JP2013115268A - Plasma processing equipment - Google Patents

Plasma processing equipment Download PDF

Info

Publication number
JP2013115268A
JP2013115268A JP2011260752A JP2011260752A JP2013115268A JP 2013115268 A JP2013115268 A JP 2013115268A JP 2011260752 A JP2011260752 A JP 2011260752A JP 2011260752 A JP2011260752 A JP 2011260752A JP 2013115268 A JP2013115268 A JP 2013115268A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
temperature
plasma
shower plate
processing
vacuum
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2011260752A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasushi Sonoda
靖 園田
Masahiro Sumiya
誠浩 角屋
Shigeru Shirayone
茂 白米
Masatoshi Kawakami
雅敏 川上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi High Tech Corp
Original Assignee
Hitachi High Technologies Corp
Hitachi High Tech Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi High Technologies Corp, Hitachi High Tech Corp filed Critical Hitachi High Technologies Corp
Priority to JP2011260752A priority Critical patent/JP2013115268A/en
Publication of JP2013115268A publication Critical patent/JP2013115268A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To control a temperature of a dielectric window installed above a shower plate to suppress a variation in temperature of the shower plate to enable seasoning using plasma heating for a fixed time.SOLUTION: Plasma processing equipment includes: a vacuum vessel to which a processing gas is supplied through a gap formed between a shower plate and a dielectric window, and through the open holes; a plasma generation device for supplying high frequency energy to the vacuum vessel to generate plasma by interaction with a magnetic field; and a control device for controlling the inside of the vacuum vessel to a target temperature range. The control device, when plasma processing is started in a processing stop period, performs control for generating the plasma for a fixed time shorter than a time required to increase a temperature of the shower plate from a center Tb to an upper limit Td in a control region, to heat the dielectric window and the shower plate to the target temperature control range set by the control device.

Description

本発明は、プラズマ処理装置に係り、特に、処理ガスを分散して供給するシャワープレートを備えたプラズマ処理装置に関する。   The present invention relates to a plasma processing apparatus, and more particularly, to a plasma processing apparatus provided with a shower plate that distributes and supplies a processing gas.

プラズマ処理装置では、試料の処理性能を安定化させるため、試料の処理前に処理室内にArなどのガスを供給してプラズマを所定時間生成する、いわゆるシーズニング(エージング処理)が行われる。この処理では、処理室の壁面をプラズマにより加熱し、処理室の内壁の温度を所定の値としている。
シーズニング処理は、内壁温度が所定値になった時点で終了することが望ましい。このため、この終了のタイミングを検出し、設定することが従来より考えられてきた。例えば、特許文献1には、処理室内壁の温度を直接測定する手段を持たない装置の場合において、装置内壁温度と相関の高いプラズマの発光スペクトルを利用して装置内壁温度を推定し、推定した温度をもとに、シーズニングの終点を検出することが示されている。
In the plasma processing apparatus, in order to stabilize the processing performance of the sample, so-called seasoning (aging process) is performed in which a gas such as Ar is supplied into the processing chamber and plasma is generated for a predetermined time before the processing of the sample. In this processing, the wall surface of the processing chamber is heated by plasma, and the temperature of the inner wall of the processing chamber is set to a predetermined value.
The seasoning process is preferably terminated when the inner wall temperature reaches a predetermined value. For this reason, it has been conventionally considered to detect and set the end timing. For example, in Patent Document 1, in the case of an apparatus that does not have a means for directly measuring the temperature of the processing chamber inner wall, the inner wall temperature of the apparatus is estimated by using a plasma emission spectrum having a high correlation with the inner wall temperature of the apparatus. It is shown that the end point of seasoning is detected based on temperature.

特開2010−219198号公報JP 2010-219198 A

前記処理室内壁のうち、処理室内にガスを供給するために多数の穴を設けたシャワープレートの温度は、シャワープレートが真空中に置かれているため、正確に測定することは困難である。   Of the processing chamber walls, the temperature of the shower plate provided with a number of holes for supplying gas into the processing chamber is difficult to measure accurately because the shower plate is placed in a vacuum.

また、前記従来技術は、処理室内壁にSiが使われていると仮定し、プラズマ中のFと処理室内壁のSiとの反応が、内壁温度に依存することを利用し、生成されたプラズマ中のSiFの発光スペクトル量をもとに内壁温度を推定している。しかしながら、プラズマを用いて装置内壁を加熱する場合、装置内壁温度と相関が高い発光量が安定して得られるとは限らない。   Further, the above prior art assumes that Si is used for the inner wall of the processing chamber, and uses the fact that the reaction between F in the plasma and Si of the inner wall of the processing chamber depends on the temperature of the inner wall. The inner wall temperature is estimated on the basis of the emission spectrum amount of SiF. However, when the inner wall of the apparatus is heated using plasma, a light emission amount having a high correlation with the inner wall temperature of the apparatus is not always stably obtained.

例えば、シャワープレートがイットリア製の場合には、前記発光スペクトルを得ることはできない。このため、シーズニングの終点を検出することはできない。また、前記発光が得られたとしても、発光量は経時変化する。このため、シーズニングの終点を正しく推定することは困難である。   For example, when the shower plate is made of yttria, the emission spectrum cannot be obtained. For this reason, the end point of seasoning cannot be detected. Even if the light emission is obtained, the light emission amount changes with time. For this reason, it is difficult to correctly estimate the end point of seasoning.

本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたもので、シーズニング終了後のウエハ処理開始時におけるシャワープレートの温度を安定して調整することのできるプラズマ処理装置を提供するものである。   The present invention has been made in view of these problems, and provides a plasma processing apparatus capable of stably adjusting the temperature of a shower plate at the start of wafer processing after the end of seasoning.

本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。   In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.

