JP2010238819A - Plasma processing apparatus and plasma processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板にプラズマエッチング処理等のプラズマ処理を施すためのプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method for performing plasma processing such as plasma etching processing on a substrate.
従来から、プラズマエッチング装置等のプラズマ処理装置は、例えば、半導体装置の微細な電気回路の製造工程等で用いられている。 Conventionally, a plasma processing apparatus such as a plasma etching apparatus has been used in, for example, a manufacturing process of a fine electric circuit of a semiconductor device.
このようなプラズマ処理装置としては、処理チャンバー内に上下に間隔を設けて対向する対向電極を配置し、これらの対向電極間に高周波電力を印加して処理ガスのプラズマを発生させる容量結合型のプラズマ処理装置が知られている。また、処理チャンバーの外側に、環状に形成されたダイポールリング磁石を配置し、このダイポールリング磁石を回転させることによって、対向電極間のプラズマ生成空間に磁場を作用させてプラズマ処理の均一化を図るようにしたプラズマ処理装置も知られている（例えば、特許文献１参照、特許文献２参照。）。 Such a plasma processing apparatus includes a capacitively coupled type in which counter electrodes facing each other are provided in the processing chamber with a space in the vertical direction, and plasma of a processing gas is generated by applying high-frequency power between the counter electrodes. Plasma processing apparatuses are known. Further, a dipole ring magnet formed in an annular shape is disposed outside the processing chamber, and by rotating the dipole ring magnet, a magnetic field is applied to the plasma generation space between the counter electrodes to achieve uniform plasma processing. Such a plasma processing apparatus is also known (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
上記のダイポールリング磁石は、複数のセグメント磁石を環状に並べて配置して構成されている。そして、ダイポールリング磁石全体として、磁場ベクトルが対向電極面に平行で一方向に向くように、各セグメント磁石の着磁方向が調整されて配列されている。 The dipole ring magnet is configured by arranging a plurality of segment magnets in a ring shape. And as a whole dipole ring magnet, the magnetization direction of each segment magnet is adjusted and arranged so that the magnetic field vector is parallel to the counter electrode surface and directed in one direction.
ダイポールリング磁石を具備したプラズマ処理装置では、ダイポールリング磁石が上下に２分割され、上側ダイポールリング磁石とこの上側ダイポールリング磁石の下部に配置された下側ダイポールリング磁石とから構成されたものが考えられる。 In a plasma processing apparatus equipped with a dipole ring magnet, the dipole ring magnet is divided into two parts in the vertical direction, and is considered to be composed of an upper dipole ring magnet and a lower dipole ring magnet disposed below the upper dipole ring magnet. It is done.
近年、半導体装置の高集積化に伴う回路の微細化が進んでおり、これに伴ってプラズマ処理装置における処理状態の制御にも、さらなる多様化が求められている。このため、例えば上記した上側ダイポールリング磁石と下側ダイポールリング磁石を具備したプラズマ処理装置では、上側ダイポールリング磁石と下側ダイポールリング磁石との上下方向の間隔を可変とすることによって、プラズマ処理における処理状態の制御を行うことが考えられている。 In recent years, circuit miniaturization has progressed with higher integration of semiconductor devices, and accordingly, further diversification has been demanded for control of processing states in plasma processing apparatuses. For this reason, for example, in the plasma processing apparatus having the above-described upper dipole ring magnet and lower dipole ring magnet, by changing the vertical interval between the upper dipole ring magnet and the lower dipole ring magnet, It is considered to control the processing state.
しかしながら、上記のように上側ダイポールリング磁石と下側ダイポールリング磁石との上下方向の間隔を可変とするためには、上側ダイポールリング磁石と下側ダイポールリング磁石の少なくとも一方を上下動させるための駆動機構が必要となる。このため、プラズマ処理装置の製造コストが増大するという問題がある。 However, in order to make the vertical distance between the upper dipole ring magnet and the lower dipole ring magnet variable as described above, the drive for moving up and down at least one of the upper dipole ring magnet and the lower dipole ring magnet is required. A mechanism is required. For this reason, there exists a problem that the manufacturing cost of a plasma processing apparatus increases.
本発明は、上記課題に対処してなされたもので、プラズマ処理装置の製造コストの増大を招くことなく、従来に比べてプラズマ処理における処理状態の制御の多様化を図るとのできるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供しようとするものである。 The present invention has been made in response to the above-described problems, and is capable of diversifying the control of the processing state in the plasma processing as compared with the conventional one without increasing the manufacturing cost of the plasma processing device. And a plasma processing method.
請求項１のプラズマ処理装置は、基板を収容してプラズマ処理する処理チャンバーと、前記処理チャンバー内に所定のガスを供給するガス供給機構と、前記処理チャンバー内から排気する排気機構と、前記ガス供給機構によって前記処理チャンバー内に供給されたガスをプラズマ化するプラズマ発生機構と、前記処理チャンバーの周囲を囲むように配置され、回転可能とされたダイポールリング磁石を具備したプラズマ処理装置であって、前記ダイポールリング磁石は、上下に分割されて設けられた上側ダイポールリング磁石と、この上側ダイポールリング磁石の下側に配置された下側ダイポールリング磁石を具備し、前記上側ダイポールリング磁石の磁極の方向と前記下側ダイポールリング磁石の磁極の方向を、所望角度ずらした位置に設定可能とされていることを特徴とする。 The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a processing chamber that accommodates a substrate and performs plasma processing, a gas supply mechanism that supplies a predetermined gas into the processing chamber, an exhaust mechanism that exhausts from the processing chamber, and the gas A plasma processing apparatus comprising: a plasma generation mechanism that converts a gas supplied into the processing chamber into a plasma by a supply mechanism; and a dipole ring magnet that is disposed so as to surround the processing chamber and is rotatable. The dipole ring magnet includes an upper dipole ring magnet that is divided into upper and lower parts, and a lower dipole ring magnet that is disposed below the upper dipole ring magnet. Set the direction and the direction of the magnetic pole of the lower dipole ring magnet at a position shifted by a desired angle. Characterized in that it is capable.
