JP2004079947A - Plasma processing apparatus and method - Google Patents

Plasma processing apparatus and method Download PDF

Info

Publication number
JP2004079947A
JP2004079947A JP2002241802A JP2002241802A JP2004079947A JP 2004079947 A JP2004079947 A JP 2004079947A JP 2002241802 A JP2002241802 A JP 2002241802A JP 2002241802 A JP2002241802 A JP 2002241802A JP 2004079947 A JP2004079947 A JP 2004079947A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magnetic field
plasma
processing
processing chamber
vacuum chamber
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.)
Granted
Application number
JP2002241802A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4135173B2 (en
Inventor
Koji Miyata
宮田 浩二
Kazuyuki Tezuka
手塚 一幸
Koichi Tatsushita
達下 弘一
Hiroo Ono
小野 博夫
Kazuya Nagaseki
永関 一也
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.)
Shin Etsu Chemical Co Ltd
Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
Tokyo Electron 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 Shin Etsu Chemical Co Ltd, Tokyo Electron Ltd filed Critical Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority to JP2002241802A priority Critical patent/JP4135173B2/en
Priority to US10/525,240 priority patent/US20050211383A1/en
Priority to AU2003257652A priority patent/AU2003257652A1/en
Priority to TW092123064A priority patent/TWI309861B/en
Priority to PCT/JP2003/010583 priority patent/WO2004019398A1/en
Publication of JP2004079947A publication Critical patent/JP2004079947A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4135173B2 publication Critical patent/JP4135173B2/en
Priority to US13/154,016 priority patent/US20110232846A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma processing apparatus which is capable of setting the state of a multi-pole magnetic field corresponding to the kind of plasma processing and easily carrying out semiconductor processing. <P>SOLUTION: The plasma processing apparatus is equipped with a processing chamber housing substrates to be processed, a plasma generating mechanism which is provided inside the processing chamber to generate a plasma for processing the substrates as prescribed, and a magnetic field forming mechanism which is composed of a plurality of arranged permanent magnet segments and provided outside the processing chamber to form a multi-pole magnetic field around the substrates in the processing chamber. A conductor ring is arranged between the magnetic field forming mechanism and the processing chamber, and the conductor ring is set rotatable around its vertical center axis. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマ処理装置に関し、特に、半導体ウエハ等の被処理基板にエッチング等のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、半導体装置の製造分野においては、処理室内にプラズマを発生させ、このプラズマを処理室内に配置した被処理基板例えば半導体ウエハ等に作用させて、所定の処理、例えば、エッチング、成膜等を行うプラズマ処理装置が知られている。
【0003】
このようなプラズマ処理装置において、良好な処理を行うためには、プラズマの状態を、プラズマ処理に適した良好な状態に維持する必要があり、このため、従来からプラズマを制御するための磁場を形成する磁場形成機構を具備したプラズマ処理装置が用いられている。
【0004】
磁場形成機構としては、被処理面を上方に向けて水平に配置した半導体ウエハ等の被処理基板に対し、その周囲を囲むようにN及びSの磁極が交互に隣接するように配列し、半導体ウエハの上方には磁場を形成せず、ウエハの周囲を囲むようにマルチポール磁場を形成するマルチポール型のものが知られている。マルチポールの極数は4以上の偶数であり、好ましくは8から32の間でウエハ周囲の磁場強度が処理条件に合うように極数が選ばれる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このように、処理室内の半導体ウエハ等の被処理基板の周囲に、所定のマルチポール磁場を形成し、このマルチポール磁場によってプラズマの状態を制御しつつ、エッチング処理等のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置は公知である。しかしながら、本発明者等の研究によれば、プラズマ処理、例えば、プラズマエッチング等においては、マルチポール磁場の強度によりエッチング速度の面内均一性が変化することが判明した。
【0006】
ここで、上述した磁場形成機構が、電磁石から構成されたものであれば、磁場の形成及び消滅等の制御は容易に行うことができる。しかし、電磁石を用いると消費電力が増大するという問題が生じるため、多くの装置では永久磁石を用いるのが一般的である。しかし、永久磁石を用いる場合、磁場を“形成する”或いは“形成しない”等の制御は、磁場形成手段自体を装置に取付けたり或いは装置から取外したりする必要があった。このため、磁場形成手段の着脱に大掛かりな装置を必要とするため作業に長時間を要するという問題があり、従って、半導体処理全体の作業効率を低下させるという問題があった。
【0007】
本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたものであり、プラズマ処理プロセスの種類に応じて適切なマルチポール磁場の状態に制御、設定することができ、良好な半導体処理を簡単且つ容易に行うことを可能にしたプラズマ処理装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被処理基板を収容する処理室と、該処理室内に設けられて前記被処理基板に所定のプラズマ処理を施すためのプラズマを発生させる機構と、永久磁石からなる磁石セグメントを複数個配列し、前記処理室外に設けられて前記処理室内の前記被処理基板の周囲に所定のマルチポール磁場を形成する磁場形成機構とを備えたプラズマ処理装置であって、前記磁場形成機構と前記処理室との間に導電体のリングを配置し、該導電体のリングが該リングの垂直中心軸の回りに回転可能であることを特徴とする。更に、本発明は、前記導電体のリングの回転数を変化させてマルチポール磁場の強度を制御可能とするものであり、更にまた、本発明に係るプラズマ処理装置では、前記被処理基板にプラズマを作用させてエッチング処理を施すことを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る実施の形態を説明する。
【0010】
図1は、本発明に係る実施の形態を、半導体ウエハのエッチングを行うプラズマエッチング装置に適用した場合の構成を模式的に示したものである。同図において、符号1は材質が例えばアルミニウム等からなる円筒状の真空チャンバであり、プラズマ処理室を構成する。この真空チャンバ1は小径の上部1aと大径の下部1bからなる段付きの円筒形状となっており接地電位に接続されている。また、真空チャンバ1の内部には、被処理基板としての半導体ウエハWを、その被処理面を上側に向けて略水平に支持する支持テーブル(サセプタ)2が設けられている。
【0011】
この支持テーブル2は例えばアルミニウム等の材質で構成されており、セラミックなどの絶縁板3を介して導体の支持台4で支持されている。また支持テーブル2の上方の外周には導電性材料または絶縁性材料で形成されたフォーカスリング5が設けられている。
【0012】
支持テーブル2の半導体ウエハWの載置面には半導体ウエハWを静電吸着するための静電チャック6が設けられている。この静電チャック6は絶縁体6bの間に電極6aを配置して構成されており、電極6aには直流電源13が接続されている。電極6aに電源13から電圧を印加することにより、半導体ウエハWを支持テーブル2にクーロン力によって吸着させる。
【0013】
さらに、支持テーブル2には冷媒を循環させるための冷媒流路(図示せず)と、冷媒からの冷熱を効率よく半導体ウエハWに伝達するために、半導体ウエハWの裏面にHeガスを供給するガス導入機構(図示せず)とが設けられ、半導体ウエハWを所望の温度に制御できるようになっている。
【0014】
上記支持テーブル2と支持台4はボールねじ7を含むポールねじ機構により昇降可能となっており、支持台4の下方の駆動部分はステンレス鋼(SUS)製のベローズ8で覆われ、ベローズ8の外側にはベローズカバー9が設けられている。
【0015】
支持テーブル2のほぼ中央には高周波電力を供給するための給電線12が接続している。この給電線12にはマッチングボックス11及び高周波電源10が接続されている。高周波電源10からは13.56〜150MHz(好ましくは13.56〜100MHz)の範囲内の高周波電力、例えば100MHzの高周波電力が支持テーブル2に供給される。
【0016】
また、エッチングレートを高くするためには、プラズマ生成用の高周波とプラズマ中のイオンを引き込むための高周波とを重畳させることが好ましく、イオン引き込み(バイアス電圧制御)用の高周波電源(図示せず)としては周波数が500KHz〜13.56MHzの範囲のものが用いられる。なお、この周波数はエッチング対象がシリコン酸化膜の場合は3.2MHz、ポリシリコン膜や有機材料膜の場合は13.56MHzが好ましい。
【0017】