誘電体窓および複数の貫通孔が形成されたシャワープレートを有し、前記シャワープレートと誘電体窓間に形成された空隙および前記貫通孔を介して処理ガスが供給される真空容器と、前記真空容器内に試料を載置して保持する載置電極と、前記載置電極に高周波バイアス電圧を供給する高周波バイアス電源と、前記真空処理容器内を排気する排気装置と、前記真空処理容器内に磁界を形成する電磁コイルと、前記真空処理容器に高周波エネルギーを供給して、前記磁界との相互作用によりプラズマを生成するプラズマ生成装置と、真空容器内を目標温度範囲に制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、処理停止期間中においてプラズマ処理を開始するに際して、予め定めた、シャワープレートを、ウエハ毎の断続するプラズマ処理により実現される温度である温度制御範囲の中央温度Tbから、連続するプラズマ処理により実現される温度である温度制御範囲の上限温度Tdまで昇温するに要する時間よりも短い固定時間、プラズマを生成して前記誘電体窓およびシャワープレートを前記制御装置による目標温度制御範囲まで加熱する。
A vacuum container having a dielectric plate and a shower plate in which a plurality of through holes are formed, a gap formed between the shower plate and the dielectric window, and a processing gas supplied through the through holes, and the vacuum A mounting electrode for mounting and holding a sample in the container; a high-frequency bias power source for supplying a high-frequency bias voltage to the mounting electrode; an exhaust device for exhausting the vacuum processing container; and the vacuum processing container An electromagnetic coil for forming a magnetic field; a plasma generator for supplying high-frequency energy to the vacuum processing vessel to generate plasma by interaction with the magnetic field; and a control device for controlling the inside of the vacuum vessel to a target temperature range ,
When the plasma processing is started during the processing stop period, the control device continues the predetermined shower plate from the central temperature Tb of the temperature control range that is a temperature realized by intermittent plasma processing for each wafer. A target temperature control range by the control device by generating plasma and fixing the dielectric window and the shower plate for a fixed time shorter than the time required to raise the temperature to the upper limit temperature Td of the temperature control range, which is a temperature realized by plasma processing. Until heated.

本発明は、以上の構成を備えるため、シーズニング終了後のウエハ処理開始時におけるシャワープレートの温度を安定して調整することができる。   Since the present invention has the above-described configuration, it is possible to stably adjust the temperature of the shower plate at the start of wafer processing after the end of seasoning.

本発明の実施形態に係るプラズマ装置の構成の概略を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the outline of a structure of the plasma apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図1に示すプラズマ処理装置のシーズニング時におけるシャワープレートの温度変化を示す図である。It is a figure which shows the temperature change of the shower plate at the time of seasoning of the plasma processing apparatus shown in FIG. TaとTbの差ΔT=Tb−Taに対してt1/t2がどのよう変化するかを示す特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing how t1 / t2 changes with respect to a difference ΔT = Tb−Ta between Ta and Tb. プラズマエッチング処理方法を説明する図である。It is a figure explaining a plasma etching processing method.

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施形態に係るプラズマ装置の構成の概略を示す縦断面図である。図に示すように、上部が開放された真空容器101の上部に、真空容器101内にエッチングガスを導入するためのシャワープレート102(例えば、石英製またはイットリア製)、誘電体窓103(例えば、石英製)を設置し、密封することにより処理室104が形成される。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an outline of a configuration of a plasma apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, a shower plate 102 (for example, made of quartz or yttria) for introducing an etching gas into the vacuum container 101, a dielectric window 103 (for example, for example) The processing chamber 104 is formed by installing and sealing (made of quartz).

真空容器101の外部にはヒータ122が設置され、該ヒータにはヒータ制御器123に接続されている。真空容器101には温度センサ124が設置され、センサ124の信号はヒータ制御器123に伝送され、制御器123は真空容器101内壁が任意の温度になるようにヒータ122を制御する。   A heater 122 is installed outside the vacuum vessel 101, and the heater is connected to a heater controller 123. A temperature sensor 124 is installed in the vacuum vessel 101, and a signal from the sensor 124 is transmitted to the heater controller 123. The controller 123 controls the heater 122 so that the inner wall of the vacuum vessel 101 reaches an arbitrary temperature.

シャワープレート102にはエッチングガスを流すためのガス供給装置105が接続される。また、真空容器101には真空排気口106を介し真空排気装置(図示省略)が接続されている。   A gas supply device 105 for flowing an etching gas is connected to the shower plate 102. In addition, a vacuum exhaust device (not shown) is connected to the vacuum vessel 101 via a vacuum exhaust port 106.

プラズマを生成するための電力を処理室104に放射するため、誘電体窓103の上方には導波管107(またはアンテナ)が設けられる。なお、前記導波管107には電磁波発生用電源109で生成された電磁波が供給される。   In order to radiate electric power for generating plasma into the processing chamber 104, a waveguide 107 (or an antenna) is provided above the dielectric window 103. The waveguide 107 is supplied with an electromagnetic wave generated by an electromagnetic wave generating power source 109.

電磁波の周波数は特に限定されないが、本実施形態では2.45GHzのマイクロ波を使用する。処理室104の外周部には、磁場を形成する磁場発生コイル110が設けてあり、電磁波発生用電源109で生成された電力は、前記形成された磁場との相互作用により、処理室104内にプラズマを生成する。   The frequency of the electromagnetic wave is not particularly limited, but in the present embodiment, a microwave of 2.45 GHz is used. A magnetic field generating coil 110 that forms a magnetic field is provided on the outer periphery of the processing chamber 104, and the electric power generated by the electromagnetic wave generation power source 109 is generated in the processing chamber 104 due to the interaction with the formed magnetic field. Generate plasma.