請求項２のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置であって、前記上側ダイポールリング磁石の磁極の方向と前記下側ダイポールリング磁石の磁極の方向を、所望角度ずらした位置に設定した状態で、前記上側ダイポールリング磁石と前記下側ダイポールリング磁石を同一の方向に同一の速度で回転させるよう構成されたことを特徴とする。 The plasma processing apparatus according to claim 2 is the plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the direction of the magnetic pole of the upper dipole ring magnet and the direction of the magnetic pole of the lower dipole ring magnet are set at positions shifted by a desired angle. In this state, the upper dipole ring magnet and the lower dipole ring magnet are configured to rotate in the same direction at the same speed.
請求項３のプラズマ処理装置は、請求項１又は２記載のプラズマ処理装置であって、前記プラズマ発生機構が、前記処理チャンバー内に配置され、互いに対向する上部電極と下部電極と、前記上部電極と前記下部電極との間に高周波電力を印加する高周波電源とを具備したことを特徴とする。 The plasma processing apparatus according to claim 3 is the plasma processing apparatus according to claim 1 or 2, wherein the plasma generation mechanism is disposed in the processing chamber, and an upper electrode and a lower electrode facing each other, and the upper electrode. And a high-frequency power source for applying high-frequency power between the lower electrode and the lower electrode.
請求項４のプラズマ処理装置は、請求項３記載のプラズマ処理装置であって、前記プラズマ発生機構が、第１の周波数の高周波電力を供給する第１高周波電源と、前記第１の周波数より低い周波数の第２の周波数の高周波電力を供給する第２高周波電源とを具備したことを特徴とする。 The plasma processing apparatus according to claim 4 is the plasma processing apparatus according to claim 3, wherein the plasma generation mechanism is lower than the first high-frequency power source for supplying high-frequency power of a first frequency and the first frequency. And a second high frequency power source for supplying high frequency power having a second frequency.
請求項５のプラズマ処理装置は、請求項１〜４いずれか１項記載のプラズマ処理装置であって、前記基板に、プラズマエッチング処理を施すことを特徴とする。 A plasma processing apparatus according to a fifth aspect is the plasma processing apparatus according to any one of the first to fourth aspects, wherein a plasma etching process is performed on the substrate.
請求項６のプラズマ処理方法は、基板を収容してプラズマ処理する処理チャンバーと、前記処理チャンバー内に所定のガスを供給するガス供給機構と、前記処理チャンバー内から排気する排気機構と、前記ガス供給機構によって前記処理チャンバー内に供給されたガスをプラズマ化するプラズマ発生機構と、前記処理チャンバーの周囲を囲むように配置され、回転可能とされたダイポールリング磁石とを具備し、前記ダイポールリング磁石は、上下に分割されて設けられた上側ダイポールリング磁石と、この上側ダイポールリング磁石の下側に配置された下側ダイポールリング磁石を有し、前記上側ダイポールリング磁石の磁極の方向と前記下側ダイポールリング磁石の磁極の方向を、所望角度ずらした位置に設定可能とされているプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、前記上側ダイポールリング磁石の磁極の方向と前記下側ダイポールリング磁石の磁極の方向を、所定角度ずらした位置に設定することによって、前記基板のプラズマ処理の状態を制御することを特徴とする。 The plasma processing method according to claim 6 includes a processing chamber for accommodating a substrate and performing plasma processing, a gas supply mechanism for supplying a predetermined gas into the processing chamber, an exhaust mechanism for exhausting from the processing chamber, and the gas A plasma generating mechanism that converts the gas supplied into the processing chamber into a plasma by a supply mechanism; and a dipole ring magnet that is disposed so as to surround the processing chamber and is rotatable. Has an upper dipole ring magnet that is divided into upper and lower parts, and a lower dipole ring magnet disposed below the upper dipole ring magnet, and the magnetic pole direction and the lower side of the upper dipole ring magnet Plasma that can set the magnetic pole direction of the dipole ring magnet to a position shifted by a desired angle A plasma processing method using a processing apparatus, wherein the substrate is plasma-treated by setting the magnetic pole direction of the upper dipole ring magnet and the magnetic pole direction of the lower dipole ring magnet to a position shifted by a predetermined angle. The state is controlled.
請求項７のプラズマ処理方法は、請求項６記載のプラズマ処理方法であって、前記上側ダイポールリング磁石の磁極の方向と前記下側ダイポールリング磁石の磁極の方向を、所望角度ずらした位置に設定した状態で、前記上側ダイポールリング磁石と前記下側ダイポールリング磁石を同一の方向に同一の速度で回転させることを特徴とする。 The plasma processing method according to claim 7 is the plasma processing method according to claim 6, wherein the direction of the magnetic pole of the upper dipole ring magnet and the direction of the magnetic pole of the lower dipole ring magnet are set at positions shifted by a desired angle. In this state, the upper dipole ring magnet and the lower dipole ring magnet are rotated in the same direction at the same speed.
請求項８のプラズマ処理方法は、請求項６又は７記載のプラズマ処理方法であって、前記基板に、プラズマエッチング処理を施すことを特徴とする。 A plasma processing method according to an eighth aspect is the plasma processing method according to the sixth or seventh aspect, wherein the substrate is subjected to a plasma etching process.
