JP2018022599A - Plasma processing apparatus and plasma processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマ処理技術に関し、特に、誘導結合プラズマを用いて試料を処理するプラズマ処理装置、およびこのプラズマ処理装置におけるプラズマ処理方法に関する。 The present invention relates to a plasma processing technique, and more particularly, to a plasma processing apparatus that processes a sample using inductively coupled plasma, and a plasma processing method in the plasma processing apparatus.
貴金属や磁性体等、所謂、不揮発性の難エッチング材料は、化学反応主体のエッチングが困難なため、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）を用いたエッチングが広く使用されている。ＩＣＰを用いた不揮発性材料のエッチングでは、高密度のプラズマを発生させることでエッチングを促進している。一方で、高密度プラズマは、その不均一性によるチャージアップダメージ等、半導体の加工においてプラズマの均一性は、非常に重要な課題となっている。 Etching using inductively coupled plasma (ICP) is widely used for so-called non-volatile difficult-to-etch materials such as noble metals and magnetic materials because it is difficult to etch mainly chemical reaction. In the etching of non-volatile materials using ICP, etching is promoted by generating high-density plasma. On the other hand, in high-density plasma, plasma uniformity is a very important issue in semiconductor processing, such as charge-up damage due to non-uniformity.
高密度プラズマの均一性の向上には、アンテナ部の構造やプラズマの拡散条件によってプラズマ分布がほぼ決定されるため、これらの構造の最適化が検討されている。特に、外部磁場によるプラズマの拡散制御は有効であると考えられる。例えば、特許文献１には、プラズマ発生と同期させた外部磁場の印加法が記述されている。
In order to improve the uniformity of the high-density plasma, since the plasma distribution is almost determined by the structure of the antenna portion and the plasma diffusion conditions, optimization of these structures has been studied. In particular, it is considered that plasma diffusion control by an external magnetic field is effective. For example,
前記特許文献１の技術では、外部磁場の印加により、プラズマの均一性は向上するが、同時に、プラズマの不安定性が増し、例えばプラズマの中心位置の偏芯などが課題となる。つまり、現行の技術のみでは、プラズマの面内均一性の向上とプラズマの安定化との両立が困難であった。
In the technique of
そこで、本発明の目的は、プラズマの面内均一性の向上とプラズマの安定化との両立を可能にするプラズマ処理技術を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a plasma processing technique that makes it possible to improve both in-plane uniformity of plasma and stabilize the plasma.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
一実施の形態におけるプラズマ処理装置は、プラズマを用いて試料が処理される処理室と、誘導磁場を形成する誘導コイルと、前記誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電源と、静磁場を形成する磁場形成装置と、前記試料が載置される試料台と、前記静磁場を時間変調することによって、異なるプラズマ処理特性に対応するモードを切り替える制御が行われる制御装置と、を備える。 A plasma processing apparatus in one embodiment forms a processing chamber in which a sample is processed using plasma, an induction coil that forms an induction magnetic field, a high-frequency power source that supplies high-frequency power to the induction coil, and a static magnetic field A magnetic field forming device; a sample table on which the sample is placed; and a control device that performs control to switch modes corresponding to different plasma processing characteristics by time-modulating the static magnetic field.
一実施の形態におけるプラズマ処理方法は、前記プラズマ処理装置におけるプラズマ処理方法であって、前記静磁場を時間変調することによって、異なるプラズマ処理特性に対応するモードを切り替える制御を行う工程を備える。 A plasma processing method according to an embodiment is a plasma processing method in the plasma processing apparatus, and includes a step of performing control to switch modes corresponding to different plasma processing characteristics by temporally modulating the static magnetic field.
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。 Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.
一実施の形態によれば、プラズマの面内均一性の向上とプラズマの安定化との両立が可能となる。 According to one embodiment, it is possible to improve both the in-plane uniformity of plasma and stabilize the plasma.
以下の実施の形態においては、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。 In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant and one is the other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like. Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。 Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges.
［実施の形態の概要］
まず、実施の形態の概要について説明する。本実施の形態の概要では、一例として、括弧内に実施の形態の対応する構成要素の符号等を付して説明する。
[Outline of the embodiment]
First, an outline of the embodiment will be described. In the outline of the present embodiment, as an example, the reference numerals of the corresponding components of the embodiment are given in parentheses.
一実施の形態におけるプラズマ処理装置は、プラズマ（プラズマ１３）を用いて試料（基板１０）が処理される処理室（処理室１１）と、誘導磁場を形成する誘導コイル（ＩＣＰ発生用アンテナ８）と、前記誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電源（高周波電源１）と、静磁場を形成する磁場形成装置（第１のコイル９、第２のコイル２１、第３のコイル３１、第４のコイル４１）と、前記試料が載置される試料台（試料台１２）と、前記静磁場を時間変調することによって、異なるプラズマ処理特性に対応するモードを切り替える制御が行われる制御装置（高周波電圧モニタ６、第１の電流発生器７、第２の電流発生器２２、第３の電流発生器３２、第４の電流発生器４２、高周波電圧モニタ４３）と、を備える。
The plasma processing apparatus in one embodiment includes a processing chamber (processing chamber 11) in which a sample (substrate 10) is processed using plasma (plasma 13), and an induction coil (ICP generating antenna 8) that forms an induction magnetic field. A high-frequency power source (high-frequency power source 1) for supplying high-frequency power to the induction coil, and a magnetic field forming device (
一実施の形態におけるプラズマ処理方法は、前記プラズマ処理装置におけるプラズマ処理方法であって、前記静磁場を時間変調することによって、異なるプラズマ処理特性に対応するモードを切り替える制御を行う工程を備える。 A plasma processing method according to an embodiment is a plasma processing method in the plasma processing apparatus, and includes a step of performing control to switch modes corresponding to different plasma processing characteristics by temporally modulating the static magnetic field.
以下、上述した実施の形態の概要に基づいた一実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。 Hereinafter, an embodiment based on the outline of the above-described embodiment will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted. In the embodiments, the description of the same or similar parts will not be repeated in principle unless particularly necessary.
また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。 In the drawings used in the embodiments, hatching may be omitted even in a cross-sectional view so as to make the drawings easy to see. Further, even a plan view may be hatched to make the drawing easy to see.
［一実施の形態］
本実施の形態においては、本発明のプラズマ処理装置の一例として、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）を用いて基板をエッチングするプラズマ処理装置、およびこのプラズマ処理装置におけるプラズマ処理方法について説明する。
[One Embodiment]
In this embodiment, as an example of the plasma processing apparatus of the present invention, a plasma processing apparatus that etches a substrate using ICP (inductively coupled plasma) and a plasma processing method in the plasma processing apparatus will be described.
＜第１のプラズマ処理装置＞
実施の形態における第１のプラズマ処理装置について、図１〜図４を用いて説明する。
<First plasma processing apparatus>
A first plasma processing apparatus in the embodiment will be described with reference to FIGS.
図１は、実施の形態における第１のプラズマ処理装置の構成の一例を示す構成図である。 FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an example of a configuration of a first plasma processing apparatus in the embodiment.