さらに、フォーカスリング5の外側にはバッフル板14が設けられている。バッフル板14は、支持台4及びベローズ8を介して、真空チャンバ1と電気的に導通している。一方、支持テーブル2の上方の真空チャンバ1の天壁部分には、シャワーヘッド16が、支持テーブル2と平行に対向するように設けられており、このシャワーヘッド16は接地されている。したがって、これらの支持テーブル2およびシャワーヘッド16は、一対の電極として機能する。
【0018】
シャワーヘッド16には多数のガス吐出孔18が設けられており、シャワーヘッド16の上部にガス導入部16aが設けられている。シャワーヘッド16と真空チャンバ1の天壁のあいだにはガス拡散用空隙17が形成されている。ガス導入部16aにはガス供給配管15aが接続しており、このガス供給配管15aの他端には、エッチング用の反応ガス及び希釈ガス等からなる処理ガスを供給する処理ガス供給系15が接続している。
【0019】
反応ガスとしては、例えば、ハロゲン系(フッ素系、塩素系)或いは水素系のガス等を用いることができ、希釈ガスとしては、Arガス、Heガス等の通常この分野で用いられるガスを用いることができる。このような処理ガスが、処理ガス供給系15からガス供給配管15a、ガス導入部16aを介してシャワーヘッド16上部のガス拡散用空隙17に至り、ガス吐出孔18から吐出され、半導体ウエハWに形成された膜のエッチングに供給される。
【0020】
真空チャンバ1の下部1bの側壁には、排気ポート19が形成されており、この排気ポート19には排気系20が接続している。この排気系20に設けられた真空ポンプを作動させることにより真空チャンバ1内を所定の真空度にまで減圧することができる。さらに、真空チャンバ1の下部1bの側壁上側には、半導体ウエハWの搬入出口を開閉するゲートバルブ24が設けられている。
【0021】
一方、真空チャンバ1の上部1aの外側周囲には、環状の磁場形成機構(リング磁石)21が真空チャンバ1と同心状に配置されており、支持テーブル2とシャワーヘッド16との間の処理空間の周囲に磁場を形成するようになっている。この磁場形成機構21は、回転機構25によって、その全体が、真空チャンバ1の回りを所定の回転速度好ましくは10〜20rpmで回転可能である。
【0022】
磁場形成機構21は、図2に示すように、支持部材(図示せず)により支持された複数の磁石セグメント22(図2の場合は16個)を主要構成要素とし、この複数の磁石セグメント22を、真空チャンバ1側に向く磁極がS,N,S,N,…となるように配置している。セグメント磁石22の外周は磁気効率を上げるために磁性体(例えば鉄)のリング23で囲まれていることが好ましい。
【0023】
すなわち、磁場形成機構21において、図2に示す状態では、隣り合う磁石セグメント22の磁石の向きが径方向で互いに逆向きになるように配置されている。従って、チャンバ1内には磁力線が図示のように隣接する磁石セグメント22間に形成され、処理空間の周辺部、即ち真空チャンバ1の内壁近傍では例えば0.02〜0.2T(200〜2000G)、好ましくは0.03〜0.045T(300〜450G)の磁場が形成され、半導体ウエハWの中心部はマルチポール磁場が弱く形成されている。
【0024】
なお、このように磁場の強度範囲が規定されるのは、磁場強度が強すぎると磁束洩れの原因となる場合があり、弱すぎるとプラスズマ閉じ込めによる効果が得られなくなる場合があるためである。従って、このような数値は、装置の構造(材料)によって決まる一例であって、必ずしもこの数値範囲に限定されるものではない。
【0025】
また、上述した半導体ウエハWの中心部における磁場が弱いとは、本来ゼロT(テスラ)であることが望ましいが、半導体ウエハWの配置部分にエッチング処理に影響を与える磁場が形成されず、実質的にウエハ処理に影響を及ぼさない値であればよい。図2に示す状態では、ウエハ周辺部に例えば磁束密度420μT(4.2G)以下の磁場が印加されており、これによりプラズマを閉じ込める機能が発揮される。
【0026】
さらに、本実施の形態においては、上記磁場形成機構21と真空チャンバ1の間にアルミニウム等でできた非磁性体の導電体リング26を配置し、回転機構27によりこの導電体リング26を所定の回転数(好ましくは30〜300rpm)で回転できるようになっている。ここでいう回転数とは上記磁場形成機構21との相対的な速度をいう。
【0027】
導電体リング26が回転すると、磁場形成機構21からの磁束が導電体リング26を鎖交することにより導電体リング内部に磁束が通るのを妨げるように渦電流が発生し、この結果、導電体リング26の内側の磁場強度は導電体リング26の回転数に応じて弱められる。
【0028】
つまり、導電体リング26の回転数を変化させればチャンバ1内の磁場強度を制御できる。図3は縦軸を磁場強度、横軸を真空チャンバ1内に配置した半導体ウエハWの中心からの距離とし、導電体リング26が回転していない場合のチャンバ1内の磁場強度0.033T(330G)から、導電体リング26の回転数を200rpmに上げて0.017T(170G)とした状態までを示している。
【0029】
このように、本実施の形態においては、導電体リング26の回転数を制御することによって、真空チャンバ1内の半導体ウエハWの周囲にマルチポール磁場を形成する状態と、真空チャンバ1内の半導体ウエハWの周囲に実質的にマルチポール磁場を非常に弱くした状態(好ましくは約半分程度)にまで設定できるよう構成されている。
【0030】
したがって、例えば、上述したシリコン酸化膜等のエッチングを行う場合は、真空チャンバ1内の半導体ウエハWの周囲にマルチポール磁場を形成してエッチングを行い、これによって半導体ウエハWの面内のエッチングレートの均一性を向上させることができる。一方、上述した有機系の低誘電率膜(Low−K)等のエッチングを行う場合は、真空チャンバ1内の半導体ウエハWの周囲にマルチポール磁場を実質的に形成しないで(弱めて)エッチングを行い、これによって半導体ウエハWの面内のエッチングレートの均一性を向上させることができる。
【0031】
図4〜図6は、縦軸をエッチングレート(エッチング速度)とし、横軸を半導体ウエハの中心からの距離として、半導体ウエハW面内のエッチングレートの均一性を調べた結果を示す。図4〜図6の各図において、曲線Aは真空チャンバ1内に0.03T(300G)のマルチポール磁場を形成した場合、曲線Bは真空チャンバ1内に0.08T(800G)のマルチポール磁場を形成した場合示している。
【0032】
図4はCガスでシリコン酸化膜をエッチングした場合、図5はCFガスでシリコン酸化膜をエッチングした場合、図6はNとHを含む混合ガスで有機系低誘電率膜(Low−K)をエッチングした場合を示している。図4及び図5に示すように、CやCFガス等のCとFを含むガスでシリコン酸化膜をエッチングする場合は、真空チャンバ1内にマルチポール磁場を弱い状態でエッチングを行った方が、エッチングレートの面内均一性を向上させることができることが判る。また、図6に示すように、NとHを含む混合ガスで有機系低誘電率膜(Low−K)をエッチングした場合は、真空チャンバ1内にマルチポール磁場が弱い状態でエッチングを行った方が、エッチングレートの面内均一性を向上させることができることが判る。
【0033】
以上のとおり、本実施の形態においては、導電体リング26を回転させることにより、真空チャンバ1内のマルチポール磁場の状態を容易に制御することができ、実施するプロセスによって、最適なマルチポール磁場の状態で良好な処理を行うことができる。
【0034】
尚、導電体リング26の材質はアルミニウムに限定されるものでなく、導電率の良好な非磁性体、例えば、銅或いは真鍮などでも構わない。リングの厚みは、渦電流が十分発生して機械的な強度が十分に得られる寸法であって、例えば、5〜20mm程度とすればよい。
【0035】
次に、上述のように構成されたプラズマエッチング装置における処理について説明する。
【0036】
先ず、ゲートバルブ24を開放し、このゲートバルブ24に隣接して配置したロードロック室を介して搬送機構(共に図示せず)により半導体ウエハWを真空チャンバ1内に搬入し、予め所定の位置に下降されている支持テーブル2上に載置する。次いで、直流電源13から静電チャック6の電極6aに所定の電圧を印加すると、半導体ウエハWはクーロン力により支持テーブル2に吸着される。
【0037】
その後、搬送機構を真空チャンバ1の外部に退避させた後、ゲートバルブ24を閉じて支持テーブル2を図1に示す位置まで上昇させると共に、排気系20の真空ポンプにより排気ポート19介して真空チャンバ1の内部を排気する。
【0038】
真空チャンバ1の内部が所定の真空度になった後、真空チャンバ1内に処理ガス供給系15から所定の処理ガスを、例えば100〜1000sccmの流量で導入し、真空チャンバ1内を所定の圧力、例えば1.33〜133 Pa(10〜1000 mTorr)、好ましくは2.67〜26.7 Pa(20〜200 mTorr)程度に保持する。
【0039】
この状態で高周波電源10から、支持テーブル2に、周波数が13.56〜150MHz、例えば100MHz、電力が100〜3000Wの高周波電力を供給する。この場合に、上述のようにして下部電極である支持テーブル2に高周波電力を印加することにより、上部電極であるシャワーヘッド16と下部電極である支持テーブル2との間の処理空間には高周波電界が形成され、これにより処理空間に供給された処理ガスがプラズマ化されて、そのプラズマにより半導体ウエハW上の所定の膜がエッチングされる。
【0040】
この時、上述したように、導電体リング26の回転をゼロ或いは所定の回転数(例えば30〜300rpm)で回転させ、真空チャンバ1内に所定の強度のマルチポール磁場を形成、若しくは、実質的に真空チャンバ1内にマルチポール磁場を略半分にした状態に設定する。
【0041】
なお、マルチポール磁場を形成すると、真空チャンバ1の側壁部(デポシールド)の磁極に対応する部分(例えば図2のPで示す部分)が局部的に削られる現象が生じるおそれがある。これに対して、モータ等の駆動源を備えた回転機構25により、磁場形成機構21を真空チャンバ1の周囲で回転させることにより、真空チャンバ1の壁部に対して磁極が移動するため、真空チャンバ1の壁部が局部的に削られることを防止することができる。
【0042】
所定のエッチング処理を実行すると、高周波電源10から高周波電力の供給を停止して、エッチング処理を停止した後、上述した手順とは逆の手順で半導体ウエハWを真空チャンバ1から外部に搬出する。
【0043】
なお、上述の実施の形態においては、本発明を半導体ウエハのエッチングを行うエッチング装置に適用した場合について説明したが、本発明はこのような場合に限定されるものではない。例えば、本発明は、半導体ウエハ以外の基板を処理する装置に応用可能であり、更には、エッチング以外のプラズマ処理、例えばCVD等の成膜処理装置にも適用することができる。
【0044】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、プラズマ処理プロセスの種類に応じて適切なマルチポール磁場の状態を容易に制御、設定することができ、良好なプラズマ処理を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用されるプラズマ処理装置の概略を示す図。
【図2】本発明の実施の形態を更に詳しく説明するための概略図。
【図3】図1及び図2に示した導電体リングの回転とチャンバ内の磁場強度の関係を示す図。
【図4】本発明の実施の形態によるエッチング速度の半導体ウエハの面内分布と磁場との関係の一例を示す図。
【図5】本発明の実施の形態によるエッチング速度の半導体ウエハの面内分布と磁場との関係の一例を示す図。
【図6】本発明の形態によるエッチング速度の半導体ウエハの面内分布と磁場との関係の一例を示す図。
【符号の鋭明】
1…真空チャンバ、2…支持テーブル、3…絶縁板、4…支持台、5…フォーカスリング、6……静電チャック、7…ボールねじ、8…ベローズ、9…ベローズカバー、10…高周波電源、11…マッチングボックス、12…給電線、13…直流電源、14…バッフル板、15…処理ガス供給系、16…シャワーヘッド、17…ガス拡散用空隙、18…ガス吐出孔、19…排気ポート、20…排気系、21…磁場形成機構、22(22a,22b)…磁石セグメント、24…ゲートバルブ、25…磁場発生機構の回転機構、26…導電体リング、27…導電体リングの回転機構。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma processing apparatus, and more particularly, to a plasma processing apparatus and a plasma processing method for performing plasma processing such as etching on a substrate to be processed such as a semiconductor wafer.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in the field of semiconductor device manufacturing, plasma is generated in a processing chamber, and this plasma is applied to a substrate to be processed, for example, a semiconductor wafer or the like, disposed in the processing chamber to perform a predetermined process, such as etching or film formation. Is known.
