[go: up one dir, main page]

JP2003068718A - Plasma processing equipment - Google Patents

Plasma processing equipment

Info

Publication number
JP2003068718A
JP2003068718A JP2001258607A JP2001258607A JP2003068718A JP 2003068718 A JP2003068718 A JP 2003068718A JP 2001258607 A JP2001258607 A JP 2001258607A JP 2001258607 A JP2001258607 A JP 2001258607A JP 2003068718 A JP2003068718 A JP 2003068718A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
plasma processing
processing apparatus
gas
antenna
plasma
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001258607A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenji Maeda
賢治 前田
Hideyuki Kazumi
秀之 数見
Masatsugu Arai
雅嗣 荒井
Tsutomu Tetsuka
勉 手束
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2001258607A priority Critical patent/JP2003068718A/en
Publication of JP2003068718A publication Critical patent/JP2003068718A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラズマ処理室へのガス導入手段となるシャ
ワープレートにおける異常放電を防止し、その寿命を延
ばすことができるプラズマ処理装置を提供すること。 【解決手段】 プラズマ処理室1に電磁波を投入する略
平板状のアンテナ部7に凹部を設けた。この凹部は、ア
ンテナ部7に近接して設けられプラズマ処理室1にガス
を導入するガス導入手段12と対向する面の中央部に設
ける。凹部には誘電体11を配置する
(57) [Problem] To provide a plasma processing apparatus capable of preventing abnormal discharge in a shower plate serving as a means for introducing gas into a plasma processing chamber and extending its life. SOLUTION: A concave portion is provided in a substantially flat antenna portion 7 for applying an electromagnetic wave to the plasma processing chamber 1. This concave portion is provided at the center of a surface provided close to the antenna section 7 and opposed to the gas introducing means 12 for introducing gas into the plasma processing chamber 1. The dielectric 11 is arranged in the recess.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
工程において、アルミニウム、銅、白金等の金属材料
や、酸化シリコン、窒化シリコン等の絶縁材料や、低誘
電率膜(low-k膜)等の有機材料を、プラズマを用いて
エッチングを行うのに好適なプラズマ処理装置に関する
ものである。
The present invention relates to a metal material such as aluminum, copper and platinum, an insulating material such as silicon oxide and silicon nitride, and a low dielectric constant film (low-k film) in the manufacturing process of a semiconductor device. The present invention relates to a plasma processing apparatus suitable for etching an organic material such as the above using plasma.

【0002】[0002]

【従来の技術】DRAMや、マイクロプロセッサ、AS
IC等の半導体装置の製造工程において、弱電離プラズ
マを用いたプラズマプロセッシングが広く用いられてい
る。プラズマプロセスでは、プラズマにより生成したイ
オンや、ラジカルを、被処理ウエハに照射することによ
りウエハの処理を行っている。
2. Description of the Related Art DRAMs, microprocessors, ASs
Plasma processing using weakly ionized plasma is widely used in the process of manufacturing semiconductor devices such as ICs. In the plasma process, a wafer is processed by irradiating a wafer to be processed with ions and radicals generated by plasma.

【0003】これらプラズマ装置用のプラズマ源として
古くから用いられてきたものに平行平板型プラズマ源が
ある。平行平板型プラズマは、プラズマと電源との結合
が容量的であることから、CCP(Capacitive Coupled
Plasma)と呼ばれている。
A parallel plate type plasma source has been used for a long time as a plasma source for these plasma devices. The parallel plate type plasma is a CCP (Capacitive Coupled) because the coupling between the plasma and the power source is capacitive.
Plasma) is called.

【0004】この平行平板型プラズマ源を利用したプラ
ズマ処理装置として、特開平7−297175号公報
に、狭電極平行平板タイプリアクタの上部電極に数十M
Hzの高周波を印加することにより比較的高密度なプラ
ズマを生成させ、また、被処理ウエハを載置する下部電
極には数百kHz〜数MHzの高周波バイアスを印加す
ることにより、被処理ウエハに入射するイオン量をコン
トロールするIEM(Ion Energy Modulation)方式も
のが開示されている。また、このようなプラズマ処理装
置の上部電極は、低アスペクトのプラズマ処理室に処理
用ガスを均一に導入するために、φ0.3〜0.8mm
程度の小さい穴が数百個あいたシャワープレート構造を
とることが多く、その材質としては、被処理ウエハに入
射するラジカル種を制御するために、シリコンが用いら
れることが多い。
As a plasma processing apparatus using this parallel plate type plasma source, Japanese Patent Laid-Open No. 7-297175 discloses a narrow electrode parallel plate type reactor having an upper electrode of several tens of meters.
A relatively high density plasma is generated by applying a high frequency of Hz, and a high frequency bias of several hundred kHz to several MHz is applied to the lower electrode on which the wafer to be processed is placed, thereby applying a high frequency bias to the wafer to be processed. An IEM (Ion Energy Modulation) method for controlling the amount of incident ions is disclosed. In addition, the upper electrode of such a plasma processing apparatus has a diameter of 0.3 to 0.8 mm in order to uniformly introduce the processing gas into the low-aspect plasma processing chamber.
A shower plate structure having hundreds of small holes is often used, and silicon is often used as the material for controlling the radical species incident on the wafer to be processed.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のIEM
方式を用い、安定にプラズマを生成可能な圧力は数十P
a〜5Pa程度であり、パターン寸法の更なる微細化に
対応していくのは困難である。微細処理のために、より
低圧で中〜高密度のプラズマを生成させるためにはプラ
ズマを励起する周波数を数十MHz〜数百MHzまで上
げればよいが、この場合、周波数を上げると電磁波の波
長が短くなり、プラズマ処理室の寸法に近づいていく
と、プラズマ処理室内の電界分布が一様ではなくなって
くる。この電界分布は解析的にはBessel関数の重
ねあわせで表され、中心部が高い電界分布を持つことに
なる。
However, the above-mentioned IEM
Method, the pressure that can generate plasma stably is several tens of P
It is about a to 5 Pa, and it is difficult to cope with further miniaturization of the pattern dimension. In order to generate medium to high density plasma at a lower pressure for fine processing, the frequency for exciting the plasma may be raised to several tens of MHz to several hundreds of MHz. Becomes shorter and approaches the size of the plasma processing chamber, the electric field distribution in the plasma processing chamber becomes uneven. This electric field distribution is analytically expressed as a superposition of Bessel functions, and the central portion has a high electric field distribution.