本実施の形態における第１のプラズマ処理装置は、高周波電源１、第１の高周波整合器２、第２の高周波整合器３、基板電圧発生器４、ガス供給装置５、高周波電圧モニタ６、第１の電流発生器７、ＩＣＰ発生用アンテナ８、第１のコイル９、処理室１１、および、試料台１２などを備える。
The first plasma processing apparatus in the present embodiment includes a high-
高周波電源１は、ＩＣＰ発生用アンテナ８に第１の高周波整合器２を介して高周波電力を供給する高周波電源である。
The high
第１の高周波整合器２は、高周波電源１とＩＣＰ発生用アンテナ８との間に接続され、負荷インピーダンスを調整して反射波を自動的に抑制する高周波整合器である。
The first high-
第２の高周波整合器３は、基板電圧発生器４と試料台１２との間に接続され、試料台１２に載置された基板１０に高周波電圧を供給するための高周波整合器である。
The second high-
基板電圧発生器４は、試料台１２に載置された基板１０に、第２の高周波整合器３を介して高周波電圧を供給する基板電圧発生器である。
The
ガス供給装置５は、処理室１１内にプラズマを形成するための処理用のガスを供給するガス供給装置である。
The
高周波電圧モニタ６は、ＩＣＰ発生用アンテナ８に印加されている高周波電圧を監視する高周波電圧モニタである。高周波電圧モニタ６は、静磁場を時間変調することによって、異なるプラズマ処理特性に対応するモードを切り替える制御が行われる制御装置に含まれる。
The high
第１の電流発生器７は、第１のコイル９に静磁場を時間変調した時間変動磁場を印加し、かつ、高周波電圧モニタ６で監視した高周波電圧に対応して第１のコイル９に印加する時間変動磁場のオフセット磁場を調整する第１の電流発生器である。第１の電流発生器７は、静磁場を時間変調することによって、異なるプラズマ処理特性に対応するモードを切り替える制御が行われる制御装置に含まれる。
The first
ＩＣＰ発生用アンテナ８は、誘導磁場を形成する誘導コイルである。ＩＣＰ発生用アンテナ８は、処理室１１内にプラズマ生成用の高周波電界を供給するコイル状のアンテナからなり、処理室１１の外部に配置されている。このＩＣＰ発生用アンテナ８は、その一端側部分が第１の高周波整合器２を介して高周波電界を形成するための高周波電力を供給する高周波電源１と接続され、他端側部分は接地電極に接続されている。
The
第１のコイル９は、処理室１１の外部の側部側に配置される第１のコイルである。第１のコイル９は、処理室１１内の基板１０上に時間変動磁場を発生するコイルである。第１のコイル９は、静磁場を形成する磁場形成装置に含まれる。
The
基板１０は、処理室１１内において試料台１２に載置され、プラズマ１３を用いて処理される試料である。
The
処理室１１は、プラズマ１３を用いて基板１０が処理される処理室である。処理室１１内には、プラズマ１３が形成される空間の下方に、基板１０を載置するための試料台１２が配置されている。処理室１１内には、ガス供給装置５からプラズマを形成するための処理用のガスが供給される。処理室１１内は、図示しない真空ポンプを通じて排気され、減圧状態となる。
The
試料台１２は、処理室１１内に配置され、基板１０が載置される試料台である。試料台１２には、基板１０に高周波電圧を供給するために、第２の高周波整合器３を介して基板電圧発生器４が接続されている。
The sample table 12 is a sample table disposed in the
プラズマ１３は、誘導結合されたプラズマ（ＩＣＰ）である。ＩＣＰは、ＩＣＰ発生用アンテナ８により発生される高周波誘導磁場によりプラズマ中に誘導電界を生成し、これによる電子の加速によって生成される高密度プラズマである。
The
本実施の形態における第１のプラズマ処理装置は、特に、静磁場を形成する磁場形成装置と、静磁場を時間変調することによって、異なるプラズマ処理特性に対応するモードを切り替える制御が行われる制御装置と、を備える。磁場形成装置は、処理室１１の外部の側部側に配置される第１のコイル９を含む。制御装置は、ＩＣＰ発生用アンテナ８に印加されている高周波電圧を監視する高周波電圧モニタ６と、第１のコイル９に静磁場を時間変調した時間変動磁場を印加し、かつ、高周波電圧モニタ６で監視した高周波電圧に対応して第１のコイル９に印加する時間変動磁場のオフセット磁場を調整する第１の電流発生器７と、を含む。第１のプラズマ処理装置では、処理室１１内の基板１０上に時間変動磁場（Ｂ（ｔ））を発生する構造になっている。
In particular, the first plasma processing apparatus in the present embodiment includes a magnetic field forming apparatus that forms a static magnetic field, and a control apparatus that performs control to switch modes corresponding to different plasma processing characteristics by time-modulating the static magnetic field. And comprising. The magnetic field forming apparatus includes a
この第１のプラズマ処理装置におけるプラズマ処理方法は、静磁場を時間変調することによって、異なるプラズマ処理特性に対応するモードを切り替える制御を行う制御工程を備える。制御工程は、ＩＣＰ発生用アンテナ８に印加されている高周波電圧を監視する工程と、第１のコイル９に静磁場を時間変調した時間変動磁場を印加し、かつ、監視した高周波電圧に対応して第１のコイル９に印加する時間変動磁場のオフセット磁場を調整する工程と、を含む。高周波電圧を監視する工程は高周波電圧モニタ６で行われ、時間変動磁場のオフセット磁場を調整する工程は第１の電流発生器７で行われる。
The plasma processing method in the first plasma processing apparatus includes a control step of performing control to switch modes corresponding to different plasma processing characteristics by time-modulating a static magnetic field. The control step includes a step of monitoring the high frequency voltage applied to the
本実施の形態における第１のプラズマ処理装置において、磁場形成装置および制御装置は、上述した構成に限らず、プラズマ発生源のＩＣＰ発生用アンテナ８と基板１０との間に周期的に時間変動する時間変動磁場を発生する第１のコイル９を備えており、この第１のコイル９に時間変動磁場を印加する機構を備え、かつ、外部パラメータをモニタする手段を持ち、この外部パラメータの値に応じて第１のコイル９に印加する時間変動磁場のオフセット磁場を調整する手段を備えていればよい。
In the first plasma processing apparatus according to the present embodiment, the magnetic field forming apparatus and the control apparatus are not limited to the above-described configuration, and periodically vary with time between the
外部パラメータをモニタする手段が対象とする外部パラメータは、例えば、ＩＣＰ発生用アンテナ８に印加されている高周波電圧である。あるいは、基板１０が載置された試料台１２に印加されている高周波電圧などでもよい。外部パラメータの値に応じて第１のコイル９に印加する時間変動磁場のオフセット磁場を調整する手段は、例えば、外部パラメータの値を第１のコイル９への磁場印加用電流源である第１の電流発生器７にフィードバックする。あるいは、試料台１２に載置された基板１０へのバイアス電力供給用整合器である第２の高周波整合器３にフィードバックしてもよい。
The external parameter targeted by the means for monitoring the external parameter is, for example, a high-frequency voltage applied to the
以下に、本実施の形態における第１のプラズマ処理装置の制御方法に関して説明する。まず、予め、エッチングレートの外部磁場依存性の結果を取得しておく。この時、同時に高周波電圧（Ｖｐｐ）も取得しておき、エッチングレートが凸分布から凹分布に変化する高周波電圧の値をデータベース化する。一方、高周波電圧（Ｖｐｐ）の値は、プラズマ分布の状態に直接対応するため、エッチングレートの分布と高周波電圧の値とは、１対１で対応可能である。つまり、エッチングレートの外部磁場依存性は、プラズマ分布の外部磁場依存性に対応し、高周波電圧の磁場依存性の関数を用いて、一意的に決定することが可能となる。 Hereinafter, a control method of the first plasma processing apparatus in the present embodiment will be described. First, the result of the dependence of the etching rate on the external magnetic field is acquired in advance. At this time, a high-frequency voltage (Vpp) is also acquired at the same time, and the value of the high-frequency voltage at which the etching rate changes from the convex distribution to the concave distribution is made into a database. On the other hand, since the value of the high frequency voltage (Vpp) directly corresponds to the plasma distribution state, the distribution of the etching rate and the value of the high frequency voltage can correspond one-to-one. That is, the external magnetic field dependency of the etching rate corresponds to the external magnetic field dependency of the plasma distribution, and can be uniquely determined using the magnetic field dependency function of the high-frequency voltage.