[0003]
In such a plasma processing apparatus, in order to perform good processing, it is necessary to maintain the state of plasma in a good state suitable for plasma processing. For this reason, a magnetic field for controlling plasma has conventionally been required. A plasma processing apparatus having a magnetic field forming mechanism for forming a magnetic field is used.
[0004]
As the magnetic field forming mechanism, N and S magnetic poles are arranged so as to alternately adjoin a substrate to be processed, such as a semiconductor wafer, which is horizontally disposed with the surface to be processed facing upward, so as to surround the periphery thereof. There is known a multi-pole type in which a magnetic field is not formed above a wafer and a multi-pole magnetic field is formed so as to surround the periphery of the wafer. The number of poles of the multipole is an even number of 4 or more, and preferably between 8 and 32, the number of poles is selected so that the magnetic field strength around the wafer matches the processing conditions.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, a plasma process in which a predetermined multipole magnetic field is formed around a substrate to be processed such as a semiconductor wafer in a processing chamber, and a plasma process such as an etching process is performed while controlling a plasma state by the multipole magnetic field. The device is known. However, according to the study by the present inventors, it has been found that in plasma processing, for example, plasma etching or the like, the in-plane uniformity of the etching rate changes depending on the intensity of the multipole magnetic field.
[0006]
Here, if the above-described magnetic field forming mechanism is configured by an electromagnet, control of forming and extinguishing a magnetic field can be easily performed. However, the use of electromagnets causes a problem of increased power consumption. Therefore, in many devices, permanent magnets are generally used. However, when a permanent magnet is used, control such as "forming" or "not forming" a magnetic field requires that the magnetic field forming means itself be attached to or removed from the device. For this reason, there is a problem in that a large-scale apparatus is required for attaching and detaching the magnetic field forming means, so that a long time is required for the operation, and therefore, there is a problem that the operation efficiency of the entire semiconductor processing is reduced.
[0007]
The present invention has been made to solve such a conventional problem, and can control and set an appropriate multipole magnetic field state according to a type of a plasma processing process. An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus that can be easily and easily performed.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a processing chamber for accommodating a substrate to be processed, a mechanism provided in the processing chamber to generate plasma for performing a predetermined plasma processing on the substrate to be processed, and a plurality of magnet segments each including a permanent magnet. A plasma processing apparatus, comprising: a magnetic field forming mechanism arranged outside the processing chamber and configured to form a predetermined multipole magnetic field around the substrate to be processed in the processing chamber; A ring of conductor is arranged between the chamber and the ring, and the ring of conductor is rotatable about a vertical central axis of the ring. Further, the present invention is to make it possible to control the intensity of a multipole magnetic field by changing the number of revolutions of the ring of the conductor, and furthermore, in the plasma processing apparatus according to the present invention, To perform an etching process.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0010]
FIG. 1 schematically shows a configuration in which an embodiment according to the present invention is applied to a plasma etching apparatus for etching a semiconductor wafer. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a cylindrical vacuum chamber made of a material such as aluminum, which constitutes a plasma processing chamber. The vacuum chamber 1 has a stepped cylindrical shape having a small-diameter upper portion 1a and a large-diameter lower portion 1b, and is connected to a ground potential. In addition, a support table (susceptor) 2 that supports a semiconductor wafer W as a substrate to be processed substantially horizontally with its surface to be processed facing upward is provided inside the vacuum chamber 1.
[0011]
The support table 2 is made of, for example, a material such as aluminum, and is supported by a conductor support 4 via an insulating plate 3 made of ceramic or the like. A focus ring 5 made of a conductive material or an insulating material is provided on an outer periphery above the support table 2.
[0012]