また、シャワープレート102に対向して真空容器101の下部にはウエハ載置用電極111が設けられる。ウエハ載置用電極111は電極表面が溶射膜(図示省略)で被覆されており、高周波フィルタ115を介して直流電源116が接続されている。さらに、ウエハ載置用電源111には、マッチング回路113を介して高周波電源114が接続される。また、ウエハ載置用電極111は、冷媒用流路117を有し、該冷媒流路は温調器118に接続されている。また、ウエハ載置電極は、ヒータ119を有し、該ヒータはヒータ制御器120に接続されている。またウエハ載置用電極111には温度センサ121が設置され、その信号はヒータ制御器120に伝送され、ウエハ112温度を所望の温度になるように制御する。なお、温度制御は、ヒータ119出力および冷媒の温度を制御する温調器118の設定温度を制御することにより行われる。   In addition, a wafer mounting electrode 111 is provided below the vacuum vessel 101 so as to face the shower plate 102. The wafer mounting electrode 111 has an electrode surface covered with a sprayed film (not shown), and a DC power supply 116 is connected through a high frequency filter 115. Further, a high frequency power supply 114 is connected to the wafer mounting power supply 111 via a matching circuit 113. The wafer mounting electrode 111 has a coolant channel 117, and the coolant channel is connected to a temperature controller 118. The wafer mounting electrode has a heater 119, and the heater is connected to the heater controller 120. Further, a temperature sensor 121 is installed on the wafer mounting electrode 111, and the signal is transmitted to the heater controller 120 to control the temperature of the wafer 112 to a desired temperature. The temperature control is performed by controlling the set temperature of the temperature adjuster 118 that controls the output of the heater 119 and the temperature of the refrigerant.

処理室104内に搬送されたウエハ112は、直流電源116から印加される直流電圧のによる静電気力でウエハ載置用電極111上に吸着されて温度調節される。ガス供給装置105により所望のエッチングガスを供給した後、真空容器101内を所定の圧力とし、処理室104内にプラズマを発生させる。この状態でウエハ載置用電極111に接続された高周波電源114から高周波電力を印加することにより、プラズマ中のイオンをウエハに引き込み、ウエハ112をエッチング処理することができる。   The wafer 112 transferred into the processing chamber 104 is adsorbed onto the wafer mounting electrode 111 by the electrostatic force generated by the DC voltage applied from the DC power supply 116 and the temperature is adjusted. After supplying a desired etching gas by the gas supply device 105, the inside of the vacuum chamber 101 is set to a predetermined pressure, and plasma is generated in the processing chamber 104. By applying high frequency power from a high frequency power supply 114 connected to the wafer mounting electrode 111 in this state, ions in the plasma can be drawn into the wafer and the wafer 112 can be etched.

また、誘電体窓103の温度制御を行うため、誘電体窓103上部の導波管107内にに常温のドライエアを導入するガスライン(図示省略)が設けられ、また、前記ドライエアを加熱する温風ヒータ126、および誘電体窓103の温度をモニタする温度モニタが設けられる。   In addition, in order to control the temperature of the dielectric window 103, a gas line (not shown) for introducing dry air at room temperature is provided in the waveguide 107 above the dielectric window 103, and the temperature for heating the dry air is also provided. A temperature monitor for monitoring the temperature of the wind heater 126 and the dielectric window 103 is provided.

温風ヒータ126は温風ヒータ制御器127に接続され、温風ヒータ126で加熱されたドライエアはガス導入孔134を通して導波路内に導入される。加熱されたドライエアは誘電体窓103と接触し、誘電体窓103を加熱する。なお、温風ヒータ126で加熱することなくドライエアを常温で導入することにより、誘電窓103を冷却することもでいる。このため、温風ヒータ126をON−OFFすることにより、誘電窓103を加熱または冷却することが可能となっている。また、導入したドライエアを排出するため、電磁波発生用電源109の手前の導波路に導電性のパイプ125を配置し、電磁波発生用電源109の直前にはドライエアが進入しないように誘電体プレート133を設置する。これにより、導入した前記ドライエアをパイプ125を通して導波管の外に排出することができる。   The warm air heater 126 is connected to the warm air heater controller 127, and the dry air heated by the warm air heater 126 is introduced into the waveguide through the gas introduction hole 134. The heated dry air comes into contact with the dielectric window 103 and heats the dielectric window 103. Note that the dielectric window 103 can be cooled by introducing dry air at room temperature without being heated by the hot air heater 126. For this reason, the dielectric window 103 can be heated or cooled by turning the hot air heater 126 on and off. In order to discharge the introduced dry air, a conductive pipe 125 is disposed in the waveguide in front of the electromagnetic wave generating power supply 109, and the dielectric plate 133 is disposed so that the dry air does not enter immediately before the electromagnetic wave generating power supply 109. Install. Thereby, the introduced dry air can be discharged out of the waveguide through the pipe 125.

エッチングチャンバ内の温度に関しては、真空容器101の内壁はヒータ124により制御され、ウエハ載置用電極111は、ヒータ119、温調器118により制御されている。しかし、エッチングチャンバ内の表面積としてもうひとつ大きな面積を占めるシャワープレート102に関しては、積極的な温度制御は行われておらず、その温度はプラズマからの入熱の影響を強く受けていた。   Regarding the temperature in the etching chamber, the inner wall of the vacuum vessel 101 is controlled by a heater 124, and the wafer mounting electrode 111 is controlled by a heater 119 and a temperature controller 118. However, for the shower plate 102, which occupies another area as the surface area in the etching chamber, active temperature control is not performed, and the temperature is strongly influenced by heat input from plasma.

また、シャワープレート102は誘電体窓103の直下に同心に配置された平行円板であり、また、シャワープレート102と誘電体窓103の隙間は、プロセスガスを異常放電を発生させることなく流すために、1mm以下である。このため、形態係数が0.81と大きくなることから、実際にプラズマからの入熱がある場合、輻射による熱伝達で数百W程度の熱のやり取りが行われる。このため、誘電体窓103の温度はシャワープレート102の温度の強い影響を受ける。   The shower plate 102 is a parallel disk concentrically disposed directly below the dielectric window 103, and the gap between the shower plate 102 and the dielectric window 103 allows process gas to flow without causing abnormal discharge. 1 mm or less. For this reason, since the form factor becomes as large as 0.81, when there is actually heat input from plasma, heat exchange of about several hundred W is performed by heat transfer by radiation. For this reason, the temperature of the dielectric window 103 is strongly influenced by the temperature of the shower plate 102.

また300mm径のウエハを処理するプラズマエッチング処理装置の場合、シャワープレートは他の部位と接触している面積が全表面積の1%以下であるため、ほぼ真空断熱された状態となり、特に誘電体窓の温度の影響を強く受ける。   In the case of a plasma etching processing apparatus for processing a wafer having a diameter of 300 mm, the area where the shower plate is in contact with other parts is 1% or less of the total surface area. It is strongly affected by the temperature.

