JP2008112912A - Plasma processing apparatus - Google Patents

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Tadayoshi Kawaguchi
忠義 川口
Tsutomu Tetsuka
勉 手束
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma processing apparatus that reduces pollution caused by suppression of foreign matters that are produced from a wall material of a processing chamber, contributes to the uniformity of plasma distribution, and does not require precise management of the processing chamber. <P>SOLUTION: The plasma processing apparatus uses plasma generated in the processing chamber 100 to process a sample placed on a sample stage 109 that is disposed inside the processing chamber 100. In the plasma processing apparatus, the processing chamber 100 is constituted of an inner wall member with a conic inner shape, which is separated into two parts, an upper inner wall member 116 and a lower inner wall member 124. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体製造プロセス等の微細加工に適用されるプラズマ処理装置に係り、特にチャンバ内壁の削れを抑制して異物の発生と異物による汚染が低減できるようにしたプラズマ処理装置に関する。   The present invention relates to a plasma processing apparatus applied to microfabrication such as a semiconductor manufacturing process, and more particularly to a plasma processing apparatus capable of reducing the occurrence of foreign matter and contamination by foreign matter by suppressing the shaving of a chamber inner wall.

シリコンウエハなどの被加工材(以下ウエハと記述)を加工して半導体デバイスを製作する半導体製造装置として、従来からプラズマCVDやプラズマエッチング装置などのプラズマ処理装置が広く使用されているが、更に近年はデバイスの高集積化が進み、これに伴い回路パターンは微細化の一途を辿り、この結果、これらのプラズマ処理装置に要求される加工寸法の精度もますます厳しくなっている。しかも、近年はデバイスの構成材料も多様化し、これに伴ってエッチングレシピも複雑になり、この結果、長期量産安定化も重要な課題となっている。   Conventionally, plasma processing apparatuses such as plasma CVD and plasma etching apparatuses have been widely used as semiconductor manufacturing apparatuses for manufacturing semiconductor devices by processing workpieces such as silicon wafers (hereinafter referred to as wafers). As device integration increases, circuit patterns continue to become finer, and as a result, the accuracy of processing dimensions required for these plasma processing apparatuses is becoming increasingly severe. Moreover, in recent years, the constituent materials of devices have also diversified, and the etching recipe has become complicated accordingly. As a result, stabilization of long-term mass production has become an important issue.

例えばプラズマ処理装置の場合、フッ化物や塩化物、更には臭化物などの反応性ガスのプラズマが用いられるので処理室壁面が化学的及び物理的に侵食され、このためウエハ処理枚数の増加に伴って反応生成物が処理室内壁に付着する機会が多くなり、異物が発生したり、チャンバ内壁が削れたりして部品の寿命が短くなったりし、この結果、長期的に安定した処理が困難になってしまう虞がある。   For example, in the case of a plasma processing apparatus, a reactive gas plasma such as fluoride, chloride, or bromide is used, so that the processing chamber wall surface is chemically and physically eroded, and as the number of wafers processed increases. The chance of reaction products adhering to the processing chamber wall increases, foreign matter is generated, the inner wall of the chamber is scraped, and the life of the parts is shortened. As a result, long-term stable processing becomes difficult. There is a risk that.

そこで、このような問題に対処するため、或る従来技術では、プラズマ生成室の側壁に傾斜を持たせ、これにより荷電粒子が壁面に入射する入射角を小さくし、壁材からの異物による汚染発生が低減できるようにしたシステムについて提案している(例えば特許文献1、2参照)。
特開平7− 94297号公報 特開平8−138890号公報
Therefore, in order to cope with such a problem, in a certain prior art, the side wall of the plasma generation chamber is inclined, thereby reducing the incident angle at which the charged particles enter the wall surface, and contamination by foreign matter from the wall material. A system that can reduce the occurrence has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
JP-A-7-94297 JP-A-8-138890

上記従来技術は、プラズマ生成領域が円錐形状をなし、処理室は円筒形状になっているため、円筒形状の処理室内ではプラズマ密度が低くなり、ガス流によどみが生じ易くなって壁面でのデポ(異物堆積)が生じ易くなったり、エッチングのリサイクリング等、プラズマと処理室内壁面との間の相互作用が不均一になったたりし易くなる。そして、この場合、異物による汚染発生の可能性も生じてしまう。また、このように側壁が円筒形状の処理室の場合、ラジカルが壁に吸着され易くなってしまうことから、エッチングレートやCD分布の均一性に影響を与えてしまう虞もしょうじてしまう。   In the above prior art, since the plasma generation region has a conical shape and the processing chamber has a cylindrical shape, the plasma density is reduced in the cylindrical processing chamber, and the gas flow tends to be stagnation, so that the deposit on the wall surface is reduced. (Foreign matter accumulation) is likely to occur, and the interaction between the plasma and the processing chamber wall surface is likely to be uneven, such as etching recycling. In this case, there is a possibility of contamination due to foreign matter. Further, in the case where the processing chamber has a cylindrical side wall as described above, radicals are easily adsorbed on the wall, which may affect the uniformity of the etching rate and CD distribution.