An electrostatic chuck 6 for electrostatically attracting the semiconductor wafer W is provided on the surface of the support table 2 on which the semiconductor wafer W is placed. The electrostatic chuck 6 has an electrode 6a arranged between insulators 6b, and a DC power supply 13 is connected to the electrode 6a. By applying a voltage from the power supply 13 to the electrode 6a, the semiconductor wafer W is made to adhere to the support table 2 by Coulomb force.
[0013]
Further, a coolant flow path (not shown) for circulating a coolant in the support table 2 and a He gas is supplied to the back surface of the semiconductor wafer W in order to efficiently transmit cold heat from the coolant to the semiconductor wafer W. A gas introduction mechanism (not shown) is provided so that the semiconductor wafer W can be controlled to a desired temperature.
[0014]
The support table 2 and the support table 4 can be moved up and down by a pole screw mechanism including a ball screw 7, and a driving portion below the support table 4 is covered with a bellows 8 made of stainless steel (SUS). A bellows cover 9 is provided on the outside.
[0015]
A power supply line 12 for supplying high-frequency power is connected to substantially the center of the support table 2. The matching box 11 and the high frequency power supply 10 are connected to the power supply line 12. From the high frequency power supply 10, high frequency power in the range of 13.56 to 150 MHz (preferably 13.56 to 100 MHz), for example, 100 MHz high frequency power is supplied to the support table 2.
[0016]
In order to increase the etching rate, it is preferable that a high frequency for generating plasma and a high frequency for drawing ions in the plasma are superposed, and a high frequency power supply (not shown) for drawing ions (bias voltage control) is used. The frequency is in the range of 500 KHz to 13.56 MHz. This frequency is preferably 3.2 MHz when the etching target is a silicon oxide film, and 13.56 MHz when the etching target is a polysilicon film or an organic material film.
[0017]
Further, a baffle plate 14 is provided outside the focus ring 5. The baffle plate 14 is electrically connected to the vacuum chamber 1 via the support 4 and the bellows 8. On the other hand, a shower head 16 is provided on the ceiling wall portion of the vacuum chamber 1 above the support table 2 so as to face the support table 2 in parallel, and the shower head 16 is grounded. Therefore, the support table 2 and the shower head 16 function as a pair of electrodes.
[0018]
The shower head 16 is provided with a number of gas discharge holes 18, and a gas inlet 16 a is provided above the shower head 16. A gas diffusion space 17 is formed between the shower head 16 and the top wall of the vacuum chamber 1. A gas supply pipe 15a is connected to the gas introduction section 16a, and a processing gas supply system 15 for supplying a processing gas including a reaction gas for etching and a diluting gas is connected to the other end of the gas supply pipe 15a. are doing.
[0019]
As a reaction gas, for example, a halogen-based (fluorine-based, chlorine-based) or hydrogen-based gas can be used, and as a diluent gas, a gas usually used in this field, such as an Ar gas or a He gas, can be used. Can be. Such a processing gas reaches the gas diffusion space 17 above the shower head 16 from the processing gas supply system 15 via the gas supply pipe 15a and the gas introduction part 16a, and is discharged from the gas discharge hole 18 to the semiconductor wafer W. It is supplied to the etching of the formed film.
[0020]
An exhaust port 19 is formed on a side wall of the lower portion 1 b of the vacuum chamber 1, and an exhaust system 20 is connected to the exhaust port 19. By operating the vacuum pump provided in the exhaust system 20, the pressure inside the vacuum chamber 1 can be reduced to a predetermined degree of vacuum. Further, a gate valve 24 for opening and closing the loading / unloading port of the semiconductor wafer W is provided on the upper side wall of the lower portion 1b of the vacuum chamber 1.
[0021]
On the other hand, an annular magnetic field forming mechanism (ring magnet) 21 is disposed concentrically with the vacuum chamber 1 around the outer periphery of the upper portion 1a of the vacuum chamber 1, and a processing space between the support table 2 and the shower head 16 is provided. A magnetic field is formed around the object. The whole of the magnetic field forming mechanism 21 can be rotated around the vacuum chamber 1 at a predetermined rotation speed, preferably 10 to 20 rpm, by a rotation mechanism 25.
[0022]
As shown in FIG. 2, the magnetic field forming mechanism 21 has a plurality of magnet segments 22 (16 in FIG. 2) supported by a support member (not shown) as main components, and the plurality of magnet segments 22. Are arranged such that the magnetic poles facing the vacuum chamber 1 are S, N, S, N,. The outer periphery of the segment magnet 22 is preferably surrounded by a ring 23 of a magnetic material (for example, iron) in order to increase magnetic efficiency.
[0023]
That is, in the magnetic field forming mechanism 21, in the state shown in FIG. 2, the magnets of the adjacent magnet segments 22 are arranged so that the directions of the magnets are opposite to each other in the radial direction. Accordingly, magnetic field lines are formed between adjacent magnet segments 22 in the chamber 1 as shown in the figure, and for example, 0.02 to 0.2 T (200 to 2000 G) in the peripheral portion of the processing space, that is, near the inner wall of the vacuum chamber 1. Preferably, a magnetic field of 0.03 to 0.045 T (300 to 450 G) is formed, and the multipole magnetic field is weakly formed at the center of the semiconductor wafer W.