【0006】このような状態でエッチング処理を行う
と、被処理ウエハ中央部のエッチング速度は速く、周辺
部のエッチング速度は遅くなってしまう。さらに、長時
間のエッチング処理(放電)を行うと、シャワープレー
ト構造を持つ上部電極のガス穴が消耗し異常放電が発生
するため、その寿命を縮めてしまう。
When the etching process is performed in such a state, the etching rate at the central portion of the wafer to be processed is high and the etching rate at the peripheral portion is low. Furthermore, if etching treatment (discharge) is performed for a long time, gas holes in the upper electrode having a shower plate structure are consumed and abnormal discharge occurs, which shortens the life.

【0007】一方、上記したエッチング速度の不均一さ
は外部から磁場を加えることによりある程度制御可能で
ある。たとえば、特開平09−321031号公報に記
載されているように、周波数300MHzから1GHz
のUHF帯を用いたUHF−ECR装置では、UHF帯
の電磁波でプラズマを励起し、UHF電界とソレノイド
コイルの作る外部磁場との相互作用を用い、エッチング
速度分布の制御を行うことができる。また、UHF−E
CR装置では、比較的電子温度が低く、処理用ガスの解
離を最適な状態に保つことができる。
On the other hand, the above-mentioned nonuniformity of the etching rate can be controlled to some extent by applying a magnetic field from the outside. For example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-321031, a frequency of 300 MHz to 1 GHz.
In the UHF-ECR device using the UHF band, the plasma can be excited by electromagnetic waves in the UHF band, and the etching rate distribution can be controlled by using the interaction between the UHF electric field and the external magnetic field created by the solenoid coil. Also, UHF-E
In the CR device, the electron temperature is relatively low, and the dissociation of the processing gas can be kept in an optimum state.

【0008】しかし、UHF−ECR装置においても、
長時間の放電を行った際の上部シャワープレートのガス
穴の消耗は避けられない。ガス穴が消耗してくると、シ
ャワープレート中央部付近から異常放電が発生し、シャ
ワープレートを交換する必要が生じる。とくに、ラジカ
ル種制御の目的でシャワープレートの材質を高価なシリ
コンにした場合、シャワープレートの交換頻度はランニ
ングコストに直結する。
However, even in the UHF-ECR device,
It is inevitable that the gas holes in the upper shower plate will be consumed when discharging for a long time. When the gas holes are exhausted, abnormal discharge occurs near the central portion of the shower plate, and the shower plate needs to be replaced. Particularly, when the material of the shower plate is expensive silicon for the purpose of controlling the radical species, the shower plate replacement frequency is directly related to the running cost.

【0009】そこで本発明は、プラズマ処理室へのガス
導入手段となるシャワープレートにおける異常放電を防
止し、その寿命を延ばすことができるプラズマ処理装置
を提供することを課題としている。
Therefore, it is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus capable of preventing abnormal discharge in the shower plate, which serves as a gas introducing means to the plasma processing chamber, and extending its life.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、プラズマ処理
室に電磁波を投入する略平板状のアンテナ部に凹部を設
けたことによってその課題を達成した。この凹部は、ア
ンテナ部に近接して設けられプラズマ処理室にガスを導
入するガス導入手段と対向する面の中央部に設けること
が好ましい。
The present invention has achieved its object by providing a recess in a substantially flat plate-shaped antenna section for introducing electromagnetic waves into a plasma processing chamber. This recess is preferably provided in the central portion of the surface provided in the vicinity of the antenna portion and facing the gas introduction means for introducing the gas into the plasma processing chamber.

【0011】ガス導入手段(シャワープレート)のガス
穴が消耗した際、シャワープレートの中央部付近のガス
穴から異常放電が発生するが、これは先に述べた中央部
付近の高い電界強度に起因するものである。そこで、ア
ンテナ部の中央部に凹部を設けることにより、中央部付
近の電界強度を低下させ、異常放電を防止することがで
きる。したがって、高価な交換部品であるシリコンシャ
ワープレートの寿命を延ばすことができ、ランニングコ
ストの低減ができる。
When the gas holes of the gas introducing means (shower plate) are consumed, abnormal discharge occurs from the gas holes near the central portion of the shower plate, which is caused by the high electric field strength near the central portion described above. To do. Therefore, by providing a concave portion in the central portion of the antenna portion, it is possible to reduce the electric field strength near the central portion and prevent abnormal discharge. Therefore, the life of the silicon shower plate, which is an expensive replacement part, can be extended and the running cost can be reduced.