しかも近年は、被処理試料であるウエハに対する重金属等の不純物混入に対する要求が厳しくなっていて、耐プラズマ材料であるアルミナやアルマイトの主要元素であるアルミニウム、イットリアの主要成分であるイットリウム、鉄(Fe)、マグネシウム(Mg)などの微量含有金属の混入も無視できなくなっている。そこで、このような耐プラズマ部材の消耗を抑えることも必要になってきているが、従来技術では、こような要求に応えるのが難しくなっている。   Moreover, in recent years, the requirement for contamination of impurities such as heavy metals on the wafer to be processed has become strict, and alumina, which is a plasma resistant material, aluminum, which is a main element of anodized, yttrium, which is a main component of yttria, iron (Fe ), Inclusion of trace amounts of metals such as magnesium (Mg) is no longer negligible. Therefore, it is also necessary to suppress the consumption of such a plasma-resistant member, but it is difficult to meet such a demand with the conventional technology.

また、従来技術では、チャンバ内壁の温度制御のための構成に関して配慮がされているとは言えず、このため、例えば内壁面の構造次第では壁面の表面温度が部分的に異なっている可能性があり、このため付着係数の高いガスを使用した場合は、壁面の温度が低いところにガスが付着し、ウエハ上のエッチングガスの分布に偏りが生じる可能性がある。   In addition, in the prior art, it cannot be said that consideration is given to the configuration for controlling the temperature of the inner wall of the chamber. For this reason, for example, the surface temperature of the wall surface may be partially different depending on the structure of the inner wall surface. For this reason, when a gas having a high adhesion coefficient is used, there is a possibility that the gas adheres to the wall surface at a low temperature and the distribution of the etching gas on the wafer is biased.

また、この内壁面は温度を上げる必要があり、このため内壁での熱膨張が多くなり、各壁面間で熱膨張を考慮した隙間を設ける必要があるが、このとき、当該隙間の寸法にバラツキがあると装置間でプラズマの状態が異なってしまう可能性があるため、従来技術では処理室に厳しい寸法管理が必要となる。   In addition, it is necessary to raise the temperature of the inner wall surface, so that the thermal expansion on the inner wall increases, and it is necessary to provide a gap in consideration of the thermal expansion between the respective wall surfaces. If there is, there is a possibility that the state of the plasma will be different between apparatuses. Therefore, in the prior art, strict dimensional control is required in the processing chamber.

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、処理室の壁材から発生する異物の抑制による汚染発生が低減され、プラズマ分布の均一性にも寄与し、且つ処理室の寸法管理が緩やかで済むプラズマ処理装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to reduce the occurrence of contamination due to the suppression of foreign matter generated from the wall material of the processing chamber, contribute to the uniformity of plasma distribution, and It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus that requires less dimensional control.

上記目的は、真空容器からなる処理室内に試料台を有し、前記試料台の上方の空間に電磁波の照射と磁界の印加によりプラズマを形成させ、前記試料台に載置したウエハを前記プラズマにより処理するプラズマ処理装置において、前記処理室の前記ウエハの上方で前記プラズマに面した壁面が前記磁界の等磁場面に沿って下方に向かって末広がり状に傾斜した円錐形状の内側壁部材を設け、このとき前記内側壁部材が上下に2分割された2個のリング状部材で構成されていることにより達成される。   The object is to have a sample stage in a processing chamber consisting of a vacuum vessel, to form a plasma in the space above the sample stage by applying an electromagnetic wave and applying a magnetic field, and to place a wafer placed on the sample stage with the plasma. In the plasma processing apparatus to be processed, a conical inner wall member is provided in which the wall surface facing the plasma above the wafer in the processing chamber is inclined downwardly toward the bottom along the isomagnetic surface of the magnetic field, This is achieved by the inner wall member being composed of two ring-shaped members that are divided into two vertically.

本発明によれば、内側壁部材が上下に2分割された2個のリング状部材で構成されているので、各部材間で熱膨張を考慮して隙間を設ける場合においても、厳しい寸法管理を低減することが可能になり、この結果、装置機差を抑え、コストの抑制が可能になる。   According to the present invention, since the inner wall member is composed of two ring-shaped members that are divided into two vertically, strict dimensional control is possible even when a gap is provided in consideration of thermal expansion between the members. As a result, it is possible to suppress the apparatus difference and to reduce the cost.

また、本発明によれば、プラズマ生成領域となる処理室が円錐形状にされているので、壁材からの異物の発生と汚染の発生が低減され、壁面で起こるデポやエッチングのリサイクリング等のプラズマと処理室内壁面との間の相互作用が均一化されるので、エッチングレートやCD分布の均一性を改善することが可能になる。   In addition, according to the present invention, since the processing chamber serving as the plasma generation region has a conical shape, the generation of foreign matters from the wall material and the occurrence of contamination are reduced. Since the interaction between the plasma and the processing chamber wall surface is made uniform, the uniformity of the etching rate and CD distribution can be improved.

