JP2008060258A - Plasma processing apparatus and plasma processing method - Google Patents
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Abstract
【課題】大口径ウエハーに対しても均一なプラズマ処理を行うことができ、かつICPコイルが配設される天板の内壁面への反応生成物の付着を防止し、パーティクルの発生を防止できるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供する。
【解決手段】ICPコイルを構成する複数のコイル31、32、33が、ウエハー21加工面と対向する位置に設けられたチャンバー11の天板30に配設されている。複数のコイル31、32、33の間には、隣接するコイル間で各コイルが生成する電磁界の相互干渉を軽減する空間37、38、39が設けられている。空間37、38、39に対応する天板30の外壁には、天板30を介してチャンバー11内のプラズマと容量結合するファラデーシールド電極14、15、16が配置されている。
【選択図】図1Uniform plasma treatment can be performed even on a large-diameter wafer, and reaction products can be prevented from adhering to the inner wall surface of a top plate on which an ICP coil is disposed, thereby preventing generation of particles. A plasma processing apparatus and a plasma processing method are provided.
A plurality of coils 31, 32, 33 constituting an ICP coil are disposed on a top plate 30 of a chamber 11 provided at a position facing a processing surface of a wafer 21. Between the plurality of coils 31, 32, 33, spaces 37, 38, 39 for reducing mutual interference of electromagnetic fields generated by the coils between adjacent coils are provided. On the outer wall of the top plate 30 corresponding to the spaces 37, 38, and 39, Faraday shield electrodes 14, 15, and 16 that are capacitively coupled to the plasma in the chamber 11 via the top plate 30 are disposed.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関し、特に不揮発性材料膜に対する微細加工に好適なプラズマ処理装置およ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, and more particularly to a plasma processing apparatus and a plasma processing method suitable for fine processing on a nonvolatile material film.
近年、半導体集積回路装置の高集積化、高機能化および動作速度の高速化に伴って、RRAM(Resistance Random Access Memory)やMRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)等の不揮発性メモリーを搭載した半導体集積回路装置が提案されている。この不揮発性メモリーを構成するキャパシタの電極材料には、白金(Pt)、イリジウム(Ir)、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等が用いられる。その微細パターン形成には主にハロゲンガスである塩素や臭化水素によるプラズマドライエッチング技術が用いられる。しかしながら、これらの電極材料膜の中で、特にPtおよびIrをドライエッチングすることは非常に困難である。その原因は、下記の表1に示すようにこれらのドライエッチング中に発生する反応生成物の沸点が著しく高く、ガス化(気化)し難いことにある。すなわち、ポリシリコン等をエッチングした際の反応生成物であるSiCl4の沸点が58℃程度であるのに対して、白金をエッチングした際の反応生成物であるPtCl2およびPtCl4の沸点はそれぞれ581℃、370℃である。また、イリジウムをエッチングした際の反応生成物であるIrCl3の沸点は763℃である。これら高沸点の反応生成物は、チャンバー内壁に到達すると固体化しやすいため、エッチング中にチャンバー内から排気されずに残留し、パーティクルの発生源となる。 2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor integrated circuits equipped with non-volatile memories such as RRAM (Resistance Random Access Memory) and MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory) as semiconductor integrated circuit devices become highly integrated, highly functional, and increase in operation speed. A device has been proposed. Platinum (Pt), iridium (Ir), lead zirconate titanate (PZT), or the like is used as the electrode material of the capacitor constituting the nonvolatile memory. For the fine pattern formation, a plasma dry etching technique mainly using chlorine or hydrogen bromide as a halogen gas is used. However, it is very difficult to dry-etch Pt and Ir among these electrode material films. The cause is that, as shown in Table 1 below, the boiling point of the reaction product generated during these dry etchings is remarkably high and it is difficult to gasify (vaporize). That is, while the boiling point of SiCl 4 which is a reaction product when etching polysilicon or the like is about 58 ° C., the boiling points of PtCl 2 and PtCl 4 which are reaction products when etching platinum are respectively 581 ° C and 370 ° C. The boiling point of IrCl 3 , which is a reaction product when iridium is etched, is 763 ° C. Since these high boiling point reaction products easily solidify when they reach the inner wall of the chamber, they remain without being exhausted from the inside of the chamber during etching and become a generation source of particles.
上述のような電極材料膜のドライエッチングには、シングルスパイラル型コイルを搭載した誘導結合型のプラズマエッチング装置が使用されている。この種のプラズマ処理装置は、減圧可能に構成されたチャンバーの内部に、処理対象のウエハーが載置される試料台を有している。試料台と対向する位置のチャンバー壁面を構成する上部天板は、石英やセラミック等の絶縁体(誘電体)により構成されている。当該上部天板に誘導結合によりチャンバー内にプラズマを生成するスパイラル状の誘導結合コイル(以下、ICPコイルという)が配置されている。 For dry etching of the electrode material film as described above, an inductively coupled plasma etching apparatus equipped with a single spiral coil is used. This type of plasma processing apparatus has a sample stage on which a wafer to be processed is placed inside a chamber configured to be depressurized. The upper top plate constituting the chamber wall surface at a position facing the sample table is made of an insulator (dielectric material) such as quartz or ceramic. A spiral inductive coupling coil (hereinafter referred to as an ICP coil) that generates plasma in the chamber by inductive coupling is disposed on the upper top plate.