図２は、プラズマの面内分布および高周波電圧の外部磁場依存性の一例を示す説明図である。図２において、（ａ）は磁場（横軸）とプラズマ分布（縦軸）との関係を示し、（ｂ）は磁場（横軸）と高周波電圧Ｖｐｐ（縦軸）との関係を示している。図２（ａ）（ｂ）に示すように、プラズマ分布が凸分布を示す磁場（Ｂ１）、凸分布から凹分布へ変動する磁場（Ｂ０）、および凹分布を示す磁場（Ｂ２）に対してそれぞれ、高周波電圧Ｖｐｐの電圧（Ｖ１、Ｖ０、Ｖ２）が一意的に決定する。これにより、エッチングレートの外部磁場依存性の結果が取得できる。 FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of the in-plane distribution of plasma and the external magnetic field dependence of the high-frequency voltage. 2A shows the relationship between the magnetic field (horizontal axis) and the plasma distribution (vertical axis), and FIG. 2B shows the relationship between the magnetic field (horizontal axis) and the high-frequency voltage Vpp (vertical axis). . As shown in FIGS. 2A and 2B, the magnetic field (B1) in which the plasma distribution has a convex distribution, the magnetic field (B0) that changes from the convex distribution to the concave distribution, and the magnetic field (B2) that has the concave distribution. The voltages (V1, V0, V2) of the high frequency voltage Vpp are uniquely determined. Thereby, the result of the external magnetic field dependence of the etching rate can be acquired.
次に、エッチングレートが凸分布から凹分布へ変動する磁場をＢ０とし、凸分布および凹分布を示す磁場をそれぞれＢ１、Ｂ２とする。磁場Ｂ１および磁場Ｂ２の値は、プラズマの分布が大きく変動する磁場とするのが望ましい。例えば、磁場Ｂ１は、プラズマ分布を磁場の関数として表した場合の磁場微分の値が一定値より減少し始める磁場とする。同様に、磁場Ｂ２は、磁場微分の値が一定値へ戻る磁場とする。 Next, a magnetic field where the etching rate fluctuates from a convex distribution to a concave distribution is B0, and magnetic fields indicating the convex distribution and the concave distribution are B1 and B2, respectively. The values of the magnetic field B1 and the magnetic field B2 are desirably magnetic fields in which the plasma distribution varies greatly. For example, the magnetic field B1 is a magnetic field in which the value of the magnetic field derivative when the plasma distribution is expressed as a function of the magnetic field starts to decrease from a certain value. Similarly, the magnetic field B2 is a magnetic field in which the value of the magnetic field differentiation returns to a constant value.
今、磁場ＢをＢ１からＢ２の範囲内で時間変動、例えば矩形波のような形で変動させた場合、エッチングレートは、それぞれ凸分布と凹分布とを交互に繰り返すことが容易に想像できる。この場合、Ｂ０を中心とし、Ｂ１＜Ｂ０＜Ｂ２の範囲で繰り返した場合は、エッチングレートの分布は、時間平均でより均一化が進む。ここでは、第１のコイル９に流れる電流の制御（第１の電流発生器７を介した制御）という観点で、時間変動磁場の周期は遅い方が望ましい。一般的には、時間変動磁場の周波数として数百Ｈｚ以下を用いる。 Now, when the magnetic field B is changed over time in the range from B1 to B2, for example, in the form of a rectangular wave, it can be easily imagined that the etching rate repeats a convex distribution and a concave distribution alternately. In this case, when the repetition is performed in the range of B1 <B0 <B2 with B0 as the center, the etching rate distribution is more uniform in time average. Here, from the viewpoint of control of the current flowing through the first coil 9 (control via the first current generator 7), it is desirable that the period of the time-varying magnetic field is slow. In general, several hundred Hz or less is used as the frequency of the time-varying magnetic field.
このように、本実施の形態においては、第１のコイル９に印加する時間変動磁場の最大値はエッチングレートが凹分布になる磁場Ｂ２とし、かつ、第１のコイル９に印加する時間変動磁場の最小値はエッチングレートが凸分布になる磁場Ｂ１とし、かつ、時間変動磁場の最大値と最小値との間にエッチングレートが凸分布から凹分布に変化する磁場Ｂ０を含むものである。
As described above, in the present embodiment, the maximum value of the time-varying magnetic field applied to the
次に、高周波電圧モニタ６によるフィードバック制御において、磁場擾乱などで、突発的に印加磁場が変化した場合に関して説明する。図３は、高周波電圧モニタ６によるオフセット磁場の制御法の一例を示す説明図である。図３において、時間（横軸）と磁場（縦軸）との関係が、（ａ）はＶｐｐ＝Ｖ０（Ｂ０）の場合、（ｂ）はＶｐｐ＞Ｖ０（Ｂ０−δ）の場合、（ｃ）はＶｐｐ＜Ｖ０（Ｂ０＋δ）の場合をそれぞれ示している。ここで、Ｖ０は高周波電圧モニタ６でモニタした高周波電圧Ｖｐｐの電圧であり、Ｂ０はＶ０に対応する磁場であり、δは磁場擾乱の大きさである。
Next, a case where the applied magnetic field suddenly changes due to magnetic field disturbance or the like in feedback control by the high-frequency voltage monitor 6 will be described. FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a method for controlling the offset magnetic field by the high-
今、磁場Ｂの中心値が磁場Ｂ０よりも小さい場合は、エッチングレートが凸分布の傾向を示し、磁場Ｂの中心値が磁場Ｂ０よりも大きい場合は、エッチングレートが凹分布の傾向を示す。そのため、均一性を向上させるためには、Ｂ０を基準として、時間変動磁場の磁場中心値を変化すればよい。 Now, when the central value of the magnetic field B is smaller than the magnetic field B0, the etching rate tends to have a convex distribution, and when the central value of the magnetic field B is larger than the magnetic field B0, the etching rate tends to have a concave distribution. Therefore, in order to improve the uniformity, the magnetic field center value of the time-varying magnetic field may be changed using B0 as a reference.
例えば、磁場擾乱の大きさをδとした場合、図３（ｂ）のように、Ｂ＝Ｂ０−δの条件ではそのエッチングレートが凸分布を示すが、磁場中心をＢ＝Ｂ０＋δにする磁場印加方法に設定することで、凹分布寄りの面内分布を得ることができ、結果として、磁場中心値としては、Ｂ＝Ｂ０の値に近づく。逆に、図３（ｃ）のように、Ｂ＝Ｂ０＋δの場合は、凹分布を示すが、Ｂ＝Ｂ０−δに磁場印加方法を設定することで、上述の通り面内分布を均一化することが可能となる。ここで、磁場の大きさは、Ｖｐｐの値にそれぞれ対応しているため、Ｂ＝Ｂ０−δの場合はＶｐｐ＞Ｖ０、Ｂ＝Ｂ０＋δの場合はＶｐｐ＜Ｖ０として検出可能である。 For example, if the magnitude of the magnetic field disturbance is δ, as shown in FIG. 3B, the etching rate shows a convex distribution under the condition of B = B0−δ, but the magnetic field application with the magnetic field center as B = B0 + δ. By setting the method, an in-plane distribution closer to the concave distribution can be obtained, and as a result, the magnetic field center value approaches the value of B = B0. On the contrary, as shown in FIG. 3C, when B = B0 + δ, a concave distribution is shown, but by setting the magnetic field application method to B = B0−δ, the in-plane distribution is made uniform as described above. It becomes possible. Here, since the magnitude of the magnetic field corresponds to the value of Vpp, it can be detected as Vpp> V0 when B = B0−δ and Vpp <V0 when B = B0 + δ.