以下、本発明によるプラズマ処理装置について、図示の一実施の形態により詳細に説明する。まず、図1は、本発明の実施形態における処理室(処理チャンバ)を100として示した縦断面図で、この場合、図示のように、この処理室100は、上部の蓋部材101と中間にある内側チャンバ121、それに下部に支持ベース部材129を介して設けてある内側チャンバ122により真空容器として作られ、内部に試料台109が、支持梁128により設けられ、この試料台109に被加工材であるウエハを載置し、これにプラズマ処理を行うようになっている。このとき内側チャンバ121の外側には外側チャンバ119が設けられ、下部にある内側チャンバ122の回りには外側チャンバ120が設けられている。そして内側チャンバ122の中に真空室123が形成されている。また、試料台109には誘電体膜135と電極カバー136が設けてある。   Hereinafter, a plasma processing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to an illustrated embodiment. First, FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a processing chamber (processing chamber) in the embodiment of the present invention as 100. In this case, as shown in the drawing, this processing chamber 100 is located in the middle of the upper lid member 101. A vacuum chamber is formed by an inner chamber 121 and an inner chamber 122 provided thereunder via a support base member 129, and a sample stage 109 is provided inside by a support beam 128, and a workpiece is provided on the sample stage 109. A wafer is placed and plasma treatment is performed on it. At this time, an outer chamber 119 is provided outside the inner chamber 121, and an outer chamber 120 is provided around the inner chamber 122 at the lower portion. A vacuum chamber 123 is formed in the inner chamber 122. The sample stage 109 is provided with a dielectric film 135 and an electrode cover 136.

そして、まず、真空容器の蓋を構成する蓋部材101には、その内側に配置されたアンテナ102と、このアンテナ102の下方に配置された天井部材とを含んで放電室部が配置されている。そして、この放電室部を囲んで、アンテナ102の側方と上方の双方に配置された磁場発生部103が設けられ、この磁場発生部103の上方には、200MHzのVHF帯から1GHzのUHF帯までの周波数の電波(電磁波)を放射させるため、アンテナ102に高周波電力を供給するための高周波電力源部105が配置されている。   First, the lid member 101 constituting the lid of the vacuum vessel is provided with a discharge chamber portion including an antenna 102 disposed on the inside thereof and a ceiling member disposed below the antenna 102. . A magnetic field generation unit 103 is provided so as to surround the discharge chamber portion and on both the side and the upper side of the antenna 102. Above the magnetic field generation unit 103, a 200 MHz VHF band to a 1 GHz UHF band are provided. A high frequency power source unit 105 for supplying high frequency power to the antenna 102 is disposed in order to radiate radio waves (electromagnetic waves) of frequencies up to.

このとき、アンテナ102はSUS等の導電性部材で構成された蓋部材101の内側に配置されており、この蓋部材101とアンテナ102の間には、これらの間を絶縁すると共にアンテナ102から放射される電波を下方の天井部材側に伝導するために配置された誘電体106を有し、この天井部材には、アンテナ102から伝達されてきた電波を下方の処理室内側に伝導するため石英等の誘電体で構成された石英プレート107と、この石英プレート107の下方に配置され、外部からプロセスガスライン112を介して供給された処理用のプロセスガスを処理室の内側に分散して導入するための複数の孔が形成されたシャワープレート108が設けられている。   At this time, the antenna 102 is disposed inside a lid member 101 made of a conductive member such as SUS. The lid member 101 and the antenna 102 are insulated from each other and radiated from the antenna 102. The dielectric member 106 is arranged to conduct the radio wave transmitted to the lower ceiling member side, and this ceiling member includes quartz or the like for conducting the radio wave transmitted from the antenna 102 to the lower processing chamber side. A quartz plate 107 made of a dielectric material and a processing gas disposed under the quartz plate 107 and supplied from the outside via the process gas line 112 are dispersedly introduced into the inside of the processing chamber. A shower plate 108 in which a plurality of holes are formed is provided.

そして、このシャワープレート108の下方で、試料台109の上方に形成された空間が放電室110となっていて、ここにシャワープレート108を通って導入されたプロセスガスに、アンテナ102から供給された電波と磁場発生部103から供給された磁場が相互作用し、これにより放電室110内にプラズマが形成される。このため、石英プレート107とシャワープレート108との間には微小な空間が形成されており、この空間に上記したプロセスガスライン112からプロセスガスが先ず供給され、シャワープレート108の孔を通って放電室110に流入される。   A space formed below the shower plate 108 and above the sample stage 109 is a discharge chamber 110, and the process gas introduced through the shower plate 108 is supplied from the antenna 102 to the process gas. The radio wave interacts with the magnetic field supplied from the magnetic field generator 103, whereby plasma is formed in the discharge chamber 110. For this reason, a minute space is formed between the quartz plate 107 and the shower plate 108, and the process gas is first supplied from the process gas line 112 to the space and discharged through the hole of the shower plate 108. It flows into the chamber 110.