当該プラズマエッチング装置では、エッチング処理中に発生してチャンバーの内壁に付着した反応生成物がパーティクルの発生源となる。特に、上部天板に付着した反応生成物から発生したパーティクルは、ウエハー上に落下し、その後の工程でパターン形成欠陥等が発生させる場合が多く、大きな問題である。 In the plasma etching apparatus, a reaction product generated during the etching process and attached to the inner wall of the chamber becomes a particle generation source. In particular, the particles generated from the reaction product adhering to the upper top plate often drop on the wafer and cause pattern formation defects or the like in subsequent processes, which is a serious problem.
そこで、特に上部天板への反応生成物の付着を防止するために、上部天板とICPコイルとの間にファラデーシールド電極を設置したドライエッチング装置が提案されている(例えば、特許文献1等参照。)。当該ドライエッチング装置では、ファラデーシールド電極に直流電圧もしくは高周波電力を印加することにより上部天板直下に生成される容量結合成分を用いてプラズマ中のイオン等を上部天板に入射させ、上部天板に付着する反応生成物をエッチング処理中に除去する。このとき、ファラデーシールド電極に加える電圧を最適な値にすることにより、ICPコイル直下の上部天板の内壁に最適な値の容量結合成分すなわちスパッタリング成分を確保する。この結果、入射したイオンにより上部天板がエッチングされることがなく、かつエッチング処理中に生じる反応生成物が上部天板に付着しない、すなわちパーティクルの発生要因のないチャンバー状態を実現することができる。 In view of this, a dry etching apparatus in which a Faraday shield electrode is installed between the upper top plate and the ICP coil has been proposed in order to prevent the reaction product from adhering particularly to the upper top plate (for example, Patent Document 1). reference.). In the dry etching apparatus, a DC component or a high frequency power is applied to the Faraday shield electrode to cause ions in plasma to enter the upper top plate using a capacitive coupling component generated immediately below the upper top plate. The reaction product adhering to is removed during the etching process. At this time, by setting the voltage applied to the Faraday shield electrode to an optimum value, an optimum value of the capacitive coupling component, that is, the sputtering component is secured on the inner wall of the upper top plate directly under the ICP coil. As a result, it is possible to realize a chamber state in which the upper top plate is not etched by the incident ions, and reaction products generated during the etching process do not adhere to the upper top plate, that is, there is no particle generation factor. .
一方、近年のウエハーの大口径化にともなって、上述のようなシングルスパイラル型のICPコイルを備えたプラズマ処理装置には、ウエハー面内のエッチング均一性をより向上させることが求められている。この要求に対し、後掲の特許文献2および非特許文献1にはICPコイルを複数のコイルによって構成し、各コイルに独立に高周波電力を印加する手法が示されている。また、この手法では、各ICPコイルにより形成される電磁界の相互干渉を軽減する目的で、各コイルが上部天板に形成された溝に埋め込まれている。当該手法によれば、各ICPコイルにより形成される電磁界の相互干渉が抑制された状況下で、各コイルに流れる電流量を調整することにより、ウエハー面内における電界分布や磁束密度分布を均一化できるとされている。
しかしながら、上記特許文献2に開示された技術によれば、ウエハー面内での加工均一性を高めることはできるが、PtやIr等の電極材料膜の加工を行った場合、各ICPコイル間に介在された相互干渉軽減箇所に、反応生成物が付着するという問題が生じる。これは、相互干渉軽減箇所にはICPコイルによる容量結合成分がないため、プラズマから入射するイオンがなく、かつ相互干渉軽減箇所が溝構造を有しているため、付着した反応生成物がスパッタリングにより除去されにくいからである。上述のように、上部天板に付着した反応生成物が剥離する等により生成されるパーティクルは、ウエハー上に落下し半導体装置等の製造歩留まりを低下させてしまう。 However, according to the technique disclosed in Patent Document 2, the processing uniformity within the wafer surface can be improved. However, when an electrode material film such as Pt or Ir is processed, between the ICP coils. There arises a problem that the reaction product adheres to the interfering interference mitigation site. This is because there is no capacitive coupling component due to the ICP coil at the mutual interference mitigation site, and there are no ions incident from the plasma, and the mutual interference mitigation site has a groove structure. This is because it is difficult to remove. As described above, particles generated by separation of the reaction product attached to the upper top plate fall on the wafer and reduce the manufacturing yield of semiconductor devices and the like.
また、上記特許文献1に開示された技術では、大口径ウエハーに対して十分な均一性を確保することが困難である。 In addition, with the technique disclosed in Patent Document 1, it is difficult to ensure sufficient uniformity for a large-diameter wafer.