[0024]
The reason why the magnetic field strength range is defined in this way is that if the magnetic field strength is too strong, it may cause magnetic flux leakage, and if the magnetic field strength is too weak, the effect of plasma confinement may not be obtained. Therefore, such a numerical value is an example determined by the structure (material) of the device, and is not necessarily limited to this numerical range.
[0025]
The fact that the magnetic field at the center of the semiconductor wafer W described above is weak is preferably originally zero T (tesla). However, a magnetic field that affects the etching process is not formed in the portion where the semiconductor wafer W is disposed. Any value may be used as long as the value does not affect the wafer processing. In the state shown in FIG. 2, a magnetic field having a magnetic flux density of, for example, 420 μT (4.2 G) or less is applied to the peripheral portion of the wafer, thereby exerting a function of confining plasma.
[0026]
Further, in the present embodiment, a non-magnetic conductor ring 26 made of aluminum or the like is disposed between the magnetic field forming mechanism 21 and the vacuum chamber 1, and the conductor ring 26 is rotated by a rotating mechanism 27 to a predetermined position. It can rotate at a rotation speed (preferably 30 to 300 rpm). Here, the rotation speed refers to a relative speed with respect to the magnetic field forming mechanism 21.
[0027]
When the conductor ring 26 rotates, an eddy current is generated so as to prevent the magnetic flux from the magnetic field forming mechanism 21 from interlinking the conductor ring 26 to prevent the magnetic flux from passing through the inside of the conductor ring. The magnetic field strength inside the ring 26 is reduced according to the rotation speed of the conductor ring 26.
[0028]
That is, the magnetic field intensity in the chamber 1 can be controlled by changing the rotation speed of the conductor ring 26. In FIG. 3, the vertical axis represents the magnetic field strength, the horizontal axis represents the distance from the center of the semiconductor wafer W disposed in the vacuum chamber 1, and the magnetic field strength in the chamber 1 when the conductor ring 26 is not rotating is 0.033T ( From 330 G) to a state where the number of revolutions of the conductor ring 26 is increased to 200 rpm to 0.017 T (170 G).
[0029]
As described above, in the present embodiment, the state in which a multipole magnetic field is formed around the semiconductor wafer W in the vacuum chamber 1 by controlling the rotation speed of the conductor ring 26 and the state in which the semiconductor The configuration is such that the multipole magnetic field around the wafer W can be substantially set to a very weak state (preferably about half).
[0030]
Therefore, for example, when etching the above-described silicon oxide film or the like, a multi-pole magnetic field is formed around the semiconductor wafer W in the vacuum chamber 1 to perform the etching. Can be improved. On the other hand, when etching the above-described organic low dielectric constant film (Low-K) or the like, etching is performed without substantially forming (weakening) a multipole magnetic field around the semiconductor wafer W in the vacuum chamber 1. By doing so, the uniformity of the etching rate in the plane of the semiconductor wafer W can be improved.
[0031]
4 to 6 show the results of examining the uniformity of the etching rate in the surface of the semiconductor wafer W, with the vertical axis representing the etching rate (etching rate) and the horizontal axis representing the distance from the center of the semiconductor wafer. In each of FIGS. 4 to 6, curve A indicates a case where a multipole magnetic field of 0.03 T (300 G) is formed in the vacuum chamber 1, and curve B indicates a multipole magnetic field of 0.08 T (800 G) in the vacuum chamber 1. This is shown when a magnetic field is formed.
[0032]
FIG. 4 shows a case where a silicon oxide film is etched with a C 4 F 8 gas, FIG. 5 shows a case where a silicon oxide film is etched with a CF 4 gas, and FIG. 6 shows an organic low dielectric constant with a mixed gas containing N 2 and H 2. This shows a case where the film (Low-K) is etched. As shown in FIGS. 4 and 5, when etching a silicon oxide film with a gas containing C and F such as C 4 F 8 or CF 4 gas, the etching is performed in a vacuum chamber 1 with a multipole magnetic field weak. It can be seen that performing the method can improve the in-plane uniformity of the etching rate. Further, as shown in FIG. 6, when the organic low dielectric constant film (Low-K) is etched with a mixed gas containing N 2 and H 2 , the etching is performed in a vacuum chamber 1 in a state where the multipole magnetic field is weak. It can be seen that performing the method can improve the in-plane uniformity of the etching rate.
[0033]
As described above, in the present embodiment, the state of the multi-pole magnetic field in the vacuum chamber 1 can be easily controlled by rotating the conductor ring 26, and the optimum multi-pole magnetic field In this state, good processing can be performed.
[0034]
The material of the conductor ring 26 is not limited to aluminum, but may be a non-magnetic material having good conductivity, for example, copper or brass. The thickness of the ring is such a size that sufficient eddy current is generated and mechanical strength is sufficiently obtained, and may be, for example, about 5 to 20 mm.
[0035]
