御部。
100
Claims (10)
配置されその上面に処理対象のウエハが載せられる試料台と、前記処理室の前記試料台上
面上方で前記試料台と対向して配置され前記処理室の前記内側に前記プラズマを形成する
ための電界が透過する少なくとも1つの誘電体製の窓部材と、前記真空容器の外側で前記
処理室の外周を囲んで配置されて前記処理室の前記内側に磁界を形成するコイルと、前記
処理室の前記内側で前記試料台と前記誘電体製の窓部材との間に配置されて前記試料台に
向かって下向きに末広がりの形状を有した誘電体製の筒状の部材と、前記筒状の部材の内
側に前記誘電体製の窓部材と前記筒状の部材との間から処理用のガスを供給する複数のガ
ス供給口と、前記筒状の部材の外側から前記プラズマが形成される前記処理室の前記内側
に処理用のガスを供給する複数のガス供給口とを備え、前記筒状の部材の前記内側の空間上方の前記窓部材の下面と上面との間の厚さは、前記筒状の部材の外側の空間の厚さより大きくされたことを特徴とするプラズマ処理装置。 A processing chamber arranged inside the vacuum vessel and forming a plasma inside, a sample table arranged below the processing chamber on which the wafer to be processed is placed, and above the upper surface of the sample table in the processing chamber. A window member made of at least one dielectric, which is arranged to face the sample table and allows an electric field for forming the plasma to pass through the inside of the processing chamber, and the outer periphery of the processing chamber are surrounded by the outside of the vacuum vessel. A coil arranged in the processing chamber to form a magnetic field inside the processing chamber, and arranged between the sample table and the dielectric window member inside the processing chamber and facing downward toward the sample table. A plurality of cylindrical members made of a dielectric having a divergent shape, and a plurality of gases for processing are supplied from between the window member made of the dielectric and the cylindrical member inside the tubular member. Gas supply port and a plurality of gas supply ports for supplying processing gas to the inside of the processing chamber where the plasma is formed from the outside of the cylindrical member. A plasma processing apparatus characterized in that the thickness between the lower surface and the upper surface of the window member above the inner space is made larger than the thickness of the outer space of the cylindrical member .
配置されその上面に処理対象のウエハが載せられる試料台と、前記処理室の前記試料台上
面上方で前記試料台と対向して配置され前記処理室の前記内側に前記プラズマを形成する
ための電界が透過する少なくとも1つの誘電体製の窓部材と、前記真空容器の外側で前記
処理室の外周を囲んで配置されて前記処理室の前記内側に磁界を形成するコイルと、前記処理室の前記内側で前記試料台の上方に配置されたシャワープレートと、前記処理室の前記内側であって前記シャワープレートから前記試料台に向かって下向きに末広がりの形状を有した誘電体製の筒状の部材と、前記シャワープレートに配置され前記筒状の部材の内側に前記誘電体製の窓部材と前記筒状の部材との間から処理用のガスを供給する複数のガス供給口と、前記筒状の部材の外側から前記プラズマが形成される前記処理室の前記内側に処理用のガスを供給する複数のガス供給口とを備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。 Below the processing chamber, which is placed inside the vacuum vessel and plasma is formed inside, and below the processing chamber.
A sample table on which the wafer to be processed is placed on the upper surface of the sample table and the sample table in the processing chamber.
The plasma is formed inside the processing chamber so as to face the sample table above the surface.
At least one dielectric window member through which an electric field is transmitted, and the outside of the vacuum vessel.
A coil arranged around the outer periphery of the processing chamber to form a magnetic field inside the processing chamber, a shower plate arranged inside the processing chamber and above the sample table, and the inside of the processing chamber. A cylindrical member made of a dielectric having a shape that spreads downward from the shower plate toward the sample table, and a cylindrical member made of the dielectric placed inside the tubular member arranged on the shower plate. A plurality of gas supply ports for supplying gas for processing from between the window member and the cylindrical member, and the inside of the processing chamber where the plasma is formed from the outside of the tubular member for processing. A plasma processing apparatus characterized by having a plurality of gas supply ports for supplying gas .
前記筒状の部材は、前記筒状の部材の内側壁面が、前記コイルが形成する前記磁界の磁
力線の向きに沿って、前記試料台に向かって下方に向かうに伴って外側に傾斜して末広が
りとなる形状を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 1 or 2 .
In the tubular member, the inner wall surface of the tubular member is inclined outward along the direction of the magnetic field lines of the magnetic field formed by the coil and spreads outward toward the sample table. A plasma processing device characterized by having a shape that becomes.
前記試料台上に載せられた前記ウエハは、前記筒状の部材の下端部から前記筒状の部材
の内側壁面の前記磁界の磁力線の向きに沿った下向き末広がりの方向に投影された範囲の
内側に配置されたプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 3 .