エッチング処理中のシャワープレート102および誘電体窓103の温度は、プラズマからの入熱により、ある飽和温度に到達する。誘電体窓103の温度を制御していない場合、誘電体窓103は大気にさらされているため、誘電体窓103の温度は、処理停止期間中には、前記飽和温度から室温程度まで低下する。処理停止期間中のシャワープレート102の温度も同様である(室温程度まで低下した誘電体窓103との熱伝達により、シャワープレートも誘電体窓103と同程度に低下する)。   The temperatures of the shower plate 102 and the dielectric window 103 during the etching process reach a certain saturation temperature due to heat input from the plasma. When the temperature of the dielectric window 103 is not controlled, since the dielectric window 103 is exposed to the atmosphere, the temperature of the dielectric window 103 decreases from the saturation temperature to about room temperature during the processing stop period. . The temperature of the shower plate 102 during the processing stop period is also the same (the heat transfer with the dielectric window 103 that has decreased to about room temperature causes the shower plate to decrease to the same extent as the dielectric window 103).

なお、誘電体窓103の温度が、例えば処理停止期間中の最低温度よりも50℃高い温度に制御されている場合、処理停止期間のシャワープレート102の温度も50℃程度高い温度に調整される。   When the temperature of the dielectric window 103 is controlled to a temperature that is 50 ° C. higher than the lowest temperature during the processing stop period, for example, the temperature of the shower plate 102 during the processing stop period is also adjusted to a temperature that is about 50 ° C. higher. .

次に、どのようなプラズマ加熱時間であれば、シャワープレート102の温度を測定することなく加熱時間を固定しても、シャワープレートを所定の温度範囲に制御できるかを図2を用いて説明する。   Next, it will be described with reference to FIG. 2 what plasma heating time can be used to control the shower plate within a predetermined temperature range even if the heating time is fixed without measuring the temperature of the shower plate 102. .

図2は、図1に示すプラズマ処理装置を連続してプラズマを発生させて加熱した場合におけるシャワープレート102温度の時間変化を示す図である。プラズマ加熱開始時のシャワープレート102の温度は、長期の処理停止によりTaとなっている。この温度Taは、エッチング処理によるプラズマ加熱のない処理停止期間中にシャワープレート102のとる最低温度(この温度は温風ヒータなどにより維持されている)である。   FIG. 2 is a diagram showing the time change of the temperature of the shower plate 102 when the plasma processing apparatus shown in FIG. 1 is continuously generated and heated. The temperature of the shower plate 102 at the start of plasma heating is Ta due to the long-term processing stop. This temperature Ta is the lowest temperature (this temperature is maintained by a hot air heater or the like) taken by the shower plate 102 during a process stop period without plasma heating by the etching process.

また、処理停止期間中の最高の温度は、エッチング処理を連続して行った場合(ウエハを連続して処理する場合において各枚葉(あるいはロット)のウエハ処理が終了したとき)に到達する各エッチング処理に固有の温度(飽和温度)Tbである。従って、処理停止期間中のシャワープレート102の温度は前記最低Taないし前記飽和温度Tbとなる。なお、エッチング処理期間中、シャワープレート102の温度は、プラズマからの加熱に伴いエッチング処理毎(レシピ毎)に変動するが、Tbを中心として下限Tc、上限Tdの範囲内となるように調整されている。   In addition, the maximum temperature during the processing stop period reaches each time when the etching process is continuously performed (when the wafer processing of each single wafer (or lot) is completed when the wafer is continuously processed). This is a temperature (saturation temperature) Tb specific to the etching process. Therefore, the temperature of the shower plate 102 during the processing stop period is the minimum Ta or the saturation temperature Tb. During the etching process, the temperature of the shower plate 102 fluctuates for each etching process (for each recipe) with the heating from the plasma, but is adjusted to be within the range of the lower limit Tc and the upper limit Td around Tb. ing.

停止状態からエージングのためのプラズマ加熱(連続加熱)を行うと、シャワープレート102の温度は、TaからTcまで上昇する。TaからTcに上昇するに要するプラズマ加熱時間t1は、処理停止期間中にとりうる一番低い温度から温度制御範囲の下限に達するまでに要する時間であり、また、現在のシャワープレート102の温度(Ta以上には温風ヒータより加熱されている)がわからない状態においてプラズマ加熱により温度を制御する場合、必ず加熱しなければならない時間である。すなわち、t1はエージング処理時におけるプラズマ加熱による加熱時間の下限である。   When plasma heating (continuous heating) for aging is performed from the stopped state, the temperature of the shower plate 102 increases from Ta to Tc. The plasma heating time t1 required to increase from Ta to Tc is the time required to reach the lower limit of the temperature control range from the lowest possible temperature during the processing stop period, and the current temperature of the shower plate 102 (Ta The above is the time that must be heated when the temperature is controlled by plasma heating in a state where it is not known). That is, t1 is the lower limit of the heating time by plasma heating during the aging process.

この状態において、さらにプラズマ加熱を続ける(連続加熱する)と、シャワープレート102の温度はTbを通過し、ついにはTdを超える。TbからTdに達するまでに要するプラズマ加熱時間t2は、処理停止期間中にとりうる一番高い温度から温度制御範囲の上限に達するまでの時間である。すなわち、シャワープレート102の温度がわからない場合において、プラズマ加熱(連続加熱)する場合、これ以上、加熱を続けてはならない時間である。このためt2はプラズマ加熱における加熱時間の上限である。   In this state, if the plasma heating is continued (continuous heating), the temperature of the shower plate 102 passes Tb and finally exceeds Td. The plasma heating time t2 required to reach Td from Tb is the time required to reach the upper limit of the temperature control range from the highest temperature that can be taken during the processing stop period. That is, when the temperature of the shower plate 102 is not known, when plasma heating (continuous heating) is performed, it is a time during which heating should not be continued any more. For this reason, t2 is the upper limit of the heating time in plasma heating.