Next, processing in the plasma etching apparatus configured as described above will be described.
[0036]
First, the gate valve 24 is opened, and the semiconductor wafer W is loaded into the vacuum chamber 1 by a transfer mechanism (both not shown) through a load lock chamber disposed adjacent to the gate valve 24, and is previously set at a predetermined position. Is placed on the support table 2 which has been lowered. Next, when a predetermined voltage is applied to the electrode 6a of the electrostatic chuck 6 from the DC power supply 13, the semiconductor wafer W is attracted to the support table 2 by Coulomb force.
[0037]
Thereafter, after the transport mechanism is retracted to the outside of the vacuum chamber 1, the gate valve 24 is closed to raise the support table 2 to the position shown in FIG. 1 is evacuated.
[0038]
After the inside of the vacuum chamber 1 has a predetermined degree of vacuum, a predetermined processing gas is introduced into the vacuum chamber 1 from the processing gas supply system 15 at a flow rate of, for example, 100 to 1000 sccm, and the inside of the vacuum chamber 1 has a predetermined pressure. For example, the pressure is maintained at about 1.33 to 133 Pa (10 to 1000 mTorr), preferably about 2.67 to 26.7 Pa (20 to 200 mTorr).
[0039]
In this state, high frequency power having a frequency of 13.56 to 150 MHz, for example, 100 MHz, and power of 100 to 3000 W is supplied from the high frequency power supply 10 to the support table 2. In this case, by applying the high-frequency power to the support table 2 as the lower electrode as described above, the high-frequency electric field is applied to the processing space between the shower head 16 as the upper electrode and the support table 2 as the lower electrode. Is formed, whereby the processing gas supplied to the processing space is turned into plasma, and a predetermined film on the semiconductor wafer W is etched by the plasma.
[0040]
At this time, as described above, the rotation of the conductor ring 26 is rotated at zero or a predetermined number of rotations (for example, 30 to 300 rpm) to form a multipole magnetic field of a predetermined intensity in the vacuum chamber 1 or substantially. First, the multipole magnetic field is set in the vacuum chamber 1 in a state where the magnetic field is almost halved.
[0041]
When a multipole magnetic field is formed, a portion (for example, a portion indicated by P in FIG. 2) corresponding to the magnetic pole of the side wall portion (deposit shield) of the vacuum chamber 1 may be locally cut. On the other hand, the magnetic pole is moved relative to the wall of the vacuum chamber 1 by rotating the magnetic field forming mechanism 21 around the vacuum chamber 1 by the rotation mechanism 25 having a drive source such as a motor. It is possible to prevent the wall of the chamber 1 from being cut off locally.
[0042]
When the predetermined etching process is performed, the supply of the high-frequency power from the high-frequency power supply 10 is stopped, the etching process is stopped, and then the semiconductor wafer W is carried out of the vacuum chamber 1 to the outside in a procedure reverse to the above-described procedure.
[0043]
In the above embodiment, the case where the present invention is applied to an etching apparatus for etching a semiconductor wafer has been described, but the present invention is not limited to such a case. For example, the present invention is applicable to an apparatus for processing a substrate other than a semiconductor wafer, and is also applicable to plasma processing other than etching, for example, a film forming apparatus such as CVD.
[0044]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, an appropriate multipole magnetic field state can be easily controlled and set according to the type of the plasma processing process, and excellent plasma processing can be easily performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view schematically showing a plasma processing apparatus to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the embodiment of the present invention in more detail;
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between rotation of a conductor ring shown in FIGS. 1 and 2 and a magnetic field intensity in a chamber.
FIG. 4 is a diagram showing an example of a relationship between an in-plane distribution of an etching rate of a semiconductor wafer and a magnetic field according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing an example of a relationship between an in-plane distribution of an etching rate of a semiconductor wafer and a magnetic field according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing an example of a relationship between an in-plane distribution of an etching rate of a semiconductor wafer and a magnetic field according to an embodiment of the present invention.
[Sharp sign]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vacuum chamber, 2 ... Support table, 3 ... Insulating plate, 4 ... Support base, 5 ... Focus ring, 6 ... Electrostatic chuck, 7 ... Ball screw, 8 ... Bellows, 9 ... Bellows cover, 10 ... High frequency power supply , 11: Matching box, 12: Power supply line, 13: DC power supply, 14: Baffle plate, 15: Processing gas supply system, 16: Shower head, 17: Gas diffusion space, 18: Gas discharge hole, 19: Exhaust port , 20 ... exhaust system, 21 ... magnetic field forming mechanism, 22 (22a, 22b) ... magnet segment, 24 ... gate valve, 25 ... rotating mechanism of magnetic field generating mechanism, 26 ... conductor ring, 27 ... rotating mechanism of conductor ring .

