JPH10134995A - Plasma processing device and processing method for plasma - Google Patents
Plasma processing device and processing method for plasmaInfo
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- JPH10134995A JPH10134995A JP8285537A JP28553796A JPH10134995A JP H10134995 A JPH10134995 A JP H10134995A JP 8285537 A JP8285537 A JP 8285537A JP 28553796 A JP28553796 A JP 28553796A JP H10134995 A JPH10134995 A JP H10134995A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ処理装置
及びプラズマ処理方法に関する。The present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、平行平板型のプラズマ生成法を用
いたエッチング装置や薄膜堆積装置では、真空槽内にプ
ロセスガスを導入するとともに、被処理基板直下のカソ
ードに高周波を印加することでプラズマを発生させ、被
処理基板に対する処理を行っている。しかしながら、こ
の方法では、プラズマ密度の上昇に限界があるため、ス
ループットの上昇にも限界がある。さらに、単一の高周
波電力でプラズマ生成と被処理基板表面に形成されるバ
イアス電圧の制御を行うため、それぞれ独立に制御でき
ないという問題がある。2. Description of the Related Art Conventionally, in an etching apparatus or a thin film deposition apparatus using a parallel plate type plasma generation method, a plasma is introduced by introducing a process gas into a vacuum chamber and applying a high frequency to a cathode immediately below a substrate to be processed. And processing is performed on the substrate to be processed. However, in this method, there is a limit to the increase in the plasma density, and therefore, there is a limit to the increase in the throughput. Furthermore, since the plasma generation and the control of the bias voltage formed on the surface of the substrate to be processed are performed with a single high-frequency power, there is a problem that they cannot be controlled independently.
【０００３】一方、マイクロ波によるサイクロトロン共
鳴を利用したプラズマ生成法や高周波の誘導結合による
プラズマ生成法では、プラズマ密度を高くすることは可
能であるが、絶縁物を介してマイクロ波をチャンバ内に
導入したり、真空槽外に絶縁物を介してアンテナを設け
る必要があるため、その構成の複雑さによってコストの
増加を招いていた。また、被処理基板の大口径化に伴い
処理装置も大型化するが、誘導結合法で行われている真
空槽の外側にアンテナを設けるものでは、アンテナ直下
の絶縁物からなる真空容器壁も大型化せざるを得ず、大
気圧に耐えるために絶縁物の厚さも厚くしなければなら
ない。したがって、アンテナからプラズマ領域までの距
離が離れることになり、実効的にプラズマ中へ入力され
るパワーが大きく減少してしまい、エネルギー効率が低
下してしまう。On the other hand, in a plasma generation method using a cyclotron resonance by a microwave or a plasma generation method by an inductive coupling of a high frequency, it is possible to increase the plasma density, but the microwave is introduced into the chamber through an insulator. Since it is necessary to introduce the antenna or to provide an antenna outside the vacuum chamber via an insulator, the complexity of the configuration has increased the cost. In addition, the processing equipment also increases in size as the diameter of the substrate to be processed increases, but when an antenna is provided outside the vacuum chamber performed by the inductive coupling method, the vacuum vessel wall made of an insulator immediately below the antenna has a large size. In order to withstand the atmospheric pressure, the thickness of the insulator must be increased. Therefore, the distance from the antenna to the plasma region is increased, and the power effectively input into the plasma is greatly reduced, and the energy efficiency is reduced.
【０００４】さらに、絶縁物として使用される石英など
は熱伝導率が低く放電中に昇温する。エッチングやＣＶ
Ｄにおいては、チャンバー内壁に堆積物が形成され、そ
の表面での化学反応がプラズマ中の化学種構成に多大に
影響を与える。絶縁物の温度が時々刻々と変化すると表
面でのこの化学反応が変化し、プロセス特性が時間的に
変化してしまう、いわゆる経時変化を生じる。また、絶
縁物がプラズマにより侵食されその分解物がプラズマ中
へ飛散し、やはりプロセスの特性やその経時変化の原因
となる。このような経時変化が生じるプロセスは、将来
のＵＬＳＩ製造に要求される高精度の加工や成膜を制御
性よく行うことを不可能にする。Further, quartz or the like used as an insulator has a low thermal conductivity and rises in temperature during discharge. Etching and CV
In D, a deposit is formed on the inner wall of the chamber, and the chemical reaction on the surface greatly affects the chemical species composition in the plasma. When the temperature of the insulator changes from moment to moment, this chemical reaction on the surface changes, causing a so-called time-dependent change in process characteristics with time. In addition, the insulator is eroded by the plasma, and the decomposed product is scattered into the plasma, which again causes process characteristics and changes with time. The process in which such a change over time occurs makes it impossible to perform highly accurate processing and film formation required for future ULSI manufacturing with good controllability.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
プラズマ処理装置では、高密度のプラズマを生成するこ
とが困難であったり、装置の構成が複雑になる、さらに
はプロセスの経時変化を生じやすいといった問題があっ
た。As described above, in the conventional plasma processing apparatus, it is difficult to generate a high-density plasma, the configuration of the apparatus becomes complicated, and the process changes with time. There was a problem that it was easy to occur.