【0012】シャワープレートのガス穴消耗による異常
放電の発生メカニズムを図3を用いて説明する。図3は
シャワープレートと、シャワープレート裏にあるアンテ
ナ部のガス分散板部分を拡大した模式図である。図3
(a)に示すように放電時間0時間の場合はガス穴は消
耗しておらず、異常放電は発生しない。何枚ものウエハ
の処理を行い、トータルの放電時間が約100時間程度
になると、図3(b)に示すようにプラズマに接する部
分のガス穴径がだんだん広がってくる。さらに、放電時
間が延び、図3(c)に示すようにプラズマにより発生
したイオンがシャワープレートのガス穴を通り抜け、ガ
ス分散板に到達するようになると、このイオンを火種と
して異常放電が発生する可能性が高くなる。
The mechanism of occurrence of abnormal discharge due to exhaustion of gas holes in the shower plate will be described with reference to FIG. FIG. 3 is an enlarged schematic view of the shower plate and the gas dispersion plate portion of the antenna portion on the back of the shower plate. Figure 3
As shown in (a), when the discharge time is 0 hours, the gas holes are not consumed and abnormal discharge does not occur. When a number of wafers are processed and the total discharge time is about 100 hours, the gas hole diameter in the portion in contact with plasma gradually increases as shown in FIG. 3 (b). Furthermore, when the discharge time is extended and the ions generated by the plasma pass through the gas holes of the shower plate and reach the gas dispersion plate as shown in FIG. More likely.

【0013】異常放電の発生要因として上記したイオン
以外に、シャワープレートとガス分散板間の電界強度が
挙げられる。ガス分散板のガス穴とシャワープレートの
ガス穴の接続部に存在する微小な隙間での電界強度が大
きいと、火種であるイオンをトリガにしてシャワープレ
ート裏で継続して異常放電が起きる。この電界強度が小
さいと、ガス穴が消耗しトリガとなるイオンが入射して
も異常放電は起きにくくなる。すなわち、ガス分散板の
ガス穴とシャワープレートのガス穴の接続部に存在する
微小な隙間での電界強度を弱めることができれば、異常
放電に対するマージンが広がり、シャワープレートの寿
命を延ばすことができる。
In addition to the above-mentioned ions, the electric field strength between the shower plate and the gas dispersion plate may be mentioned as a cause of the abnormal discharge. If the electric field strength in the minute gap existing at the connecting portion between the gas holes of the gas distribution plate and the gas holes of the shower plate is large, an abnormal discharge occurs continuously behind the shower plate triggered by ions as a fire source. When this electric field strength is small, the gas holes are consumed and abnormal discharge is less likely to occur even when ions that act as triggers are incident. That is, if the electric field strength in the minute gap existing at the connection between the gas hole of the gas distribution plate and the gas hole of the shower plate can be weakened, the margin for abnormal discharge can be widened and the life of the shower plate can be extended.

【0014】電界強度を弱める方法としては、ガス導入
手段としてのシャワープレートと対向する略平面状のア
ンテナ部に凹部を設けることが効果的であり、これによ
り、異常放電を効果的に防止することができる。
As a method of weakening the electric field strength, it is effective to provide a concave portion in a substantially flat antenna portion facing the shower plate as the gas introducing means, and thereby effectively prevent abnormal discharge. You can

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】本発明のプラズマ処理装置をエッ
チング装置に適用した例によって、本発明の実施の形態
を説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described with reference to an example in which the plasma processing apparatus of the present invention is applied to an etching apparatus.

【0016】<第一の実施形態>図1は、本発明による
UHF型ECRプラズマエッチング装置の縦断面図であ
る。同図において、プラズマ処理室1の内部に、ウエハ
載置用ステージ2と、ウエハ3と、このウエハ3とは電
気的に絶縁された、略円環状のフォーカスリング4とが
設置されている。また、プラズマ処理室1の内壁を一定
の温度に保つための第一の温調装置5が設置されてい
る。
<First Embodiment> FIG. 1 is a vertical sectional view of a UHF type ECR plasma etching apparatus according to the present invention. In the figure, inside the plasma processing chamber 1, a wafer mounting stage 2, a wafer 3, and a substantially annular focus ring 4 electrically insulated from the wafer 3 are installed. Further, a first temperature control device 5 for maintaining the inner wall of the plasma processing chamber 1 at a constant temperature is installed.

【0017】プラズマ処理室1の外側には、電子サイク
ロトロン共鳴(ECR)をプラズマ処理室1内に起こす
ための磁場を発生させるために、コイル6が設置されて
いる。
A coil 6 is installed outside the plasma processing chamber 1 in order to generate a magnetic field for causing electron cyclotron resonance (ECR) in the plasma processing chamber 1.

【0018】ウエハ3に対向する位置には、アンテナ部
7が配置されている。アンテナ部7は、UHF帯の電磁
波を放射するための略円板状のアンテナ本体7aと、処
理用のガスを後述するシャワープレートに均一に供給す
るためのガス供給手段としてのガス分散板7bとから構
成されている。アンテナ本体7aとガス分散板7bはい
ずれも導電体からなる。また、アンテナ部7とプラズマ
処理室1の天井との間にはアンテナ裏誘電体9が配置さ
れている。
An antenna portion 7 is arranged at a position facing the wafer 3. The antenna unit 7 includes a substantially disk-shaped antenna body 7a for radiating electromagnetic waves in the UHF band, and a gas dispersion plate 7b as a gas supply means for uniformly supplying processing gas to a shower plate described later. It consists of Both the antenna body 7a and the gas dispersion plate 7b are made of a conductor. An antenna back dielectric 9 is arranged between the antenna unit 7 and the ceiling of the plasma processing chamber 1.