本発明によれば、プラズマ処理装置の製造コストの増大を招くことなく、従来に比べてプラズマ処理における処理状態の制御の多様化を図るとのできるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a plasma processing apparatus and a plasma processing method capable of diversifying the control of the processing state in the plasma processing as compared with the conventional one without increasing the manufacturing cost of the plasma processing apparatus. it can.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るプラズマ処理装置としてのプラズマエッチング装置の構成を示すものである。プラズマエッチング装置は、気密に構成され、電気的に接地電位とされた処理チャンバー１を有している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration of a plasma etching apparatus as a plasma processing apparatus according to the present embodiment. The plasma etching apparatus has a processing chamber 1 that is airtight and electrically grounded.
この処理チャンバー１は、円筒状とされ、例えば表面に陽極酸化皮膜を形成されたアルミニウム等から構成されている。処理チャンバー１内には、被処理基板である半導体ウエハＷが略水平に載置される載置台２が設けられている。この載置台２は、下部電極を兼ねたものであり、例えばアルミニウム等の導電性材料で構成されており、絶縁板３を介して導体の支持台４に支持されている。また、載置台２上の外周部分には、半導体ウエハＷの周囲を囲むように、環状に形成されたフォーカスリング５が設けられている。 The processing chamber 1 has a cylindrical shape, and is made of, for example, aluminum having an anodized film formed on the surface thereof. In the processing chamber 1, there is provided a mounting table 2 on which a semiconductor wafer W as a substrate to be processed is mounted substantially horizontally. The mounting table 2 also serves as a lower electrode, is made of a conductive material such as aluminum, and is supported on a conductor support 4 via an insulating plate 3. An annular focus ring 5 is provided on the outer peripheral portion of the mounting table 2 so as to surround the periphery of the semiconductor wafer W.
載置台２には、第１マッチングボックス１１ａを介して第１高周波電源１０ａが接続されるとともに、第２マッチングボックス１１ｂを介して第２高周波電源１０ｂが接続されている。第１高周波電源１０ａからは、所定周波数（例えば４０ＭＨｚ）の高周波電力が載置台２に供給されるようになっている。一方、第２高周波電源１０ｂからは、第１高周波電源１０ａより低い所定周波数（例えば３．２ＭＨｚ）の高周波電力が載置台２に供給されるようになっている。 A first high frequency power supply 10a is connected to the mounting table 2 via a first matching box 11a, and a second high frequency power supply 10b is connected via a second matching box 11b. From the first high frequency power supply 10a, high frequency power of a predetermined frequency (for example, 40 MHz) is supplied to the mounting table 2. On the other hand, a high frequency power having a predetermined frequency (for example, 3.2 MHz) lower than that of the first high frequency power supply 10a is supplied to the mounting table 2 from the second high frequency power supply 10b.
一方、載置台２に対向してその上方には、シャワーヘッド１６が載置台２と平行に対向して設けられており、このシャワーヘッド１６は接地電位とされている。したがって、これらのシャワーヘッド１６と載置台２とは、一対の対向電極（上部電極と下部電極）として機能するようになっている。 On the other hand, a shower head 16 is provided so as to face the mounting table 2 and above the mounting table 2 in parallel, and the shower head 16 is set to the ground potential. Therefore, the shower head 16 and the mounting table 2 function as a pair of counter electrodes (upper electrode and lower electrode).
載置台２の上面には、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を介在させて構成されており、電極６ａには直流電源１２が接続されている。そして電極６ａに直流電源１２から直流電圧が印加されることにより、クーロン力等によって半導体ウエハＷが吸着されるよう構成されている。 An electrostatic chuck 6 for electrostatically attracting the semiconductor wafer W is provided on the upper surface of the mounting table 2. The electrostatic chuck 6 is configured by interposing an electrode 6a between insulators 6b, and a DC power source 12 is connected to the electrode 6a. The semiconductor wafer W is adsorbed by a Coulomb force or the like by applying a DC voltage from the DC power source 12 to the electrode 6a.
載置台２の内部には、図示しない冷媒流路が形成されており、その中に適宜の冷媒を循環させてその温度を制御できるようになっている。また、載置台２には、半導体ウエハＷの裏面側にヘリウムガス等のバックサイドガス（裏面側伝熱ガス）を供給するためのバックサイドガス供給配管３０ａ，３０ｂが形成されており、バックサイドガス供給源３１から半導体ウエハＷの裏面側にバックサイドガスを供給できるようになっている。なお、バックサイドガス供給配管３０ａは半導体ウエハＷの中央部に、バックサイドガス供給配管３０ｂは半導体ウエハＷの周縁部にバックサイドガスを供給するためのものである。このような構成によって、半導体ウエハＷを所定の温度に制御可能となっている。また、フォーカスリング５の外側下方には排気リング１３が設けられている。排気リング１３は支持台４を通して処理チャンバー１と導通している。 A refrigerant flow path (not shown) is formed inside the mounting table 2, and an appropriate refrigerant can be circulated therein to control its temperature. Further, backside gas supply pipes 30 a and 30 b for supplying backside gas (backside heat transfer gas) such as helium gas to the back side of the semiconductor wafer W are formed on the mounting table 2. A backside gas can be supplied from the gas supply source 31 to the back side of the semiconductor wafer W. The backside gas supply pipe 30a is for supplying the backside gas to the central part of the semiconductor wafer W, and the backside gas supply pipe 30b is for supplying the backside gas to the peripheral part of the semiconductor wafer W. With such a configuration, the semiconductor wafer W can be controlled to a predetermined temperature. An exhaust ring 13 is provided below the focus ring 5. The exhaust ring 13 is electrically connected to the processing chamber 1 through the support 4.