このように、本実施の形態においては、高周波電圧Ｖｐｐの値が、エッチングレートの分布が凸分布から凹分布に変化する磁場での高周波電圧Ｖ０の値よりも大きい場合、時間変動磁場のオフセット磁場を減少（Ｂ０−δ）させ、かつ、高周波電圧Ｖｐｐの値が、エッチングレートの分布が凸分布から凹分布に変化する磁場での高周波電圧Ｖ０の値よりも小さい場合、時間変動磁場のオフセット磁場を増大（Ｂ０＋δ）させるものである。 Thus, in this embodiment, when the value of the high-frequency voltage Vpp is larger than the value of the high-frequency voltage V0 in the magnetic field where the etching rate distribution changes from the convex distribution to the concave distribution, the time-varying magnetic field offset magnetic field , And the value of the high-frequency voltage Vpp is smaller than the value of the high-frequency voltage V0 in the magnetic field in which the distribution of the etching rate changes from the convex distribution to the concave distribution, the offset magnetic field of the time-varying magnetic field Is increased (B0 + δ).
また、時間変動磁場が矩形波の場合、エッチングのためのバイアス電力をパルス化する方式が望ましい。磁場がＢ０を横切るタイミングでは、上述の通り、プラズマの中心位置の偏芯やプラズマ消失などの不安定性が発生する。そのため、パルス状のバイアス電力を印加する。図４は、バイアス電力の印加の一例を示す説明図である。図４において、（ａ）は時間（横軸）と磁場（縦軸）との関係を示し、（ｂ）は時間（横軸）とバイアス電力（縦軸）との関係を示している。図４（ａ）（ｂ）のように、磁場Ｂ２から磁場Ｂ１に変動する時間、および磁場Ｂ１から磁場Ｂ２に変動する時間、すなわち磁場がＢ０となる付近の時間で零（“０”）の電力になるパルス状のバイアス電力を印加することで、エッチング中のプラズマの不安定性を低減することも可能となる。ここでは、パルス状のバイアス電力において、磁場がＢ２およびＢ１の時間は電力ＷＲＦとする。 Further, when the time-varying magnetic field is a rectangular wave, a method of pulsing the bias power for etching is desirable. At the timing when the magnetic field crosses B0, as described above, instability such as eccentricity of the center position of the plasma and plasma disappearance occurs. Therefore, pulsed bias power is applied. FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating an example of bias power application. 4, (a) shows the relationship between time (horizontal axis) and magnetic field (vertical axis), and (b) shows the relationship between time (horizontal axis) and bias power (vertical axis). As shown in FIGS. 4A and 4B, the time when the magnetic field B2 changes to the magnetic field B1, and the time when the magnetic field B1 changes to the magnetic field B2, that is, the time when the magnetic field becomes B0 is zero (“0”). By applying pulsed bias power that becomes power, it is possible to reduce the instability of plasma during etching. Here, in the pulsed bias power, the time when the magnetic field is B2 and B1 is the power WRF.
以上説明した本実施の形態における第１のプラズマ処理装置によれば、第１のコイル９と、高周波電圧モニタ６と、第１の電流発生器７とを備える。第１のコイル９は、処理室１１の外部の側部側に配置される。高周波電圧モニタ６は、ＩＣＰ発生用アンテナ８に印加されている高周波電圧を監視する。第１の電流発生器７は、第１のコイル９に静磁場を時間変調した時間変動磁場を印加し、かつ、高周波電圧モニタ６で監視した高周波電圧に対応して第１のコイル９に印加する時間変動磁場のオフセット磁場を調整する。
The first plasma processing apparatus in the present embodiment described above includes the
これにより、プラズマの面内均一性の向上とプラズマの安定化との両立が可能となる。より具体的には、高周波電圧に応じたオフセット磁場を調整し、外部磁場を時間変動させることで、プラズマ分布の基板面内均一性の向上と、プラズマ中心位置の偏芯の抑制によるプラズマ不安定性の低減が可能となる。この結果、プラズマによるエッチングの面内分布や偏芯を改善して、エッチングレートの均一性向上、プラズマの不安定性低減、さらには、外部擾乱によるロバスト性の向上に対する効果を得ることが可能となる。 This makes it possible to improve both the in-plane uniformity of the plasma and stabilize the plasma. More specifically, by adjusting the offset magnetic field according to the high-frequency voltage and changing the external magnetic field over time, the plasma instability is improved by improving the uniformity of the plasma distribution within the substrate surface and suppressing the eccentricity of the plasma center position. Can be reduced. As a result, it is possible to improve the in-plane distribution and eccentricity of etching by plasma, improve the etching rate uniformity, reduce plasma instability, and improve the robustness due to external disturbances. .
＜第２のプラズマ処理装置＞
実施の形態における第２のプラズマ処理装置について、図５〜図６を用いて説明する。ここでは、上述した第１のプラズマ処理装置と異なる点を主に説明する。
<Second plasma processing apparatus>
A second plasma processing apparatus in the embodiment will be described with reference to FIGS. Here, differences from the above-described first plasma processing apparatus will be mainly described.
図５は、実施の形態における第２のプラズマ処理装置の構成の一例を示す構成図である。本実施の形態における第２のプラズマ処理装置は、上述した第１のプラズマ処理装置の構成に加えて、第２のコイル２１と、第２の電流発生器２２を備える。第２のコイル２１は、処理室１１の外部の上部側に配置される第２のコイルである。第２の電流発生器２２は、第２のコイル２１に静磁場を印加する第２の電流発生器である。
FIG. 5 is a configuration diagram illustrating an example of a configuration of the second plasma processing apparatus in the embodiment. The second plasma processing apparatus in the present embodiment includes a
本実施の形態における第２のプラズマ処理装置は、特に、磁場形成装置は、さらに、処理室１１の外部の上部側に配置される第２のコイル２１を含む。制御装置は、さらに、第２のコイル２１に静磁場を印加する第２の電流発生器２２を含み、第１のコイル９と第２のコイル２１から発生する磁場の極性が異なり、かつ、第２のコイル２１に印加する磁場が時間に対して一定値である。第２のプラズマ処理装置では、処理室１１内の基板１０上に時間変動磁場（Ｂ（ｔ））と静磁場（Ｂｔｏｐ）とを合わせて発生する構造になっている。静磁場は、時間的に変動しない磁場である。
The second plasma processing apparatus according to the present embodiment, in particular, the magnetic field forming apparatus further includes a
この第２のプラズマ処理装置におけるプラズマ処理方法において、制御工程は、さらに、第２のコイル２１に静磁場を印加する工程を含み、第１のコイル９と第２のコイル２１から発生する磁場の極性が異なり、かつ、第２のコイル２１に印加する磁場が時間に対して一定値である。第２のコイル２１に静磁場を印加する工程は第２の電流発生器２２で行われる。
In the plasma processing method in the second plasma processing apparatus, the control step further includes a step of applying a static magnetic field to the
本実施の形態における第２のプラズマ処理装置において、磁場形成装置および制御装置は、上述した構成に限らず、図１に示した第１のプラズマ処理装置の構成要素である第１のコイル９以外に、プラズマ発生源のＩＣＰ発生用アンテナ８の上部に第２のコイル２１を備え、この第２のコイル２１には静磁場を発生させる機構を備えていればよい。なお、第１のコイル９に印加する時間変動磁場は、上述の通り、高周波電圧Ｖｐｐなどの外部パラメータをモニタすることで制御可能とする。
In the second plasma processing apparatus according to the present embodiment, the magnetic field forming apparatus and the control apparatus are not limited to the above-described configuration, but other than the
以下に、本実施の形態における第２のプラズマ処理装置において、プラズマの面内分布の磁場依存性を説明する。図６は、プラズマ分布の磁場依存性の一例を示す説明図である。図６において、磁場（横軸）とプラズマ分布（縦軸）との関係が、（ａ）は第１のコイル９のみの場合、（ｂ）は第１のコイル９と第２のコイル２１とを含み同極性の場合、（ｃ）は第１のコイル９と第２のコイル２１とを含み反極性の場合をそれぞれ示している。
Hereinafter, the magnetic field dependence of the in-plane distribution of plasma in the second plasma processing apparatus of the present embodiment will be described. FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of the magnetic field dependence of the plasma distribution. In FIG. 6, the relationship between the magnetic field (horizontal axis) and the plasma distribution (vertical axis) is as follows: (a) shows only the
図６（ｂ）のように、第１のコイル９に印加する磁場と同極性の静磁場を第２のコイル２１に印加した場合、プラズマの凸分布の領域が増大する結果が得られている。本現象の定性的な理解として、基板付近での磁力線が広がった結果であると言える。一方、図６（ｃ）のように、第１のコイル９に印加する磁場と異なる極性（反極性）の静磁場を第２のコイル２１に印加した場合は、基板付近での磁力線の勾配が密となり、結果として、凹分布の領域が広がる。
As shown in FIG. 6B, when a static magnetic field having the same polarity as the magnetic field applied to the
これらのことを考慮した場合、第１のコイル９に印加する磁場と異なる極性の静磁場を第２のコイル２１に印加した場合の方が、凸分布から凹分布へのプラズマ分布の磁場による遷移が急峻となり、第１のコイル９に印加する時間変動磁場の振幅が小さくてすむ。時間変動磁場の振幅が小さくなると、第１のコイル９の時間変動の応答性も向上するメリットが生まれる。
In consideration of these matters, the transition of the plasma distribution from the convex distribution to the concave distribution due to the magnetic field is more effective when a static magnetic field having a polarity different from that applied to the
以上の理由により、処理室１１の外部の上部側に第２のコイル２１を配置した場合、第１のコイル９および第２のコイル２１で発生する磁場の極性を異ならせ、かつ、第２のコイル２１に印加する磁場を時間に対して一定値にする構造が望ましい。
For the above reason, when the
＜第３のプラズマ処理装置＞
実施の形態における第３のプラズマ処理装置について、図７を用いて説明する。ここでは、上述した第１のプラズマ処理装置と異なる点を主に説明する。
<Third plasma processing apparatus>
A third plasma processing apparatus in the embodiment will be described with reference to FIG. Here, differences from the above-described first plasma processing apparatus will be mainly described.
図７は、実施の形態における第３のプラズマ処理装置の構成の一例を示す構成図である。本実施の形態における第３のプラズマ処理装置は、上述した第１のプラズマ処理装置の構成に加えて、第３のコイル３１と、第３の電流発生器３２を備える。第３のコイル３１は、処理室１１の外部の下部側に配置される第３のコイルである。第３の電流発生器３２は、第３のコイル３１に静磁場を印加する第３の電流発生器である。
FIG. 7 is a configuration diagram illustrating an example of a configuration of a third plasma processing apparatus in the embodiment. The third plasma processing apparatus in the present embodiment includes a
本実施の形態における第３のプラズマ処理装置は、特に、磁場形成装置は、さらに、処理室１１の外部の下部側に配置される第３のコイル３１を含む。制御装置は、さらに、第３のコイル３１に静磁場を印加する第３の電流発生器３２を含み、第１のコイル９と第３のコイル３１から発生する磁場の極性が同一で、かつ、第３のコイル３１に印加する磁場が時間に対して変動しない。第３のプラズマ処理装置では、処理室１１内の基板１０上に時間変動磁場（Ｂ（ｔ））と静磁場（Ｂｂｏｔｔｏｍ）とを合わせて発生する構造になっている。静磁場は、時間的に変動しない磁場である。
The third plasma processing apparatus according to the present embodiment, in particular, the magnetic field forming apparatus further includes a
この第３のプラズマ処理装置におけるプラズマ処理方法において、制御工程は、さらに、第３のコイル３１に静磁場を印加する工程を含み、第１のコイル９と第３のコイル３１から発生する磁場の極性が同一で、かつ、第３のコイル３１に印加する磁場が時間に対して変動しない。第３のコイル３１に静磁場を印加する工程は第３の電流発生器３２で行われる。
In the plasma processing method in the third plasma processing apparatus, the control step further includes a step of applying a static magnetic field to the
本実施の形態における第３のプラズマ処理装置において、磁場形成装置および制御装置は、上述した構成に限らず、図１に示した第１のプラズマ処理装置の構成要素である第１のコイル９以外に、基板１０の下部に第３のコイル３１を備え、この第３のコイル３１には静磁場を発生させる機構を備えていればよい。なお、第１のコイル９に印加する時間変動磁場は、上述の通り、高周波電圧Ｖｐｐなどの外部パラメータをモニタすることで制御可能とする。
In the third plasma processing apparatus according to the present embodiment, the magnetic field forming apparatus and the control apparatus are not limited to the above-described configuration, but other than the
第３のコイル３１を基板１０の下部に配置した場合は、磁力線の勾配の観点から、第１のコイル９および第３のコイル３１で発生する磁場の極性は同一であることが望ましい。なぜなら、極性が同一の場合、基板付近での磁力線が密になるため、上述の通り、磁場によるプラズマ分布の急峻な遷移が実現可能だからである。
When the
以上により、処理室１１の外部の下部側に第３のコイル３１を配置した場合は、第１のコイル９および第３のコイル３１で発生する磁場の極性を同一にし、かつ、第３のコイル３１に印加する磁場を時間に対して変動しない構造が望ましい。なお、上述した第３のプラズマ処理装置における処理室１１の外部の上部側に配置する第２のコイル２１を組み合わせても、その効果は変わらない。
As described above, when the
＜第４のプラズマ処理装置＞
実施の形態における第４のプラズマ処理装置について、図８〜図１０を用いて説明する。ここでは、上述した第１のプラズマ処理装置と異なる点を主に説明する。
<Fourth plasma processing apparatus>
A fourth plasma processing apparatus in the embodiment will be described with reference to FIGS. Here, differences from the above-described first plasma processing apparatus will be mainly described.