本発明は、上記従来の事情を鑑みて提案されたものであって、大口径ウエハーに対しても均一なプラズマ処理を行うことができ、かつICPコイルが配設される上部天板の内壁面への反応生成物の付着を防止することができるプラズマ処理装置およびプラズマ処理装置を提供することを目的としている。 The present invention has been proposed in view of the above-described conventional circumstances, and is capable of performing uniform plasma processing even on a large-diameter wafer, and the inner wall surface of the upper top plate on which the ICP coil is disposed. An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus and a plasma processing apparatus that can prevent the reaction product from adhering to the surface.
上記目的を達成するため、本発明は以下の技術的手段を採用している。すなわち、本発明に係るプラズマ処理装置は、内部に被加工体が配置されるとともに、被加工体の加工面と対向する位置に、電磁波を透過する誘電体壁を備えたチャンバーを備える。また、チャンバーには、プロセスガスを導入するガス導入部と、内部のプロセスガスを含むガスを排気するガス排出部とが接続されている。また、チャンバー内にプラズマを生成する複数のコイルが、上記誘電体壁に対応してチャンバーの外部に配設されている。複数のコイルの間には、相互干渉軽減手段が設けられている。相互干渉軽減手段は、隣接するコイル間で各コイルが生成する電磁界の相互干渉を軽減する。相互干渉軽減手段が配設された位置には、上記誘電体壁を介して、チャンバー内のプラズマと容量結合するファラデーシールド電極が設けられている。 In order to achieve the above object, the present invention employs the following technical means. That is, the plasma processing apparatus according to the present invention includes a chamber in which a workpiece is disposed and a dielectric wall that transmits electromagnetic waves at a position facing the processing surface of the workpiece. The chamber is connected to a gas introduction part for introducing a process gas and a gas discharge part for exhausting a gas containing an internal process gas. A plurality of coils for generating plasma in the chamber are disposed outside the chamber corresponding to the dielectric walls. Mutual interference reducing means is provided between the plurality of coils. The mutual interference reducing means reduces the mutual interference of electromagnetic fields generated by the coils between adjacent coils. A Faraday shield electrode that is capacitively coupled to the plasma in the chamber is provided through the dielectric wall at a position where the mutual interference reducing means is disposed.
本構成によれば、プラズマ処理中にパーティクルの発生がなく、低欠陥で被加工体のプラズマ処理を行うことができる。 According to this configuration, there is no generation of particles during the plasma processing, and the plasma processing of the workpiece can be performed with low defects.
上記構成において、例えば、上記各コイルが、上記誘電体壁に形成された複数の溝部にそれぞれ収容され、上記相互干渉軽減手段が、各溝部の間に形成された、チャンバーの内部空間と連続する空間からなり、上記ファラデーシールド電極が、前記空間に対応する前記誘電体壁の外壁側に設けられた構成を採用することができる。また、上記ファラデーシールド電極は、上記複数のコイルの中から選択された1つのコイルに共通に接続することができる。あるいは、上記ファラデーシールド電極は、異なる上記コイルにそれぞれ接続することもできる。 In the above configuration, for example, the coils are accommodated in a plurality of grooves formed in the dielectric wall, and the mutual interference reducing means is continuous with the internal space of the chamber formed between the grooves. It is possible to employ a configuration in which the Faraday shield electrode is provided on the outer wall side of the dielectric wall corresponding to the space. The Faraday shield electrode can be commonly connected to one coil selected from the plurality of coils. Alternatively, the Faraday shield electrode can be connected to different coils.
一方、他の観点では、本発明は、上述のプラズマ処理装置等において実施可能なプラズマ処理方法を提供することができる。すなわち、本発明に係るプラズマ処理方法は、被加工面と対向する位置に配設された複数のコイルを用いてチャンバー内に生成されたプラズマにより、チャンバー内に配置された被加工体のプラズマ処理を行うプラズマ処理方法において、まず、チャンバー内にプロセスガスを導入するとともに、上記複数のコイルに高周波電力を印加してプラズマを生成する。そして、隣接するコイル間で各コイルが生成する電磁界の相互干渉を軽減する相互干渉軽減手段が配設された位置のそれぞれに設けられたファラデーシールド電極に電位を印加した状態で、プラズマ処理が行われる。 On the other hand, in another aspect, the present invention can provide a plasma processing method that can be implemented in the above-described plasma processing apparatus or the like. That is, in the plasma processing method according to the present invention, the plasma processing of the workpiece disposed in the chamber is performed by the plasma generated in the chamber using a plurality of coils disposed at positions facing the processing surface. In the plasma processing method for performing the process, first, a process gas is introduced into the chamber, and high frequency power is applied to the plurality of coils to generate plasma. Then, with the potential applied to the Faraday shield electrode provided at each of the positions where the mutual interference reducing means for reducing the mutual interference of the electromagnetic fields generated by the coils between adjacent coils is applied, the plasma treatment is performed. Done.