処理チャンバー１の天壁部分に、載置台２に対向するように設けられたシャワーヘッド１６には、その下面に多数のガス吐出孔１８が設けられており、かつその上部にガス導入部１６ａが設けられている。そして、その内部には空間１７が形成されている。ガス導入部１６ａにはガス供給配管１５ａが接続されており、このガス供給配管１５ａの他端には、プラズマエッチング用のガス（エッチングガス）等を供給する処理ガス供給系１５が接続されている。 The shower head 16 provided on the top wall portion of the processing chamber 1 so as to face the mounting table 2 is provided with a number of gas discharge holes 18 on the lower surface thereof, and a gas introducing portion 16a is provided on the upper portion thereof. Is provided. And the space 17 is formed in the inside. A gas supply pipe 15a is connected to the gas introduction part 16a, and a processing gas supply system 15 for supplying a plasma etching gas (etching gas) or the like is connected to the other end of the gas supply pipe 15a. .
処理ガス供給系１５から供給されるガスは、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内部の空間１７に至り、ガス吐出孔１８から、半導体ウエハＷに向けて吐出される。 The gas supplied from the processing gas supply system 15 reaches the space 17 inside the shower head 16 via the gas supply pipe 15a and the gas introduction part 16a, and is discharged toward the semiconductor wafer W from the gas discharge hole 18.
処理チャンバー１の下部には、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が接続されている。そして排気系２０に設けられた真空ポンプを作動させることにより処理チャンバー１内を所定の真空度まで減圧することができるようになっている。一方、処理チャンバー１の側壁には、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。 An exhaust port 19 is formed in the lower portion of the processing chamber 1, and an exhaust system 20 is connected to the exhaust port 19. The inside of the processing chamber 1 can be depressurized to a predetermined degree of vacuum by operating a vacuum pump provided in the exhaust system 20. On the other hand, a gate valve 24 that opens and closes the loading / unloading port of the semiconductor wafer W is provided on the side wall of the processing chamber 1.
一方、処理チャンバー１の周囲には、同心状に、ダイポールリング磁石２１が配置されている。このダイポールリング磁石２１は、上側ダイポールリング磁石２１ａと、この上側ダイポールリング磁石２１ａの下側に配置された下側ダイポールリング磁石２１ｂとから構成されており、載置台２とシャワーヘッド１６との間の空間に、ダイポール磁場を形成するようになっている。このダイポールリング磁石２１は、図示しないモータ等の回転手段により回転可能となっている。 On the other hand, a dipole ring magnet 21 is disposed concentrically around the processing chamber 1. The dipole ring magnet 21 is composed of an upper dipole ring magnet 21 a and a lower dipole ring magnet 21 b disposed below the upper dipole ring magnet 21 a, and between the mounting table 2 and the shower head 16. A dipole magnetic field is formed in the space. The dipole ring magnet 21 can be rotated by a rotating means such as a motor (not shown).
上側ダイポールリング磁石２１ａ及び下側ダイポールリング磁石２１ｂは、夫々図２に示すように、複数の円柱状のセグメント磁石２１０を、環状に配列して構成されている。そして、図中各セグメント磁石２１０に付した矢印で示される磁極方向となるように、各セグメント磁石２１０を配列することによって、上側ダイポールリング磁石２１ａ及び下側ダイポールリング磁石２１ｂ全体として中央に矢印で示すように、磁場ベクトルが対向電極面に平行で一方向に向くダイポール磁場が形成されるようになっている。 As shown in FIG. 2, each of the upper dipole ring magnet 21a and the lower dipole ring magnet 21b includes a plurality of columnar segment magnets 210 arranged in an annular shape. Then, by arranging the segment magnets 210 so as to be in the magnetic pole directions indicated by the arrows attached to the segment magnets 210 in the figure, the upper dipole ring magnet 21a and the lower dipole ring magnet 21b as a whole are As shown, a dipole magnetic field having a magnetic field vector parallel to the counter electrode surface and directed in one direction is formed.
本実施形態では、上記のダイポールリング磁石２１の上側ダイポールリング磁石２１ａと下側ダイポールリング磁石２１ｂとが、処理チャンバー１の中心を通る鉛直方向の軸に対する回転方向の位置を任意に設定できるように構成されている。そして、ダイポール磁場の磁場ベクトル（磁極）のそれぞれの方向が同一方向に向いた状態（０°の状態）から３６０°の範囲で、所望の角度ずれた状態、すなわち、上側ダイポールリング磁石２１ａの位相と下側ダイポールリング磁石２１ｂの位相とがずれた状態に設定できるようになっている。なお、上側ダイポールリング磁石２１ａと下側ダイポールリング磁石２１ｂは、回転可能な構成となっているので、特に新たな駆動源等を設けることなく、回転のための駆動源を用いて上記のように上側ダイポールリング磁石２１ａと下側ダイポールリング磁石２１ｂとの位相がずれる構成を実現することができる。したがって、プラズマエッチング装置の製造コストの増大を抑制することができる。 In the present embodiment, the upper dipole ring magnet 21a and the lower dipole ring magnet 21b of the dipole ring magnet 21 can arbitrarily set the rotational position with respect to the vertical axis passing through the center of the processing chamber 1. It is configured. Then, a state in which each direction of the magnetic field vector (magnetic pole) of the dipole magnetic field is in the same direction (0 ° state) is shifted by a desired angle in a range of 360 °, that is, the phase of the upper dipole ring magnet 21a. And the phase of the lower dipole ring magnet 21b can be set to be out of phase. Since the upper dipole ring magnet 21a and the lower dipole ring magnet 21b are configured to be rotatable, as described above using a drive source for rotation without providing a new drive source or the like. A configuration in which the phases of the upper dipole ring magnet 21a and the lower dipole ring magnet 21b are out of phase can be realized. Therefore, an increase in manufacturing cost of the plasma etching apparatus can be suppressed.