図８は、実施の形態における第４のプラズマ処理装置の構成の一例を示す構成図である。本実施の形態における第４のプラズマ処理装置は、上述した第１のプラズマ処理装置の構成に対して、第１のコイル９に代えて第４のコイル４１を備え、第１の電流発生器７に代えて第４の電流発生器４２を備え、高周波電圧モニタ６に代えて高周波電圧モニタ４３を備える。
FIG. 8 is a configuration diagram illustrating an example of a configuration of a fourth plasma processing apparatus in the embodiment. The fourth plasma processing apparatus in the present embodiment includes a
第４のコイル４１は、処理室１１の外部の側部側に配置される第４のコイルである。第４の電流発生器４２は、第４のコイル４１に静磁場を印加する第４の電流発生器である。高周波電圧モニタ４３は、ＩＣＰ発生用アンテナ８に印加されている高周波電圧を監視し、この監視した高周波電圧に対応してＩＣＰ発生用アンテナ８に印加する高周波電力（ソース電力）を時間変動させる高周波電圧モニタである。
The
本実施の形態における第４のプラズマ処理装置は、特に、磁場形成装置は、処理室１１の外部の側部側に配置される第４のコイル４１を含む。制御装置は、第４のコイル４１に静磁場を印加する第４の電流発生器４２と、ＩＣＰ発生用アンテナ８に印加されている高周波電圧を監視し、この監視した高周波電圧に対応してＩＣＰ発生用アンテナ８に印加する高周波電力（ソース電力）を時間変動させる高周波電圧モニタ４３と、を含む。第４のプラズマ処理装置では、処理室１１内の基板１０上に静磁場（Ｂ）を発生する構造になっている。静磁場は、時間的に変動しない磁場である。
In particular, the fourth plasma processing apparatus according to the present embodiment includes a
この第４のプラズマ処理装置におけるプラズマ処理方法において、制御工程は、第４のコイル４１に静磁場を印加する工程と、ＩＣＰ発生用アンテナ８に印加されている高周波電圧を監視し、この監視した高周波電圧に対応してＩＣＰ発生用アンテナ８に印加する高周波電力（ソース電力）を時間変動させる工程と、を含む。第４のコイル４１に静磁場を印加する工程は第４の電流発生器４２で行われ、高周波電力（ソース電力）を時間変動させる工程は高周波電圧モニタ４３で行われる。
In the plasma processing method in the fourth plasma processing apparatus, the control step monitors the step of applying a static magnetic field to the
本実施の形態における第４プラズマ処理装置において、磁場形成装置および制御装置は、上述した構成に限らず、プラズマ発生源のＩＣＰ発生用アンテナ８と基板１０との間に静磁場を発生する第４のコイル４１を備えており、かつ、外部パラメータをモニタする手段を持ち、この外部パラメータの値に応じてソース電力を時間変動させるフィードバック回路を備えていればよい。
In the fourth plasma processing apparatus of the present embodiment, the magnetic field forming device and the control device are not limited to the above-described configuration, and a fourth magnetic field is generated between the
外部パラメータをモニタする手段が対象とする外部パラメータは、例えば、ＩＣＰ発生用アンテナ８に印加されている高周波電圧である。あるいは、基板１０が載置された試料台１２に印加されている高周波電圧などでもよい。外部パラメータの値に応じてソース電力を時間変動させるフィードバック回路は、例えば、外部パラメータの値をＩＣＰ発生用アンテナ８への高周波電力供給用整合器である第１の高周波整合器２にフィードバックする。あるいは、試料台１２に載置された基板１０へのバイアス電力供給用整合器である第２の高周波整合器３にフィードバックしてもよい。
The external parameter targeted by the means for monitoring the external parameter is, for example, a high-frequency voltage applied to the
第４のプラズマ処理装置は、第４のコイル４１から静磁場を印加し、ソース電力を変動させることで、プラズマのモードを変化させ、均一性を向上させる手法である。第４のコイル４１から発生する静磁場の大きさによって、分布の傾向が異なる。図９は、プラズマの面内分布および高周波電圧のソース電力依存性の一例を示す説明図である。図９において、（ａ）（ｂ）（ｃ）はソース電力（横軸）とプラズマ分布（縦軸）との関係を示し、（ｄ）（ｅ）（ｆ）はソース電力（横軸）と高周波電圧Ｖｐｐ（縦軸）との関係を示している。また、図９において、（ａ）（ｄ）はＢ１＜Ｂ４＜Ｂ２の場合、（ｂ）（ｅ）はＢ４＜＜Ｂ１の場合、（ｃ）（ｆ）はＢ４＞＞Ｂ２の場合をそれぞれ示している。
The fourth plasma processing apparatus is a technique for improving the uniformity by changing the plasma mode by applying a static magnetic field from the
今、第４のコイル４１から発生する静磁場をＢ４とし、Ｂ１およびＢ２を図２で示したようなプラズマの分布が変動する磁場とする。図９のように、Ｂ１＜Ｂ４＜Ｂ２の磁場範囲では、ソース電力がある値Ｐ０を示す時にプラズマ分布が均一になるのに対し、Ｂ４＜＜Ｂ１の条件では、プラズマ分布が均一になるソース電力Ｐ０が極端に大きくなり（図９（ｂ）（ｅ）には図示できず）、また、Ｂ４＞＞Ｂ２の条件では、プラズマ分布が均一になるソース電力Ｐ０が極端に小さくなる。
Now, let B4 be a static magnetic field generated from the
そのため、第４のプラズマ処理装置においては、第４のコイル４１から発生する静磁場がＢ１＜Ｂ４＜Ｂ２の範囲にあることが望ましい。このような条件下で、ソース電力を時間変動させることで、上述した第１から第３のプラズマ処理装置を適用した場合と同様の効果を得ることが可能となる。
Therefore, in the fourth plasma processing apparatus, it is desirable that the static magnetic field generated from the
次に、ソース電力が変化した場合に関して説明する。図１０は、高周波電圧モニタ４３によるソース電力の制御法の一例を示す説明図である。図１０において、時間（横軸）とソース電力（縦軸）との関係が、Ｖｐｐ＝Ｖ０’の場合、Ｖｐｐ＝Ｖ０’＋Ｖαの場合、Ｖｐｐ＝Ｖ０’−Ｖαの場合をそれぞれ示している。ここで、Ｐαはソース電力擾乱の大きさであり、ＶαはＰαに対応する高周波電圧擾乱の大きさである。
Next, a case where the source power changes will be described. FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of a method for controlling the source power by the high-
今、ソース電力Ｐの中心値が電力Ｐ０よりも小さい場合は、エッチングレートが凸分布の傾向を示し、ソース電力Ｐの中心値が電力Ｐ０よりも大きい場合は、エッチングレートが凹分布の傾向を示す。そのため、均一性を向上させるためには、Ｐ０を基準として、ソース電力中心値を変化すればよい。 Now, when the center value of the source power P is smaller than the power P0, the etching rate tends to have a convex distribution, and when the center value of the source power P is larger than the power P0, the etching rate tends to have a concave distribution. Show. Therefore, in order to improve the uniformity, the source power center value may be changed with P0 as a reference.
例えば、ソース電力擾乱の大きさをＰαとした場合、Ｐ＝Ｐ０−Ｐαの条件ではそのエッチングレートが凸分布を示すが、ソース電力中心をＰ＝Ｐ０＋Ｐαにすることで、凹分布寄りの面内分布を得ることができ、結果として、ソース電力中心値としては、Ｐ＝Ｐ０の値に近づく。逆に、Ｐ＝Ｐ０＋Ｐαの場合は、凹分布を示すが、Ｐ＝Ｐ０−Ｐαにソース電力を設定することで、上述の通り分布を均一化することが可能となる。ここで、ソース電力の大きさは、Ｖｐｐの値にそれぞれ対応しているため、Ｐ＝Ｐ０−Ｐαの場合はＶｐｐ＞Ｖ０’（Ｖｐｐ＝Ｖ０’＋Ｖα）、Ｐ＝Ｐ０＋Ｐαの場合はＶｐｐ＜Ｖ０’（Ｖｐｐ＝Ｖ０’−Ｖα）として検出可能である。 For example, when the magnitude of the source power disturbance is Pα, the etching rate shows a convex distribution under the condition of P = P0−Pα, but by setting the source power center to P = P0 + Pα, an in-plane near the concave distribution As a result, the source power center value approaches the value of P = P0. On the contrary, in the case of P = P0 + Pα, a concave distribution is shown, but by setting the source power to P = P0−Pα, the distribution can be made uniform as described above. Here, since the magnitude of the source power corresponds to the value of Vpp, Vpp> V0 ′ (Vpp = V0 ′ + Vα) when P = P0−Pα, and Vpp <V0 when P = P0 + Pα. It can be detected as' (Vpp = V0'-Vα).
＜第１のプラズマ処理装置を用いた検証＞
上述した第１のプラズマ処理装置（図１）を用いた検証結果について説明する。本発明の第１の効果を、第１のプラズマ処理装置を用いて検証した。第１のプラズマ処理装置は、上述したように、第１のコイル９を備えている。
<Verification using the first plasma processing apparatus>
A verification result using the above-described first plasma processing apparatus (FIG. 1) will be described. The first effect of the present invention was verified using the first plasma processing apparatus. As described above, the first plasma processing apparatus includes the
プラズマの分布は、プラズマから基板に流入する流入イオン電流（ＩＣＦ：Ｉｏｎ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｆｌｕｘ）を測定して評価し、エッチングレートの均一性評価にはアルゴン（Ａｒ）プラズマを用いた二酸化珪素（ＳｉＯ２）のエッチングを実施した。エッチング条件は、Ａｒガス流量を１００ｍｌ／ｍｉｎ、圧力を０．３Ｐａ、基板とプラズマ発生源電極とのギャップ間距離を１３０ｍｍとし、ソース電力とバイアス電力をそれぞれ１０００Ｗと３００Ｗとした。 The distribution of the plasma is evaluated by measuring an inflow ion current (ICF: Ion Current Flux) flowing from the plasma to the substrate, and silicon dioxide (SiO 2 ) using argon (Ar) plasma for evaluating the uniformity of the etching rate. Etching was performed. Etching conditions were an Ar gas flow rate of 100 ml / min, a pressure of 0.3 Pa, a gap distance between the substrate and the plasma generation source electrode of 130 mm, and a source power and a bias power of 1000 W and 300 W, respectively.
図１１は、第１のプラズマ処理装置を用いた検証において、プラズマの面内分布および高周波電圧の外部磁場依存性の一例を示す説明図である。図１１は、基板であるウエハにおける磁場強度（横軸）とＩＣＦ均一性（縦軸）との関係において、ＩＣＦ測定によるＡｒプラズマの均一性の磁場依存性の結果を示している。ここで、ＩＣＦ測定による均一性は、ウエハ中心におけるＩＣＦ電流値、および、ウエハ端（中心より１５０ｍｍ離れた場所）におけるＩＣＦ電流値を、それぞれ、Ｉ０、Ｉ１とした場合、（Ｉ０−Ｉ１）／（Ｉ０＋Ｉ１）として定義した。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing an example of the in-plane distribution of plasma and the dependence of the high-frequency voltage on the external magnetic field in the verification using the first plasma processing apparatus. FIG. 11 shows the result of the magnetic field dependence of the uniformity of Ar plasma by ICF measurement in the relationship between the magnetic field strength (horizontal axis) and ICF uniformity (vertical axis) in the wafer as the substrate. Here, the uniformity by ICF measurement is (I0-I1) / when the ICF current value at the wafer center and the ICF current value at the wafer edge (
ＩＣＦ測定の結果、磁場強度の増大に伴い、そのＩＣＦ均一性が正から負へと推移する結果が得られた。この結果は、Ａｒプラズマの面内分布が、凸分布から凹分布へ変化している様子を表す。印加する磁場強度が１０ガウス以下では、ほぼ同程度の凸分布を示し、逆に、印加する磁場強度が１６ガウス以上では、ほぼ同程度の凹分布を示した。また、印加する磁場強度が１３．６ガウスでは、ＩＣＦ均一性が−５．７２％となり、ウエハ面内でほぼ均一なプラズマが照射される条件となった。 As a result of the ICF measurement, it was found that the ICF uniformity changed from positive to negative as the magnetic field intensity increased. This result shows that the in-plane distribution of Ar plasma changes from a convex distribution to a concave distribution. When the applied magnetic field strength was 10 gauss or less, the convex distribution was almost the same, and conversely, when the applied magnetic field strength was 16 gauss or more, the concave distribution was almost the same. Further, when the applied magnetic field intensity was 13.6 gauss, the ICF uniformity was −5.72%, which was a condition for irradiating a substantially uniform plasma within the wafer surface.
次に、３００ｍｍウエハ面内でのＳｉＯ２のエッチングレートの測定結果を図１２に示す。図１２は、第１のプラズマ処理装置を用いた検証において、エッチングレートの面内分布の一例を示す説明図である。図１２は、ウエハ位置（横軸）とＳｉＯ２のエッチングレート（縦軸）との関係において、黒丸が第１のコイル９に静磁場１３ガウスを印加した場合、白丸が第１のコイル９に時間変動磁場を印加した場合の結果を示している。時間変動磁場の大きさは、Ｂ（ｔ）＝Ｂ０＋（Ｂ１＋Ｂ２）／２ｓｉｎ（２πｆｔ）とした。ただし、Ｂ０、Ｂ１、Ｂ２の大きさはそれぞれ１３ガウス、１０ガウス、１６ガウスとし、その周波数は１００Ｈｚとした。また、縦軸のＳｉＯ２のエッチングレートは、ウエハ中心部のエッチングレートで規格化している。
Next, the measurement result of the etching rate of SiO 2 in the 300 mm wafer surface is shown in FIG. FIG. 12 is an explanatory diagram showing an example of the in-plane distribution of the etching rate in the verification using the first plasma processing apparatus. FIG. 12 shows the relationship between the wafer position (horizontal axis) and the SiO 2 etching rate (vertical axis), when a black circle applies a static magnetic field of 13 gauss to the
今、第１のコイル９に静磁場（Ｂ（ｔ）＝Ｂ０）を印加した場合、エッチングレートの面内分布は、ウエハ位置に従い直線的に減少する結果となった。この結果は、高い均一性のプラズマが生成されているが、プラズマの拡散時に偏芯を起こしている結果であると考えることができる。
Now, when a static magnetic field (B (t) = B0) is applied to the
一方、本発明の第１のプラズマ処理装置を適用した時間変動磁場（Ｂ（ｔ）＝Ｂ０＋（Ｂ１＋Ｂ２）／２ｓｉｎ（２πｆｔ））を印加した場合、エッチングレートは、３００ｍｍウエハの範囲内で、５％以内の均一性を確保することが可能となった。また、ウエハ位置の原点（“０”）を中心として、ほぼ対称なエッチングレートが得られたことから、単純な静磁場を印加した場合に発生した偏芯も起こっていないと結論できる。以上の結果から、本発明の第１のプラズマ処理装置の適用により、エッチングレートの面内均一性とプラズマの安定化との両立が可能となった。 On the other hand, when a time-varying magnetic field (B (t) = B0 + (B1 + B2) / 2sin (2πft)) to which the first plasma processing apparatus of the present invention is applied is applied, the etching rate is within the range of 300 mm wafer. % Uniformity can be ensured. In addition, since a substantially symmetrical etching rate is obtained with the origin (“0”) of the wafer position as the center, it can be concluded that no eccentricity occurs when a simple static magnetic field is applied. From the above results, the application of the first plasma processing apparatus of the present invention makes it possible to achieve both in-plane uniformity of the etching rate and plasma stabilization.