Claims (3)

被処理基板を収容する処理室と、該処理室内に設けられて前記被処理基板に所定のプラズマ処理を施すためのプラズマを発生させる機構と、永久磁石からなる磁石セグメントを複数個配列し、前記処理室外に設けられて前記処理室内の前記被処理基板の周囲に所定のマルチポール磁場を形成する磁場形成機構とを備えたプラズマ処理装置であって、
前記磁場形成機構と前記処理室との間に導電体のリングを配置し、該導電体のリングが該リングの中心軸の回りに回転可能であることを特徴とするプラズマ処理装置。
A processing chamber for accommodating the substrate to be processed, a mechanism provided in the processing chamber to generate plasma for performing a predetermined plasma process on the substrate to be processed, and a plurality of magnet segments composed of permanent magnets are arranged; A magnetic field forming mechanism that is provided outside the processing chamber and forms a predetermined multi-pole magnetic field around the substrate to be processed in the processing chamber,
A plasma processing apparatus, wherein a ring of a conductor is disposed between the magnetic field forming mechanism and the processing chamber, and the ring of the conductor is rotatable around a central axis of the ring.
請求項1記載のプラズマ処理装置において、前記導電体のリングの回転数は制御可能である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 number of rotations of said conductor ring is controllable. 請求項1又は2記載のプラズマ処理装置を用いて、前記被処理基板にプラズマを作用させてエッチング処理を施すことを特徴とするプラズマ処理方法。3. A plasma processing method using the plasma processing apparatus according to claim 1 or 2, wherein plasma is applied to the substrate to be processed to perform an etching process.
JP2002241802A 2002-08-21 2002-08-22 Plasma processing apparatus and plasma processing method Expired - Fee Related JP4135173B2 (en)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002241802A JP4135173B2 (en) 2002-08-22 2002-08-22 Plasma processing apparatus and plasma processing method
US10/525,240 US20050211383A1 (en) 2002-08-21 2003-08-21 Magnetron plasma-use magnetic field generation device
AU2003257652A AU2003257652A1 (en) 2002-08-21 2003-08-21 Magnetron plasma-use magnetic field generation device
TW092123064A TWI309861B (en) 2002-08-21 2003-08-21 Magnetic field generator for magnetron plasma
PCT/JP2003/010583 WO2004019398A1 (en) 2002-08-21 2003-08-21 Magnetron plasma-use magnetic field generation device
US13/154,016 US20110232846A1 (en) 2002-08-21 2011-06-06 Magnetic field generator for magnetron plasma