上記プラズマ処理は、例えば、上記ファラデーシールド電極のそれぞれに独立した電位を印加した状態で行うことができる。また、上記ファラデーシールド電極に印加されるそれぞれの電位は、例えば、上記プラズマ処理中に生成され、上記相互干渉軽減手段の配設位置に対応するチャンバーの内壁に付着する生成物を除去する状態に独立して設定される。 The plasma treatment can be performed, for example, in a state where an independent potential is applied to each of the Faraday shield electrodes. Further, each potential applied to the Faraday shield electrode is, for example, in a state in which products generated during the plasma processing and attached to the inner wall of the chamber corresponding to the position where the mutual interference reducing means are disposed are removed. Set independently.
本発明によれば、プラズマ処理中に被加工体と対向する誘電体壁のチャンバー内壁側への反応生成物の付着が防止できるとともに、大口径ウエハーに対しても均一なプラズマ処理することができる。また、反応生成物の付着が防止できるため、エッチング処理中にパーティクルが発生することもない。この結果、被加工体の加工を高い製造歩留まりで実施することができ、製造コストを低減することができる。 According to the present invention, it is possible to prevent the reaction product from adhering to the inner wall side of the dielectric wall facing the workpiece during plasma processing, and to perform uniform plasma processing even on a large-diameter wafer. . Further, since the reaction product can be prevented from adhering, particles are not generated during the etching process. As a result, the workpiece can be processed with a high manufacturing yield, and the manufacturing cost can be reduced.
以下、本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法について、図面を参照しながら説明する。なお、以下では、難エッチング材料(不揮発性材料)であるPtとIrとの積層膜のエッチング加工を行うプラズマエッチング装置として本発明を具体化している。 Hereinafter, a plasma processing apparatus and a plasma processing method according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following, the present invention is embodied as a plasma etching apparatus that performs an etching process on a laminated film of Pt and Ir, which is a difficult-to-etch material (nonvolatile material).
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態におけるプラズマエッチング装置(プラズマ処理装置)を示す概略構成図である。また、図2は、本実施形態におけるプラズマエッチング装置を示す概略平面図である。なお、図2のA−A線における断面図が図1に対応している。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a plasma etching apparatus (plasma processing apparatus) according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic plan view showing the plasma etching apparatus in the present embodiment. A cross-sectional view taken along line AA in FIG. 2 corresponds to FIG.
図1に示すように本実施形態におけるプラズマ処理装置は、チャンバー11内に試料台を兼ねる下部電極12が設置されている。処理対象のウエハー21(被加工体)は下部電極12上に載置される。下部電極12と対向するチャンバー11の上部天板30(誘電体壁)は、石英やセラミック等の誘電体(絶縁体)で構成されている。上部天板30の上方、すなわち上部天板30の外壁側には、複数の誘導結合コイル(ICPコイル)が配置されている。図1の例では、ICPコイルは、最中心部ICPコイル31、中間部ICPコイル32、および最外周部ICPコイル33により構成されている。なお、各ICPコイル31、32、33はリング状のコイルである。また、図2に示すように、最中心部ICPコイル31の外径は中間部ICPコイル32の内径よりも小さく、中間部ICPコイル32の外径は最外周部ICPコイル33の内径よりも小さくなっている。そして、各ICPコイル31、32、33は、同心円状に配置されている。
As shown in FIG. 1, in the plasma processing apparatus according to this embodiment, a