【0019】図2には、アンテナ部の詳細を示す。ガス
分散板7bには、直径が0.3〜1.5mm程度の微細
な穴が数百個程度開けられており、また、ガス分散板7
bとアンテナ本体7aとの間は処理用ガスのバッファ室
7cとなっている。ガス分散板7bの下部には、直径が
0.3〜0.8mm程度の微細な穴が数百個開けられた
ガス導入手段としてのシャワープレート12が配置され
ている。処理用ガスは、ガス供給系10(図1参照)か
ら、所定の流量に調節された後、バッファ室7c、ガス
分散板7b、シャワープレート12を経てプラズマ処理
室1に導入される。シャワープレート12の材質は、プ
ラズマ処理室1内に汚染を引き起こさないようにするた
めに、シリコン、石英、ポリイミド、酸化アルミ、窒化
アルミ、カーボンまたはシリコンカーバイトとすること
が好ましく、とくに、プラズマとの表面反応を積極的に
利用し、プラズマ中のラジカル種の制御を行うために、
シリコンとすることがより好ましい。シリコンの抵抗率
は、0.5Ωcmより大きくすることが好ましい。シリ
コンの抵抗率が小さくなると、表皮効果によりシャワー
プレートの表面のみを高周波電流が流れるようになり、
アンテナ部の中央部に設けた凹部による中央部付近の電
界低減効果が現れなくなってしまうからである。
FIG. 2 shows details of the antenna section. The gas dispersion plate 7b is provided with several hundreds of fine holes each having a diameter of about 0.3 to 1.5 mm.
A buffer chamber 7c for processing gas is provided between b and the antenna body 7a. Below the gas dispersion plate 7b, there is arranged a shower plate 12 as a gas introduction means in which hundreds of fine holes each having a diameter of about 0.3 to 0.8 mm are formed. The processing gas is introduced from the gas supply system 10 (see FIG. 1) into the plasma processing chamber 1 through the buffer chamber 7c, the gas dispersion plate 7b, and the shower plate 12 after being adjusted to a predetermined flow rate. The material of the shower plate 12 is preferably silicon, quartz, polyimide, aluminum oxide, aluminum nitride, carbon, or silicon carbide in order to prevent the plasma processing chamber 1 from being contaminated. In order to control radical species in plasma by positively utilizing the surface reaction of
More preferably, it is silicon. The resistivity of silicon is preferably greater than 0.5 Ωcm. When the resistivity of silicon becomes small, the high frequency current will flow only on the surface of the shower plate due to the skin effect,
This is because the effect of reducing the electric field in the vicinity of the central portion due to the concave portion provided in the central portion of the antenna portion does not appear.

【0020】ガス分散板7bの中央部には図2(a)も
しくは(b)に示すように、直径40〜120mm、深
さ3〜10mm程度の凹部が設けられており、この凹部
には電界強度を制御するためにアンテナ中央誘電体11
が配置されている。アンテナ中央誘電体11には直径が
0.3〜1.5mm程度のガス穴が開けられている。ガ
ス分散板7b及びアンテナ中央誘電体11に開ける穴の
径は、組み立て時のガス穴の位置のずれを吸収するよう
に、図2(c)もしくは(d)に示すようにシャワープ
レート12のガス穴径よりも若干大きくするか、シャワ
ープレート12に接する部分に面取りを施している。ま
た、アンテナ中央誘電体11はプラズマ処理室1内の汚
染を引き起こさないようにするために、ポリイミド、石
英、テフロン等の材質を用いることが望ましい。
As shown in FIG. 2A or 2B, a recess having a diameter of 40 to 120 mm and a depth of 3 to 10 mm is provided in the center of the gas dispersion plate 7b. Antenna center dielectric 11 to control strength
Are arranged. A gas hole having a diameter of about 0.3 to 1.5 mm is formed in the antenna central dielectric 11. The diameters of the holes formed in the gas dispersion plate 7b and the antenna central dielectric 11 are set so that the gas in the shower plate 12 as shown in FIG. 2 (c) or (d) is absorbed so as to absorb the positional deviation of the gas holes during assembly. The diameter is made slightly larger than the hole diameter, or the portion contacting the shower plate 12 is chamfered. Further, the antenna central dielectric 11 is preferably made of a material such as polyimide, quartz, or Teflon so as not to cause contamination in the plasma processing chamber 1.

【0021】図1に戻り、アンテナ本体7aには、プラ
ズマを生成させるための電力を処理室に投入するための
UHF電源13が、第一の整合器14を介して接続され
ている。また、ガス分散板7bとアンテナ本体7aを対
向アース電極として機能させるため、アンテナ本体7a
はフィルタ15を介して接地されている。フィルタ15
は、プラズマを励起するためのUHF帯の電磁波は通さ
ず、ウエハバイアスに用いる帯域の周波数のみを通すよ
うに設計されている。
Returning to FIG. 1, the antenna main body 7a is connected with a UHF power source 13 for supplying electric power for generating plasma to the processing chamber through a first matching box 14. Further, since the gas dispersion plate 7b and the antenna main body 7a are made to function as a counter earth electrode, the antenna main body 7a
Is grounded through the filter 15. Filter 15
Is designed so that electromagnetic waves in the UHF band for exciting plasma do not pass, but only frequencies in the band used for wafer bias pass.