このとき、上記した空間は、プロセスガスがシャワープレート108の複数の孔から分散して放電室110に流入させるためのバッファ室111を構成していることになる。そして、このときプロセスガスは、プロセスガスライン112とプロセスガス遮断バルブ113を経由して流量を調節する制御器114から処理室内に供給される。そして、このとき、この実施形態では、複数の孔からプロセスガスを分散して放電室110に導入されるようにした上で、更にこれらの孔を、主として試料台109上に試料が載置される位置に対向した位置に配置しておくようにしてあり、これにより、プロセスガスがより均一となるように分散できるバッファ室111の働きと共に、プラズマの密度の均一化が更に図られていることになる。   At this time, the above-described space constitutes a buffer chamber 111 through which process gas is dispersed from the plurality of holes of the shower plate 108 and flows into the discharge chamber 110. At this time, the process gas is supplied into the processing chamber from the controller 114 that adjusts the flow rate via the process gas line 112 and the process gas cutoff valve 113. At this time, in this embodiment, after the process gas is dispersed and introduced into the discharge chamber 110 from a plurality of holes, the sample is placed on the sample stage 109 mainly through these holes. In addition to the function of the buffer chamber 111 that can disperse the process gas in a more uniform manner, the plasma density is further made uniform. become.

また、蓋部材101の下方で石英プレート107及びシャワープレート108の外周側には下部リング115が配置されている。そして、この下部リング115の内部には、バッファ室111にプロセスガスを通流するため、ガスライン112と連通したガス通路が設けられている。一方、シャワープレート108の下方には、真空容器の内側でプラズマに面して放電室110の空間を区画するリング状の内側壁部材116、124が備えられている。このとき内側壁部材116の外周側にはこれを取り囲んで配置された放電室外側壁部材117が備えられており、この放電室の内側壁部材116の外側の壁面と外側壁部材117の内側の壁面とが対向して接触している。   A lower ring 115 is disposed below the lid member 101 on the outer peripheral side of the quartz plate 107 and the shower plate 108. In the lower ring 115, a gas passage communicating with the gas line 112 is provided to allow the process gas to flow into the buffer chamber 111. On the other hand, below the shower plate 108, ring-shaped inner wall members 116 and 124 that partition the space of the discharge chamber 110 facing the plasma inside the vacuum vessel are provided. At this time, a discharge chamber outer wall member 117 disposed so as to surround the inner wall member 116 is provided on the outer peripheral side of the inner wall member 116, and the outer wall surface of the inner wall member 116 and the inner wall surface of the outer wall member 117 of the discharge chamber. Are in contact with each other.

ここで、この実施形態においては、プラズマを安定に生成させるため、詳しくは後述するが、プラズマが生成される領域にある内側壁部材を磁場発生部103による磁力線の形成方向に沿って壁面を傾斜させ、上側部分では、下方に向かって僅かに広がるほぼ円筒形状の内側壁部材116とし、下側部分は、下方に向かって広がる円錐形状にした内側壁部材124で構成したものである。そして、外側壁部材117の外周面にはヒータ140を巻き付け配置させ、これにより外側壁部材117の温度を調節することにより、これに接触した内側壁部材116の壁面温度の制御が得られるようにしてある。このときヒータ140にはヒータカバー142が設けてある。   Here, in this embodiment, in order to generate plasma stably, as will be described in detail later, the inner wall member in the region where the plasma is generated is inclined along the direction in which the magnetic field generator 103 forms the lines of magnetic force. In the upper portion, a substantially cylindrical inner wall member 116 slightly extending downward is formed, and the lower portion is configured by a conical inner wall member 124 extending downward. Then, the heater 140 is wound around the outer peripheral surface of the outer wall member 117, and thereby the temperature of the outer wall member 117 is adjusted, so that the wall surface temperature of the inner wall member 116 in contact therewith can be controlled. It is. At this time, the heater 140 is provided with a heater cover 142.

ところで、このように内側壁部材116を円錐(テーパー)形状にした場合、処理チャンバの径を有効的に広げるには、外側壁部材117も円錐形状にした方が効率的である。しかし、この場合、壁面の傾斜を緩やかにすればする程、その分、ヒータ140の固着が難しくなる。そしてヒータ140がしっかり接触していない場合は、ヒータが焼き切れてしまう可能性がある。そこで、ヒータ140と外側壁部材117との接触を良くし、効率良く伝熱させるため、図示のように、外側壁部材117のヒータ140が取付けられる外周側を円筒形状にしてある。また、この外側壁部材117の外周側には、その下面に接触した状態で放電室ベースプレート118が配置してあるが、このベースプレート118内には空間が設けてあり、ここに熱交換媒体141が通流されるようにしてある。   By the way, when the inner wall member 116 is conical (tapered) in this way, it is more efficient to make the outer wall member 117 conical as well in order to effectively expand the diameter of the processing chamber. However, in this case, the more gently the wall is inclined, the more difficult the heater 140 is fixed. And when the heater 140 is not contacting firmly, a heater may burn out. Therefore, in order to improve the contact between the heater 140 and the outer wall member 117 and efficiently transfer heat, the outer peripheral side of the outer wall member 117 to which the heater 140 is attached is formed in a cylindrical shape as shown in the figure. In addition, a discharge chamber base plate 118 is disposed on the outer peripheral side of the outer wall member 117 in contact with the lower surface of the outer wall member 117. A space is provided in the base plate 118, and a heat exchange medium 141 is provided therein. It is designed to be circulated.