【０００６】本発明の目的は、高密度で均一なプラズマ
を簡易な装置構成で生成することが可能な従来にない新
たなプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供する
ことにある。An object of the present invention is to provide a new plasma processing apparatus and a plasma processing method which can generate a high-density and uniform plasma with a simple apparatus configuration.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明におけるプラズマ
処理装置は、真空槽の少なくとも一部を該真空槽内に電
磁波を導入してプラズマを発生させるためのアンテナと
したことを特徴とする。このような構成により、高密度
のプラズマを簡易な装置構成で生成することが可能とな
る。したがって、エッチング装置や成膜装置として使用
した場合、高スループット化等を実現することができ
る。The plasma processing apparatus according to the present invention is characterized in that at least a part of the vacuum chamber is an antenna for generating a plasma by introducing an electromagnetic wave into the vacuum chamber. With such a configuration, high-density plasma can be generated with a simple device configuration. Therefore, when used as an etching apparatus or a film forming apparatus, high throughput can be realized.
【０００８】また、上記プラズマ処理装置において、電
磁波の波長をλとしたとき、電磁波によって生じるプラ
ズマが一定領域でほぼ均一となるようアンテナの直径を
ｎ・λ／２（ｎは正の整数）近傍に設定することが好ま
しい。In the above plasma processing apparatus, when the wavelength of the electromagnetic wave is λ, the diameter of the antenna is in the vicinity of n · λ / 2 (n is a positive integer) so that the plasma generated by the electromagnetic wave is substantially uniform in a certain region. It is preferable to set
【０００９】また、上記プラズマ処理装置において、ア
ンテナの温度を一定に保持するための温度制御手段をさ
らに設けることにより、プロセスの経時変化を低減する
ことが可能となる。In the above-mentioned plasma processing apparatus, by further providing a temperature control means for keeping the temperature of the antenna constant, it is possible to reduce the aging of the process.
【００１０】なお、上記プラズマ処理装置において、ア
ンテナから生じる電磁波の周波数を２５０ＭＨｚ以上に
することが好ましい。In the above plasma processing apparatus, the frequency of the electromagnetic wave generated from the antenna is preferably set to 250 MHz or more.
【００１１】また、上記プラズマ処理装置において、真
空槽内に被処理基板を載置するサセプタを設け、このサ
セプタに１３．５６ＭＨｚ以下の高周波を印加すること
が好ましい。In the above plasma processing apparatus, it is preferable that a susceptor for mounting a substrate to be processed is provided in a vacuum chamber, and a high frequency of 13.56 MHz or less is applied to the susceptor.
【００１２】また、上記プラズマ処理装置において、磁
場発生手段を設け、プラズマの真空槽壁への拡散を防止
するようにしてもよい。In the above plasma processing apparatus, a magnetic field generating means may be provided to prevent diffusion of plasma to the vacuum chamber wall.
【００１３】本発明におけるプラズマ処理方法は、真空
槽の少なくとも一部を該真空槽内に電磁波を導入するた
めのアンテナとし、このアンテナによって真空槽内に導
入された電磁波により真空槽内にプラズマを発生させ、
このプラズマにより真空槽内の被処理基板の処理を行う
ことを特徴とする。このような方法を用いることによ
り、高密度のプラズマを簡易な方法で発生させることが
可能となる。したがって、エッチング装置や成膜装置に
上記処理方法を採用した場合、高スループット化等を実
現することができる。According to the plasma processing method of the present invention, at least a part of the vacuum chamber is used as an antenna for introducing an electromagnetic wave into the vacuum chamber, and plasma is introduced into the vacuum chamber by the electromagnetic wave introduced into the vacuum chamber by the antenna. Raise,
The plasma processing is performed on a substrate to be processed in a vacuum chamber. By using such a method, high-density plasma can be generated by a simple method. Therefore, when the above-described processing method is adopted in an etching apparatus or a film forming apparatus, high throughput can be realized.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。Embodiments of the present invention will be described below.
【００１５】図１は、第１実施形態に係るプラズマ処理
装置の構成を模式的に示した図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a plasma processing apparatus according to the first embodiment.
【００１６】図１に示したプラズマ処理装置では、真空
槽１１を構成する壁の一部を真空槽１１内に電磁波を導
入してプラズマを発生させるためのアンテナ天板１３と
している。このアンテナ天板１３には、高周波電源１７
からマッチング回路１６を介して５００ＭＨｚの高周波
電力（波長λ）が供給されている。アンテナ天板１３は
円盤状で、その半径はλ／４であり、アンテナ天板１３
下に導入した電磁波の定在波が生じるようになってい
る。アンテナ天板１３はアルミニウムを用いて構成され
ており、その外側は絶縁部或いは空間１４を介して銅シ
ールド１２で覆われており、この銅シールド１２は接地
電位に保持されている。そして、アンテナ天板１３はそ
の外周部において銅シールド１２と接続されている。ま
た、アンテナ天板１３の内側はアルマイト加工による薄
い絶縁膜１５が形成されている。なお、アンテナ天板１
３はプラズマを発生させるための電磁波を放出するもの
であり、静電場を誘起するための電極とは基本的に異な
るものである。In the plasma processing apparatus shown in FIG. 1, a part of the wall constituting the vacuum chamber 11 is used as an antenna top plate 13 for generating a plasma by introducing an electromagnetic wave into the vacuum chamber 11. The antenna top 13 has a high-frequency power supply 17
Supplies a high-frequency power (wavelength λ) of 500 MHz through a matching circuit 16. The antenna top 13 has a disk shape with a radius of λ / 4.