【0022】UHF電源13の周波数は、処理用ガスの
過剰な解離を防くために、プラズマの電子温度を低くで
きるよう、100MHzから500MHzの帯域が望ま
しい。本実施形態では、450 MHz付近の周波数を
用いた。
The frequency of the UHF power source 13 is preferably in the band of 100 MHz to 500 MHz so that the electron temperature of plasma can be lowered in order to prevent excessive dissociation of the processing gas. In this embodiment, a frequency around 450 MHz is used.

【0023】ウエハ載置用ステージ2には、第二の整合
器16を介して第二の高周波電源17が接続されてお
り、ウエハ3に高周波バイアスをかけることにより、プ
ラズマにより生成したイオンをウエハ3に引き込むこと
ができる。同時に、フォーカスリング4にも高周波バイ
アスをかけることができるようになっている。フォーカ
スリング4にかける高周波バイアスにより、エッチング
に寄与するラジカルの量を制御することができる。フォ
ーカスリング4の材質としては、シリコン、炭素、炭化
珪素、石英等が好ましい。
A second high frequency power supply 17 is connected to the wafer mounting stage 2 via a second matching unit 16, and by applying a high frequency bias to the wafer 3, ions generated by plasma are transferred to the wafer. Can be pulled into 3. At the same time, it is possible to apply a high frequency bias to the focus ring 4. The amount of radicals contributing to etching can be controlled by the high frequency bias applied to the focus ring 4. The focus ring 4 is preferably made of silicon, carbon, silicon carbide, quartz or the like.

【0024】高周波バイアスの周波数は、UHF−EC
Rにより生成したプラズマ分布にあまり影響を与えない
ように、400kHzから3MHzの間で選定される。
この程度の周波数であれば、バイアスによるプラズマ生
成は無視でき、投入した電力のほとんどをウエハ3にイ
オンを引き込むことに利用できる。本実施形態では80
0kHzの周波数を用いた。
The frequency of the high frequency bias is UHF-EC.
It is selected between 400 kHz and 3 MHz so as not to affect the plasma distribution generated by R so much.
With such a frequency, the plasma generation due to the bias can be ignored, and most of the applied power can be used to attract ions to the wafer 3. In this embodiment, 80
A frequency of 0 kHz was used.

【0025】また、ウエハ載置用ステージ2には、エッ
チングを行う間、ウエハ温度を一定に保つことができる
ように、第二の温調装置18が設置されている。
A second temperature controller 18 is installed on the wafer mounting stage 2 so that the wafer temperature can be kept constant during etching.

【0026】プラズマ処理室1には、排気速度が100
0から3000L/s程度のターボ分子ポンプ19と、
コンダクタンス調節バルブ20が設置されており、処理
用ガスを流した状態で、プラズマ処理室1を所定の圧力
にすることができる。また、プラズマ処理室1を大気開
放する際に、プラズマ処理室1とターボ分子ポンプ19
とを隔離するためのバルブ21を設置している。
The plasma processing chamber 1 has an exhaust speed of 100.
A turbo molecular pump 19 of 0 to 3000 L / s,
A conductance control valve 20 is installed so that the plasma processing chamber 1 can be set to a predetermined pressure while the processing gas is being flown. Further, when the plasma processing chamber 1 is opened to the atmosphere, the plasma processing chamber 1 and the turbo molecular pump 19
A valve 21 is installed to isolate the and.

【0027】以上のような構成のプラズマ処理装置を用
いてエッチング処理をおこなうと、従来ではトータル放
電時間数百時間でシャワープレートの寿命がつき、シャ
ワープレート中央部から異常放電が発生し、シャワープ
レートを交換しなくてはならなかったのに対し、トータ
ル放電時間が従来の約1.5倍を超えても異常放電は観
測されなかった。すなわち、シャワープレートの寿命を
約1.5倍程度まで延ばすことができる。
When an etching process is performed by using the plasma processing apparatus having the above-described structure, conventionally, the shower plate has a life of several hundred hours in total, and an abnormal discharge occurs from the central portion of the shower plate. However, no abnormal discharge was observed even when the total discharge time exceeded about 1.5 times the conventional discharge time. That is, the life of the shower plate can be extended to about 1.5 times.

【0028】図4には、 図2(a)に示した本発明の
実施形態と、中央部に凹部のない単なる平面状の従来例
における電極直下の電界強度の数値シミュレーションの
結果を示す。本図からわかるように、本発明の実施形態
(中央凹アンテナ)では、中心部の電界強度が低下して
いる。この結果からしても、本発明ではシャワープレー
ト中央部付近の異常放電に対するマージンが広がり、シ
ャワープレートの寿命を延ばすことができることがわか
る。
FIG. 4 shows the results of a numerical simulation of the electric field intensity immediately below the electrodes in the embodiment of the present invention shown in FIG. 2A and a conventional planar example having no recess in the center. As can be seen from this figure, in the embodiment of the present invention (central concave antenna), the electric field strength at the central portion is reduced. From this result, it is understood that the present invention can extend the margin for the abnormal discharge near the central portion of the shower plate and extend the life of the shower plate.

【0029】また、電界分布の変化はエッチング結果の
均一性に影響を与えるが、これは外部から磁場を加える
ことにより補正可能である。また、磁場を加えないプラ
ズマ処理装置であっても、電界分布の均一性は従来例
(平面アンテナ)に比べてむしろ向上しており、より均
一なエッチング処理を行うことができる。
The change in the electric field distribution affects the uniformity of etching results, which can be corrected by applying a magnetic field from the outside. Even in a plasma processing apparatus that does not apply a magnetic field, the uniformity of the electric field distribution is improved rather than the conventional example (planar antenna), and more uniform etching processing can be performed.