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002241802A JP4135173B2 (en) 2002-08-22 2002-08-22 Plasma processing apparatus and plasma processing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004079947A true JP2004079947A (en) 2004-03-11
JP4135173B2 JP4135173B2 (en) 2008-08-20

Family

ID=32024184

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002241802A Expired - Fee Related JP4135173B2 (en) 2002-08-21 2002-08-22 Plasma processing apparatus and plasma processing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4135173B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JP4135173B2 (en) 2008-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4812991B2 (en) Plasma processing equipment
JP4412661B2 (en) Plasma processing apparatus and plasma processing method
JP4527431B2 (en) Plasma processing equipment
US7686918B2 (en) Magnetron plasma processing apparatus
KR100886272B1 (en) Plasma processing apparatus
WO2004019398A1 (en) Magnetron plasma-use magnetic field generation device
JP2001338912A (en) Plasma processing equipment and method for processing thereof
JPH08264515A (en) Plasma treatment device, processing device and etching device
JP3892996B2 (en) Magnetron plasma processing equipment
JP2006186323A (en) Plasma processing apparatus
JP4527432B2 (en) Plasma processing method and plasma processing apparatus
KR20010006989A (en) Magnetron-plasma processing unit and magnetron-plasma processing method
JP5097074B2 (en) Plasma processing apparatus and plasma processing method
JPH10152775A (en) Plasma treatment system
JP2002110646A (en) Plasma treatment apparatus
JP5236777B2 (en) Plasma processing equipment
JP4135173B2 (en) Plasma processing apparatus and plasma processing method
JP5174848B2 (en) Plasma processing method and plasma processing apparatus
JP4373061B2 (en) Plasma processing apparatus and plasma processing method
JP4379771B2 (en) Plasma processing apparatus and plasma processing method
JP2004111334A (en) Plasma treating apparatus and plasma treatment method
JP4480946B2 (en) Magnetic field generation method for magnetron plasma
JP2010238819A (en) Plasma processing apparatus and plasma processing method
JP2004165266A (en) Plasma etching device
WO2003049170A1 (en) Plasma processing device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050518

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080523

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080523

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4135173

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110613

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110613

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120613

Year of fee payment: 4

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130613

Year of fee payment: 5

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R360 Written notification for declining of transfer of rights

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R370 Written measure of declining of transfer procedure

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R370

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees