JP2001085396A - Plasma treatment equipment - Google Patents

Plasma treatment equipment

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JP2001085396A
JP2001085396A JP25785899A JP25785899A JP2001085396A JP 2001085396 A JP2001085396 A JP 2001085396A JP 25785899 A JP25785899 A JP 25785899A JP 25785899 A JP25785899 A JP 25785899A JP 2001085396 A JP2001085396 A JP 2001085396A
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JP
Japan
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impedance
plasma
wafer
electrode
electrostatic attraction
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JP25785899A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoichi Ito
陽一 伊藤
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To correctly monitor and control the increase or decrease of a wafer- by-wafer etching rate by using a the high-frequency bias voltage. SOLUTION: The impedance of an electrostatic attraction electrode 15 is regulated so that it is equal to the impedance of plasma 12 or smaller, allowing the increase or decrease of an etching rate to match with the increase or decrease of the highfrequency bias voltage. By controlling the impedance of the electrostatic attraction electrode to be that of the plasma impedance or smaller, the increase or decrease in the wafer-by-wafer etching rate can be monitored correctly and controlled by the changes in the high-frequency bias voltage.

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、静電吸着電極に高
周波バイアス電力を印加してプラズマからウエハに入射
するイオンのエネルギを制御しながらエッチング等の処
理を行うプラズマ処理装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing apparatus for performing processing such as etching while applying high-frequency bias power to an electrostatic chucking electrode to control the energy of ions incident from a plasma onto a wafer.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来技術としては、特開平8ー1993
78号記載のように、処理するウエハを載置する試料台
に印加される高周波バイアス電圧のピークツウピーク電
圧Vppがあらかじめ設定した値と一致するように高周波
電源の出力を制御し、エッチングレート等のプロセス特
性の再現性を向上する方法が記載されている。
2. Description of the Related Art The prior art is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-1993.
As described in No. 78, the output of the high-frequency power supply is controlled so that the peak-to-peak voltage Vpp of the high-frequency bias voltage applied to the sample table on which the wafer to be processed is mounted matches a preset value, and the etching rate and the like are controlled. A method for improving the reproducibility of the process characteristics is described.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】前記、従来技術では静
電吸着電極のインピーダンスの影響について考慮されて
おらず、処理中のウエハの保持に静電吸着電極を用いた
プラズマ処理装置に適用する場合を考えると以下の問題
点があった。
The above-mentioned prior art does not consider the influence of the impedance of the electrostatic chucking electrode, and is applied to a plasma processing apparatus using an electrostatic chucking electrode for holding a wafer during processing. Considering the above, there were the following problems.

【0004】プラズマインピーダンスに比べて静電吸着
電極のインピーダンスの方が大きい場合には試料台に印
加される高周波バイアス電圧Vppは、静電吸着電極のイ
ンピーダンスに依存して変化するためにエッチング速度
とは対応しなくなる傾向を示す。
When the impedance of the electrostatic attraction electrode is larger than the plasma impedance, the high frequency bias voltage Vpp applied to the sample stage changes depending on the impedance of the electrostatic attraction electrode, and therefore, the etching rate and the high frequency bias voltage Vpp change. Indicates a tendency to stop responding.

【0005】従って、エッチング速度等の特性を左右す
るプラズマインピーダンスの変化を試料台に印加される
高周波バイアス電圧でモニタ、及び制御することが困難
であった。
Therefore, it has been difficult to monitor and control a change in plasma impedance which affects characteristics such as an etching rate by using a high-frequency bias voltage applied to a sample stage.