The wafer placed on the sample table is inside a range projected from the lower end of the cylindrical member in the direction of downward divergence along the direction of the magnetic field lines of the magnetic field on the inner wall surface of the tubular member. Plasma processing equipment located in.
前記窓部材の外周側部分の下面下方で前記筒状の部材の外側を囲んで配置され当該筒状
の部材の外側の空間に面して前記処理用のガスを前記処理室の中央側に向けて供給する前
記ガス供給口を備えたリング状部材を備えたプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 4 .
It is arranged below the lower surface of the outer peripheral side portion of the window member so as to surround the outside of the tubular member, and faces the space outside the tubular member so that the processing gas is directed toward the center side of the processing chamber. A plasma processing apparatus including a ring-shaped member having the gas supply port.
前記筒状の部材の高さ方向上端と下端との間で前記内側と外側との空間を連通する開口
を備え、この開口を通して前記電界と前記磁界とにより形成される電子サイクロトロン共
鳴面が形成されるプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 5.
An opening for communicating the space between the inside and the outside is provided between the upper end and the lower end in the height direction of the cylindrical member, and an electron cyclotron resonance surface formed by the electric field and the magnetic field is formed through the opening. Plasma processing equipment.
前記真空容器の内部で被処理試料を載置する載置台と、
前記真空容器の上部に前記載置台と対抗して配置されて誘電体材料で形成された誘電体
窓と、
前記真空容器の上部から前記誘電体窓を介して前記真空容器の内部に高周波波電力を供
給する電力供給部と、
前記真空容器の外部に配置されて前記真空容器の内部に磁界を発生させる磁界発生部と
、
前記真空容器の内部に処理ガスを供給するガス供給部と
を備えたプラズマ処理装置であって、
前記誘電体窓と前記載置台との間に配置されて前記ガス供給部から供給された前記処理
ガスを前記真空容器の内部に供給する多数の細孔が形成されたシャワープレートと、
前記ガス供給部から供給された前記処理ガスを前記真空容器の壁面に形成された多数の
細孔を介して前記真空容器の内部に環状に供給する環状ガス供給部と、
前記シャワープレートから供給された前記処理ガスと前記環状ガス供給部から供給され
た前記処理ガスとを前記真空容器の内部で分離するガス分離部と
を更に備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。 With a vacuum container
A mounting table on which the sample to be processed is placed inside the vacuum vessel, and
A dielectric window formed of a dielectric material, which is placed on the upper part of the vacuum vessel so as to oppose the above-mentioned stand.
A power supply unit that supplies high-frequency wave power from the upper part of the vacuum vessel to the inside of the vacuum vessel through the dielectric window, and a power supply unit.
A magnetic field generating unit that is arranged outside the vacuum vessel and generates a magnetic field inside the vacuum vessel.
A plasma processing apparatus provided with a gas supply unit for supplying processing gas inside the vacuum vessel.
A shower plate arranged between the dielectric window and the above-mentioned stand and having a large number of pores formed to supply the processing gas supplied from the gas supply unit to the inside of the vacuum vessel.
An annular gas supply unit that cyclically supplies the processing gas supplied from the gas supply unit to the inside of the vacuum container through a large number of pores formed on the wall surface of the vacuum container.
A plasma processing apparatus further comprising a gas separation unit that separates the processing gas supplied from the shower plate and the processing gas supplied from the annular gas supply unit inside the vacuum vessel.
に取り付けられており、前記シャワープレートに取り付けられた位置から前記載置台の方
向に向かって末広がりの円筒状の形状を有することを特徴とするプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 7, wherein the gas separation portion is attached to the shower plate, and has a cylindrical shape that expands toward the direction of the above-mentioned pedestal from the position attached to the shower plate. A plasma processing apparatus characterized by having.
一番近い部分の外径が、前記載置台に載置された被処理試料の外径よりも小さいことを特
徴とするプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 8, wherein the outer diameter of the lower end portion of the gas separation portion closest to the previously described pedestal is larger than the outer diameter of the sample to be processed placed on the previously described pedestal. A plasma processing device characterized by being small.
の円筒形状に内面に沿って前記載置台の方向に延長させた線が前記載置台の高さの部分に
おいて前記載置台に載置された被処理試料の外径よりも外側を通ることを特徴とするプラ
ズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 8 or 9, wherein the gas separating portion has a cylindrical shape having a divergent shape and a line extending in the direction of the pre-described pedestal along the inner surface is a portion at the height of the pre-described pedestal. A plasma processing apparatus characterized in that the sample passes outside the outer diameter of the sample to be processed placed on the table described above.
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