従って、プラズマ加熱時間を固定にするためには、t2 > t1、つまり1 > t1 / t2が満たされなければならない。この条件が満たされていれば、シャワープレート102の温度がTaないしTbの範囲にある際に、固定時間t1だけプラズマ加熱を行うことにより、温度制御範囲の下限より高く、また、温度制御範囲の上限よりも低い温度に設定することができる。つまり、温度制御範囲内にシャワープレート102の温度を設定することができる。   Therefore, in order to fix the plasma heating time, t2> t1, that is, 1> t1 / t2 must be satisfied. If this condition is satisfied, when the temperature of the shower plate 102 is in the range of Ta to Tb, the plasma heating is performed for the fixed time t1, so that it is higher than the lower limit of the temperature control range. The temperature can be set lower than the upper limit. That is, the temperature of the shower plate 102 can be set within the temperature control range.

なお、本発明を、エッチング処理装置に適用する際は、予め、温度計をシャワープレートに取り付けてダミー処理を行い、その際にシャワープレート102の温度変化を測定することによりt1を求め、これをプラズマ加熱の固定時間とするのがよい。   When the present invention is applied to an etching processing apparatus, a dummy process is performed by previously attaching a thermometer to the shower plate, and at that time, the temperature change of the shower plate 102 is measured to obtain t1, and this is calculated. It is preferable to set a fixed time for plasma heating.

次にどのような条件であれば、1 > t1 / t2の条件が満たされるかを、図3を用いて説明する。   Next, under what conditions, the condition of 1> t1 / t2 will be described with reference to FIG.

図3は、TaとTbの差ΔT=Tb−Taに対してt1/t2がどのような変化を示すかを数値シミュレーションにより求めた特性図である。エッチング処理に用いるプラズマの熱出力(レシピ)によりTbが変動するため、Tbが変動した際に固定時間t1で所定の温度までプラズマ加熱が可能かどうか判断しておくことが必要となる。   FIG. 3 is a characteristic diagram obtained by numerical simulation to show how t1 / t2 changes with respect to the difference ΔT = Tb−Ta between Ta and Tb. Since Tb varies depending on the thermal output (recipe) of plasma used for the etching process, it is necessary to determine whether plasma heating is possible up to a predetermined temperature at a fixed time t1 when Tb varies.

数値シミュレーションは、300mm径のウエハを処理するエッチング装置を想定し、誘電体窓103の厚さを大気圧に耐えられる30ないし50mm、シャワープレート102の厚さを10mm、また、シャワープレートと誘電体窓は、それぞれ温度が100℃の時、熱拡散率が7.42×10−7/sとなる直径450mmの石英製のものとし、またプラズマ加熱にはArガスのプラズマを用い、プラズマ加熱の際にArガスをシャワープレート102と誘電体窓103の間の1.0mmの空間に1000Paで充填し、プラズマ加熱によるシャワープレート102のプラズマ側の面への熱流束が1600W/m、また誘電体窓103を80℃一定として制御し、温度制御範囲はTbを中心として±5℃の範囲とした条件で計算した。 The numerical simulation assumes an etching apparatus that processes a wafer having a diameter of 300 mm, the thickness of the dielectric window 103 is 30 to 50 mm capable of withstanding atmospheric pressure, the thickness of the shower plate 102 is 10 mm, and the shower plate and the dielectric The windows are made of quartz having a diameter of 450 mm and a thermal diffusivity of 7.42 × 10 −7 m 2 / s when the temperature is 100 ° C., and Ar gas plasma is used for plasma heating. During heating, Ar gas is filled in a 1.0 mm space between the shower plate 102 and the dielectric window 103 at 1000 Pa, and the heat flux to the plasma side surface of the shower plate 102 by plasma heating is 1600 W / m 2 , The dielectric window 103 is controlled at a constant 80 ° C., and the temperature control range is calculated under the condition of ± 5 ° C. centering on Tb. did.

数値シミュレーションで仮定した、プラズマからシャワープレート102への熱流束1600W/mは次のようにして求めた。すなわち、プラズマ加熱は、イオンフラックスや電子フラックスが、プラズマからイオンシースを通ってシャワープレート102に入射し、プラズマからエネルギーを運ぶことにより起こる。入射するフラックスはボームフラックスΓi[m−2−1]と呼ばれ、菅井秀郎 編著「プラズマエレクトロニクス」オーム社記載のように、電子密度をn[m−3]、電子の電荷をe[C]、電子温度をTe[eV]、イオンの質量をmi[kg]とすると、次の式(1)により計算される。

Figure 2013115268
The heat flux 1600 W / m 2 from the plasma to the shower plate 102 assumed in the numerical simulation was obtained as follows. That is, plasma heating occurs when ion flux or electron flux enters the shower plate 102 from the plasma through the ion sheath and carries energy from the plasma. The incident flux is called the Bohm flux Γi [m −2 s −1 ], and the electron density is n [m −3 ] and the electron charge is e [C] as described in “Plasma Electronics” Ohm, edited by Hideo Sakurai. ], The electron temperature is Te [eV], and the ion mass is mi [kg], which is calculated by the following equation (1).
Figure 2013115268

ボームフラックスにより運ばれるエネルギーP[W/m]は、イオンがイオンシースにより加速されることによるエネルギーεi[J]、電子がイオンシースを通り壁に衝突することより失う平均エネルギー2eTe[J]、一つの電子・イオン対を維持するのに必要なエネルギーεc[J]の3つの和に、ボームフラックスをかけた、次の式(2)となる。

Figure 2013115268
The energy P [W / m 2 ] carried by the bomb flux is energy εi [J] due to acceleration of ions by the ion sheath, and average energy 2eTe [J] lost due to electrons passing through the ion sheath and colliding with the wall. The following equation (2) is obtained by multiplying the three sums of energy εc [J] necessary for maintaining one electron / ion pair by Baume flux.
Figure 2013115268

イオンシースでのイオンへの加速電圧は、シャワープレート102のような誘電体の場合、浮遊電位φF[V]となり、電子の質量をme[kg]とすると、次の式(3)で計算される。

Figure 2013115268
In the case of a dielectric such as the shower plate 102, the accelerating voltage to ions in the ion sheath is a floating potential φF [V], and the electron mass is me [kg]. The
Figure 2013115268

この浮遊電位で、イオンがイオンシースで加速されることによるエネルギーεiは、εi=eφF となる。 At this floating potential, the energy εi due to acceleration of ions by the ion sheath is εi = eφF.