また、図1に示すように、本実施形態のプラズマ処理装置の上部天板30は、最中心部ICPコイル31が配置される溝部34、中間部ICPコイル32が配置される溝部35、および最外周部ICPコイル33が配置される溝部36を有している。各溝部34、35、36は、チャンバー11の内部空間へ突出する状態で形成されており、溝部34の中心側、溝部34と溝部35との間、および溝部35と溝部36との間には、チャンバー11の内部空間と連続する空間37、38、39が設けられている。各空間37、38、39は、ICPコイル31、32、33と同様に、平面視において同心円状に設けられている。また、後述のように当該空間37、38、39は、それぞれの空間に隣接する溝部に収容されたコイルが生成する電磁界の相互干渉を軽減する機能を有している。なお、空間37については、空間37を挟んで配置されたコイル31を構成する導体間の相互干渉を軽減する。
Further, as shown in FIG. 1, the upper
下部電極12には、バイアス印加用高周波電源26が接続されている。また、最中心部ICPコイル31には、同調コンデンサ22を介して高周波電力を印加する高周波電源17が接続されている。同様に、中間部ICPコイル32には、同調コンデンサ23を介して高周波電力を印加する高周波電源18が接続されている。同様に、最外周部ICPコイル33には、同調コンデンサ24を介して高周波電力を印加する高周波電源19が接続されている。高周波電源17、18、19が、各ICPコイル31、32、33に高周波電力を印加することにより生成される誘導結合成分(誘導磁場)により上部天板30直下のチャンバー11内にプラズマが生成される。なお、図示を省略しているが、プロセスガスはチャンバー11の上部に接続された、ガス導入管を通じてチャンバー11内に導入される。また、チャンバー11内のガスは、チャンバー11の下部に接続された排気口20を通じて排気される。チャンバー11内の圧力は、排気口20の上流側に配置された排気ゲートバルブ13の開度を調整することにより、所定圧力に維持される。
A bias applying high
さて、本実施形態のプラズマエッチング装置は、相互干渉軽減手段である空間37、38、39が配設された位置に、それぞれ、ファラデーシールド電極14、15、16(以下、FS電極14、15、16という。)が設けられている。すなわち、図1および図2に示すように、上部天板30を挟んで空間37の外壁側に最中心部FS電極14が設けられている。また、上部天板30を挟んで空間38の外壁側に中間部FS電極15が設けられている。さらに、上部天板30を挟んで空間39の外壁側に最外周部FS電極16が設けられている。また、図2に示すように、各FS電極14、15、16は、平面視において同心円状に配置されている。
In the plasma etching apparatus of this embodiment, the
また、図1に示すように、本実施形態のプラズマエッチング装置では、各FS電極14、15、16は、導電性タップ25を介して、最中心部ICPコイル31と接続されている。このため、各FS電極14、15、16には、最中心部ICPコイル31を通じて、高周波電源17から高周波電力が印加される。この結果、各FS電極14、15、16には、チャンバー11内に生成されたプラズマと容量結合するDCバイアス成分が付与される。
As shown in FIG. 1, in the plasma etching apparatus of the present embodiment, each
上記構成のプラズマエッチング装置において、エッチング処理を行う場合、まず、処理対象のウエハー21がチャンバー11の側壁に設けられた図示しない搬入出口から搬入され、下部電極12上に載置される。ここでは、図3(a)の構造断面図に示すように、ウエハー21には、下部構造を被覆するシリコン窒化膜等の下層膜46上に、下層から、窒化チタン(TiN)膜44、Ir膜43、Pt膜42が順にスパッタリング法等により積層されているものとする。また、Pt膜42上には、窒化チタン膜からなるマスクパターン41が公知のリソグラフィ技術により形成されている。
When performing the etching process in the plasma etching apparatus having the above-described configuration, first, the
ウエハー21がチャンバー11内に設置された後、ウエハー21のエッチングが行われる。ここでは、下記の表2に示す条件でエッチング処理を行う。
After the
すなわち、まず、図示しないガス導入部を通じて流量制御されたCl2ガスとO2ガスとの混合ガスからなるプロセスガスがチャンバー11内に導入される。ここでは、Cl2ガスの流量を100sccm(standard cubic centimeter per minute)とし、O2ガスの流量を250sccmとしている。このとき、排気ゲートバルブ13の開度を調整することによりチャンバー11内の圧力は、2.0Pa程度に維持される。また、下部電極12が内蔵するヒータにより、下部電極12の温度が450℃に維持されている。これにより、ウエハー21の温度も同程度の温度に昇温される。
That is, first, a process gas composed of a mixed gas of Cl 2 gas and O 2 gas whose flow rate is controlled through a gas introduction unit (not shown) is introduced into the
チャンバー11内部の圧力が安定した後、高周波電源17、18、19により、各ICPコイル31、32、33に高周波電力が印加される。ここでは、周波数13.56MHzの高周波電力を、最中心部ICPコイル31に300W、中間部ICPコイル32に400W、最外周部ICPコイル33に600W、印加している。これにより、チャンバー11内に上記プロセスガスのプラズマが生成される。このとき、各ICPコイル31、32、33を収容した溝部34、35、36に隣接する、相互干渉軽減手段である空間37、38、39においてもプラズマが生成される。空間37、38、39にプラズマが形成されると、ICPコイル31、32、33が生成する電磁エネルギーは、当該プラズマに吸収または反射される。このため、各ICPコイル31、32、33が生成する電磁エネルギーは空間37、38、39を通過することができず、各ICPコイル31、32、33が生成する電磁界は、空間37、38、39により区分された溝部34、35、36の範囲内に閉じ込められる。すなわち、各電磁界間の干渉が軽減される。このように、各ICPコイル31、32、33が形成する電磁界間の干渉が軽減されるため、各ICPコイル31、32、33に高周波電源17、18、19からそれぞれ独立に高周波電力を印加することにより、直径が300mm程度の大口径ウエハーに対してもエッチング均一性を確保することができる。なお、下部電極12には、高周波電源26により、200Wの高周波電力(周波数13.56MHz)が印加されている。
After the pressure inside the
また、上述のように、空間37、38、39に対応して上部天板30の外壁面に設けられたFS電極14、15、16は、導電性タップ25により最中心部ICPコイル31に接続されている。このため、最中心部ICPコイル31への高周波電力の印加と同時に、各FS電極14、15、16にも高周波電力が印加される。ここでは、同調コンデンサ22の容量値を調整することにより、各FS電極13、14、15に600VのDCバイアス成分が印加されている。
Further, as described above, the
エッチング処理の過程で生成されたPtCl2、PtCl4、IrCl3等の反応生成物は、上部天板30に到達すると固体化して付着しようとする。しかしながら、本実施形態では、相互干渉軽減手段である空間37、38、39に対応する上部天板30の外壁側に、チャンバー11内のプラズマと容量結合するDCバイアスが印加されるFS電極14、15、16を設けている。このため、エッチング処理中にプラズマ中のイオンを入射させることができ、当該イオンのスパッタリング作用により、空間37、38、39に反応生成物が付着することを防止できる。この結果、従来のように、相互干渉軽減手段である空間に反応生成物が付着し、当該付着した反応生成物を発生源とするパーティクルが生じることがなくなる。なお、溝部34、35、36のチャンバー11内壁側への反応生成物の付着は、ICPコイル31、32、33により生成される容量結合成分に起因するイオン等の入射により防止される。例えば、表2に示した条件でのエッチング処理では、0.1μm以上の粒径のパーティクル増加数(処理後のウエハー上のパーティクル数から処理前のウエハー上のパーティクル数を減算した値)は20個以下であり、非常に少ないレベルになっている。
Reaction products such as PtCl 2 , PtCl 4 , and IrCl 3 generated in the course of the etching process solidify and try to adhere when they reach the upper
なお、本実施形態では、上部天板30の外壁面の全面にFS電極を配置するのではなく、反応生成物が多く付着する、空間37、38、39に対応する位置にのみFS電極14、15、16を配置している。このため、反応生成物があまり付着しない位置への過度のスパッタリングが抑制され、内壁側が削れて上部天板30が消耗するという問題は発生しない。
In the present embodiment, the FS electrode is not disposed on the entire outer wall surface of the upper
以上の条件でエッチング処理を行うことにより、図3(b)に示すように、マスクパターン41に被覆されていない領域のIr膜42およびPt膜43が除去され、Ir膜42およびPt膜43からなる電極パターンが形成される。
By performing the etching process under the above conditions, as shown in FIG. 3B, the
この後、CF4等をプロセスガスとしたドライエッチングを行い、図3(c)に示すように、TiN膜からなるマスクパターン41および上述のエッチング処理により露出したTiN膜44が除去される。
Thereafter, dry etching using CF 4 or the like as a process gas is performed, and as shown in FIG. 3C, the
以上のようにして、Pt膜/Ir膜の積層構造を有する電極パターンが形成される。このような電極パターンは、不揮発性メモリーを構成するキャパシタの下部電極として使用される。図4は、このようなキャパシタの断面図である。なお、図4では、図3において説明した要素には同一の符号を付している。図4において、下層膜46に被覆された下部構造は、素子分離51により区分された領域にトランジスタ等の半導体素子が形成された半導体基板50、およびBPSG(Boro-Phospho Silicate Glass)膜等からなる層間絶縁膜47である。上述のようにして形成された下部電極上には、キャパシタ絶縁膜となるはタンタル酸ストロンチウムビスマス(SBT)膜等の強誘電体膜45が形成され、当該強誘電体膜45上に、上部電極としてPt膜48が形成されている。なお、図3では、図示を省略したが、下部電極は、層間絶縁膜47を貫通するタングステン等からなるコンタクトプラグにより、半導体基板50表面の活性層52に接続されている。
As described above, an electrode pattern having a laminated structure of Pt film / Ir film is formed. Such an electrode pattern is used as a lower electrode of a capacitor constituting a nonvolatile memory. FIG. 4 is a cross-sectional view of such a capacitor. In FIG. 4, the same reference numerals are given to the elements described in FIG. In FIG. 4, the lower structure covered with the
以上説明したように、本実施形態によれば、プラズマ処理中に上部天板に反応生成物が付着することが防止できるとともに、大口径ウエハーに対しても均一なプラズマ処理することができる。この結果、被加工体の加工を高い製造歩留まりで実施することができ、製造コストを低減することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to prevent reaction products from adhering to the upper top plate during plasma processing, and it is possible to perform uniform plasma processing even on large-diameter wafers. As a result, the workpiece can be processed with a high manufacturing yield, and the manufacturing cost can be reduced.
(第2の実施形態)
上記第1の実施形態では、各FS電極14、15、16に同一のDCバイアス成分を印加したが、各FS電極14、15、16にそれぞれ異なるDCバイアス成分を印加してもよい。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the same DC bias component is applied to each
図5は、本発明の第2の実施形態におけるプラズマエッチング装置を示す概略構成図である。また、図6は、本実施形態におけるプラズマエッチング装置を示す概略平面図である。なお、図6のB−B線における断面図が図5に対応している。なお、本実施形態のプラズマエッチング装置は、第1の実施形態と、空間37、38、39に対応する上部天板30の外壁側に設けられたFS電極14、15、16が、導電性タップ27、28、29により互いに異なるICPコイル31、32、33に接続されている点が異なる。他の構成は第1の実施形態のプラズマエッチング装置と同一である。本構成によれば、FS電極14には、最中心部ICPコイル31を通じて、高周波電源17から高周波電力が印加される。また、FS電極15には、中間部ICPコイル32を通じて、高周波電源18から高周波電力が印加される。さらに、FS電極16には、最外周部ICPコイル33を通じて、高周波電源19から高周波電力が印加される。この結果、各FS電極14、15、16には、チャンバー11内に生成されたプラズマと容量結合するDCバイアス成分をそれぞれ独立に付与することができる。なお、図5では、図1において説明した要素と同一の要素には同一の符号を付し、以下での詳細な説明を省略する。
FIG. 5 is a schematic block diagram showing a plasma etching apparatus in the second embodiment of the present invention. FIG. 6 is a schematic plan view showing the plasma etching apparatus in the present embodiment. Note that a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 6 corresponds to FIG. Note that the plasma etching apparatus of this embodiment is different from that of the first embodiment in that the
本構成のプラズマエッチング装置において、エッチング処理を行う場合、まず、処理対象のウエハー21がチャンバー11の側壁に設けられた図示しない搬入出口から搬入され、下部電極12上に載置される。ここでは、第1の実施形態と同様に、図3(a)の構造断面図に示すサンプルのエッチングを行う。ウエハー21がチャンバー11内に設置された後、ウエハー21のエッチングが行われる。ここでは、下記の表3に示す条件でエッチング処理を行う。
When performing the etching process in the plasma etching apparatus of this configuration, first, the
すなわち、まず、図示しないガス導入部を通じて流量制御されたCl2ガスとO2ガスとの混合ガスからなるプロセスガスがチャンバー11内に導入される。ここでは、第1の実施形態と同様に、Cl2ガスの流量を100sccmとし、O2ガスの流量を250sccmとしている。このとき、チャンバー11内の圧力は、2.0Pa程度に維持される。また、下部電極12は450℃に維持されている。これにより、ウエハー21の温度も同程度の温度に昇温される。
That is, first, a process gas composed of a mixed gas of Cl 2 gas and O 2 gas whose flow rate is controlled through a gas introduction unit (not shown) is introduced into the
チャンバー11内部の圧力が安定した後、高周波電源17、18、19により、各ICPコイル31、32、33に高周波電力が印加される。ここでは、周波数13.56MHzの高周波電力を、最中心部ICPコイル31に300W、中間部ICPコイル32に400W、最外周部ICPコイル33に600W、印加している。これにより、チャンバー11内に上記プロセスガスのプラズマが生成される。このとき、各ICPコイル31、32、33が生成する電磁界は、空間37、38、39により区分された溝部34、35、36の範囲内に閉じ込められる。また、下部電極12には、高周波電源26により、200Wの高周波電力(周波数13.56MHz)が印加されている。
After the pressure inside the
上述のように、FS電極14、15、16は、導電性タップ27、28、29により最中心部ICPコイル31、中間部ICPコイル32、最外周部ICPコイル33にそれぞれ接続されている。このため、各ICPコイル31、32、33への高周波電力の印加と同時に、各FS電極14、15、16にも高周波電力が印加される。ここでは、同調コンデンサ22、23、24の容量値を調整することにより、FS電極13に1000V、FS電極14に800V、FS電極15に600V、のDCバイアス成分がそれぞれ印加されている。
As described above, the
本実施形態においても、表3に示すように0.1μm以上の粒径のパーティクル増加数は20個以下であり、第1の実施形態と同様にパーティクル不良の少ない良好なエッチング処理を実施することができる。特に、本実施形態では、各FS電極14、15、16に、異なる独立に電位を印加することがきる。本構成は、上部天板30の位置に応じて最適な電圧値が設定できるため、特に、上部天板30の中心部と外周部とで反応生成物の付着速度が異なる場合に好適である。一般に、ウエハー21から生じる反応生成物が上部天板30の方向に向かって等方的に飛散するため、上部天板30の中心部の方が周縁部より多く反応生成物が到達する。このため、FS電極14、15、16に独立に電圧を印加可能な構成とすることにより、上部天板30の位置に応じて印加されるDCバイアス成分を最適化することができる。したがって、本実施形態の構成によれば、上部天板30の全面に渡って、反応生成物の付着を防止し、かつ上部天板30に対する過度なスパッタリングを防止し上部天板30がエッチングされることをより確実に防止することができる。
Also in this embodiment, as shown in Table 3, the number of particles having a particle diameter of 0.1 μm or more is 20 or less, and a good etching process with few particle defects is performed as in the first embodiment. Can do. In particular, in the present embodiment, different potentials can be applied to the
以上説明したように、本発明によれば、プラズマ処理中に被加工体と対向する誘電体壁のチャンバー内面側に反応生成物が付着することが防止できるとともに、大口径ウエハーに対しても均一なプラズマ処理することができる。また、反応生成物の付着が防止できるため、エッチング処理中にパーティクルが発生することもない。この結果、被加工体の加工を高い製造歩留まりで実施することができ、製造コストを低減することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to prevent the reaction product from adhering to the inner surface of the chamber of the dielectric wall facing the workpiece during plasma processing, and even to a large-diameter wafer. Plasma treatment can be performed. Further, since the reaction product can be prevented from adhering, particles are not generated during the etching process. As a result, the workpiece can be processed with a high manufacturing yield, and the manufacturing cost can be reduced.
なお、本発明は、以上で説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲において種々の変形および応用が可能である。例えば、上記では、相互干渉軽減手段が空間である事例について説明したが、他の構成の相互干渉軽減手段を採用することも可能である。例えば、相互干渉軽減手段を絶縁体で構成することもできる。この場合、図7に示すように、上部天板30はフラットな平板として構成され、上部天板30のチャンバー外壁側に配置された上述のICPコイル31、32、33の間に相互干渉軽減用の絶縁物61が配置される。また、この場合、上述の各FS電極14、15、16は、絶縁物61と上部天板30との間に配置される。なお、図7の例では、第1の実施形態と同様に各FS電極14、15、16を導電性タップ25により最中心部ICPコイル31に接続しているが、第2の実施形態と同様に各FS電極14、15、16に独立した電位を印加する構成であってもよい。
The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications and applications are possible within the scope of the effects of the present invention. For example, in the above description, the case where the mutual interference reducing unit is a space has been described. However, it is also possible to employ a mutual interference reducing unit having another configuration. For example, the mutual interference reducing means can be formed of an insulator. In this case, as shown in FIG. 7, the upper
また、本発明は、プラズマエッチング装置に限らず、誘電体壁に対応してICPコイルを備えた、いかなるプラズマ処理装置にも適用可能である。加えて、上記では、本発明の適用が特に好適な、Pt、Ir等の難エッチング材料のエッチング処理を具体例として示したが、本発明は、いかなる材料膜のエッチング処理に対しても同様の効果を得ることができる。 The present invention is not limited to a plasma etching apparatus, and can be applied to any plasma processing apparatus having an ICP coil corresponding to a dielectric wall. In addition, in the above, an etching process of a difficult-to-etch material such as Pt or Ir, to which the present invention is particularly suitable, has been shown as a specific example, but the present invention is similar to any material film etching process. An effect can be obtained.
本発明は、不揮発性メモリー電極材料のような蒸気圧が低く容易には除去されない白金系、貴金属系物質化合物を生成または加工を行うプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法として有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful as a plasma processing apparatus and a plasma processing method for generating or processing a platinum-based or noble metal-based material compound that has a low vapor pressure and is not easily removed, such as a nonvolatile memory electrode material.
11 チャンバー
12 下部電極
14 最中心部FS電極
15 中間部FS電極
16 最外周部FS電極
17、18、19、26 高周波電源
21 ウエハー
22、23、24 同調コンデンサ
25、27、28、29 導電性タップ
30 上部天板
31 最中心部ICPコイル
32 中間部ICPコイル
33 最外周部ICPコイル
34、35、36 溝部
37、38、39 空間(相互干渉軽減手段)
DESCRIPTION OF
Claims (7)
内部に配置された被加工体と対向する位置に電磁波を透過する誘電体壁を備えたチャンバーと、
前記チャンバー内にプロセスガスを導入するガス導入部と、
前記チャンバー内の前記プロセスガスを含むガスを排出するガス排出部と、
前記誘電体壁に対応して前記チャンバーの外部に配設され、チャンバー内にプラズマを生成する複数のコイルと、
前記複数のコイルの間に設けられ、各コイルが生成する電磁界の相互干渉を軽減する手段と、
前記相互干渉軽減手段の配設位置のそれぞれに設けられたファラデーシールド電極と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。 In a plasma processing apparatus that performs plasma processing of a workpiece disposed in a chamber by plasma generated in the chamber,
A chamber having a dielectric wall that transmits electromagnetic waves at a position facing a workpiece disposed therein;
A gas introduction part for introducing a process gas into the chamber;
A gas discharge unit for discharging a gas containing the process gas in the chamber;
A plurality of coils disposed outside the chamber corresponding to the dielectric wall and generating plasma in the chamber;
Means for reducing mutual interference of electromagnetic fields generated between the plurality of coils and generated by each coil;
A Faraday shield electrode provided at each of the arrangement positions of the mutual interference reducing means,
A plasma processing apparatus comprising:
前記チャンバー内にプロセスガスを導入するとともに、前記複数のコイルに高周波電力を印加してプラズマを生成する工程と、
各コイルが生成する電磁界の相互干渉を軽減する相互干渉軽減手段が配設された位置のそれぞれに設けられたファラデーシールド電極に電位を印加した状態で、プラズマ処理を行う工程と、
を含むことを特徴とするプラズマ処理方法。 In a plasma processing method for performing plasma processing on a workpiece disposed in a chamber by plasma generated in the chamber using a plurality of coils disposed at positions opposed to the processing surface,
Introducing a process gas into the chamber and generating a plasma by applying high frequency power to the plurality of coils;
Performing plasma treatment in a state where a potential is applied to the Faraday shield electrode provided at each of the positions where the mutual interference reducing means for reducing the mutual interference of the electromagnetic fields generated by the coils is disposed;
A plasma processing method comprising:
Each potential applied to the Faraday shield electrode is independently set to a state in which a product generated during the plasma processing and attached to the inner wall of the chamber corresponding to the position where the mutual interference reducing means is disposed is removed. The plasma processing method according to claim 6.
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