上記構成のプラズマエッチング装置は、制御部６０によって、その動作が統括的に制御される。この制御部６０は、ＣＰＵを備えプラズマエッチング装置の各部を制御するプロセスコントローラ６１と、ユーザインターフェース部６２と、記憶部６３とを具備している。 The operation of the plasma etching apparatus having the above configuration is comprehensively controlled by the control unit 60. The control unit 60 includes a process controller 61 that includes a CPU and controls each unit of the plasma etching apparatus, a user interface unit 62, and a storage unit 63.
ユーザインターフェース部６２は、工程管理者がプラズマエッチング装置を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、プラズマエッチング装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成されている。 The user interface unit 62 includes a keyboard that allows a process manager to input commands to manage the plasma etching apparatus, a display that visualizes and displays the operating status of the plasma etching apparatus, and the like.
記憶部６３には、プラズマエッチング装置で実行される各種処理をプロセスコントローラ６１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。そして、必要に応じて、ユーザインターフェース部６２からの指示等にて任意のレシピを記憶部６３から呼び出してプロセスコントローラ６１に実行させることで、プロセスコントローラ６１の制御下で、プラズマエッチング装置での所望の処理が行われる。また、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータで読取り可能なコンピュータ記憶媒体（例えば、ハードディスク、ＣＤ、フレキシブルディスク、半導体メモリ等）などに格納された状態のものを利用したり、或いは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。 The storage unit 63 stores a recipe in which a control program (software) for realizing various processes executed by the plasma etching apparatus under the control of the process controller 61 and processing condition data are stored. Then, if necessary, an arbitrary recipe is called from the storage unit 63 by an instruction from the user interface unit 62 and is executed by the process controller 61, so that a desired process in the plasma etching apparatus is performed under the control of the process controller 61. Is performed. In addition, recipes such as control programs and processing condition data may be stored in a computer-readable computer storage medium (eg, hard disk, CD, flexible disk, semiconductor memory, etc.), or It is also possible to transmit the data from other devices as needed via a dedicated line and use it online.
次に、上記構成のプラズマエッチング装置で、半導体ウエハＷをプラズマエッチングする手順について説明する。まず、ゲートバルブ２４が開かれ、半導体ウエハＷが図示しない搬送ロボット等により、図示しないロードロック室を介して処理チャンバー１内に搬入され、載置台２上に載置される。この後、搬送ロボットを処理チャンバー１外に退避させ、ゲートバルブ２４を閉じる。そして、排気系２０の真空ポンプにより排気ポート１９を介して処理チャンバー１内が排気される。 Next, a procedure for plasma etching the semiconductor wafer W with the plasma etching apparatus having the above configuration will be described. First, the gate valve 24 is opened, and the semiconductor wafer W is loaded into the processing chamber 1 via a load lock chamber (not shown) by a transfer robot (not shown) and placed on the mounting table 2. Thereafter, the transfer robot is retracted out of the processing chamber 1 and the gate valve 24 is closed. Then, the inside of the processing chamber 1 is exhausted through the exhaust port 19 by the vacuum pump of the exhaust system 20.
処理チャンバー１内が所定の真空度になった後、処理チャンバー１内には処理ガス供給系１５から所定のエッチングガスが導入され、処理チャンバー１内が所定の圧力、例えば５．３２Ｐａに保持され、この状態で第１高周波電源１０ａ、第２高周波電源１０ｂから載置台２に、高周波電力が供給される。このとき、直流電源１２から静電チャック６の電極６ａに所定の直流電圧が印加され、半導体ウエハＷはクーロン力等により吸着される。 After the inside of the processing chamber 1 reaches a predetermined degree of vacuum, a predetermined etching gas is introduced into the processing chamber 1 from the processing gas supply system 15 and the inside of the processing chamber 1 is maintained at a predetermined pressure, for example, 5.32 Pa. In this state, high frequency power is supplied to the mounting table 2 from the first high frequency power supply 10a and the second high frequency power supply 10b. At this time, a predetermined DC voltage is applied from the DC power source 12 to the electrode 6a of the electrostatic chuck 6, and the semiconductor wafer W is attracted by Coulomb force or the like.
この場合に、上述のようにして下部電極である載置台２に高周波電力が印加されることにより、上部電極であるシャワーヘッド１６と下部電極である載置台２との間には電界が形成される。一方、上部電極であるシャワーヘッド１６と下部電極である載置台２との間には、ダイポールリング磁石２１により水平磁界が形成されているから、半導体ウエハＷが存在する処理空間には電子のドリフトによりマグネトロン放電が生じ、それによって形成された処理ガスのプラズマにより、半導体ウエハＷに形成された薄膜がエッチング処理される。 In this case, an electric field is formed between the shower head 16 as the upper electrode and the mounting table 2 as the lower electrode by applying high-frequency power to the mounting table 2 as the lower electrode as described above. The On the other hand, since a horizontal magnetic field is formed by the dipole ring magnet 21 between the shower head 16 as the upper electrode and the mounting table 2 as the lower electrode, electron drift occurs in the processing space where the semiconductor wafer W exists. As a result, magnetron discharge is generated, and the thin film formed on the semiconductor wafer W is etched by the plasma of the processing gas formed thereby.
そして、所定のエッチング処理が終了すると、高周波電力の供給及び処理ガスの供給が停止され、上記した手順とは逆の手順で、半導体ウエハＷが処理チャンバー１内から搬出される。 Then, when the predetermined etching process is completed, the supply of high-frequency power and the supply of process gas are stopped, and the semiconductor wafer W is unloaded from the process chamber 1 by a procedure reverse to the procedure described above.
上記のとおり、本実施形態のプラズマエッチング装置では、ダイポールリング磁石２１の上側ダイポールリング磁石２１ａと下側ダイポールリング磁石２１ｂとが、その回転方向の相対位置を任意に設定できるように構成されている。図３は、上側ダイポールリング磁石２１ａと下側ダイポールリング磁石２１ｂの磁場の方向を同一とした場合の磁場強度の分布を濃淡で表わした図であり、図４は、縦軸を磁場強度（Ｇ）及び磁場角度（°）、横軸を中心からの距離として、この場合のＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｘ軸とＹ軸の中間の方向（ＸＹ軸方向）の磁場強度、及びＺ方向の磁場角度（°）を示したものである。 As described above, in the plasma etching apparatus of the present embodiment, the upper dipole ring magnet 21a and the lower dipole ring magnet 21b of the dipole ring magnet 21 are configured so that the relative positions in the rotation direction can be arbitrarily set. . FIG. 3 is a diagram showing the distribution of magnetic field strength in the case where the magnetic field directions of the upper dipole ring magnet 21a and the lower dipole ring magnet 21b are the same, and FIG. 4 shows the magnetic field strength (G ) And magnetic field angle (°), and the horizontal axis is the distance from the center, in this case the X-axis direction, the Y-axis direction, the magnetic field strength in the direction between the X-axis and the Y-axis (the XY-axis direction), and the Z-direction The magnetic field angle (°) is shown.
また、図５，６は、上記の図３，４の状態から、上側ダイポールリング磁石２１ａを、下側ダイポールリング磁石２１ｂに対して、反時計方向に９０°回転させた場合、図７，８は、反時計方向に１３５°回転させた場合、図９，１０は、反時計方向に１８０°回転させた場合を示している。これらの図３〜１０に示されるように、上側ダイポールリング磁石２１ａと下側ダイポールリング磁石２１ｂとを相対的に回転した位置、すなわち位相をずらした状態とすることにより、磁場の強度分布、磁場角度は大きく変化する。このような磁場の状態の変化によって、半導体ウエハＷにおけるプラズマエッチングの処理状態を制御することができる。 FIGS. 5 and 6 show the case where the upper dipole ring magnet 21a is rotated 90 ° counterclockwise with respect to the lower dipole ring magnet 21b from the state of FIGS. Fig. 9 and Fig. 10 show a case where the lens is rotated by 135 ° counterclockwise, and Figs. As shown in FIGS. 3 to 10, by setting the upper dipole ring magnet 21a and the lower dipole ring magnet 21b to a relatively rotated position, that is, in a phase shifted state, the magnetic field strength distribution, the magnetic field The angle changes greatly. The processing state of plasma etching in the semiconductor wafer W can be controlled by such a change in the state of the magnetic field.
図１１（ａ）〜（ｅ）は、上記の上側ダイポールリング磁石２１ａと下側ダイポールリング磁石２１ｂとの回転角度を０°（ａ）、４５°（ｂ）、９０°（ｃ）、１３５°（ｄ）、１８０°（ｅ）として、実際にシリコン酸化膜のプラズマエッチングを行った場合のエッチングレートの分布を測定した結果を、縦軸をエッチングレート（ｎｍ／ｍｉｎ）、横軸を半導体ウエハ中心からの距離（ｍｍ）としたグラフに示したものである。プラズマエッチングの条件は、
エッチングガス：Ｃ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２＝２０／１００／４００／１０ｓｃｃｍ
圧力：５．３２Ｐａ（４０ｍＴｏｒｒ）
高周波電力：１３．５６ＭＨｚ＝４０００Ｗ
温度：上部／側壁部／下部＝６０／６０／１０℃
裏面側冷却ガス圧：中央部／周辺部＝１３３０／６６５０Ｐａ（１０／５０Ｔｏｒｒ）
時間：１分
である。なお、このデータ取得に用いたエッチング装置としては、下部電極２に１つの高周波電力を印加するタイプの装置を使用した。
11A to 11E show the rotation angles of the upper dipole ring magnet 21a and the lower dipole ring magnet 21b as 0 ° (a), 45 ° (b), 90 ° (c), and 135 °. (D) At 180 ° (e), the distribution of the etching rate when the plasma etching of the silicon oxide film was actually performed was measured. The vertical axis represents the etching rate (nm / min), and the horizontal axis represents the semiconductor wafer. This is shown in the graph with the distance (mm) from the center. Plasma etching conditions are
Etching gas: C 4 F 8 / CO / Ar / O 2 = 20/100/400/10 sccm
Pressure: 5.32 Pa (40 mTorr)
High frequency power: 13.56MHz = 4000W
Temperature: upper part / side wall part / lower part = 60/60/10 ° C.
Back surface side cooling gas pressure: center part / peripheral part = 1330/6650 Pa (10/50 Torr)
Time: 1 minute. As an etching apparatus used for this data acquisition, an apparatus of a type that applies one high frequency power to the lower electrode 2 was used.
図１１に示されるとおり、回転角度が０°（ａ）の場合、半導体ウエハＷの全体に亘って略均一なエッチングレートである。そして、回転角度が４５°（ｂ）の場合、半導体ウエハＷの周縁部のエッチングレートが若干上がり、回転角度が９０°（ｃ）、１３５°（ｄ）となると、半導体ウエハＷの周縁部のエッチングレートが次第に下がる。また、回転角度が１８０°（ｅ）になると、一旦下がった半導体ウエハＷの周縁部のエッチングレートが若干上がっている。なお、これらのプラズマエッチングでは、上側ダイポールリング磁石２１ａと下側ダイポールリング磁石２１ｂとを上記の回転角度ずらした状態で、同一の速度で回転させている。したがって、上記の相対的な回転角度を維持した状態で、上側ダイポールリング磁石２１ａ及び下側ダイポールリング磁石２１ｂが一定速度で回転することになる。 As shown in FIG. 11, when the rotation angle is 0 ° (a), the etching rate is substantially uniform over the entire semiconductor wafer W. When the rotation angle is 45 ° (b), the etching rate of the peripheral portion of the semiconductor wafer W is slightly increased, and when the rotation angle is 90 ° (c) and 135 ° (d), the peripheral portion of the semiconductor wafer W is The etching rate gradually decreases. Further, when the rotation angle becomes 180 ° (e), the etching rate of the peripheral portion of the semiconductor wafer W once lowered slightly increases. In these plasma etchings, the upper dipole ring magnet 21a and the lower dipole ring magnet 21b are rotated at the same speed with the rotation angle shifted as described above. Therefore, the upper dipole ring magnet 21a and the lower dipole ring magnet 21b rotate at a constant speed while maintaining the above relative rotation angle.
上記のように、上側ダイポールリング磁石２１ａと下側ダイポールリング磁石２１ｂとの相対的な回転角度（位相）を変えることによって、半導体ウエハＷの面内におけるプラズマエッチングの処理状態を制御することができる。 As described above, by changing the relative rotation angle (phase) between the upper dipole ring magnet 21a and the lower dipole ring magnet 21b, it is possible to control the processing state of plasma etching in the plane of the semiconductor wafer W. .
図１２（ａ）〜（ｉ）は、図１１の場合と同様に、上記の上側ダイポールリング磁石２１ａと下側ダイポールリング磁石２１ｂとの回転角度を０°（ａ）、２２．５°（ｂ）、４５°（ｃ）、６７．５°（ｄ）、９０°（ｅ）、１１２．５°（ｆ）、１３５°（ｇ）、１５７．５°（ｈ）、１８０°（ｉ）として、実際にシリコン酸化膜のプラズマエッチングを行った場合のエッチングレートの分布を測定した結果を、縦軸をエッチングレート（ｎｍ／ｍｉｎ）、横軸を半導体ウエハ中心からの距離（ｍｍ）としたグラフに示したものである。プラズマエッチングの条件は、
エッチングガス：ＨＢｒ／ＮＦ３／Ｏ２＝３００／３２／４００／１８ｓｃｃｍ
圧力：２６．６Ｐａ（２００ｍＴｏｒｒ）
高周波電力：４０ＭＨｚ／３．２ＭＨｚ＝９００Ｗ／２１００Ｗ
温度：上部／側壁部／下部＝８０／７０／８０℃
裏面側冷却ガス圧：中央部／周辺部＝２０００／２０００Ｐａ（１５／１５Ｔｏｒｒ）
時間：２分
である。
12 (a) to 12 (i), the rotation angle between the upper dipole ring magnet 21a and the lower dipole ring magnet 21b is 0 ° (a), 22.5 ° (b ), 45 ° (c), 67.5 ° (d), 90 ° (e), 112.5 ° (f), 135 ° (g), 157.5 ° (h), 180 ° (i) The graph shows the results of measuring the distribution of the etching rate when the silicon oxide film was actually etched, with the vertical axis representing the etching rate (nm / min) and the horizontal axis representing the distance from the semiconductor wafer center (mm). It is shown in. Plasma etching conditions are
Etching gas: HBr / NF 3 / O 2 = 300/32/400/18 sccm
Pressure: 26.6 Pa (200 mTorr)
High frequency power: 40MHz / 3.2MHz = 900W / 2100W
Temperature: upper part / side wall part / lower part = 80/70/80 ° C.
Back side cooling gas pressure: center / periphery = 2000/2000 Pa (15/15 Torr)
Time: 2 minutes.
図１２（ａ）〜（ｉ）に示す結果では、回転角度が０°（ａ）の場合よりも、回転角度が４５°（ｃ）〜６７．５°（ｄ）とした場合の方が、エッチングレートが均一になっており、エッチングレートも高くなっている。このように、上側ダイポールリング磁石２１ａと下側ダイポールリング磁石２１ｂとの相対的な回転角度（位相）を変えることによって、半導体ウエハＷの面内におけるプラズマエッチングの処理状態を制御することができる。 In the results shown in FIGS. 12A to 12I, when the rotation angle is 45 ° (c) to 67.5 ° (d), rather than when the rotation angle is 0 ° (a), The etching rate is uniform and the etching rate is also high. Thus, the plasma etching process state in the plane of the semiconductor wafer W can be controlled by changing the relative rotation angle (phase) of the upper dipole ring magnet 21a and the lower dipole ring magnet 21b.
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、各種の変形が可能である。例えば、プラズマエッチング装置は、図に示した平行平板型の下部２周波印加型に限らず、例えば、上部電極と下部電極に夫々高周波を印加するタイプの装置や、下部電極に１周波の高周波電力を印加するタイプ等、各種のプラズマエッチング装置やその他のプラズマ処理装置にも適用することができる。 In addition, this invention is not limited to said embodiment, Various deformation | transformation are possible. For example, the plasma etching apparatus is not limited to the parallel plate type lower two-frequency application type shown in the figure, but is, for example, an apparatus of a type that applies a high frequency to the upper electrode and the lower electrode, or a high frequency power of one frequency to the lower electrode. The present invention can also be applied to various plasma etching apparatuses such as a type that applies sapphire and other plasma processing apparatuses.
１……処理チャンバー、２……載置台、１０ａ……第１高周波電源、１０ｂ……第２高周波電源、１５……処理ガス供給系、１６……シャワーヘッド、２１……ダイポールリング磁石、２１ａ……上側ダイポールリング磁石、２１ｂ……下側ダイポールリング磁石、Ｗ……半導体ウエハ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Processing chamber, 2 ... Mounting stage, 10a ... 1st high frequency power supply, 10b ... 2nd high frequency power supply, 15 ... Processing gas supply system, 16 ... Shower head, 21 ... Dipole ring magnet, 21a ... upper dipole ring magnet, 21b ... lower dipole ring magnet, W ... semiconductor wafer.