一般的な電子サイクロトロン共鳴プラズマあるいは誘導結合型プラズマを用いたエッチング処理時の放電時の圧力は0.05〜1Paである。その際、プラズマ、電子温度が3〜5eV、電子密度が1016 〜1018−3程度である。 The pressure at the time of discharge in the etching process using general electron cyclotron resonance plasma or inductively coupled plasma is 0.05 to 1 Pa. At that time, plasma, electron temperature is about 3 to 5 eV, and electron density is about 10 16 to 10 18 m −3 .

一つの電子・イオン対を維持するのに必要なエネルギーは、Arガスの場合、電子温度3〜5eVのとき、25〜40eV程度となることが知られている。   In the case of Ar gas, the energy required to maintain one electron / ion pair is known to be about 25 to 40 eV when the electron temperature is 3 to 5 eV.

代表的な場合として、電子温度を3eV、電子密度を1017−3とし、ボームフラックスによってプラズマよりシャワープレート102へ運ばれるエネルギーPを、Arガスの場合について計算すると、1600W/m−2となる。この数値を熱流束と仮定し、数値シミュレーションを行った。 As a typical case, when the electron temperature is 3 eV, the electron density is 10 17 m −3, and the energy P carried from the plasma to the shower plate 102 by the Baume flux is calculated in the case of Ar gas, it is 1600 W / m −2 . Become. A numerical simulation was performed assuming this value as heat flux.

図3より、ΔTが30℃以下の場合に1 > t1 / t2となり、固定時間のプラズマ加熱を用いたシーズニングにより、シャワープレート102の温度を温度制御範囲内とすることができることが分かる。数値シミュレーションで用いた条件を模擬した実験機においては、誘電体窓の温度を、平均的なΔTが25℃となるように温風ヒータ制御器127を設定した。   From FIG. 3, it can be seen that 1> t1 / t2 when ΔT is 30 ° C. or less, and that the temperature of the shower plate 102 can be kept within the temperature control range by seasoning using plasma heating for a fixed time. In the experimental machine simulating the conditions used in the numerical simulation, the hot air heater controller 127 was set so that the average ΔT was 25 ° C. for the temperature of the dielectric window.

また、ΔTが30℃よりも大きい場合は、誘電体窓103の制御温度を上げることにより、処理停止期間中のシャワープレート102の温度低下を抑える。またはシャワープレート102の材料をより熱拡散率の大きい材料、例えばイットリア製とし、ΔTを小さくすればよい。   When ΔT is larger than 30 ° C., the temperature drop of the shower plate 102 during the processing stop period is suppressed by increasing the control temperature of the dielectric window 103. Alternatively, the shower plate 102 may be made of a material having a higher thermal diffusivity, for example, yttria, and ΔT may be reduced.

また、数値シミュレーションにおいては、温度制御範囲はTbより上下に同じ温度幅の範囲としたが、必ずしも同じ幅にする必要はない。例えば、プラズマ加熱によるシーズニングの後に、プラズマを用いたクリーニング処理行い、さらにクリーニング処理後に、エッチング処理を開始する場合は、クリーニング処理によるシャワープレート102の温度の上昇または低下も考慮にいれて、シーズニング後の温度制御範囲を設定すると良い。   In the numerical simulation, the temperature control range is the same temperature range above and below Tb, but it is not always necessary to have the same width. For example, when a cleaning process using plasma is performed after seasoning by plasma heating, and an etching process is started after the cleaning process, an increase or decrease in the temperature of the shower plate 102 due to the cleaning process is also taken into consideration. It is better to set the temperature control range.

次に図4を用いて、本発明のプラズマエッチング処理方法を説明する。   Next, the plasma etching method of the present invention will be described with reference to FIG.

図4は処理休止後にロット単位でのエッチング連続処理を行う場合の誘電体窓103の温度およびシャワープレート102の温度変化を示す図である。また図4では、プラズマ加熱は各ロットのエッチング連続処理前に必ず行う場合を示している。   FIG. 4 is a diagram showing the temperature of the dielectric window 103 and the temperature change of the shower plate 102 when the continuous etching process is performed in lot units after the process is stopped. Further, FIG. 4 shows a case where the plasma heating is always performed before the continuous etching process of each lot.

誘電体窓103は所定の温度範囲内に制御されている。シャワープレート102の温度は、処理休止201の間は温度が下降し、温度制御範囲外にある。次に、設定した固定時間プラズマ加熱202を行い、シャワープレート102を加熱することで、シャワープレート102の温度は温度制御範囲内とすることができる。   The dielectric window 103 is controlled within a predetermined temperature range. The temperature of the shower plate 102 falls outside the temperature control range during the processing pause 201. Next, the temperature of the shower plate 102 can be set within the temperature control range by performing the plasma heating 202 for the set fixed time and heating the shower plate 102.

このため、シャワープレート102の温度は温度制御範囲内にある状態で、1ロット目のエッチング連続処理203を開始することができる。次に、1ロット目のエッチング連続処理203によりシャワープレート102の温度は各エッチング処理固有の飽和温度となる。   For this reason, the etching continuous process 203 of the first lot can be started in a state where the temperature of the shower plate 102 is within the temperature control range. Next, the temperature of the shower plate 102 becomes the saturation temperature specific to each etching process by the etching continuous process 203 of the first lot.

1ロット目のエッチング連続処理203終了後に、設定した固定時間のプラズマ加熱204を行ったとしてもシャワープレート102の温度は温度制御範囲内である。このため、シャワープレート102の温度が温度制御範囲内にある状態で、続けて2ロット目のエッチング処理205を開始することができる。   Even if the plasma heating 204 is performed for the set fixed time after completion of the etching continuous process 203 of the first lot, the temperature of the shower plate 102 is within the temperature control range. For this reason, the etching process 205 of the second lot can be started in a state where the temperature of the shower plate 102 is within the temperature control range.

図4においては、各ロット前に必ず、プラズマ加熱を行うとしているが、エッチング処理装置のスループットを向上させるために、ロット間に、処理停止期間がないとみなせる場合には、ロット間のプラズマ加熱を行わなくても良い。   In FIG. 4, plasma heating is always performed before each lot. However, in order to improve the throughput of the etching processing apparatus, when it is considered that there is no processing stop period between lots, plasma heating between lots is performed. It is not necessary to do.

以上説明したように、本実施形態によれば、シャワープレート上部に設置された誘電体窓の温度を制御することにより、シャワープレートの温度変動を抑制し、さらにエッチング処理前に、シャワープレートの温度変動が抑制されることにより固定時間でのプラズマ加熱によるシーズニングを行うことができる。これにより、ウエハ処理開始時に最適なシャワープレートの温度を得ることができる。   As described above, according to the present embodiment, by controlling the temperature of the dielectric window installed on the upper portion of the shower plate, the temperature fluctuation of the shower plate is suppressed, and the temperature of the shower plate is further reduced before the etching process. By suppressing the fluctuation, seasoning by plasma heating in a fixed time can be performed. This makes it possible to obtain an optimal shower plate temperature at the start of wafer processing.

また、シャワープレートの温度変動が抑制されることから、シャワープレート温度により変動するシャワープレートとプラズマとの相互作用が安定化され、プラズマ処理性能が安定化するという効果がある   Further, since the temperature fluctuation of the shower plate is suppressed, the interaction between the shower plate and the plasma, which fluctuates depending on the shower plate temperature, is stabilized, and the plasma processing performance is stabilized.

101 真空容器
102 シャワープレート
103 誘電体窓
104 処理室
105 ガス供給装置
106 真空排気口
107 導波管
108 空洞共振器
109 電磁波発生用電源
110 磁場発生コイル
111 ウエハ載置用電極
112 ウエハ
113 マッチング回路
114 高周波電源
115 フィルタ
116 静電吸着用直流電源
117 冷媒用流路
118 温調器
119 ヒータ
120 ヒータ制御器
121 温度センサ
122 ヒータ
123 ヒータ制御器
124 温度センサ
125 パイプ
126 温風ヒータ
127 温風ヒータ制御器
128 赤外線計測型温度モニタ
129 誘電体プレート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Vacuum container 102 Shower plate 103 Dielectric window 104 Processing chamber 105 Gas supply apparatus 106 Vacuum exhaust port 107 Waveguide 108 Cavity resonator 109 Electromagnetic wave generation power source 110 Magnetic field generation coil 111 Wafer mounting electrode 112 Wafer 113 Matching circuit 114 High-frequency power supply 115 Filter 116 DC power supply for electrostatic adsorption 117 Flow path for refrigerant 118 Temperature controller 119 Heater 120 Heater controller 121 Temperature sensor 122 Heater 123 Heater controller 124 Temperature sensor 125 Pipe 126 Hot air heater 127 Hot air heater controller 128 Infrared Measurement Type Temperature Monitor 129 Dielectric Plate

Claims (2)

誘電体窓および複数の貫通孔が形成されたシャワープレートを有し、前記シャワープレートと誘電体窓間に形成された空隙および前記貫通孔を介して処理ガスが供給される真空容器と、前記真空容器内に試料を載置して保持する載置電極と、前記載置電極に高周波バイアス電圧を供給する高周波バイアス電源と、前記真空処理容器内を排気する排気装置と、前記真空処理容器内に磁界を形成する電磁コイルと、前記真空処理容器に高周波エネルギーを供給して、前記磁界との相互作用によりプラズマを生成するプラズマ生成装置と、真空容器内を目標温度範囲に制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、処理停止期間中においてプラズマ処理を開始するに際して、予め定めた、シャワープレートを、ウエハ毎の断続するプラズマ処理により実現される温度である温度制御範囲の中央温度Tbから、連続するプラズマ処理により実現される温度である温度制御範囲の上限温度Tdまで昇温するに要する時間よりも短い固定時間、プラズマを生成して前記誘電体窓およびシャワープレートを前記制御装置による目標温度制御範囲まで加熱することを特徴とするプラズマ処理装置。
A vacuum container having a dielectric plate and a shower plate in which a plurality of through holes are formed, a gap formed between the shower plate and the dielectric window, and a processing gas supplied through the through holes, and the vacuum A mounting electrode for mounting and holding a sample in the container; a high-frequency bias power source for supplying a high-frequency bias voltage to the mounting electrode; an exhaust device for exhausting the vacuum processing container; and the vacuum processing container An electromagnetic coil for forming a magnetic field; a plasma generator for supplying high-frequency energy to the vacuum processing vessel to generate plasma by interaction with the magnetic field; and a control device for controlling the inside of the vacuum vessel to a target temperature range ,
When the plasma processing is started during the processing stop period, the control device continues the predetermined shower plate from the central temperature Tb of the temperature control range that is a temperature realized by intermittent plasma processing for each wafer. A target temperature control range by the control device by generating plasma and fixing the dielectric window and shower plate for a fixed time shorter than the time required to raise the temperature to the upper limit temperature Td of the temperature control range, which is a temperature realized by plasma processing. A plasma processing apparatus characterized by heating to a temperature.
誘電体窓および複数の貫通孔が形成されたシャワープレートを有し、前記シャワープレートと誘電体窓間に形成された空隙および前記貫通孔を介して処理ガスが供給される真空容器と、前記真空容器内に試料を載置して保持する載置電極と、前記載置電極に高周波バイアス電圧を供給する高周波バイアス電源と、前記真空処理容器内を排気する排気装置と、前記真空処理容器内に磁界を形成する電磁コイルと、前記真空処理容器に高周波エネルギーを供給して、前記磁界との相互作用によりプラズマを生成するプラズマ生成装置と、真空容器内を目標温度範囲に制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、プラズマにより、シャワープレートを処理停止期間中における最低温度Taから温度制御範囲の下限Tcまで昇温するに要する時間t1、およびシャワープレートをウエハ毎の断続するプラズマ処理により実現される温度である温度制御範囲の中央温度Tbから、連続するプラズマ処理により実現される温度である温度制御範囲の上限温度Tdまで昇温するに要する時間t2としたとき、t2>t1となるように前記温度TaおよびTbを設定した後、プラズマを生成して前記誘電体窓およびシャワープレートを前記制御装置による目標温度制御範囲まで加熱することを特徴とするプラズマ処理装置。
A vacuum container having a dielectric plate and a shower plate in which a plurality of through holes are formed, a gap formed between the shower plate and the dielectric window, and a processing gas supplied through the through holes, and the vacuum A mounting electrode for mounting and holding a sample in the container; a high-frequency bias power source for supplying a high-frequency bias voltage to the mounting electrode; an exhaust device for exhausting the vacuum processing container; and the vacuum processing container An electromagnetic coil for forming a magnetic field; a plasma generator for supplying high-frequency energy to the vacuum processing vessel to generate plasma by interaction with the magnetic field; and a control device for controlling the inside of the vacuum vessel to a target temperature range ,
The control device is realized by plasma by a time t1 required to raise the temperature of the shower plate from the lowest temperature Ta to the lower limit Tc of the temperature control range during the processing stop period, and the plasma processing of the shower plate intermittently for each wafer. When the time t2 required to raise the temperature from the central temperature Tb of the temperature control range, which is a temperature, to the upper limit temperature Td of the temperature control range, which is a temperature realized by continuous plasma processing, is set so that t2> t1. After setting temperatures Ta and Tb, plasma is generated to heat the dielectric window and shower plate to a target temperature control range by the control device.
JP2011260752A 2011-11-29 2011-11-29 Plasma processing equipment Pending JP2013115268A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011260752A JP2013115268A (en) 2011-11-29 2011-11-29 Plasma processing equipment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011260752A JP2013115268A (en) 2011-11-29 2011-11-29 Plasma processing equipment

