JP2004535076A - Plasma processing equipment - Google Patents

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JP2004535076A
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plasma processing
gas injection
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gas
plate
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JP2003513027A
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Japanese (ja)
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キュン−ビン バエ，
ヒー−コック パーク，
Original Assignee
エイエヌエス カンパニー， リミテッド
キュン−ビン バエ，
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Abstract

【課題】ウエハーの中央部と縁部間のプラズマイオン密度及びウエハー食刻率の不均一性を改善し得る、プラズマ処理装置を提供しようとする。
【解決手段】反応器の外周面を沿って磁気コイルアレイ部を形成し、該磁気コイルアレイ部は、コイルが巻回される複数の支持台が前記反応器の外周面を沿って設けられ、各支持台にはコイルが所定回数巻回されるが、このとき、それら磁気コイルは直列に連結され、隣接する支持台に連結された各コイルは相互反対極性を有し、ガス注入手段は、ガスが噴射されるガス噴射板を備え、該ガス噴射板には、主反応ガスと混合用ガスとが別々の通路を介して噴射されるようにガス噴射口６ｇ、７ｇを別個に形成して、プラズマ処理装置を構成する。
【選択図】図５ＡAn object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of improving non-uniformity of a plasma ion density and a wafer etching rate between a central portion and an edge portion of a wafer.
A magnetic coil array portion is formed along an outer peripheral surface of a reactor, and the magnetic coil array portion has a plurality of support bases around which coils are wound, provided along the outer peripheral surface of the reactor, A coil is wound on each support base a predetermined number of times.At this time, the magnetic coils are connected in series, the coils connected to the adjacent support bases have opposite polarities, and the gas injection means includes: A gas injection plate for injecting gas is provided. The gas injection plate has gas injection ports 6g and 7g formed separately so that the main reaction gas and the mixing gas are injected through separate passages. And a plasma processing apparatus.
[Selection diagram] FIG. 5A

Description

【０００１】
（発明の分野）
本発明は、ウエハー形態の物質を加工するプラズマ処理装置に係るもので、詳しくは、半導体ウエハーのような物質を食刻するための装置において、ウエハーの中央部と縁部間のプラズマイオン密度の不均一性を解消し得る、プラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
（背景技術の説明）
従来のプラズマ処理装置に対し、図１Ａおよび１Ｂに基づいて説明する。
【０００３】
図１Ａは、平行平板構造の二つの電極により構成された反応性イオンプラズマ処理装置を示した図で、反応器３はウエハー４を支持するサセプタ（ｓｕｓｃｅｐｔｏｒ）５から離隔された上部電極１を備え、前記反応器３の内部へは主反応ガス及び混合用ガスがガス噴射板２を介して噴射される。ここで、前記サセプタ５及びガス噴射板２はそれぞれ電極として使用することができる。
【０００４】
そして、前記上部電極１及びガス噴射板２により構成されるガス注入手段においては、図１Ｂに示したように、各ガス噴射口６ｇ、７ｇを介して主反応ガス及び混合用ガスが注入され、ガス混合通路４ｇを通過しながら混合された気体は、前記ガス噴射板２のガス噴射口５ｇを介して反応器３内へ注入される。図１Ｃは、前記ガス噴射板２を示した平面図である。
【０００５】
このように構成された従来のプラズマ処理装置は、図３に示したように、ウエハーの中心部と縁部（Ａ部分）間のプラズマイオン密度の不均一性が甚だしく、ウエハーの食刻率が不均一になるという不都合な点があった。そこで、上述したようなプラズマイオン密度及びウエハー食刻率の不均一性を改善するための多様な技術が開示され、その代表的な実施例に対し、図２Ａおよび２Ｂに基づいて説明する。