ところで、通常、プラズマ生成領域にある内側壁部材は、外側壁部材117の内側から下側まで取り付けられることになる。しかし、この場合、部材が大きくなるため、熱膨張により内側壁部材の寸法が大きく変化することになる。そして、これに伴いシャワープレート108と内側壁部材の隙間が大きく変化し、寸法の違いによりプラズマが変わる可能性がある。これは寸法公差を厳しくすることで改善は可能であるが、その場合、上記したように、コストに影響が現われてしまう。従って、これを改善するためにも、この実施形態のように、内側壁部材を二分割にした構造の方が、メンテナンスの面及び寸法公差の面で、より一層、効果的である。   By the way, normally, the inner wall member in the plasma generation region is attached from the inner side to the lower side of the outer wall member 117. However, in this case, since the member becomes large, the dimensions of the inner wall member greatly change due to thermal expansion. Along with this, the gap between the shower plate 108 and the inner wall member changes greatly, and the plasma may change due to the difference in dimensions. This can be improved by tightening the dimensional tolerance, but in that case, as described above, the cost is affected. Therefore, in order to improve this, the structure in which the inner wall member is divided into two parts as in this embodiment is more effective in terms of maintenance and dimensional tolerance.

そこで、この実施形態では、まず、ベースプレート118にヒンジ143を配置し、ベースプレート118に外側壁部材117を取付ける。そして、この外側壁部材117をベースにして、これの上側と下側から内側壁部材116と内側壁部材124を設置させる構造にしたものであり、これにより部材が小さくできるので、取付けと取外しに際して取扱いが容易になる。また、内側壁部材116が膨張した場合、この内側壁部材116は外側壁部材117の上側にあるため、設置面を境界にして上下方向に伸びることができ、これによりシャワープレート108と内側壁部材116の隙間が熱膨張による影響を受けてしまうのを抑えることができる。   Therefore, in this embodiment, first, the hinge 143 is disposed on the base plate 118, and the outer wall member 117 is attached to the base plate 118. Then, the outer wall member 117 is used as a base, and the inner wall member 116 and the inner wall member 124 are installed from the upper side and the lower side thereof. Handling becomes easy. Further, when the inner wall member 116 expands, the inner wall member 116 is located above the outer wall member 117, so that it can extend in the vertical direction with the installation surface as a boundary. It is possible to prevent the gap 116 from being affected by thermal expansion.

従って、この実施形態によれば、シャワープレート108と内側壁部材116との隙間の差によるプラズマへの影響が低減されることになり、且つ寸法管理の厳しい部材の個数が少なくなるので、複数の装置の間においてもコストの抑制が可能となり、装置間でのコスト差も抑えられることになる。   Therefore, according to this embodiment, the influence on the plasma due to the difference in the gap between the shower plate 108 and the inner wall member 116 is reduced, and the number of members whose size is strictly controlled is reduced. Costs can be suppressed between apparatuses, and a cost difference between apparatuses can be suppressed.

次に、中間にある内側チャンバ121について説明すると、ここには試料台109かあり、そのブロックの下方には下側の内側チャンバ122が配置されている。そして、この内側チャンバ122の中央側部分には、試料台109の周囲に流れている内側チャンバ121内のガスが通流する部分となる開口が設けてあり、排気バルブ131を介して排気手段となる排気ポンプ132に連通している。このとき、排気バルブ131は、内側チャンバ122の内側の空間と排気ポンプ132の間を連通させ、或いは遮断させることができるように作られた板状のシャッターを複数備えていて、このシャッターを回動させることにより排気通路面積を調節して排気流量や速度を調節する働きをする。   Next, the inner chamber 121 in the middle will be described. Here, the sample stage 109 is provided, and a lower inner chamber 122 is disposed below the block. The central portion of the inner chamber 122 is provided with an opening through which the gas in the inner chamber 121 flowing around the sample stage 109 flows. The exhaust pump 132 is communicated. At this time, the exhaust valve 131 includes a plurality of plate-shaped shutters that are configured to allow communication between the space inside the inner chamber 122 and the exhaust pump 132, or to block the shutter. By moving it, the exhaust passage area is adjusted to adjust the exhaust flow rate and speed.

従って、この実施形態の場合、排気手段が試料台109の下方で、特に直下に配置されていることになり、この結果、内側チャンバ121内で試料台109の上方の空間内にあるプラズマや処理ガス、反応生成物は試料台109の周囲から下方の内側チャンバ122内の空間を介して排気バルブ131に至るという短い排気経路を流れて排気されることになり、この結果、短時間で効果的な排気処理が可能になる。   Therefore, in this embodiment, the exhaust means is disposed below the sample stage 109, particularly directly below. As a result, the plasma and processing in the space above the sample stage 109 in the inner chamber 121 are processed. Gases and reaction products are exhausted through a short exhaust path extending from the periphery of the sample stage 109 to the exhaust valve 131 via the space in the lower inner chamber 122. As a result, the gas and reaction products are effectively removed in a short time. Exhaust processing becomes possible.