【0030】<第二の実施形態>第一の実施形態ではU
HF−ECR装置を例に説明を行ったが、本発明はUH
F−ECR装置に限定されるものではない。次に本発明
の第二の実施形態について述べる。
<Second Embodiment> In the first embodiment, U
Although the HF-ECR device has been described as an example, the present invention is UH.
It is not limited to the F-ECR device. Next, a second embodiment of the present invention will be described.

【0031】図5は本発明の第二の実施形態を示す縦断
面図であり、狭ギャップ平行平板タイプのプラズマ源を
用いたプラズマエッチング装置を示している。簡略化の
ために第一の実施形態と同じ構成には同一の符号を付し
説明を省略する。
FIG. 5 is a vertical sectional view showing a second embodiment of the present invention, showing a plasma etching apparatus using a narrow gap parallel plate type plasma source. For simplification, the same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

【0032】アンテナ部としての上部アンテナ7には第
一の整合器14を介して第一の高周波電源22が接続さ
れている。第一の高周波電源22の周波数は数Pa以下
の圧力でも中〜高密度のプラズマを生成できるよう13
MHz〜100MHz程度の周波数を用いている。また
図5において詳細は省略しているが、上部アンテナ7に
も図2に示した第一の実施形態と同様にその中央部に凹
部を設け、凹部にはアンテナ中央誘電体11が配置され
ている。
A first high frequency power supply 22 is connected to the upper antenna 7 as an antenna section via a first matching unit 14. The frequency of the first high-frequency power source 22 is set so that medium to high density plasma can be generated even at a pressure of several Pa or less.
A frequency of about MHz to 100 MHz is used. Although not shown in detail in FIG. 5, the upper antenna 7 is also provided with a concave portion in the central portion thereof as in the first embodiment shown in FIG. 2, and the antenna central dielectric 11 is arranged in the concave portion. There is.

【0033】ウエハ載置用ステージ2には、第二の整合
器16を介して第二の高周波電源17が接続されてお
り、ウエハ3に高周波バイアスをかけることにより、プ
ラズマにより生成したイオンをウエハ3に引き込むこと
ができる。ウエハ3にかける高周波バイアスの周波数
は、上部アンテナ7の電界で生成したプラズマ分布にあ
まり影響を与えないように、400kHzから3MHz
の間で選定される。この程度の周波数であれば、バイア
スによるプラズマ生成は無視でき、投入した電力のほと
んどをウエハ3にイオンを引き込むことに利用できる。
A second high frequency power source 17 is connected to the wafer mounting stage 2 via a second matching unit 16, and by applying a high frequency bias to the wafer 3, ions generated by plasma are transferred to the wafer. Can be pulled into 3. The frequency of the high frequency bias applied to the wafer 3 is 400 kHz to 3 MHz so as not to affect the plasma distribution generated by the electric field of the upper antenna 7 so much.
Will be selected among. With such a frequency, the plasma generation due to the bias can be ignored, and most of the applied power can be used to attract ions to the wafer 3.

【0034】以上のような構成のプラズマ処理装置を用
いてエッチング処理を行った際も、長時間放電した際の
ガス穴の消耗と、中央部の高い電界分布に起因したシャ
ワープレート12中央部での異常放電の抑制効果は認め
られた。さらに、上部アンテナ7中央の凹部により中央
部の高い電界分布が緩和され、エッチング処理の均一性
も向上した。
Even when the plasma processing apparatus having the above-mentioned structure is used for the etching process, the central portion of the shower plate 12 is exhausted due to the exhaustion of the gas holes and the high electric field distribution in the central portion after long-time discharge. The effect of suppressing abnormal discharge was confirmed. Further, the high electric field distribution in the central portion was alleviated by the concave portion in the center of the upper antenna 7, and the uniformity of the etching process was also improved.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば以下
の効果を奏する。
As described above, the present invention has the following effects.

【0036】アンテナ中央部に凹部を設けることにより
中央部の高い電界分布を緩和することができる。これに
より長時間放電を行いガス穴が消耗した際にガス導入手
段としてのシャワープレート中央付近から発生する異常
放電を抑制することができ、シャワープレートの寿命を
延ばすことができる。
By providing the concave portion in the central portion of the antenna, the high electric field distribution in the central portion can be relaxed. As a result, it is possible to suppress abnormal discharge that occurs near the center of the shower plate as the gas introducing means when the gas holes are consumed by performing discharge for a long time, and it is possible to extend the life of the shower plate.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明によるプラズマ処理装置の第一の実施形
態を示す縦断面図である。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing a first embodiment of a plasma processing apparatus according to the present invention.

【図2】アンテナ部の詳細を示す縦断面図である。FIG. 2 is a vertical cross-sectional view showing details of an antenna unit.

【図3】シャワープレートのガス穴消耗を示す模式図で
ある。
FIG. 3 is a schematic view showing consumption of gas holes in a shower plate.

【図4】アンテナ部下部の電界強度の数値シミュレーシ
ョン結果を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a result of a numerical simulation of electric field strength in a lower portion of an antenna unit.

【図5】本発明によるプラズマ処理装置の第二の実施形
態を示す縦断面図である。
FIG. 5 is a vertical sectional view showing a second embodiment of the plasma processing apparatus according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:プラズマ処理室、2:ウエハ載置用ステージ、3:
ウエハ、4:フォーカスリング、5:第一の温調装置、
6:コイル、7:アンテナ部、7a:アンテナ本体、7
b:ガス分散板(ガス供給手段)、7c:バッファ室、
9:アンテナ裏誘電体、10:ガス供給系、11:アン
テナ中央誘電体、12:シャワープレート(ガス導入手
段)、13:UHF電源、14:第一の整合器、15:
フィルタ、16:第二の整合器、17:第二の高周波電
源、18:第二の温調器、19:ターボ分子ポンプ、2
0:コンダクタンス調節バルブ、21:バルブ、22:
第一の高周波電源
1: Plasma processing chamber, 2: Wafer mounting stage, 3:
Wafer, 4: focus ring, 5: first temperature controller,
6: coil, 7: antenna part, 7a: antenna body, 7
b: gas dispersion plate (gas supply means), 7c: buffer chamber,
9: Antenna back dielectric, 10: Gas supply system, 11: Antenna central dielectric, 12: Shower plate (gas introducing means), 13: UHF power supply, 14: First matching unit, 15:
Filter, 16: second matching device, 17: second high frequency power supply, 18: second temperature controller, 19: turbo molecular pump, 2
0: conductance control valve, 21: valve, 22:
First high frequency power supply

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒井 雅嗣 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 手束 勉 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 Fターム(参考) 5F004 AA01 AA16 BA04 BA06 BB11 BB13 BB28 BB32    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Masatsugu Arai             502 Kintatemachi, Tsuchiura City, Ibaraki Japan             Tate Seisakusho Mechanical Research Center (72) Inventor Tsutomu Tsukasa             502 Kintatemachi, Tsuchiura City, Ibaraki Japan             Tate Seisakusho Mechanical Research Center F term (reference) 5F004 AA01 AA16 BA04 BA06 BB11                       BB13 BB28 BB32

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 プラズマ処理室に電磁波を投入する略平
板状のアンテナ部と、前記アンテナ部に近接して設けら
れプラズマ処理室にガスを導入するガス導入手段とを備
えたプラズマ処理装置において、前記アンテナ部に凹部
を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
1. A plasma processing apparatus comprising: a substantially flat plate-shaped antenna section for injecting electromagnetic waves into a plasma processing chamber; and a gas introduction means for introducing gas into the plasma processing chamber, which is provided in the vicinity of the antenna section. A plasma processing apparatus, wherein a recess is provided in the antenna section.
【請求項2】 請求項1記載のプラズマ処理装置におい
て、前記アンテナ部の凹部は、前記ガス導入手段と対向
する面に設けられたことを特徴とするプラズマ処理装
置。
2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the concave portion of the antenna portion is provided on a surface facing the gas introducing unit.
【請求項3】 請求項1または2記載のプラズマ処理装
置において、前記アンテナ部の凹部は、アンテナ部の中
央部に設けられ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, wherein the concave portion of the antenna portion is provided in a central portion of the antenna portion.
【請求項4】 請求項1乃至3記載のいずれかのプラズ
マ処理装置において、前記アンテナ部の凹部に誘電体を
装着したことを特徴とするプラズマ処理装置。
4. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a dielectric is mounted in the recess of the antenna section.
【請求項5】 請求項4記載のプラズマ処理装置におい
て、前記アンテナ部の凹部に充填した誘電体にガス導入
用の小穴を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
5. The plasma processing apparatus according to claim 4, wherein a small hole for introducing gas is provided in the dielectric filled in the recess of the antenna section.
【請求項6】 請求項4または5記載のプラズマ処理装
置において、前記アンテナ部の凹部に装着する誘電体の
材質を石英、ポリイミド、酸化アルミ、窒化アルミ、シ
リコンまたはテフロン(登録商標)にしたことを特徴と
するプラズマ処理装置。
6. The plasma processing apparatus according to claim 4 or 5, wherein the material of the dielectric material mounted in the recess of the antenna portion is quartz, polyimide, aluminum oxide, aluminum nitride, silicon or Teflon (registered trademark). A plasma processing apparatus characterized by the above.
【請求項7】 請求項1乃至6記載のいずれかのプラズ
マ処理装置において、前記ガス導入手段のプラズマに接
触する部分がシリコン、石英、ポリイミド、酸化アル
ミ、窒化アルミ、カーボンまたはシリコンカーバイトか
らなるシャワープレートであることを特徴とするプラズ
マ処理装置。
7. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a portion of the gas introducing means that comes into contact with plasma is made of silicon, quartz, polyimide, aluminum oxide, aluminum nitride, carbon or silicon carbide. A plasma processing apparatus, which is a shower plate.
【請求項8】 請求項7記載のプラズマ処理装置におい
て、シャワープレートの材質がシリコンであって、この
シリコンの抵抗率が0.5Ωcmより大きいことを特徴
とするプラズマ処理装置。
8. The plasma processing apparatus according to claim 7, wherein the shower plate is made of silicon, and the silicon has a resistivity of more than 0.5 Ωcm.
【請求項9】 請求項1乃至8記載のいずれかのプラズ
マ処理装置において、前記アンテナ部は、前記ガス導入
手段にガスを供給するガス供給手段を有することを特徴
とするプラズマ処理装置。
9. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the antenna unit has a gas supply unit that supplies a gas to the gas introduction unit.
【請求項10】 請求項9記載のプラズマ処理装置にお
いて、前記ガス供給手段は、前記ガス導入手段へのガス
供給用の小穴を設けたガス分散板を有することを特徴と
するプラズマ処理装置。
10. The plasma processing apparatus according to claim 9, wherein the gas supply unit has a gas dispersion plate provided with a small hole for supplying gas to the gas introduction unit.
【請求項11】 請求項1乃至10記載のいずれかのプ
ラズマ処理装置であって、アンテナ部が被処理ウエハの
径よりも大きいことを特徴とするプラズマ処理装置。
11. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the antenna portion has a diameter larger than that of the wafer to be processed.
JP2001258607A 2001-08-28 2001-08-28 Plasma processing equipment Pending JP2003068718A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001258607A JP2003068718A (en) 2001-08-28 2001-08-28 Plasma processing equipment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001258607A JP2003068718A (en) 2001-08-28 2001-08-28 Plasma processing equipment

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003068718A true JP2003068718A (en) 2003-03-07

Family

ID=19086099

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001258607A Pending JP2003068718A (en) 2001-08-28 2001-08-28 Plasma processing equipment

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003068718A (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005045067A (en) * 2003-07-23 2005-02-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device manufacturing apparatus
JP2008166844A (en) * 2008-03-17 2008-07-17 Hitachi High-Technologies Corp Plasma processing equipment
JP2011151263A (en) * 2010-01-22 2011-08-04 Tokyo Electron Ltd Etching method, etching device, and ring member
KR101109069B1 (en) 2009-06-23 2012-01-31 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈 Plasma Treatment Equipment
US8206513B2 (en) 2003-08-25 2012-06-26 Tokyo Electron Limited Method for cleaning elements in vacuum chamber and apparatus for processing substrates
JP2012216823A (en) * 2011-03-31 2012-11-08 Tokyo Electron Ltd Electrode with gas discharge function and plasma processing apparatus
KR20210027498A (en) * 2018-07-25 2021-03-10 램 리써치 코포레이션 Magnetic shielding for plasma sources

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000091244A (en) * 1998-06-03 2000-03-31 Hitachi Ltd Plasma processing apparatus, semiconductor device manufactured using the plasma processing apparatus, active matrix substrate constituted by the semiconductor device, and liquid crystal display element using active matrix substrate
JP2000323456A (en) * 1999-05-07 2000-11-24 Tokyo Electron Ltd Plasma processing device and electrode used therefor
JP2001298015A (en) * 2000-04-18 2001-10-26 Tokyo Electron Ltd Plasma processing device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000091244A (en) * 1998-06-03 2000-03-31 Hitachi Ltd Plasma processing apparatus, semiconductor device manufactured using the plasma processing apparatus, active matrix substrate constituted by the semiconductor device, and liquid crystal display element using active matrix substrate
JP2000323456A (en) * 1999-05-07 2000-11-24 Tokyo Electron Ltd Plasma processing device and electrode used therefor
JP2001298015A (en) * 2000-04-18 2001-10-26 Tokyo Electron Ltd Plasma processing device

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005045067A (en) * 2003-07-23 2005-02-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device manufacturing apparatus
US8206513B2 (en) 2003-08-25 2012-06-26 Tokyo Electron Limited Method for cleaning elements in vacuum chamber and apparatus for processing substrates
US8337629B2 (en) 2003-08-25 2012-12-25 Tokyo Electron Limited Method for cleaning elements in vacuum chamber and apparatus for processing substrates
JP2008166844A (en) * 2008-03-17 2008-07-17 Hitachi High-Technologies Corp Plasma processing equipment
KR101109069B1 (en) 2009-06-23 2012-01-31 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈 Plasma Treatment Equipment
JP2011151263A (en) * 2010-01-22 2011-08-04 Tokyo Electron Ltd Etching method, etching device, and ring member
JP2012216823A (en) * 2011-03-31 2012-11-08 Tokyo Electron Ltd Electrode with gas discharge function and plasma processing apparatus
KR20210027498A (en) * 2018-07-25 2021-03-10 램 리써치 코포레이션 Magnetic shielding for plasma sources
KR102813006B1 (en) 2018-07-25 2025-05-26 램 리써치 코포레이션 Magnetic shielding for plasma sources

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI622081B (en) Plasma processing device and plasma processing method
US8222157B2 (en) Hybrid RF capacitively and inductively coupled plasma source using multifrequency RF powers and methods of use thereof
TWI394492B (en) A plasma processing method and a plasma processing apparatus
CN101990353B (en) Plasma processing apparatus and plasma processing method
JP4804824B2 (en) Plasma processing equipment
JP7140610B2 (en) Plasma processing equipment
JP2001185542A (en) Plasma processing apparatus and plasma processing method using the same
JP2014135512A (en) Plasma etching method
KR102016408B1 (en) Plasma processing apparatus
JP2018186179A (en) Substrate processing apparatus and substrate removal method
JPH06283470A (en) Plasma processing device
CN101477944B (en) Plasma treatment device, electrode used therefor, and electrode manufacturing method
JP2019160714A (en) Plasma processing apparatus
JP3868925B2 (en) Plasma processing equipment
JP6808782B2 (en) Plasma processing equipment and plasma processing method
JP2003068718A (en) Plasma processing equipment
JP2003068716A (en) Plasma processing apparatus and processing method
JP5367000B2 (en) Plasma processing equipment
JP3606198B2 (en) Plasma processing equipment
JP3482949B2 (en) Plasma processing method and apparatus
JP2021048411A (en) Plasma processing equipment and plasma processing method
JP2005079416A (en) Plasma processing equipment
JP2001230234A (en) Plasma processing apparatus and method
JP4753306B2 (en) Plasma processing equipment
JP2003017472A (en) Plasma processing method and apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20080118

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080403

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100301

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100309

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100430

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20100615