【０００６】
図２Ａは、プラズマ処理装置の反応器内に磁場を付加するための方法を示したもので、反応器１３の周囲には複数個の永久磁石１５が配置され、このとき、それら永久磁石１５は、相互隣接する永久磁石１５同士が同一極性を有し、磁場の方向が所定角度を維持するように製造されて、全体磁場の和がウエハー面に平行に貫通し得るように調節されている。場合によっては、モータ１１を利用して強制的に前記永久磁石アレイを均一速度に回転させることで、ウエハーのプラズマ密度及び食刻率を均一にすることもできる。
【０００７】
また、図２Ｂは、プラズマ処理装置の反応器内に磁場を付加するための他の方法を示したもので、反応器の周囲には２対の大型コイルが配置され、各対のコイルによる磁場Ｂｘ、Ｂｙがウエハーの表面上を貫通し、それら磁場の和Ｂは各対のコイルに加えられるＤＣ電流の大きさによって調節されて、ウエハー上で所定速度及び位相で回転される。ここで、各コイル１’、２’、３’、４’はそれぞれ別途のパワードライバー５’、６’、７’、８’により駆動され、前記ＤＣ磁場によりウエハーのプラズマ密度を均一にすることもできる。
【０００８】
然るに、このような従来の各方法においては、磁場がウエハー上を貫通するため、高集積化された半導体素子のパターンを食刻する時、接合部分にプラズマ損傷を与えるようになって、１ギガジラム（１ＧＤＲＡＭ）以上の素子に深刻な素子特性劣化を招く憂いがあるという不都合な点があった。且つ、磁場が含まれてない一連のプラズマ処理装置に比べ、食刻率の不均一性もそれほど改善されないことが分かった。
【０００９】
（発明の要旨）
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、従来のプラズマ処理装置の解決するべき問題点であったプラズマイオン密度及び食刻率の不均一性を改善するために、各パワードライバーにより駆動されるそれぞれの分離されたコイルから発生した回転磁場がウエハーを貫通する従来の方法とは違って、反応器内壁の内側及びウエハーの縁部に限って磁場が誘導されるように構成すると共に、単一パワードライバーにより駆動される直列連結された各コイルにより磁場を速やかに振動させる方法を採択した。且つ、その効果を増大させるために、反応器内へ注入される各ガスの噴射口をそれらガスの役割に応じて区分し、ガス噴射板を多層、多面に改善した。
【００１０】
結論的に、本発明は、ウエハーの中央部と縁部間のプラズマイオン密度及びウエハー食刻率の不均一性を改善し得る、プラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【００１１】
このような目的を達成するため、本発明に係るプラズマ処理装置においては、ウエハーの中央部と縁部間のプラズマイオン密度及びウエハー食刻率の不均一性を改善するために、反応器の外周面を沿って磁気コイルアレイ部を形成したことを特徴とする。前記磁気コイルアレイ部は、直列連結された単一のパワードライバーにより駆動され、単一パワードライバーとしてＡＣまたはパルス信号を使用することができる。
【００１２】
そして、前記磁気コイルアレイ部は、コイルが巻回される複数の支持台が前記反応器の外周面を沿って設けられ、各支持台にはコイルが所定回数巻回されるが、このとき、それら磁気コイルは直列に連結され、隣接する支持台に連結された各コイルは相互反対極性を有する。また、コイルの巻回方法においては、各コイルが多層構造を有して相互交差しながら交互に配置され、交差する面積比によって磁場の分布が調整される。
【００１３】
且つ、前記磁気コイルアレイ部は、磁気コイルに発生する熱を減少させるために冷却装置を備えることが好ましく、該冷却装置は、前記磁気コイルアレイ部の周囲に冷却水管を挿入して冷却水または冷媒を循環させることで形成することができる。
【００１４】
また、本発明に係るプラズマ処理装置において、ガス注入手段は、ガスが噴射されるガス噴射板を備え、該ガス噴射板には、主反応ガスと混合用ガスとが別々の通路を介して噴射されるように、別個のガス噴射口が形成されたことを特徴とする。
【００１５】
前記ガス噴射板は中央部の中央板と縁部の外側板とにより構成され、ここで、前記中央板からは主反応ガスが噴射され、前記外側板からは混合用ガスが噴射されるようにガス噴射口を形成することができる。
【００１６】
また、前記中央板と外側板との境界部位には、該外側板がより厚くなるようにガス噴射板を斜めに形成し、傾斜部位の中央部にはガス噴射口を斜めに形成することもできる。
【００１７】
ここで、前記ガス噴射板の中央部に形成されたガス噴射口の数は少なく、縁部へ行くほどガス噴射口の数が多くなるように形成することもできる。
【００１８】
（好適な発明の実施形態の詳細な説明）
以下、本発明の実施の形態に対し、図面を用いて説明する。
【００１９】
本発明に係るプラズマ処理装置においては、図４Ａおよび４Ｂに示したように、反応器４３の外周面に磁気コイルアレイ部４７を設置することで、前記反応器４３の内壁側へ離脱する電子を減少させると共に、ウエハー４４の縁部側のプラズマイオン密度を高めた。
【００２０】
そして、前記磁気コイルアレイ部４７においては、図５Ａに示したように、コイルが巻回される複数個の支持台４９が形成されてそれら支持台４９にそれぞれコイルが巻回されるが、このとき、前記各コイルは、隣接するコイルと反対極性の磁場が誘導されるように、前記各支持台４９に直列連結されて相互反対方向に所定回数に巻回されているので、それらコイルによる磁場の方向は、磁気コイルの巻回方向によって極性を相互反復的に変化させることができる。図５Ａの場合、各磁気コイルは、直列連結されて一つの制御部（パワードライバー）により駆動されるが、それに限定されず、例えば、隣接する各磁気コイル同士が振動するようにコイルを巻回して駆動することもできる。