更に詳しく説明すると、図2において、まず処理の対象物である半導体ウエハWは、図示してない搬送ユニットから処理室100の中に搬入された後、試料台109の静電吸着電極134の上に載置され、高電圧電源137から印加されている直流高電圧により静電吸着される。ついで、半導体ウエハWのエッチング処理に必要なガス、例えばハロゲン系のガスがプロセスガスライン112から所定の流量のもとで、所定の混合比を保って処理室100内に供給される。このとき、処理室100の中は、排気ポンプ132と排気バルブ131により、所定の処理圧力に調整される。   More specifically, in FIG. 2, first, a semiconductor wafer W, which is an object to be processed, is loaded into the processing chamber 100 from a transfer unit (not shown), and then is placed on the electrostatic adsorption electrode 134 of the sample stage 109. And electrostatically attracted by a DC high voltage applied from a high voltage power source 137. Next, a gas necessary for the etching process of the semiconductor wafer W, for example, a halogen-based gas is supplied from the process gas line 112 into the processing chamber 100 at a predetermined flow rate while maintaining a predetermined mixing ratio. At this time, the inside of the processing chamber 100 is adjusted to a predetermined processing pressure by the exhaust pump 132 and the exhaust valve 131.

ところで、このようなエッチング処理装置では、高周波の電界と磁場コイルの磁界との相互作用により、処理室内に導入されたプロセスガスが効率良くプラズマ化される。そして、このときのエッチング処理にあたっては、ウエハに入射するプラズマ中のイオンの入射エネルギーを高周波バイアスによって制御し、所望のエッチング形状が得られるようにする。   By the way, in such an etching processing apparatus, the process gas introduced into the processing chamber is efficiently turned into plasma by the interaction between the high-frequency electric field and the magnetic field of the magnetic field coil. In this etching process, the incident energy of ions in the plasma incident on the wafer is controlled by a high frequency bias so that a desired etching shape can be obtained.

そこで、高周波電力源部105からアンテナ102に高周波数電力を供給し、アンテナ102から電磁波が放射されるようにする。そうすると、この電磁波が、磁場発生部103により処理室100の内部に形成される概略水平な磁場と相互作用し、処理室100内に効率良くプラズマPが生成される。そして、このプラズマPか生成されたことによりプロセスガスが解離されて、イオンやラジカルが発生する。このとき静電吸着電極134には、更にマッチング回路139を介して、バイアス電源138からバイアス電力が供給され、これにより半導体ウエハWの温度を制御しながらエッチングを行う。   Therefore, high frequency power is supplied from the high frequency power source unit 105 to the antenna 102 so that electromagnetic waves are radiated from the antenna 102. Then, the electromagnetic wave interacts with a substantially horizontal magnetic field formed inside the processing chamber 100 by the magnetic field generator 103, and the plasma P is efficiently generated in the processing chamber 100. Then, the generation of the plasma P dissociates the process gas and generates ions and radicals. At this time, the bias power is supplied from the bias power source 138 to the electrostatic chucking electrode 134 via the matching circuit 139, thereby performing etching while controlling the temperature of the semiconductor wafer W.

ここで、この実施形態に係るプラズマ処理装置では、磁場発生部103により、図2に示すような磁力線201が形成される。そのため、アンテナ102より印加された高周波と磁力線201により、シャワープレート108の直下には密度の高いプラズマが生成される。更に、このとき生成されたプラズマPは磁力線201によって拘束されるので、磁力線201の延長上にある耐プラズマ性材料で被覆されている内側壁部材116の表面のプラズマの密度が高くなり、この結果、効果的なエッチングが得られることになる。   Here, in the plasma processing apparatus according to this embodiment, magnetic field lines 201 as shown in FIG. Therefore, high-density plasma is generated immediately below the shower plate 108 by the high frequency and the magnetic force lines 201 applied from the antenna 102. Further, since the plasma P generated at this time is constrained by the magnetic lines of force 201, the plasma density on the surface of the inner wall member 116 covered with the plasma-resistant material on the extension of the magnetic lines of force 201 is increased. As a result, Effective etching can be obtained.

しかもこのとき、この実施形態では、図示のように、内側壁部材116、124の壁面が磁力線201と略平行になるように形成してある。具体的には、上記したように、磁場発生部103による磁力線の形成方向に沿って壁面を傾斜させ、上側部分では、下方に向かって僅かに広がるほぼ円筒形状の内側壁部材116とし、下側部分は、下方に向かって広がる円錐形状にした内側壁部材124で構成してある。これにより荷電粒子が内壁に入射する角度が小さくなり、この結果、壁面に働くスパッタ作用が抑制され、従って、壁面が削られるのを抑えることができる。   Moreover, at this time, in this embodiment, as shown in the figure, the wall surfaces of the inner wall members 116 and 124 are formed so as to be substantially parallel to the magnetic force lines 201. Specifically, as described above, the wall surface is inclined along the direction in which the magnetic field generator 103 forms the magnetic lines of force, and the upper portion is formed as a substantially cylindrical inner wall member 116 that slightly extends downward. The portion is composed of an inner wall member 124 having a conical shape that extends downward. As a result, the angle at which the charged particles are incident on the inner wall is reduced. As a result, the sputtering action acting on the wall surface is suppressed, and therefore the wall surface can be prevented from being scraped.