A standing wave of the electromagnetic wave introduced below is generated. The antenna top plate 13 is made of aluminum, and its outside is covered with a copper shield 12 via an insulating portion or a space 14, and the copper shield 12 is kept at a ground potential. The antenna top plate 13 is connected to the copper shield 12 at the outer periphery. A thin insulating film 15 is formed inside the antenna top plate 13 by alumite processing. The antenna top 1
Numeral 3 emits an electromagnetic wave for generating plasma, which is basically different from an electrode for inducing an electrostatic field.
【００１７】真空槽１１内のアンテナ天板１３と対向す
る位置には被処理基板Ｗを搭載するサセプタ１８が設け
てある。このサセプタ１８はカソード電極となってお
り、高周波電源２０からマッチング回路１９を介して４
０ＭＨｚ以下（例えば１３．５６ＭＨｚ）の高周波電力
が供給されている。A susceptor 18 for mounting a substrate W to be processed is provided at a position facing the antenna top plate 13 in the vacuum chamber 11. The susceptor 18 is a cathode electrode, and is connected to a high-frequency power supply 20 via a matching circuit 19.
High frequency power of 0 MHz or less (for example, 13.56 MHz) is supplied.
【００１８】真空槽１１内にはガスボンベ２３からガス
導入管２２を通してプロセスガスが供給され、真空排気
装置２１によって真空槽１１内は排気される。A process gas is supplied into the vacuum chamber 11 from a gas cylinder 23 through a gas introduction pipe 22, and the inside of the vacuum chamber 11 is exhausted by a vacuum exhaust device 21.
【００１９】また、真空槽１１の内部にカスプ状の１０
０ガウス程度の磁場が形成されるよう、真空槽１１の側
壁の外側に磁石２４が配置されており、プラズマの真空
槽壁への拡散を防止している。Further, a cusp-shaped 10
A magnet 24 is arranged outside the side wall of the vacuum chamber 11 so as to form a magnetic field of about 0 Gauss, thereby preventing the diffusion of plasma to the vacuum chamber wall.
【００２０】以上のように、真空槽１１の一部をアンテ
ナ天板１３とし、このアンテナ天板１３の半径をλ／２
として定在波が生じるように構成したことにより、高密
度で均一なプラズマを得ることができ、半導体製造にお
けるエッチング装置やＣＶＤ装置に利用することによ
り、高スループットを達成することができる。As described above, a part of the vacuum chamber 11 is used as the antenna top plate 13, and the radius of the antenna top plate 13 is set to λ / 2.
As a result, a high-density and uniform plasma can be obtained, and a high throughput can be achieved by using it in an etching apparatus or a CVD apparatus in semiconductor manufacturing.
【００２１】つぎに、第２実施形態について、図２を参
照して説明する。Next, a second embodiment will be described with reference to FIG.
【００２２】真空槽３５は、直径３００ｍｍ以上の大口
径Ｓｉウェハにも対応できるように、直径６００ｍｍと
している。また、プラズマの励起周波数には、その波長
（λ）が放電空間の直径に概ね等しい５５０ＭＨｚのＵ
ＨＦ帯高周波を選択した。ＵＨＦ電力は、図示していな
い電源及びマッチング回路から、同軸管３１及びカップ
リング３２を通して電力分配器３８へ給電される。電力
分配器３８は、真空槽３５の一部を構成するアンテナ天
板３６に、真空槽３５の中心軸Ｃからλ／４の距離で同
心円上に接続されている。また、アンテナ天板３６は真
空槽壁と同様、直流（ＤＣ）的には接地電位に保持され
ている。The vacuum chamber 35 has a diameter of 600 mm so as to be applicable to a large-diameter Si wafer having a diameter of 300 mm or more. In addition, the excitation frequency of the plasma has a wavelength (λ) of 550 MHz, which is approximately equal to the diameter of the discharge space.
HF band high frequency was selected. The UHF power is supplied from a power supply and a matching circuit (not shown) to the power distributor 38 through the coaxial waveguide 31 and the coupling 32. The power distributor 38 is concentrically connected to the antenna top plate 36 that forms a part of the vacuum chamber 35 at a distance of λ / 4 from the central axis C of the vacuum chamber 35. The antenna top plate 36 is held at the ground potential in terms of direct current (DC), similarly to the vacuum chamber wall.