【００２１】
また、図５Ｃに示したように、前記各コイルに印加される電流の大きさによって隣接する二つの磁気コイル間に電子が閉じ込められる領域が前記ウエハー４４の縁部に位置するようにｇ値を調節することが可能で、このような領域の活性電子によって該当部分におけるプラズマイオン化が増大される。
【００２２】
そして、前記磁気コイルアレイ部４７の駆動方法としては、図５Ｄに示したように、前記反応器４３の内壁及びウエハー４４の縁部に沿って前記活性領域が速い速度で所定周期及び大きさで振動するように駆動することで、前記ウエハー４４の縁部側のプラズマイオン密度を増大させて食刻率の不均一性を改善する事も可能で、または、図５Ｅに示したように、単にＡＣ電流やパルス信号による単一パワードライバーを利用して各磁気コイルに順次的に電流を印加することで、同様な結果を得ることもできる。この場合、全てのコイルは直列連結されるので、駆動回路が非常に単純になる特性を有する。
【００２３】
また、前記磁気コイルアレイ部４７は、複数の磁気コイルにより高熱が発生して前記ウエハー４４の各部分のイオン分布を変形させる憂いがあるため、冷却装置を備えることが好ましく、該冷却装置の一例として、前記磁気コイルアレイ部４７の支持台４９の内部に冷却水管を設置し、該冷却水管を利用して冷却水や冷媒を循環させる方法を採択することができる。図５Ｂは、内部に冷却水管５０が設置された磁気コイルアレイ部を示したものである。
【００２４】
一方、前記磁気コイルアレイ部４７のコイル巻回方法の他の実施例に関し、図６Ａ及び図７Ａを参照して説明すると、前記磁気コイルアレイ部４７の各コイルを多層構造に相互交差させながら交互に配置し、交差する面積比によって磁場の分布を調整し得るように構成されている。
【００２５】
先ず、本発明に係る磁気コイルアレイ部４７のコイル巻回方法の他の実施例として、図６Ａにおいては、コイルが巻回される複数個の支持台４９が設置され、隣接する二つの支持台４９に２層構造にコイルを相互上下に交差させながら交互に巻回する方法を採択した。その結果、各層の隣接するコイルは相互反対極性を有し、上部層の各コイル１、２、３、４、５、６はウエハー側に配置され、下部層の各コイルａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆは反応器の内壁側に配置される。各コイルの巻回順は、１−ａ−２−ｂ−３−ｃ−４−ｄ−５−ｅ−６−ｆの順である。このようにコイルを配置すると、図６Ｂに示したように、前記磁気コイルアレイ部４７の各支持台４９を基準に反応器内に、磁場分布が相対的に大きいＮ、Ｓ極と、磁場分布が相対的に小さいＮ、Ｓ極と、が存在するようになって、磁場の強度が隣接する支持台に巻回されたコイルに局限されず、隣接する二つの支持台に跨れたコイルにまで影響を与えるほど、磁気力線が広く分布することが分かる。
【００２６】
また、本発明に係る磁気コイルアレイ部４７のコイル巻回方法のその他の実施例として、図７Ａにおいては、コイルが巻回される複数の支持台４９が設置され、隣接する三つの支持台４９に２層構造にコイルを相互上下に交差させながら交互に巻回する方法を採択した。この時にも、各層の隣接するコイルは相互反対極性を有するようになって、上部層の各コイル１’、２’、３’、４’及び下部層の各コイルａ’、ｂ’、ｃ’、ｄ’はそれぞれウエハー側及び反応器の内壁側に配置される。コイルの巻回順は、１’−ａ’−２’−ｂ’−３’−ｃ’−４’−ｄ’の順である。この場合、反応器内における磁場分布は、図７Ｂに示したように、相対的に大きいＮ、Ｓ極がそれぞれ２個ずつ隣接して存在され、それら極によって反応器内における磁場の方向及び範囲が反応器内壁の内側及びウエハーの縁部に亘って広く分布され、磁力線の分布によって活性電子領域がより広く分布することが分かる。
【００２７】
一方、図８は、本発明に係るプラズマ処理装置のガス注入手段を示した断面図で、本発明の目的であるプラズマイオン密度の均一化を極大化するためのものである。即ち、ガス注入手段を介して主反応ガス及び混合用ガスが注入される。詳しくは、従来のプラズマ処理装置においては、図１Ｂに示したように、主反応ガス及び混合用ガスが各ガス噴射口６ｇ、７ｇを介して注入され、ガス混合通路４ｇを介して混合された後、ガス噴射板２のガス噴射口５ｇを介して反応器３内に均等に入射するように構成されているが、本発明に係るプラズマ処理装置においては、プラズマイオン密度の不均一性を克服するために、ガス噴射板を従来のものとは相違するように構成した。即ち、図８に示したように、主反応ガスは主反応ガス噴射口６ｇを介して反応器４３の中央部に噴射させ、混合用ガスは混合用ガス噴射口７ｇを介して前記反応器４３の内壁内側及びウエハーの縁部に噴射させることで、混合用ガスをウエハー縁部の速やかな電子活性領域の影響により素早くウエハーの中央部に拡散させ、その結果、ウエハー中央部の主反応ガスとより均一に反応し得るようにした。
【００２８】
また、本発明に係るプラズマ処理装置のガス噴射板４２は、図９Ａおよび９Ｂに示したように、中央板２Ｒ及び外側板２Ｍの二つの板により構成されて、主反応ガスは前記中央板２Ｒを介して噴射され、混合用ガスは前記外側板２Ｍを介して噴射される。また、効率性を増大させるために、図９Ｂに示したように、前記外側板２Ｍと前記中央板２Ｒとが当接する部分に所定角度の段差を与えて、混合用ガスが前記中央板２Ｒの下方側付近で主反応ガスと効率的に混合されるようにした。
【００２９】
ここで、前記中央板２Ｒは１個に構成されているが、図１０Ａに示したように、二つの領域に分けて入射するように噴射口を配置する方法と、前記中央板２Ｒをより細分化して、該中央板２Ｒの同心軸を中心に複数の板に区画し、各板ごとに種類の異なる主反応ガスをそれぞれ噴射させることもできる。
【００３０】
更に、図１０Ｂに示したように、中央部は噴射口の数が少なく、縁部へ行くほど噴射口の数が多くなるように配置する方法を導入することが可能で、このような方法は、上部電極とウエハー間の間隔が短縮されることに連れてその効果も一層大きくなる。
【００３１】
本発明に係るプラズマ処理装置を酸化膜の食刻に使用する場合、主反応ガスとしては、ＣＦ、ＣＨＦ、ＮＦ及びＳＦ系列のガスを使用することが可能で、混合用ガスとしては、Ｈｅ、Ａｒ、Ｏ２、Ｈ２及びＣＯ２などを使用することができる。この時の混合用ガスとしてＨｅのような拡散性の非常に高いガスを使用する場合、反応器の縁部に注入されたＨｅイオンは、前記電子活性層によって充分に加速されて中央部のＣｘＦｙ、ＣｘＨｙＦｚイオンと急激に反応され、その結果、反応器内部に位置するウエハーの中央部と縁部間のプラズマイオン密度及び食刻率の均一性改善に大いに寄与するようになる。
【００３２】
図１１は、本発明に係るプラズマ処理装置を適用した場合、磁気コイルアレイ部によりウエハーの縁部で素早く移動する活性電子と、ウエハーの縁部に流入されて前記活性電子層によって素早く拡散される混合用ガスと、によりウエハー上のプラズマ密度及び食刻率の不均一性が改善されたこと（Ｂ領域）を示したものである。
【００３３】
以上説明したように、本発明に係るプラズマ処理装置においては、隣接するコイルと極性が反対になるようにして複数のコイルを直列連結することで、ウエハー縁部の左右に非常に素早く振動する活性電子層を形成させ、また、ガス噴射板の構造を変化させることで混合用ガスを素早く拡散させて、ウエハーの中央部と縁部間のプラズマイオン密度及びウエハー食刻率の不均一性を改善し得るという効果がある。
【００３４】
また、本発明に係るプラズマ処理装置においては、磁気コイルアレイ部がＡＣまたはパルス信号のような単一パワードライバーにより駆動されるので、駆動回路が非常に単純になるという効果がある。
【００３５】
以上、本発明に係るプラズマ処理装置に関し、実施例に基づいて説明したが、本発明の技術的範囲は上述した実施例に限定されず、本発明の技術的範囲が特許請求の範囲の解釈により定められる範囲及びその均等範囲まで至ることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】
従来のプラズマ処理装置を示す概略断面図である。
【図１Ｂ】
従来のプラズマ処理装置のガス注入部分を示す断面図である。
【図１Ｃ】
従来のプラズマ処理装置のガス噴射板を示す平面図である。
【図２Ａ】
従来の双極リング磁石型磁場付加プラズマ処理装置を示した概要図である。
【図２Ｂ】
従来の磁気コイル型磁場付加プラズマ処理装置を示した概要図である。
【図３】
従来のプラズマ処理装置のプラズマイオン密度を示した分布図である。
【図４Ａ】
本発明に係るプラズマ処理装置を示す概略断面図である。
【図４Ｂ】
本発明に係るプラズマ処理装置を示す斜視図である。
【図５Ａ】
本発明に係るプラズマ処理装置において、磁気コイルの配置及び連結方法を示した図である。
【図５Ｂ】
本発明に係るプラズマ処理装置において、磁気コイルの配置及び連結方法を示した図である。
【図５Ｃ】
本発明に係るプラズマ処理装置において、磁気コイルの配置に伴う磁気特性及び制御部を示した概略図である。
【図５Ｄ】
本発明に係るプラズマ処理装置において、磁気コイルの配置に伴う磁気特性及び制御部を示した概略図である。
【図５Ｅ】
本発明に係るプラズマ処理装置において、磁気コイルの配置に伴う磁気特性及び制御部を示した概略図である。
【図６Ａ】
本発明に係るプラズマ処理装置において、コイル配置方法の他の実施例を示した図である。
【図６Ｂ】
本発明に係るプラズマ処理装置において、コイル配置方法の他の実施例を示した図である。
【図７Ａ】
本発明に係るプラズマ処理装置において、コイル配置方法のその他の実施例を示した図である。
【図７Ｂ】
本発明に係るプラズマ処理装置において、コイル配置方法のその他の実施例を示した図である。
【図８】
本発明に係るプラズマ処理装置のガス注入部分を示した断面図である。
【図９Ａ】
本発明に係るプラズマ処理装置のガス噴射板を示した概略図である。
【図９Ｂ】
本発明に係るプラズマ処理装置のガス噴射板を示した概略図である。
【図１０Ａ】
本発明に係るプラズマ処理装置において、中央部のガス噴射板の噴射口配置方法を示した概略図である。
【図１０Ｂ】
本発明に係るプラズマ処理装置において、中央部のガス噴射板の噴射口配置方法を示した概略図である。
【図１１】
本発明に係るプラズマ処理装置のプラズマイオン密度を示した分布図である。[0001]
(Field of the Invention)
The present invention relates to a plasma processing apparatus for processing a substance in the form of a wafer, and more particularly, to an apparatus for etching a substance such as a semiconductor wafer, the plasma ion density between the center and the edge of the wafer. The present invention relates to a plasma processing apparatus that can eliminate non-uniformity.
[0002]
(Description of Background Art)
A conventional plasma processing apparatus will be described with reference to FIGS. 1A and 1B.
[0003]
FIG. 1A illustrates a reactive ion plasma processing apparatus including two electrodes having a parallel plate structure. A reactor 3 includes an upper electrode 1 separated from a susceptor 5 that supports a wafer 4. The main reaction gas and the mixing gas are injected into the reactor 3 via the gas injection plate 2. Here, the susceptor 5 and the gas injection plate 2 can be used as electrodes, respectively.
[0004]
In the gas injection means constituted by the upper electrode 1 and the gas injection plate 2, as shown in FIG. 1B, the main reaction gas and the mixing gas are injected through the respective gas injection ports 6g and 7g. The gas mixed while passing through the gas mixing passage 4g is injected into the reactor 3 through the gas injection port 5g of the gas injection plate 2. FIG. 1C is a plan view showing the gas injection plate 2.
[0005]
In the conventional plasma processing apparatus thus configured, as shown in FIG. 3, the non-uniformity of the plasma ion density between the center and the edge (part A) of the wafer is extremely large, and the etching rate of the wafer is low. There was a disadvantage that it became uneven. Therefore, various techniques for improving the non-uniformity of the plasma ion density and the wafer etching rate as described above have been disclosed, and a representative embodiment thereof will be described with reference to FIGS. 2A and 2B.
[0006]
FIG. 2A shows a method for applying a magnetic field in a reactor of a plasma processing apparatus. A plurality of permanent magnets 15 are arranged around a reactor 13, and the permanent magnets 15 are The permanent magnets 15 adjacent to each other have the same polarity, are manufactured so that the direction of the magnetic field maintains a predetermined angle, and are adjusted so that the sum of the entire magnetic field can penetrate parallel to the wafer surface. In some cases, the plasma density and the etching rate of the wafer can be made uniform by forcibly rotating the permanent magnet array using the motor 11 at a uniform speed.
[0007]
FIG. 2B shows another method for applying a magnetic field to the reactor of the plasma processing apparatus. Two large coils are arranged around the reactor, and the magnetic field generated by each pair of coils is provided. Bx and By penetrate the surface of the wafer, and the sum B of the magnetic fields is adjusted by the magnitude of the DC current applied to each pair of coils and rotated at a predetermined speed and phase on the wafer. Here, each of the coils 1 ', 2', 3 ', 4' is driven by a separate power driver 5 ', 6', 7 ', 8' to equalize the plasma density of the wafer by the DC magnetic field. You can also.
[0008]
However, in each of the conventional methods, a magnetic field penetrates the wafer, so that when etching a pattern of a highly integrated semiconductor device, a plasma damage is caused to a joint portion, thereby causing a damage of 1 giga-gram. There has been an inconvenience that a device of (1GDRAM) or more may cause serious deterioration of device characteristics. Further, it has been found that the nonuniformity of the etching rate is not so much improved as compared with a series of plasma processing apparatuses not including a magnetic field.
[0009]
(Summary of the Invention)
The present invention has been made in view of such conventional problems, and in order to improve non-uniformity of plasma ion density and etching rate, which were problems to be solved by the conventional plasma processing apparatus, Unlike the conventional method in which the rotating magnetic field generated from each separate coil driven by the power driver penetrates the wafer, the magnetic field is induced only inside the reactor inner wall and only at the edge of the wafer. In addition to the configuration, a method of rapidly vibrating the magnetic field by each series-connected coil driven by a single power driver was adopted. In addition, in order to increase the effect, the injection port of each gas to be injected into the reactor was divided according to the role of the gas, and the gas injection plate was improved to have multiple layers and multiple surfaces.
[0010]
Consequently, an object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of improving the non-uniformity of the plasma ion density and the wafer etching rate between the center and the edge of the wafer.
[0011]
In order to achieve such an object, in the plasma processing apparatus according to the present invention, in order to improve the non-uniformity of the plasma ion density and the wafer etching rate between the center and the edge of the wafer, the outer periphery of the reactor is improved. A magnetic coil array portion is formed along the surface. The magnetic coil array unit is driven by a single power driver connected in series, and may use an AC or pulse signal as a single power driver.
[0012]
Then, the magnetic coil array section, a plurality of supports around which the coils are wound are provided along the outer peripheral surface of the reactor, and the coils are wound around the supports a predetermined number of times. The magnetic coils are connected in series, and the coils connected to adjacent supports have opposite polarities. In the coil winding method, the coils have a multilayer structure and are arranged alternately while intersecting each other, and the distribution of the magnetic field is adjusted by the area ratio of the intersecting areas.
[0013]
Further, the magnetic coil array unit preferably includes a cooling device for reducing heat generated in the magnetic coil, and the cooling device inserts a cooling water pipe around the magnetic coil array unit and outputs cooling water or cooling water. It can be formed by circulating a refrigerant.
[0014]
Further, in the plasma processing apparatus according to the present invention, the gas injection means includes a gas injection plate from which gas is injected, and the main reaction gas and the mixing gas are injected into the gas injection plate through separate passages. In this case, a separate gas injection port is formed.
[0015]
The gas injection plate is composed of a central plate at the center and an outer plate at the edge, wherein a main reaction gas is injected from the central plate, and a mixing gas is injected from the outer plate. A gas injection port can be formed.
[0016]
Further, a gas injection plate may be formed obliquely at a boundary portion between the central plate and the outer plate so that the outer plate becomes thicker, and a gas injection port may be formed obliquely at the center of the inclined portion. it can.
[0017]
Here, the number of gas injection ports formed in the center of the gas injection plate may be small, and the number of gas injection ports may be increased toward the edge.
[0018]
(Detailed description of preferred embodiments of the invention)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0019]
In the plasma processing apparatus according to the present invention, as shown in FIGS. 4A and 4B, by disposing the magnetic coil array 47 on the outer peripheral surface of the reactor 43, the electrons that escape to the inner wall side of the reactor 43 can be prevented. The plasma ion density on the edge side of the wafer 44 was increased while the density was reduced.
[0020]
In the magnetic coil array unit 47, as shown in FIG. 5A, a plurality of supports 49 around which the coils are wound are formed, and the coils are wound around the supports 49, respectively. At this time, the coils are connected in series to the support bases 49 and wound a predetermined number of times in opposite directions so that a magnetic field of the opposite polarity to the adjacent coils is induced. Can change the polarity reciprocally according to the winding direction of the magnetic coil. In the case of FIG. 5A, each magnetic coil is connected in series and driven by one control unit (power driver), but is not limited thereto. For example, the coils are wound so that adjacent magnetic coils vibrate. It can also be driven.
[0021]
Also, as shown in FIG. 5C, the g value is set so that the region where electrons are confined between two adjacent magnetic coils is located at the edge of the wafer 44 according to the magnitude of the current applied to each coil. It can be adjusted so that the active electrons in such a region increase the plasma ionization in the relevant part.
[0022]
As a method of driving the magnetic coil array unit 47, as shown in FIG. 5D, along the inner wall of the reactor 43 and the edge of the wafer 44, the active region is formed at a high speed with a predetermined period and size. By driving so as to vibrate, it is possible to increase the plasma ion density on the edge side of the wafer 44 to improve the non-uniformity of the etching rate, or as shown in FIG. Similar results can be obtained by sequentially applying a current to each magnetic coil using a single power driver based on an AC current or a pulse signal. In this case, since all the coils are connected in series, the driving circuit has a very simple characteristic.
[0023]
In addition, the magnetic coil array unit 47 is preferably provided with a cooling device because there is a fear that high heat is generated by a plurality of magnetic coils and deforms the ion distribution of each part of the wafer 44. Alternatively, a method of installing a cooling water pipe inside the support 49 of the magnetic coil array unit 47 and circulating the cooling water or the refrigerant using the cooling water pipe can be adopted. FIG. 5B shows a magnetic coil array unit in which a cooling water pipe 50 is installed.
[0024]
On the other hand, another embodiment of the coil winding method of the magnetic coil array unit 47 will be described with reference to FIGS. 6A and 7A. The coils of the magnetic coil array unit 47 are alternately crossed in a multilayer structure. And the distribution of the magnetic field can be adjusted by the intersecting area ratio.
[0025]
First, as another embodiment of the coil winding method of the magnetic coil array unit 47 according to the present invention, in FIG. 6A, a plurality of supports 49 on which coils are wound are installed, and two adjacent supports are provided. At 49, a method was adopted in which the coils were alternately wound in a two-layer structure while intersecting with each other vertically. As a result, adjacent coils of each layer have opposite polarities, and coils 1, 2, 3, 4, 5, and 6 of the upper layer are arranged on the wafer side, and coils a, b, c, and d, e, and f are arranged on the inner wall side of the reactor. The winding order of each coil is 1-a-2-b-3-c-4-d-5-e-6-f. By arranging the coils in this manner, as shown in FIG. 6B, the N and S poles having a relatively large magnetic field distribution and the magnetic field distribution are formed in the reactor with reference to each support 49 of the magnetic coil array unit 47. Are relatively small, the N and S poles are present, and the strength of the magnetic field is not limited to the coil wound around the adjacent support, but to the coil straddling the two adjacent supports. It can be seen that the more the influence is, the more the magnetic flux lines are distributed.
[0026]
Further, as another embodiment of the coil winding method of the magnetic coil array unit 47 according to the present invention, in FIG. 7A, a plurality of supports 49 on which coils are wound are installed, and three adjacent supports 49 are provided. A method was adopted in which the coils were alternately wound in a two-layer structure while intersecting the coils vertically. Also at this time, the adjacent coils of each layer have opposite polarities, and the coils 1 ', 2', 3 ', 4' of the upper layer and the coils a ', b', c 'of the lower layer. , D ′ are located on the wafer side and on the inner wall side of the reactor, respectively. The winding order of the coils is 1'-a'-2'-b'-3'-c'-4'-d '. In this case, as shown in FIG. 7B, the magnetic field distribution in the reactor is such that two relatively large north and south poles are present adjacent to each other, and the direction and range of the magnetic field in the reactor are determined by these poles. Is widely distributed inside the inner wall of the reactor and over the edge of the wafer, and it can be seen that the active electron region is more widely distributed due to the distribution of the magnetic field lines.
[0027]
On the other hand, FIG. 8 is a cross-sectional view showing the gas injection means of the plasma processing apparatus according to the present invention, which is intended to maximize the uniformity of the plasma ion density which is the object of the present invention. That is, the main reaction gas and the mixing gas are injected through the gas injection means. Specifically, in the conventional plasma processing apparatus, as shown in FIG. 1B, the main reaction gas and the mixing gas were injected through the respective gas injection ports 6g and 7g and mixed through the gas mixing passage 4g. After that, it is configured to uniformly enter the reactor 3 through the gas injection port 5g of the gas injection plate 2, but in the plasma processing apparatus according to the present invention, the non-uniformity of the plasma ion density is overcome. Therefore, the gas injection plate is configured to be different from the conventional one. That is, as shown in FIG. 8, the main reaction gas is injected into the center of the reactor 43 through the main reaction gas injection port 6g, and the mixing gas is injected into the reactor 43 through the mixing gas injection port 7g. By injecting the mixture gas inside the inner wall of the wafer and the edge of the wafer, the mixing gas is quickly diffused to the center of the wafer due to the effect of the rapid electron active region at the edge of the wafer. It was possible to react more uniformly.
[0028]
Further, as shown in FIGS. 9A and 9B, the gas injection plate 42 of the plasma processing apparatus according to the present invention is composed of a central plate 2R and an outer plate 2M, and the main reaction gas is the central plate 2R. And the mixing gas is injected through the outer plate 2M. Further, in order to increase the efficiency, as shown in FIG. 9B, a step of a predetermined angle is given to a portion where the outer plate 2M and the center plate 2R are in contact with each other, so that the gas for mixing is reduced. Near the lower side, it was efficiently mixed with the main reaction gas.
[0029]
Here, the center plate 2R is formed as one piece, but as shown in FIG. 10A, a method of arranging the injection ports so as to be divided into two regions and making the center plate 2R more subdivided. The central plate 2R may be divided into a plurality of plates around a concentric axis of the center plate 2R, and a different type of main reaction gas may be injected for each plate.
[0030]
Further, as shown in FIG. 10B, it is possible to introduce a method of arranging the central portion with a small number of injection ports and increasing the number of the injection ports toward the edge. As the distance between the upper electrode and the wafer is reduced, the effect is further enhanced.
[0031]
When the plasma processing apparatus according to the present invention is used for etching an oxide film, CF, CHF, NF and SF series gases can be used as a main reaction gas, and He, He, Ar, O 2 , H 2 and CO 2 can be used. If a very diffusible gas such as He is used as the gas for mixing at this time, the He ions injected into the edge of the reactor are sufficiently accelerated by the electron active layer, and the CxFy in the center is obtained. , CxHyFz ions, which greatly contributes to improving the uniformity of the plasma ion density and the etching rate between the center and the edge of the wafer located inside the reactor.
[0032]
FIG. 11 shows that, when the plasma processing apparatus according to the present invention is applied, active electrons that move quickly at the edge of the wafer by the magnetic coil array unit, flow into the edge of the wafer, and are quickly diffused by the active electron layer. This shows that the non-uniformity of the plasma density and the etching rate on the wafer was improved by using the gas for mixing (region B).
[0033]
As described above, in the plasma processing apparatus according to the present invention, by connecting a plurality of coils in series so that the polarity is opposite to that of an adjacent coil, an activity that vibrates very quickly to the left and right of the wafer edge is obtained. Improve the non-uniformity of plasma ion density and wafer etching rate between the center and the edge of the wafer by quickly forming a layer of electrons and changing the structure of the gas injection plate to quickly diffuse the gas mixture. There is an effect that can be.
[0034]
Further, in the plasma processing apparatus according to the present invention, since the magnetic coil array unit is driven by a single power driver such as AC or pulse signal, there is an effect that the driving circuit becomes very simple.
[0035]
As described above, the plasma processing apparatus according to the present invention has been described based on the embodiments. However, the technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the technical scope of the present invention is determined by interpreting the claims. Obviously, the defined range and its equivalent range will be reached.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A
It is a schematic sectional view showing the conventional plasma processing device.
FIG. 1B
It is sectional drawing which shows the gas injection part of the conventional plasma processing apparatus.
FIG. 1C
It is a top view which shows the gas injection plate of the conventional plasma processing apparatus.
FIG. 2A
It is the schematic which showed the conventional bipolar ring magnet type magnetic field addition plasma processing apparatus.
FIG. 2B
It is the schematic which showed the conventional magnetic coil type magnetic field addition plasma processing apparatus.
FIG. 3
FIG. 9 is a distribution diagram showing a plasma ion density of a conventional plasma processing apparatus.
FIG. 4A
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a plasma processing apparatus according to the present invention.
FIG. 4B
1 is a perspective view showing a plasma processing apparatus according to the present invention.
FIG. 5A
FIG. 3 is a diagram illustrating a method of arranging and connecting magnetic coils in the plasma processing apparatus according to the present invention.
FIG. 5B
FIG. 3 is a diagram illustrating a method of arranging and connecting magnetic coils in the plasma processing apparatus according to the present invention.
FIG. 5C
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating magnetic characteristics and a control unit associated with the arrangement of a magnetic coil in the plasma processing apparatus according to the present invention.
FIG. 5D
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating magnetic characteristics and a control unit associated with the arrangement of a magnetic coil in the plasma processing apparatus according to the present invention.
FIG. 5E
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating magnetic characteristics and a control unit associated with the arrangement of a magnetic coil in the plasma processing apparatus according to the present invention.
FIG. 6A
FIG. 7 is a view showing another embodiment of the coil arrangement method in the plasma processing apparatus according to the present invention.
FIG. 6B
FIG. 7 is a view showing another embodiment of the coil arrangement method in the plasma processing apparatus according to the present invention.
FIG. 7A
FIG. 9 is a view showing another embodiment of the coil arrangement method in the plasma processing apparatus according to the present invention.
FIG. 7B
FIG. 9 is a view showing another embodiment of the coil arrangement method in the plasma processing apparatus according to the present invention.
FIG. 8
It is sectional drawing which showed the gas injection part of the plasma processing apparatus which concerns on this invention.
FIG. 9A
It is the schematic which showed the gas injection plate of the plasma processing apparatus which concerns on this invention.
FIG. 9B
It is the schematic which showed the gas injection plate of the plasma processing apparatus which concerns on this invention.
FIG. 10A
FIG. 4 is a schematic view showing a method for arranging injection ports of a gas injection plate at a central portion in the plasma processing apparatus according to the present invention.
FIG. 10B
FIG. 4 is a schematic view showing a method for arranging injection ports of a gas injection plate at a central portion in the plasma processing apparatus according to the present invention.
FIG. 11
FIG. 3 is a distribution diagram showing a plasma ion density of the plasma processing apparatus according to the present invention.

Claims (9)

プラズマ発生領域を有する反応器と、該反応器の内部へ反応ガスを導入するためのガス注入手段と、を包含して構成されるプラズマ処理装置において、
前記反応器の外周面を沿って磁気コイルアレイ部を形成し、該磁気コイルアレイ部は、コイルが巻回される複数の支持台が前記反応器の外周面を沿って設けられ、各支持台にはコイルが所定回数巻回されるが、このとき、それら磁気コイルは直列に連結され、隣接する支持台に連結された各コイルは相互反対極性を有し、前記ガス注入手段は、ガスが噴射されるガス噴射板を備え、該ガス噴射板には、主反応ガスと混合用ガスとが別々の通路を介して噴射されるように、別個のガス噴射口が形成されたことを特徴とするプラズマ処理装置。In a plasma processing apparatus configured to include a reactor having a plasma generation region, and gas injection means for introducing a reaction gas into the reactor,
A magnetic coil array section is formed along the outer peripheral surface of the reactor, and the magnetic coil array section is provided with a plurality of supports around which coils are wound along the outer peripheral surface of the reactor. In this case, the coil is wound a predetermined number of times, at this time, the magnetic coils are connected in series, each coil connected to the adjacent support has opposite polarities, and the gas injecting means includes A gas injection plate to be injected is provided, and a separate gas injection port is formed on the gas injection plate so that the main reaction gas and the mixing gas are injected through separate passages. Plasma processing equipment. 前記磁気コイルアレイ部は、各コイルが多層構造を有して相互交差しながら交互に配置され、交差する面積比によって磁場の分布が調整され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 the magnetic coil array section has a multilayer structure in which each coil is alternately arranged while intersecting each other, and a distribution of a magnetic field is adjusted by an area ratio of the intersecting areas. . 前記磁気コイルアレイ部は、直列連結された単一のパワードライバーからＡＣまたはパルス信号により駆動されることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。3. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the magnetic coil array unit is driven by an AC or pulse signal from a single power driver connected in series. 前記磁気コイルアレイ部は、隣接する磁気コイル相互間の極性が転換されて振動されることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。3. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the magnetic coil array unit vibrates by changing a polarity between adjacent magnetic coils. 4. 前記磁気コイルアレイ部は、内部に冷却水または冷媒が循環される冷却装置が具備されることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。3. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the magnetic coil array unit includes a cooling device in which cooling water or a coolant is circulated. 前記ガス噴射板は中央部の中央板と縁部の外側板とにより構成され、ここで、前記中央板からは主反応ガスが噴射され、前記外側板からは混合用ガスが噴射されるようにガス噴射口が形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。The gas injection plate is composed of a central plate at the center and an outer plate at the edge, wherein a main reaction gas is injected from the central plate, and a mixing gas is injected from the outer plate. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a gas injection port is formed. 前記ガス噴射板の中央板は、同心軸を中心に複数の板により区画されて、各板ごとに相違する主反応ガスが噴射されることを特徴とする請求項６記載のプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to claim 6, wherein the central plate of the gas injection plate is divided by a plurality of plates around a concentric axis, and a different main reaction gas is injected for each plate. 前記中央板と外側板との境界部位には、該外側板がより厚くなるようにガス噴射板を斜めに形成し、傾斜部位の中央部にはガス噴射口を斜めに形成したことを特徴とする請求項６記載のプラズマ処理装置。At the boundary between the central plate and the outer plate, a gas injection plate is formed obliquely so that the outer plate becomes thicker, and a gas injection port is formed obliquely at the center of the inclined portion. The plasma processing apparatus according to claim 6, wherein 前記ガス噴射板の中央部に形成されたガス噴射口の数は少なく、縁部へ行くほどガス噴射口の数が多く形成されることを特徴とする請求項６記載のプラズマ処理装置。7. The plasma processing apparatus according to claim 6, wherein the number of gas injection ports formed at the center of the gas injection plate is small, and the number of gas injection ports is increased toward the edge.
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