次に、この実施形態による壁部材の温度制御について説明する。ここでは、まず、ヒータ140と熱交換媒体141による熱の伝わり方について、図3により説明する。この場合、ヒータ140は外側壁部材117に接触しているため、実線で示すように、外側壁部材117を通して伝熱する。このとき外側壁部材117と内側壁部材116は、特に上部で接触しているため、上側から伝熱する。また、外側壁部材117は下側の内側壁部材124にも接触しているため、内側壁部材124にも伝熱する。ここで外側壁部材117はベースプレート118にも接触しているが、この場合、ヒータ140から離れ、且つ部材を薄い構造にしてあるため熱が伝わり難く、このためベースプレート118の温度は低い状態になっている。   Next, temperature control of the wall member according to this embodiment will be described. Here, first, how heat is transferred by the heater 140 and the heat exchange medium 141 will be described with reference to FIG. In this case, since the heater 140 is in contact with the outer wall member 117, heat is transferred through the outer wall member 117 as shown by a solid line. At this time, since the outer wall member 117 and the inner wall member 116 are in contact with each other particularly at the upper part, heat is transferred from the upper side. Further, since the outer wall member 117 is also in contact with the lower inner wall member 124, heat is transferred to the inner wall member 124. Here, the outer wall member 117 is also in contact with the base plate 118, but in this case, since the member is separated from the heater 140 and the member has a thin structure, it is difficult for heat to be transmitted, and thus the temperature of the base plate 118 is low. ing.

一方、熱交換媒体141による熱の伝わり方は、この熱交換媒体141がベースプレート118内を流れていることから、まず内側壁部材124に伝熱され、内側壁部材124が冷却され、更にその下側にある内側チャンバ121が冷却される。ここで、内側壁部材124は、ヒータ140からの熱と熱交換媒体141からの熱をどちらからも取り入れることができ、この結果、ヒータ140の温度と熱交換媒体141の温度を調節することで温調が可能である。   On the other hand, the heat exchange by the heat exchange medium 141 is because the heat exchange medium 141 flows in the base plate 118, so that the heat is first transferred to the inner wall member 124, the inner wall member 124 is cooled, and further below it. The inner chamber 121 on the side is cooled. Here, the inner wall member 124 can take in heat from the heater 140 and heat from the heat exchange medium 141, and as a result, by adjusting the temperature of the heater 140 and the temperature of the heat exchange medium 141. Temperature control is possible.

従って、この実施形態によれば、内側壁部材116と内側壁部材124、それに内側チャンバ121をそれぞれ異なった温度に制御できることになり、それらの表面とプラズマやこれに含まれる粒子、ガス、反応生成物の間での相互作用が制御され、この結果、ウエハに寄与するエッチャントやデポの調節が可能になり、エッチングレートやCD分布の均一性の改善を可能にすることができる。   Therefore, according to this embodiment, the inner wall member 116, the inner wall member 124, and the inner chamber 121 can be controlled to different temperatures, and their surface, plasma, particles contained therein, gas, reaction generation The interaction between the objects is controlled, and as a result, it is possible to adjust the etchant and deposit that contribute to the wafer, and to improve the uniformity of the etching rate and CD distribution.

ところで、以上の実施形態では、内側壁部材を内側壁部材116と内側壁部材124に分割しているが、このときメンテナンスの容易性の観点からすれば、内側壁部材を一体型にすることも考えられる。しかして、この場合、当該内側壁部材が円錐形状であることから、外側壁部材117の下方から当該外側壁部材117に嵌合させる必要があるが、このとき外側壁部材117にはヒータのケーブルが接続されているため、取り外しが困難である。そこで、この場合は外側壁部材117を動力により可動式にするのが好ましい。   By the way, in the above embodiment, the inner wall member is divided into the inner wall member 116 and the inner wall member 124. However, from the viewpoint of ease of maintenance, the inner wall member may be integrated. Conceivable. In this case, since the inner wall member has a conical shape, it is necessary to fit the outer wall member 117 from below the outer wall member 117. At this time, the outer wall member 117 has a heater cable. Is difficult to remove. Therefore, in this case, it is preferable to make the outer wall member 117 movable by power.

参考例として示すと、まず図4は、磁場発生部103が可動部材401に設置され、モータにより上下移動が可能にしてある装置の場合を示したもので、この場合は可動部材401にクリップ402を設けておき、これにベースプレート118を係合させることにより、一体型内側壁部材403から外側壁部材117を持ち上げ、取り外せるようにした場合の一例であり、図5は、ベースプレート118を可動部材501に取付けることにより、一体型内側壁部材403から外側壁部材117を持ち上げ、取り外した後、可動部材501を軸にして回転させ、内側壁部材403の上方から側方に取り出せるようにした場合の一例である。   As a reference example, FIG. 4 shows a case where the magnetic field generator 103 is installed on the movable member 401 and can be moved up and down by a motor. In this case, the clip 402 is attached to the movable member 401. 5 is an example in which the outer wall member 117 can be lifted and removed from the integral inner wall member 403 by engaging the base plate 118 with the base plate 118. FIG. An example in which the outer wall member 117 is lifted and removed from the integrated inner wall member 403 by being attached to the outer wall member 403 and then rotated around the movable member 501 so that the inner wall member 403 can be taken out from the side. It is.