【0006】本発明の目的は、静電吸着電極のインピー
ダンスがプラズマインピーダンスに及ぼす影響を考慮し
て、エッチング特性の再現性を得るのに好適なプラズマ
処理装置を提供することである。
An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus suitable for obtaining reproducibility of etching characteristics in consideration of the influence of the impedance of an electrostatic chucking electrode on plasma impedance.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、プラズ
マを発生させる手段と、処理されるウエハを保持する静
電吸着電極と、該静電吸着電極に高周波バイアス電力を
印加する高周波電力供給手段と、前記静電吸着電極と対
をなすアース電極を備えたプラズマ処理装置において、
前記静電吸着電極のインピーダンスをプラズマインピー
ダンス以下としたことにある。
A feature of the present invention is a means for generating plasma, an electrostatic chuck electrode for holding a wafer to be processed, and a high-frequency power supply for applying a high-frequency bias power to the electrostatic chuck electrode. Means, in a plasma processing apparatus provided with a ground electrode paired with the electrostatic adsorption electrode,
The impedance of the electrostatic attraction electrode is set to a plasma impedance or less.

【0008】一般に高周波バイアス電圧Vppは、次式で
表され、高周波電力が一定の条件において、静電吸着電
極とプロセス条件で決まるプラズマインピーダンスの和
に依存することがわかる。
In general, the high-frequency bias voltage Vpp is expressed by the following equation, and it can be seen that under the condition that the high-frequency power is constant, it depends on the sum of the electrostatic adsorption electrode and the plasma impedance determined by the process conditions.

【0009】Vpp=(W(ZD+ZP)1/2 W:高周波電力(W) ZD:静電吸着電極のインヒ゜ータ゛ンス(Ω) ZP:フ゜ラス゛マインヒ゜ータ゛ンス(Ω) 実際にマイクロ波放電を用いて、プラズマインピーダン
スを変化しながら高周波バイアス電圧を測定した結果、
プラズマインピーダンスが静電吸着電極のインピーダン
ス以下となる領域で高周波バイアス電圧が急激に高くな
る現象を生じ、この挙動はエッチングレートの増減と一
致しない傾向であることが明らかになった。
Vpp = (W (Z D + Z P ) 1/2 W: High frequency power (W) Z D : Inductance (Ω) of the electrostatic attraction electrode Z P : Flat-main inductance (Ω) Actually using microwave discharge As a result of measuring the high frequency bias voltage while changing the plasma impedance,
In a region where the plasma impedance is equal to or lower than the impedance of the electrostatic attraction electrode, a phenomenon occurs in which the high frequency bias voltage sharply increases, and it has been clarified that this behavior does not tend to coincide with the increase or decrease in the etching rate.

【0010】従って、上記本発明の目的は、静電吸着電
極のインピーダンスをプラズマインピーダンス以下に小
さくすることにより達成される。
Therefore, the above object of the present invention is achieved by reducing the impedance of the electrostatic attraction electrode to the plasma impedance or less.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を適用した
いわゆる有磁場マイクロ波エッチング装置の構成を図1
に示す。有磁場マイクロ波エッチング装置1を用いてウ
エハ2をエッチングする方法について説明する。まず、
真空排気装置3により石英等のマイクロ波4を透過する
材料で構成される放電管5内を所定の圧力まで減圧した
後、プロセスガス6としてAr、Cl、SF等をマスフロ
ーコントローラで流量制御して導入しながら、放電管5
内の圧力が所定の処理圧力になるように可変バルブ7を
調整する。次に、マイクロ波発振装置8より2.45GHz
のマイクロ波4を導波管9、オートチューナ10を経由
して放電管5内に放射するとともに、上、中、下段の3
段ソレノイドコイル11に直流電流を流して放電管5内
に磁場を形成し、マイクロ波4による電界とソレノイド
コイル11による磁場の相互作用によりプラズマ12を
形成する。そして、高周波電源13により整合器14を
経由してウエハ2が保持された静電吸着電極15とアー
ス電極16間に高周波バイアス電圧を印加することによ
り、プラズマ12中のイオンのウエハ2への入射エネル
ギを制御しながらウエハ2をエッチング処理する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows a configuration of a so-called magnetic field microwave etching apparatus to which an embodiment of the present invention is applied.
Shown in A method for etching the wafer 2 using the magnetic field microwave etching apparatus 1 will be described. First,
After the inside of the discharge tube 5 made of a material that transmits the microwave 4 such as quartz is reduced to a predetermined pressure by the evacuation device 3, Ar, Cl 2 , SF 6, etc. as the process gas 6 are flow-controlled by the mass flow controller. While introducing the discharge tube 5
The variable valve 7 is adjusted so that the internal pressure becomes a predetermined processing pressure. Next, 2.45 GHz from the microwave oscillator 8
Microwave 4 is radiated into the discharge tube 5 via the waveguide 9 and the auto tuner 10 and the upper, middle and lower 3
A direct current is applied to the step solenoid coil 11 to form a magnetic field in the discharge tube 5, and a plasma 12 is formed by the interaction between the electric field generated by the microwave 4 and the magnetic field generated by the solenoid coil 11. Then, by applying a high frequency bias voltage between the electrostatic chucking electrode 15 holding the wafer 2 and the ground electrode 16 via the matching unit 14 by the high frequency power supply 13, the ions in the plasma 12 enter the wafer 2. The wafer 2 is etched while controlling the energy.

【0012】また、静電吸着電極15は導体でかつ熱伝
導率の大きい材料、この場合Alで形成された電極17に
AlOより成る絶縁膜18をろう材により接合するこ
とにより構成されており、コイルとコンデンサから成る
ローパスフィルタ19を介して直流電源20が接続され
ている。そして、エッチング処理開始時にウエハ2を吸
着する時には、プラズマ12を生成した状態でスイッチ
21を端子22と接続することにより静電吸着電極15
へ直流電圧を印加し、エッチング処理終了後ウエハ2を
解放する時には、プラズマ12を生成した状態でスイッ
チ21を端子23と接続して静電吸着電極15を抵抗2
4を介して接地した後、ウエハ押し上げ装置25により
ウエハ2を持ち上げ、ピックアンドプレス方式の搬送装
置によりウエハ2を次の処理室に搬送する。
The electrostatic attraction electrode 15 is made of a material that is a conductor and has a high thermal conductivity, in this case, an electrode 17 formed of Al.
It is configured by joining an insulating film 18 made of Al 2 O 3 with a brazing material, and a DC power supply 20 is connected via a low-pass filter 19 made up of a coil and a capacitor. When the wafer 2 is sucked at the start of the etching process, the switch 21 is connected to the terminal 22 in a state where the plasma 12 is generated.
When the wafer 2 is released after the etching process, a switch 21 is connected to the terminal 23 while the plasma 12 is generated, and the electrostatic chucking electrode 15 is connected to the resistor 2.
After grounding via the wafer 4, the wafer 2 is lifted by the wafer lifting device 25, and the wafer 2 is transferred to the next processing chamber by the pick-and-press type transfer device.

【0013】一方、エッチングされるウエハ2の冷却
は、静電吸着電極15に前述した方法によりウエハ2を
保持した状態で、圧力計26により検出されるウエハ2
裏面の圧力が一定値になるようにマスフローコントロー
ラ27によりHeガス28の流量を制御する。また、静電
吸着電極15は電極17内部にサーキュレータ29によ
り温調された冷媒を冷媒ライン30を介して循環するこ
とにより温調されている。
On the other hand, the wafer 2 to be etched is cooled while the wafer 2 is detected by the pressure gauge 26 while the wafer 2 is held on the electrostatic attraction electrode 15 by the method described above.
The mass flow controller 27 controls the flow rate of the He gas 28 so that the pressure on the back surface becomes a constant value. Further, the temperature of the electrostatic adsorption electrode 15 is controlled by circulating a refrigerant whose temperature is controlled by the circulator 29 through the refrigerant line 30 inside the electrode 17.

【0014】次に、高周波バイアス電圧とSi0膜のエ
ッチングレートの相関について実験により検討した結果
について説明する。エッチングは、表面SiO膜付きウ
エハをClガス6を300ccm放電管5内に導入しながら圧
力を2.5Paに調整した状態で、マイクロ波4の出力900〜
1000Wの範囲、ソレノイドコイル11上、中、下段電流
をそれぞれ19/19/6A印加し、高周波電力(周波数800KH
z)を50W印加して処理した。
Next, a description will be given of the result of an experimental study on the correlation between the high frequency bias voltage and the etching rate of the SiO 2 film. The etching was performed under the condition that the pressure of the wafer with the surface SiO 2 film was adjusted to 2.5 Pa while introducing Cl 2 gas 6 into the discharge tube 5 with a flow rate of 900 to 900 to 900 Pa.
Apply a current of 19/19 / 6A to the upper, middle, and lower stages of the solenoid coil 11 in the range of 1000 W, respectively, and apply high-frequency power (frequency 800 KH
z) was applied at 50 W for processing.

【0015】本条件におけるプラズマ12のインピーダ
ンスは約20Ωであり、静電吸着電極15のインピーダン
スは膜厚により変化し、それぞれ約50Ωの場合を図2
に、約20Ωの場合を図3に示す。
Under these conditions, the impedance of the plasma 12 is about 20 Ω, and the impedance of the electrostatic attraction electrode 15 changes depending on the film thickness.
FIG. 3 shows the case of about 20Ω.

【0016】まず、静電吸着電極15のインピーダンス
がプラズマ12のインピーダンスより高い約50Ωの場合
について図2により説明する。SiO2膜のエッチングレー
トは、マイクロ波4の出力増加とともに減少する傾向を
示しているが、これに対してモニタしているの高周波バ
イアス電圧Vppは一旦減少した後増加する傾向を示して
おり、エッチングレートの増減と対応していないことが
わかる。これはプラズマ12のインピーダンスに比べて
静電吸着電極15のインピーダンスが大きいためであ
る。
First, a case where the impedance of the electrostatic attraction electrode 15 is about 50Ω, which is higher than the impedance of the plasma 12, will be described with reference to FIG. The etching rate of the SiO 2 film shows a tendency to decrease as the output of the microwave 4 increases, whereas the high frequency bias voltage Vpp monitored once shows a tendency to decrease and then increase, It can be seen that it does not correspond to the increase or decrease in the etching rate. This is because the impedance of the electrostatic attraction electrode 15 is larger than the impedance of the plasma 12.

【0017】この結果に対して、静電吸着電極15イン
ピーダンスをプラズマ12のインピーダンスとほぼ等し
い約20Ωとした場合を図3に示す。高周波バイアス電圧
は、エッチングレートと同様にマイクロ波4出力の増加
とともに減少する傾向を示しており、エッチングレート
の変化を高周波バイアス電圧により正確にモニタするこ
とが可能であることがわかる。
FIG. 3 shows a case where the impedance of the electrostatic attraction electrode 15 is set to about 20Ω which is almost equal to the impedance of the plasma 12. The high-frequency bias voltage shows a tendency to decrease with an increase in the output of the microwave 4 similarly to the etching rate, and it is understood that the change in the etching rate can be accurately monitored by the high-frequency bias voltage.

【0018】本実験結果より、一般にエッチングレート
のモニタとして用いている高周波バイアス電圧は、静電
吸着電極15のインピーダンスの影響を受け、その値を
プラズマ12のインピーダンス以下とすることにより、
ウエハ毎のエッチングレートの増減を正確にモニタ、及
び制御できることが明らかになった。
According to the results of this experiment, the high frequency bias voltage generally used as a monitor of the etching rate is affected by the impedance of the electrostatic attraction electrode 15, and its value is set to be equal to or less than the impedance of the plasma 12.
It became clear that the increase and decrease of the etching rate for each wafer can be accurately monitored and controlled.

【0019】本実施例では、プラズマ12をマイクロ波
4で生成したが、その他のICP、TCP、RF平行平板のよう
にRF電力により生成しても同様の効果が得られる。
In the present embodiment, the plasma 12 is generated by the microwave 4, but the same effect can be obtained by generating the plasma 12 by RF power like other ICP, TCP and RF parallel plates.

【0020】また、高周波電源13の周波数についても
800KHzだけでなく、通常使用される13.56MHz、2MHz、40
0KHzの場合においても同様の効果が得られる。
The frequency of the high frequency power supply 13 is also
Not only 800KHz but also 13.56MHz, 2MHz, 40 commonly used
Similar effects can be obtained in the case of 0 KHz.

【0021】[0021]

【発明の効果】本発明によれば、静電吸着電極のインピ
ーダンスをプラズマインピーダンス以下とすることによ
り、ウエハ毎のエッチングレートの増減を高周波バイア
ス電圧の変化で正確にモニタ、及び制御することが可能
である。
According to the present invention, it is possible to accurately monitor and control the increase / decrease of the etching rate for each wafer by changing the high frequency bias voltage by setting the impedance of the electrostatic chucking electrode to be equal to or lower than the plasma impedance. It is.

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

【図1】本発明の実施例を適用したエッチング装置の構
成を示した図。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an etching apparatus to which an embodiment of the present invention is applied.

【図2】静電吸着電極のインピーダンスがプラズマのイ
ンピーダンスより高い場合のVppに対するSiO2膜エッチ
レートの測定結果を示した図。
FIG. 2 is a diagram showing measurement results of an SiO 2 film etch rate with respect to Vpp when the impedance of an electrostatic chucking electrode is higher than the impedance of plasma.

【図3】静電吸着電極のインピーダンスがプラズマのイ
ンピーダンス以下の場合のVppに対するSiO膜エッチレ
ートの測定結果を示した図。
FIG. 3 is a diagram showing a measurement result of an SiO 2 film etch rate with respect to Vpp when the impedance of the electrostatic chucking electrode is equal to or less than the impedance of plasma.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

12---プラズマ 13---高周波電
源 15--静電吸着電極 16--アース電
極 18--絶縁膜
12-Plasma 13-High frequency power supply 15-Electrostatic chuck electrode 16-Earth electrode 18-Insulating film

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】プラズマを発生させる手段と、処理される
ウエハを保持する静電吸着電極と、該静電吸着電極に高
周波バイアス電力を印加する高周波電力供給手段と、前
記静電吸着電極と対をなすアース電極を備えたプラズマ
処理装置において、前記静電吸着電極のインピーダンス
をプラズマインピーダンス以下としたことを特徴とする
プラズマ処理装置。
1. A means for generating plasma, an electrostatic attraction electrode for holding a wafer to be processed, a high frequency power supply means for applying a high frequency bias power to the electrostatic attraction electrode, and a pair with the electrostatic attraction electrode. In the plasma processing apparatus provided with the ground electrode, the impedance of the electrostatic attraction electrode is set to be equal to or less than the plasma impedance.
【請求項2】前記プラズマを発生させる手段に、マイク
ロ波を用いることを特徴とする請求項1記載のプラズマ
処理装置。
2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a microwave is used as the means for generating the plasma.
【請求項3】前記プラズマを発生させる手段に、高周波
電力を用いることを特徴とする請求項1記載のプラズマ
処理装置。
3. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein high-frequency power is used for said means for generating plasma.
【請求項4】前記高周波電力供給手段の周波数が、13.5
6MHzから400KHzの範囲であることを特徴とする請求項1
記載のプラズマ処理装置。
4. The frequency of said high frequency power supply means is 13.5
2. The frequency range of 6 MHz to 400 KHz.
The plasma processing apparatus as described in the above.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100362624C (en) * 2005-12-16 2008-01-16 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 Device for controlling D.C. bias on wafer

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