Claims (8)
前記処理チャンバー内に所定のガスを供給するガス供給機構と、
前記処理チャンバー内から排気する排気機構と、
前記ガス供給機構によって前記処理チャンバー内に供給されたガスをプラズマ化するプラズマ発生機構と、
前記処理チャンバーの周囲を囲むように配置され、回転可能とされたダイポールリング磁石を具備したプラズマ処理装置であって、
前記ダイポールリング磁石は、上下に分割されて設けられた上側ダイポールリング磁石と、この上側ダイポールリング磁石の下側に配置された下側ダイポールリング磁石を具備し、前記上側ダイポールリング磁石の磁極の方向と前記下側ダイポールリング磁石の磁極の方向を、所望角度ずらした位置に設定可能とされていることを特徴とするプラズマ処理装置。 A processing chamber for accommodating a substrate and plasma processing;
A gas supply mechanism for supplying a predetermined gas into the processing chamber;
An exhaust mechanism for exhausting from inside the processing chamber;
A plasma generation mechanism that converts the gas supplied into the processing chamber by the gas supply mechanism into plasma;
A plasma processing apparatus including a dipole ring magnet disposed so as to surround the processing chamber and capable of rotating;
The dipole ring magnet includes an upper dipole ring magnet that is divided into upper and lower parts, and a lower dipole ring magnet disposed below the upper dipole ring magnet, and the direction of the magnetic pole of the upper dipole ring magnet The plasma processing apparatus is characterized in that the direction of the magnetic pole of the lower dipole ring magnet can be set at a position shifted by a desired angle.
前記上側ダイポールリング磁石の磁極の方向と前記下側ダイポールリング磁石の磁極の方向を、所望角度ずらした位置に設定した状態で、前記上側ダイポールリング磁石と前記下側ダイポールリング磁石を同一の方向に同一の速度で回転させるよう構成されたことを特徴とするプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 1,
With the direction of the magnetic pole of the upper dipole ring magnet and the direction of the magnetic pole of the lower dipole ring magnet set at a position shifted by a desired angle, the upper dipole ring magnet and the lower dipole ring magnet are in the same direction. A plasma processing apparatus configured to rotate at the same speed.
前記プラズマ発生機構が、前記処理チャンバー内に配置され、互いに対向する上部電極と下部電極と、前記上部電極と前記下部電極との間に高周波電力を印加する高周波電源とを具備したことを特徴とするプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 1 or 2,
The plasma generation mechanism includes an upper electrode and a lower electrode that are disposed in the processing chamber and face each other, and a high-frequency power source that applies high-frequency power between the upper electrode and the lower electrode. Plasma processing equipment.
前記プラズマ発生機構が、第１の周波数の高周波電力を供給する第１高周波電源と、前記第１の周波数より低い周波数の第２の周波数の高周波電力を供給する第２高周波電源とを具備したことを特徴とするプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 3,
The plasma generation mechanism includes a first high-frequency power source that supplies high-frequency power of a first frequency, and a second high-frequency power source that supplies high-frequency power of a second frequency lower than the first frequency. A plasma processing apparatus.
前記基板に、プラズマエッチング処理を施すことを特徴とするプラズマ処理装置。 A plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 4,
A plasma processing apparatus, wherein a plasma etching process is performed on the substrate.
前記処理チャンバー内に所定のガスを供給するガス供給機構と、
前記処理チャンバー内から排気する排気機構と、
前記ガス供給機構によって前記処理チャンバー内に供給されたガスをプラズマ化するプラズマ発生機構と、
前記処理チャンバーの周囲を囲むように配置され、回転可能とされたダイポールリング磁石とを具備し、
前記ダイポールリング磁石は、上下に分割されて設けられた上側ダイポールリング磁石と、この上側ダイポールリング磁石の下側に配置された下側ダイポールリング磁石を有し、前記上側ダイポールリング磁石の磁極の方向と前記下側ダイポールリング磁石の磁極の方向を、所望角度ずらした位置に設定可能とされているプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、
前記上側ダイポールリング磁石の磁極の方向と前記下側ダイポールリング磁石の磁極の方向を、所定角度ずらした位置に設定することによって、前記基板のプラズマ処理の状態を制御することを特徴とするプラズマ処理方法。 A processing chamber for accommodating a substrate and plasma processing;
A gas supply mechanism for supplying a predetermined gas into the processing chamber;
An exhaust mechanism for exhausting from inside the processing chamber;
A plasma generation mechanism that converts the gas supplied into the processing chamber by the gas supply mechanism into plasma;
A dipole ring magnet disposed around the processing chamber and rotatable.
The dipole ring magnet has an upper dipole ring magnet that is divided into upper and lower parts, and a lower dipole ring magnet that is disposed below the upper dipole ring magnet, and the direction of the magnetic pole of the upper dipole ring magnet And a plasma processing method using a plasma processing apparatus capable of setting the magnetic pole direction of the lower dipole ring magnet to a position shifted by a desired angle,
The plasma processing state of the substrate is controlled by setting the magnetic pole direction of the upper dipole ring magnet and the magnetic pole direction of the lower dipole ring magnet to a position shifted by a predetermined angle. Method.
前記上側ダイポールリング磁石の磁極の方向と前記下側ダイポールリング磁石の磁極の方向を、所望角度ずらした位置に設定した状態で、前記上側ダイポールリング磁石と前記下側ダイポールリング磁石を同一の方向に同一の速度で回転させることを特徴とするプラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 6,
With the direction of the magnetic pole of the upper dipole ring magnet and the direction of the magnetic pole of the lower dipole ring magnet set at a position shifted by a desired angle, the upper dipole ring magnet and the lower dipole ring magnet are in the same direction. A plasma processing method characterized by rotating at the same speed.
前記基板に、プラズマ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。 The plasma processing method according to claim 6 or 7,
A plasma processing method, wherein plasma etching is performed on the substrate.
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