本発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows one Embodiment of the plasma processing apparatus which concerns on this invention. 本発明の実施形態の一部を拡大して示した断面図である。It is sectional drawing which expanded and showed a part of embodiment of this invention. 本発明の実施形態による熱の伝わり方を説明するための一部拡大断面図である。It is a partially expanded sectional view for demonstrating the heat transfer method by embodiment of this invention. プラズマ処理装置の一参考例を示す一部拡大による断面図である。It is sectional drawing by the one part expansion which shows one reference example of a plasma processing apparatus. プラズマ処理装置の他の一参考例を示す一部拡大による断面図である。It is sectional drawing by the one part expansion which shows another reference example of a plasma processing apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

100:処理室(処理チャンバ)
101:蓋部材
102:アンテナ
103:磁場発生部
105:高周波電力源部
106:誘電体
107:石英プレート
108:シャワープレート
109:試料台
110:放電室
111:バッファ室
112:プロセスガスライン
113:プロセスガス遮断バルブ
114:制御器
115:下部リング
116:内側壁部材
117:外側壁部材
118:ベースプレート
119、120:外側チャンバ
121、122:内側チャンバ
123:真空室
124:内側壁部材
128:支持梁
129:支持ベース部材
131:排気バルブ
132:排気ポンプ
134:静電吸着電極
135:誘電体膜
136:電極カバー
137:高電圧電源
138:バイアス電源
139:マッチング回路
140:ヒータ
141:熱交換媒体
142:ヒータカバー
143:ヒンジ
201:磁力線
401
501:モータ
402:クリップ
403:一体型内側壁部材
P:プラズマ
W:半導体ウエハ
100: Processing chamber (processing chamber)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101: Lid member 102: Antenna 103: Magnetic field generator 105: High frequency electric power source part 106: Dielectric 107: Quartz plate 108: Shower plate 109: Sample stand 110: Discharge chamber 111: Buffer chamber 112: Process gas line 113: Process Gas cutoff valve 114: Controller 115: Lower ring 116: Inner wall member 117: Outer wall member 118: Base plate 119, 120: Outer chamber 121, 122: Inner chamber 123: Vacuum chamber 124: Inner wall member 128: Support beam 129 : Support base member 131: Exhaust valve 132: Exhaust pump 134: Electrostatic adsorption electrode 135: Dielectric film 136: Electrode cover 137: High voltage power supply 138: Bias power supply 139: Matching circuit 140: Heater 141: Heat exchange medium 142: Heater cover 143: Hinges 201: magnetic field lines 401
501: Motor 402: Clip 403: Integrated inner wall member P: Plasma W: Semiconductor wafer

Claims (4)

真空容器からなる処理室内に試料台を有し、前記試料台の上方の空間に電磁波の照射と磁界の印加によりプラズマを形成させ、前記試料台に載置したウエハを前記プラズマにより処理するプラズマ処理装置において、
前記処理室の前記ウエハの上方で前記プラズマに面した壁面が前記磁界の等磁場面に沿って下方に向かって末広がり状に傾斜した円錐形状の内側壁部材を設け、
このとき前記内側壁部材が上下に2分割された2個のリング状部材で構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
Plasma processing in which a sample stage is provided in a processing chamber composed of a vacuum vessel, plasma is formed in the space above the sample stage by applying electromagnetic waves and applying a magnetic field, and a wafer placed on the sample stage is processed by the plasma In the device
A wall surface facing the plasma above the wafer in the processing chamber is provided with a conical inner wall member inclined in a divergent shape toward the bottom along the isomagnetic surface of the magnetic field,
At this time, the plasma processing apparatus is characterized in that the inner wall member is composed of two ring-shaped members which are divided into two vertically.
請求項1に記載のプラズマ処理装置において、
前記2個のリング状部材が各々異なった温度に制御されることを特徴とするプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 1,
The plasma processing apparatus, wherein the two ring-shaped members are controlled to different temperatures.
請求項1又は請求項2に記載のプラズマ処理装置において、
前記2個のリング状部材のうち、上側のリング状部材が外周に配置された略円筒形状の外周壁部材を備え、
当該外周壁部材は、その外周面に加熱手段が備えられていることを特徴とするプラズマ処理装置。
In the plasma processing apparatus according to claim 1 or 2,
Of the two ring-shaped members, the upper ring-shaped member includes a substantially cylindrical outer peripheral wall member arranged on the outer periphery,
The plasma processing apparatus, wherein the outer peripheral wall member is provided with heating means on the outer peripheral surface thereof.
請求項1乃至請求項3の何れかに記載のプラズマ処理装置において、
前記試料台は、前記処理室内のガスの排気経路の真上に配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The plasma processing apparatus, wherein the sample stage is disposed immediately above a gas exhaust path in the processing chamber.
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