【００２３】アンテナ天板１３に５５０ＭＨｚのＵＨＦ
電力を供給した場合、真空槽側壁３７と真空槽の中心軸
Ｃに節を持ち、電力分配器３８の接続部３９下に腹を持
つ定在波Ｓが誘起される（図に示した定在波Ｓは、アン
テナ天板３６下に形成される定在波の横方向の電界強度
分布を単に模式的に示したものである。）。この定在波
Ｓによりプラズマ中の電子を加熱（エネルギを与える）
し、その電子が中性のガスと衝突し電離（イオン化）す
ることでプラズマを維持する。定在波Ｓによる電界強度
はその腹の部分で最大となり、そこでのプラズマ生成
（電子の加熱）が最大となる。しかし、ＥＣＲ（電子サ
イクロトロン共鳴）プラズマのように共鳴条件に対応す
る狭い空間で電子加熱が起こるわけではなく、定在波の
腹を中心に電界強度はなだらかに減少し、電子加熱もこ
れに対応して広い空間で行われる。一方、真空槽中心軸
Ｃ上に定在波の腹を形成するような構成にすると、真空
槽３５の中央付近のプラズマ密度が上昇し、真空槽側壁
３７へ向かってプラズマ密度が減少する分布となり、均
一なプラズマとはならない。本構成のように、処理する
ウェハＷの外周部付近の上方に定在波Ｓの腹を形成する
と、その付近で加熱された電子はすばやく真空槽３５の
中央方向および真空槽側壁３７方向に拡散する。真空槽
３５の中央方向に拡散した電子と定在波Ｓの腹から真空
槽３５の中央部向かって徐々に弱まる電界で加熱された
電子により、定在波Ｓの腹から中心軸Ｃ付近に亘り極め
て均一なプラズマが形成される。一方、プラズマ（電
子）は真空槽壁との相互作用で消滅するため、真空槽３
５内全体で均−にプラズマ生成を行うと、真空槽中心軸
Ｃから真空槽側壁３７に向かってプラズマ密度が一様に
低下し、結果的にプラズマ密度は均一とはならない。本
構成では、意図的にウェハＷ外周部上方から真空槽側壁
３７に向かって徐々に強度が低下するプラズマ生成部を
形成することで、このような問題を解決している。550 MHz UHF on antenna top plate 13
When electric power is supplied, a standing wave S having a node on the vacuum chamber side wall 37 and the central axis C of the vacuum chamber and having an antinode below the connecting portion 39 of the power distributor 38 is induced (the standing wave S shown in the figure). The wave S simply shows the horizontal electric field strength distribution of the standing wave formed below the antenna top plate 36.) The electrons in the plasma are heated (given energy) by the standing wave S.
Then, the electrons collide with the neutral gas and are ionized (ionized) to maintain the plasma. The electric field intensity due to the standing wave S is maximum at the antinode, and plasma generation (heating of electrons) there is maximum. However, electron heating does not occur in a narrow space corresponding to resonance conditions like ECR (Electron Cyclotron Resonance) plasma, and the electric field intensity gradually decreases around the antinode of the standing wave, and electron heating also responds to this It is performed in a large space. On the other hand, if the antinode of the standing wave is formed on the center axis C of the vacuum chamber, the plasma density near the center of the vacuum chamber 35 increases and the plasma density decreases toward the vacuum chamber side wall 37. , And not uniform plasma. When the antinode of the standing wave S is formed near the outer peripheral portion of the wafer W to be processed as in the present configuration, the electrons heated in the vicinity quickly diffuse toward the center of the vacuum chamber 35 and the direction of the vacuum chamber side wall 37. I do. The electrons diffused toward the center of the vacuum chamber 35 and the electrons heated by the electric field gradually weakened from the antinode of the standing wave S toward the center of the vacuum chamber 35 extend from the antinode of the standing wave S to the vicinity of the central axis C. A very uniform plasma is formed. On the other hand, since the plasma (electrons) disappears due to the interaction with the vacuum chamber wall, the vacuum chamber 3
When the plasma is uniformly generated in the entirety of the inside 5, the plasma density decreases uniformly from the vacuum chamber center axis C toward the vacuum chamber side wall 37, and as a result, the plasma density does not become uniform. In the present configuration, such a problem is solved by intentionally forming a plasma generating portion whose intensity gradually decreases from the upper portion of the outer peripheral portion of the wafer W toward the vacuum chamber side wall 37.
【００２４】なお、電力分配器３８とアンテナ天板３６
との接続点３９の位置を変えることにより、プラズマの
均一性の調整やマッチングの調整を行うことができる。The power distributor 38 and the antenna top 36
By changing the position of the connection point 39 with the substrate, the uniformity of plasma and the matching can be adjusted.
【００２５】ウェハＷはサセプタ４１を構成するバイア
ス電極４２上に載置され、図示しない静電チャック機構
により保持され、適宜温度制御がなされる。ウェハＷの
周辺にはバイアス電極４２の表面保護とバイアス電力の
均一な印加を目的にカバーリング４３が設けてある。こ
のカバーリング４３は、通常高純度カーボンやＳｉＣ、
或いは石英等を用いて構成され、プロセス条件（特にガ
ス種など）により適宜選択される。バイアス電極４２に
は、図示していないマッチング回路を通して高周波電源
が接続されている。バイアス電極４２に印加される高周
波は、１００ｋＨｚから４０ＭＨｚ程度の範囲で適宜選
択される。The wafer W is placed on a bias electrode 42 constituting a susceptor 41, held by an electrostatic chuck mechanism (not shown), and appropriately temperature controlled. A covering 43 is provided around the wafer W for the purpose of protecting the surface of the bias electrode 42 and uniformly applying the bias power. This covering 43 is usually made of high-purity carbon, SiC,
Alternatively, it is formed using quartz or the like, and is appropriately selected depending on the process conditions (particularly, gas type and the like). A high-frequency power supply is connected to the bias electrode 42 through a matching circuit (not shown). The high frequency applied to the bias electrode 42 is appropriately selected in a range from about 100 kHz to about 40 MHz.
【００２６】アンテナ天板３６とウェハＷとの距離（電
極間隔）は例えば１００ｍｍとすればよいが、３５ｍｍ
程度まで狭めてもプラズマの均一性は維持された。ただ
し、ガス導入を真空槽側壁３７側から行うとガスの流れ
に不均−が生じるため、電極間隔を狭めて使用する場合
は、アンテナ天板３６にガス導入口（シャワーへッド状
の多数のガス吹き出し穴）を設ける必要がある。電極間
隔を狭める理由は、プラズマの生成空間を小さくして、
プラズマ密度を上昇させる或いはガスのプラズマ中での
滞在時間を短縮してガス分解の状態を変化させる等のた
めであり、プロセス上の必要性に応じて適宜電極間隔を
決定する。なお、３５ｍｍの電極間隔においてもウェハ
Ｗ表面付近での電界強度はほぼゼロであり、ＵＨＦの電
力はプラズマですべて吸収されていると考えられる。The distance (electrode interval) between the antenna top plate 36 and the wafer W may be, for example, 100 mm, but may be 35 mm.
The plasma uniformity was maintained even when narrowed to the extent. However, if the gas is introduced from the side of the vacuum chamber side wall 37, the flow of the gas will be uneven. Therefore, when the electrode spacing is reduced and used, the gas inlet (shower head-shaped multiple Gas blowing holes). The reason for narrowing the electrode spacing is to reduce the plasma generation space,
This is for increasing the plasma density or shortening the residence time of the gas in the plasma to change the state of gas decomposition, and the electrode interval is appropriately determined according to the necessity in the process. It should be noted that the electric field intensity near the surface of the wafer W is almost zero even at the electrode spacing of 35 mm, and it is considered that all the power of the UHF is absorbed by the plasma.
【００２７】なお、本構成における各部の構成材料とし
ては、つぎのようなものを用いることができる。真空槽
３５の内壁には表面をアルマイト処理（〜１００μｍ程
度のＡｌ2 Ｏ3 ）したアルミニウム、アンテナ天板３６
にはＡｌ＋アルマイト処理、カーボン、ＳｉＣ等の低抵
抗かつ高熱伝導率の材料、電力分配器３８には表面を銀
メッキしたＣｕ等を用いることができる。The following materials can be used as constituent materials of each part in the present structure. The inner wall of the vacuum chamber 35 is made of aluminum whose surface is anodized (about 100 μm Al 2 O 3 ).
For example, a material having low resistance and high thermal conductivity such as Al + alumite treatment, carbon, or SiC can be used for the power distributor 38. Cu or the like whose surface is plated with silver can be used for the power distributor 38.
【００２８】本方式によるプラズマ生成の有効性を検証
するためにアルゴン（Ａｒ）ガスによる実験を行ったと
ころ、一定領域において圧力０．３ｍＴｏｒｒ〜２００
ｍＴｏｒｒの範囲で高い均一性を維持できることがわか
った。すなわち、図３に示すように、ウェハＷが存在す
る領域ではプラズマの密度（電子密度）が±３％以下に
維持され、サセプタ４１の周辺から真空槽側壁３７に向
かってプラズマ密度が急激に低下する。また、エッチン
グガスに（Ｃ4 Ｆ8 ／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ2 ）を用いてＢＰ
ＳＧのエッチングレート（Ｅ／Ｒ）を調べたところ、ウ
ェハＷの全面に亘って均一なエッチングレートが得られ
ることがわかった。An experiment using argon (Ar) gas was performed to verify the effectiveness of the plasma generation by this method, and the pressure was 0.3 mTorr to 200 m in a certain region.
It was found that high uniformity could be maintained in the range of mTorr. That is, as shown in FIG. 3, in the region where the wafer W exists, the plasma density (electron density) is maintained at ± 3% or less, and the plasma density sharply decreases from the periphery of the susceptor 41 toward the vacuum chamber side wall 37. I do. In addition, BP is used by using (C 4 F 8 / CO / Ar / O 2 ) as an etching gas.
Examination of the SG etching rate (E / R) revealed that a uniform etching rate was obtained over the entire surface of the wafer W.
【００２９】なお、上記の結果は圧力２０ｍＴｏｒｒで
行ったが、均一性に関しては１０-4〜１０-1Ｔｏｒｒの
広い範囲で均一性が保たれる。Although the above results were obtained at a pressure of 20 mTorr, the uniformity was maintained in a wide range from 10 -4 to 10 -1 Torr.
【００３０】つぎに、第３実施形態について、図４を参
照して説明する。Next, a third embodiment will be described with reference to FIG.
【００３１】本実施形態の基本的な構成は、上記第２実
施形態と類似しており、第２実施形態の構成要素と対応
する構成要素については同一の番号を付し、詳細な説明
は省略する。The basic configuration of this embodiment is similar to that of the second embodiment. Components corresponding to those of the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted. I do.
【００３２】先に説明した第２実施形態ではアンテナ天
板３６を真空槽３５の上壁全体に設けていたが、本実施
形態では、アンテナ天板３６の端を真空槽中心軸Ｃと真
空槽側壁３７とのほぼ中央に位置させ、真空槽３５上壁
の他の部分には絶縁物４６を介して側壁３７と同様の真
空槽壁を設けている。また、本実施形態では、アンテナ
天板３６と電力分配器３８との間に温度調節機構４５
（冷媒流路やヒータ等）を設け、アンテナ天板３６を一
定の温度に保持することでプロセスの経時変化を抑制で
きた。In the second embodiment described above, the antenna top plate 36 is provided on the entire upper wall of the vacuum chamber 35. In the present embodiment, the end of the antenna top board 36 is connected to the center axis C of the vacuum chamber and the vacuum chamber 35. A vacuum chamber wall similar to the side wall 37 is provided at an approximate center of the side wall 37 and another portion of the upper wall of the vacuum chamber 35 via an insulator 46. In the present embodiment, a temperature adjustment mechanism 45 is provided between the antenna top plate 36 and the power distributor 38.
(Refrigerant flow path, heater, etc.) were provided, and the antenna top plate 36 was maintained at a constant temperature, whereby a change over time in the process could be suppressed.
【００３３】本実施形態においても、第２実施形態と同
様、均一な高密度プラズマを得ることができる。In this embodiment, as in the second embodiment, uniform high-density plasma can be obtained.
【００３４】ここで、上記各実施形態で説明したプラズ
マ処理装置の温度調整機構について説明する。Here, the temperature adjusting mechanism of the plasma processing apparatus described in each of the above embodiments will be described.
【００３５】プラズマに直接晒されるアンテナや真空槽
側壁は、内部に冷媒を循環させる或いはヒータをつける
などして、プラズマ生成中もプラズマが生成されていな
いときも常に一定の温度に保つことが好ましい。プラズ
マ生成中はアンテナ天板の表面温度が上昇する。この温
度変化は、プラズマ中の活性種組成に強い影響を及ぼ
し、選択比等のエッチング特性がエッチングを続けるう
ちに徐々に変化（経時変化）してくる。また、温度の上
昇、低下の繰り返しは表面に堆積した膜（例えばフロロ
カーボン系のガスを使用すると（−ＣＦ2 −）が重合し
て薄膜が形成される。）にストレスを与えるため、膜剥
がれが生じてパーティクル発生の原因となる。そこで、
真空槽内壁、特にアンテナ表面の温度を常に一定に保つ
ために、温度調整機構を設けるとともに、熱伝導率の良
いＡｌあるいはカーボンなどを材料として選択する。従
来装置では、誘電体（厚い石英やセラミクス）を介して
高周波やＵＨＦ電力を供給するため、プラズマに晒され
た誘電体表面の温度が変化して、長期間安定なプロセス
が得られなかったが、本発明のアンテナによってプラズ
マを励起する手法において初めて、経時変化のない高精
度加工技術が実現された。It is preferable that the antenna and the vacuum chamber side wall which are directly exposed to the plasma are always kept at a constant temperature both during the plasma generation and when the plasma is not generated, by circulating a coolant or attaching a heater inside. . During plasma generation, the surface temperature of the antenna top plate rises. This temperature change has a strong effect on the active species composition in the plasma, and the etching characteristics such as the selectivity gradually change (change over time) as the etching is continued. In addition, when the temperature is repeatedly increased and decreased, stress is applied to a film deposited on the surface (for example, when a fluorocarbon-based gas is used, (-CF 2- ) is polymerized to form a thin film), and thus the film is peeled. And generate particles. Therefore,
In order to always keep the temperature of the inner wall of the vacuum chamber, particularly the surface of the antenna, constant, a temperature adjusting mechanism is provided, and Al or carbon having good thermal conductivity is selected as a material. In the conventional apparatus, since a high frequency or UHF power is supplied through a dielectric (thick quartz or ceramics), the temperature of the dielectric surface exposed to plasma changes, and a stable process cannot be obtained for a long time. For the first time in the method of exciting plasma by the antenna of the present invention, a high-precision processing technique with no change over time has been realized.
【００３６】図４に指示した第３実施形態例では、この
ような観点からアンテナ天板３６の上部に温度調節機構
４５を設けているが、以上の説明から明らかなように、
このような温度調整機構は他の実施形態においても当然
採用することが好ましく、またアンテナ天板以外の真空
槽壁の温度を一定に保つような温度調節機構を設けるよ
うにしてもよい。In the third embodiment shown in FIG. 4, the temperature adjusting mechanism 45 is provided above the antenna top plate 36 from such a point of view.
Such a temperature adjustment mechanism is naturally preferably adopted in other embodiments, and a temperature adjustment mechanism for keeping the temperature of the vacuum chamber wall other than the antenna top plate constant may be provided.
【００３７】なお、上記の例では、ＵＨＦの周波数をそ
の波長λが真空槽の内径或いはアンテナ径と同等となる
ように選択したが、真空槽の内径にかかわらず、真空槽
中心軸Ｃと電力分配器の接続部或いはアンテナ端部との
距離を（λ／４）程度から（０．７λ／４）程度の範囲
に設定することで、同等の効果があることを確認した。
したがって、上記範囲で使用周波数（ＶＨＦ帯、ＵＨＦ
帯、マイクロ波帯から選択）や真空槽の内径を、処理す
べきウェハ径に応じて適宜選択することができる。In the above example, the UHF frequency is selected so that its wavelength λ is equal to the inner diameter of the vacuum chamber or the antenna diameter. It has been confirmed that the same effect can be obtained by setting the distance between the connection part of the distributor and the end of the antenna in the range of about (λ / 4) to about (0.7λ / 4).
Therefore, the operating frequency (VHF band, UHF band,
Band or microwave band) or the inner diameter of the vacuum chamber can be appropriately selected according to the diameter of the wafer to be processed.
【００３８】以上のように、本発明により大面積の均一
プラズマを容易に生成することが可能となり、大口径ウ
ェハの均一なプロセスが実現できる。なお、均一なプラ
ズマとは、プラズマ密度（電子密度に対応）、電子温
度、イオン密度、空間電位などのプラズマの特性値の空
間分布が少なく、ウェハ表面へ供給されるイオンや電子
及びそれらのエネルギがウェハ面内で均一であることを
指す。As described above, the present invention makes it possible to easily generate a large-area uniform plasma and realize a uniform process for a large-diameter wafer. The uniform plasma means that the spatial distribution of plasma characteristic values such as plasma density (corresponding to electron density), electron temperature, ion density, and space potential is small, and ions and electrons supplied to the wafer surface and their energies are reduced. Is uniform in the wafer plane.
【００３９】次に、本発明のプラズマ処理装置をエッチ
ング装置として用い、酸化膜をエッチングした場合の例
について述べる。Next, an example in which an oxide film is etched using the plasma processing apparatus of the present invention as an etching apparatus will be described.
【００４０】まず、図２の装置に、Ｃ4 Ｆ8 、ＣＯ、Ａ
ｒ、Ｏ2 のガスをそれぞれ２０、３５０、５５０、５ｓ
ｃｃｍの流量で真空槽内に導入し、ガス圧力を２０ｍＴ
ｏｒｒに設定した。ＵＨＦ電力は１ｋＷとし、バイアス
周波数、電力はそれぞれ１ＭＨｚ、７００Ｗとした。First, C 4 F 8 , CO, A
r, O 2 gas are respectively 20, 350, 550, 5 s
Introduced into the vacuum chamber at a flow rate of ccm and the gas pressure was 20 mT
orr. The UHF power was 1 kW, the bias frequency and the power were 1 MHz and 700 W, respectively.
【００４１】直径２００ｍｍのＳｉ基板に厚さ２μｍの
酸化膜（ＢＰＳＧ）及び厚さ０．７μｍのレジストマス
クを形成し、直径０．８〜０．１５μｍのホールの形成
を行った。レジストのパターン形成にはＸ線リソグラフ
ィーを使用した。なお、先に示した図３のデータは、パ
ターンのない酸化膜をエッチングして得たデータである
が、ここでは微細パターンのエッチング形状を評価する
ため、微細パターンの形成が可能な２００ｍｍウェハを
使用した。An oxide film (BPSG) having a thickness of 2 μm and a resist mask having a thickness of 0.7 μm were formed on a Si substrate having a diameter of 200 mm, and holes having a diameter of 0.8 to 0.15 μm were formed. X-ray lithography was used to form a resist pattern. Note that the data in FIG. 3 shown above is data obtained by etching an oxide film without a pattern. Here, in order to evaluate the etching shape of the fine pattern, a 200 mm wafer on which a fine pattern can be formed is used. used.
【００４２】エッチング速度は、パターンの無いウェハ
では図３に示すように約０．６３μｍ／ｍｉｎである
が、φ０．８〜０．１５μｍの穴パターンがほぼ全面に
形成されエッチング面積がウェハ全表面積の数％である
場合は、約１μｍ／ｍｉｎであった。また、エッチング
速度についてのパターン寸法依存性は、φ０．８〜０．
１５μｍの範囲では少なく、良好なエッチング特性を実
現できることがわかった。The etching rate of a wafer without a pattern is about 0.63 μm / min as shown in FIG. 3, but a hole pattern of φ0.8 to 0.15 μm is formed on almost the entire surface and the etching area is equal to the total surface area of the wafer. In the case of several% of the above, it was about 1 μm / min. The pattern size dependence of the etching rate is from φ0.8 to 0.8.
In the range of 15 μm, it was small, and it was found that good etching characteristics could be realized.
【００４３】次に、本発明のプラズマ処理装置を成膜装
置（ＣＶＤ装置）として用い、層間絶縁膜を形成した場
合の例について述べる。Next, an example in which an interlayer insulating film is formed using the plasma processing apparatus of the present invention as a film forming apparatus (CVD apparatus) will be described.
【００４４】まず、図２の装置に、ＳｉＨ4 、Ｏ2 、Ａ
ｒのガスをそれぞれ３５、４５、４０ｓｃｃｍの流量で
真空槽内に導入し、ガス圧力を５ｍＴｏｒｒに設定し
た。ＵＨＦ電力は３ｋＷとし、バイアス周波数、電力は
それぞれ１３．５６ＭＨｚ、１ｋＷとした。加工するウ
ェハには、ライン幅及びスペース幅がそれぞれ０．３５
μｍのライン＆スペース（Ｌ＆Ｓ）が形成されており、
その上に酸化膜の形成を行った。その結果、堆積速度５
００ｎｍ／ｍｉｎが得られ、スペース間に隙間なくシリ
コン酸化膜を埋めることができた。First, SiH 4 , O 2 , A
r gas was introduced into the vacuum chamber at flow rates of 35, 45, and 40 sccm, respectively, and the gas pressure was set at 5 mTorr. The UHF power was 3 kW, the bias frequency and the power were 13.56 MHz and 1 kW, respectively. The wafer to be processed has a line width and a space width of 0.35 each.
μm line & space (L & S) is formed,
An oxide film was formed thereon. As a result, the deposition rate 5
00 nm / min was obtained, and the silicon oxide film could be buried without gaps between spaces.
【００４５】また、温度調節機構を設けてアンテナ天板
等の温度を調整することにより、真空槽内壁への堆積物
の量を低く抑えることができるとともに、堆積物から発
生するダストの問題もほとんど生じることがなかった。
また、使用周波数がＵＨＦ帯であり、アンテナ天板近傍
に形成される静電場の強度が弱いため、スパッタリング
によるアンテナ天板の損傷も見られなかった。Further, by providing a temperature adjusting mechanism to adjust the temperature of the antenna top plate or the like, the amount of deposits on the inner wall of the vacuum chamber can be kept low, and the problem of dust generated from the deposits is almost eliminated. Did not occur.
Further, since the operating frequency was in the UHF band and the intensity of the electrostatic field formed near the antenna top plate was weak, no damage to the antenna top plate due to sputtering was observed.
【００４６】以上のことから、良好な酸化膜を効率よく
得ることが可能となった。From the above, a good oxide film can be efficiently obtained.
【００４７】[0047]
【発明の効果】本発明では、真空槽の少なくとも一部を
該真空槽内に電磁波を導入してプラズマを発生させるた
めのアンテナとし、さらにアンテナの温度を制御するこ
とにより、高密度で均一、さらに経時変化の少ないプラ
ズマを簡易な装置構成で生成することが可能となる。し
たがって、エッチング装置や成膜装置として使用した場
合、高スループット化、高生産性等を実現することがで
きる。According to the present invention, at least a part of the vacuum chamber is used as an antenna for generating plasma by introducing an electromagnetic wave into the vacuum chamber, and by controlling the temperature of the antenna, high density and uniformity can be obtained. Further, it is possible to generate plasma with little change over time with a simple device configuration. Therefore, when used as an etching apparatus or a film forming apparatus, high throughput, high productivity, and the like can be realized.
【図１】本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置
の構成例を示した図。FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a plasma processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第２実施形態に係るプラズマ処理装置
の構成例を示した図。FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a plasma processing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
【図３】図２の装置によって達成されるプラズマの均一
性を示した図。FIG. 3 shows the plasma uniformity achieved by the apparatus of FIG.
【図４】本発明の第３実施形態に係るプラズマ処理装置
の構成例を示した図。FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of a plasma processing apparatus according to a third embodiment of the present invention.
１１、３５…真空槽 １３、３６…アンテナ ４５…温度制御手段 11, 35: vacuum chamber 13, 36: antenna 45: temperature control means
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/3065 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01L 21/3065 H01L 21/302 B
Claims (4)
電磁波を導入してプラズマを発生させるためのアンテナ
としたことを特徴とするプラズマ処理装置。1. A plasma processing apparatus, wherein at least a part of a vacuum chamber is an antenna for introducing an electromagnetic wave into the vacuum chamber to generate plasma.
電磁波によって生じるプラズマが一定領域でほぼ均一と
なるよう前記アンテナの直径をｎ・λ／２（ｎは正の整
数）近傍に設定したことを特徴とする請求項１に記載の
プラズマ処理装置。2. When the wavelength of the electromagnetic wave is λ, the diameter of the antenna is set near n · λ / 2 (n is a positive integer) so that plasma generated by the electromagnetic wave is substantially uniform in a certain region. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein:
いて、前記アンテナの温度を一定に保持するための温度
制御手段をさらに設けたことを特徴とするプラズマ処理
装置。3. The plasma processing apparatus according to claim 1, further comprising a temperature control means for keeping the temperature of said antenna constant.
電磁波を導入するためのアンテナとし、このアンテナに
よって前記真空槽内に導入された電磁波により前記真空
槽内にプラズマを発生させ、このプラズマにより前記真
空槽内の被処理基板の処理を行うことを特徴とするプラ
ズマ処理方法。4. An antenna for introducing electromagnetic waves into the vacuum chamber at least in part of the vacuum chamber, and the antenna generates plasma in the vacuum chamber by the electromagnetic waves introduced into the vacuum chamber. A plasma processing method, comprising processing a substrate to be processed in the vacuum chamber by using plasma.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8285537A JPH10134995A (en) | 1996-10-28 | 1996-10-28 | Plasma processing device and processing method for plasma |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP8285537A JPH10134995A (en) | 1996-10-28 | 1996-10-28 | Plasma processing device and processing method for plasma |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10134995A true JPH10134995A (en) | 1998-05-22 |
Family
ID=17692828
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| JP8285537A Pending JPH10134995A (en) | 1996-10-28 | 1996-10-28 | Plasma processing device and processing method for plasma |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JPH10134995A (en) |
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