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2013115268A true JP2013115268A (en) 2013-06-10

Family

ID=48710534

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011260752A Pending JP2013115268A (en) 2011-11-29 2011-11-29 Plasma processing equipment

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2013115268A (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015126197A (en) * 2013-12-27 2015-07-06 東京エレクトロン株式会社 Substrate processing device, shutter mechanism, and plasma processing device
JP2015141957A (en) * 2014-01-28 2015-08-03 株式会社日立ハイテクノロジーズ Plasma processing device
WO2019009092A1 (en) * 2017-07-05 2019-01-10 株式会社アルバック Plasma treatment method and plasma treatment device
JP2020025024A (en) * 2018-08-07 2020-02-13 株式会社Kokusai Electric Method for manufacturing semiconductor device, substrate processing device and program
KR20200102356A (en) 2019-02-21 2020-08-31 사카타 인쿠스 가부시키가이샤 Coloring composition and coloring resist composition
KR20200102355A (en) 2019-02-21 2020-08-31 사카타 인쿠스 가부시키가이샤 Coloring composition and coloring resist composition containing the same
KR20210151749A (en) * 2018-08-02 2021-12-14 동우 화인켐 주식회사 Infrared transmissive colored photosensitive composition and infrared pass filter

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015126197A (en) * 2013-12-27 2015-07-06 東京エレクトロン株式会社 Substrate processing device, shutter mechanism, and plasma processing device
JP2015141957A (en) * 2014-01-28 2015-08-03 株式会社日立ハイテクノロジーズ Plasma processing device
WO2019009092A1 (en) * 2017-07-05 2019-01-10 株式会社アルバック Plasma treatment method and plasma treatment device
CN110832624A (en) * 2017-07-05 2020-02-21 株式会社爱发科 Plasma processing method and plasma processing apparatus
TWI712341B (en) * 2017-07-05 2020-12-01 日商愛發科股份有限公司 Method for plasma processing and plasma processing apparatus
CN110832624B (en) * 2017-07-05 2024-02-27 株式会社爱发科 Plasma processing method and plasma processing apparatus
KR20210151749A (en) * 2018-08-02 2021-12-14 동우 화인켐 주식회사 Infrared transmissive colored photosensitive composition and infrared pass filter
JP2020025024A (en) * 2018-08-07 2020-02-13 株式会社Kokusai Electric Method for manufacturing semiconductor device, substrate processing device and program
KR20200102356A (en) 2019-02-21 2020-08-31 사카타 인쿠스 가부시키가이샤 Coloring composition and coloring resist composition
KR20200102355A (en) 2019-02-21 2020-08-31 사카타 인쿠스 가부시키가이샤 Coloring composition and coloring resist composition containing the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2013115268A (en) Plasma processing equipment
US8425791B2 (en) In-chamber member temperature control method, in-chamber member, substrate mounting table and plasma processing apparatus including same
US11482435B2 (en) Plasma processing apparatus
JP4236329B2 (en) Plasma processing equipment
JP3764594B2 (en) Plasma processing method
TWI496514B (en) A plasma processing apparatus and a plasma processing method, and a computer-readable memory medium
US5589041A (en) Plasma sputter etching system with reduced particle contamination
US9150967B2 (en) Plasma processing apparatus and sample stage
JP5121684B2 (en) Plasma processing equipment
JP2001250815A (en) Device and method for plasma treatment
JP5657953B2 (en) Plasma processing equipment
US20190287825A1 (en) Plasma processing method and plasma processing apparatus
KR20130018459A (en) Plasma processing apparatus and plasma processing method
JP2013222910A (en) Plasma processing method and plasma processing device
TW202034375A (en) Plasma processing apparatus, plasma processing method, and ecr height monitor
JP3923323B2 (en) Plasma processing apparatus and plasma processing method
WO2021156906A1 (en) Plasma processing device and plasma processing method
JP6581387B2 (en) Plasma processing apparatus and plasma processing method
JP5800757B2 (en) Plasma processing equipment
JP7374023B2 (en) Inspection method and plasma processing equipment
JP2009206344A (en) Apparatus and method for processing plasma
TW201526134A (en) Semiconductor processing device
JP2006100630A (en) Apparatus and method of plasma processing
JP3699416B2 (en) Plasma processing equipment
Rosario et al. Calorimetric Measurements of the Output Power of the 2.48 GHz Commercial Magnetron