＜第２のプラズマ処理装置を用いた検証＞
上述した第２のプラズマ処理装置（図５）を用いた検証結果について説明する。本発明の第２の効果を、第２のプラズマ処理装置を用いて検証した。第２のプラズマ処理装置は、上述したように、第１のコイル９以外に、第２のコイル２１を備えている。測定の条件は、上述した第１のプラズマ処理装置を用いて検証した場合と同様で、第２のコイル２１に印加する静磁場の大きさを−１０ガウスとした。
<Verification using second plasma processing apparatus>
A verification result using the above-described second plasma processing apparatus (FIG. 5) will be described. The second effect of the present invention was verified using the second plasma processing apparatus. As described above, the second plasma processing apparatus includes the
図１３は、第２のプラズマ処理装置を用いた検証において、プラズマの面内分布および高周波電圧の外部磁場依存性の一例を示す説明図である。図１３は、基板であるウエハにおける磁場強度（横軸）とＩＣＦ均一性（縦軸）との関係において、ＩＣＦ測定によるＡｒプラズマの均一性の磁場依存性の結果を示している。図１３において、白丸が第２のプラズマ処理装置を適用した場合の結果を示し、黒丸が比較のために上述した第１のプラズマ処理装置を適用した場合の結果を示している。 FIG. 13 is an explanatory diagram showing an example of the in-plane distribution of plasma and the dependence of the high-frequency voltage on the external magnetic field in the verification using the second plasma processing apparatus. FIG. 13 shows the result of the magnetic field dependence of the uniformity of Ar plasma by ICF measurement in the relationship between the magnetic field strength (horizontal axis) and ICF uniformity (vertical axis) in the wafer as the substrate. In FIG. 13, white circles show the results when the second plasma processing apparatus is applied, and black circles show the results when the above-described first plasma processing apparatus is applied for comparison.
第２のプラズマ処理装置を適用した場合、磁場強度が１３．３ガウス以下は、プラズマの均一性はほぼ変化せず、第１のプラズマ処理装置を適用した場合と同様に凸分布を示した。一方、磁場強度が１６ガウス以上では、磁場の大きさに依らず凹分布を示す結果となった。第１のプラズマ処理装置を適用した場合との比較をした場合、第２のコイル２１から異なる極性の静磁場を発生させることで、凸分布から凹分布への遷移領域が狭くなることが明らかとなった。
When the second plasma processing apparatus was applied, when the magnetic field intensity was 13.3 gauss or less, the uniformity of the plasma was not substantially changed, and a convex distribution was shown as in the case where the first plasma processing apparatus was applied. On the other hand, when the magnetic field strength was 16 gauss or more, the result showed a concave distribution regardless of the magnitude of the magnetic field. When compared with the case where the first plasma processing apparatus is applied, it is clear that the transition region from the convex distribution to the concave distribution is narrowed by generating a static magnetic field having a different polarity from the
また、第２のプラズマ処理装置を適用した場合において、第１のコイル９に印加する時間変動磁場をＢ（ｔ）＝Ｂ０＋（Ｂ１＋Ｂ２）／２ｓｉｎ（２πｆｔ）とした場合、第１のプラズマ処理装置を適用した場合で得られた結果と同様の効果が得られた。ただし、Ｂ０、Ｂ１、Ｂ２の大きさはそれぞれ１４．７ガウス、１３．３ガウス、１６．０ガウスとし、その周波数を１００Ｈｚとした。この場合、時間変動磁場の振幅の大きさは、１．４ガウス程度であり、第１のプラズマ処理装置を適用した場合で採用した時間変動磁場の振幅の大きさの約半分程度に抑えることが可能となった。そのため、第２のプラズマ処理装置を適用した発明によって、時間変動磁場の振幅の大きさを低減する効果が実証された。
When the second plasma processing apparatus is applied and the time-varying magnetic field applied to the
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、上記した実施の形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say. For example, the above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to one having all the configurations described. In addition, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of the embodiment.
１：高周波電源
２：第１の高周波整合器
３：第２の高周波整合器
４：基板電圧発生器
５：ガス供給装置
６：高周波電圧モニタ
７：第１の電流発生器
８：ＩＣＰ発生用アンテナ
９：第１のコイル
１０：基板
１１：処理室
１２：試料台
１３：プラズマ
２１：第２のコイル
２２：第２の電流発生器
３１：第３のコイル
３２：第３の電流発生器
４１：第４のコイル
４２：第４の電流発生器
４３：高周波電圧モニタ
1: High frequency power source 2: First high frequency matching device 3: Second high frequency matching device 4: Substrate voltage generator 5: Gas supply device 6: High frequency voltage monitor 7: First current generator 8: ICP generating antenna 9: First coil 10: Substrate
11: Processing chamber 12: Sample stage 13: Plasma 21: Second coil 22: Second current generator 31: Third coil 32: Third current generator 41: Fourth coil 42: Fourth Current generator 43: high frequency voltage monitor
Claims (14)
誘導磁場を形成する誘導コイルと、
前記誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電源と、
静磁場を形成する磁場形成装置と、
前記試料が載置される試料台と、
前記静磁場を時間変調することによって、異なるプラズマ処理特性に対応するモードを切り替える制御が行われる制御装置と、
を備える、プラズマ処理装置。 A processing chamber in which a sample is processed using plasma;
An induction coil that forms an induction magnetic field;
A high frequency power supply for supplying high frequency power to the induction coil;
A magnetic field forming device for forming a static magnetic field;
A sample stage on which the sample is placed;
A control device that performs control to switch modes corresponding to different plasma processing characteristics by time-modulating the static magnetic field;
A plasma processing apparatus.
前記磁場形成装置は、前記処理室の外部の側部側に配置される第１のコイルを含み、
前記制御装置は、
前記誘導コイルに印加されている高周波電圧を監視する高周波電圧モニタと、
前記第１のコイルに静磁場を時間変調した時間変動磁場を印加し、かつ、前記高周波電圧モニタで監視した高周波電圧に対応して前記第１のコイルに印加する時間変動磁場のオフセット磁場を調整する第１の電流発生器と、
を含む、プラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 1,
The magnetic field forming device includes a first coil disposed on a side portion outside the processing chamber,
The controller is
A high-frequency voltage monitor for monitoring a high-frequency voltage applied to the induction coil;
Applying a time-varying magnetic field obtained by time-modulating a static magnetic field to the first coil, and adjusting an offset magnetic field of the time-varying magnetic field applied to the first coil corresponding to the high-frequency voltage monitored by the high-frequency voltage monitor A first current generator that
A plasma processing apparatus.
前記磁場形成装置は、さらに、前記処理室の外部の上部側に配置される第２のコイルを含み、
前記制御装置は、さらに、前記第２のコイルに静磁場を印加する第２の電流発生器を含み、
前記第１のコイルと前記第２のコイルから発生する磁場の極性が異なり、かつ、前記第２のコイルに印加する磁場が時間に対して一定値である、プラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 2, wherein
The magnetic field forming apparatus further includes a second coil disposed on the upper side outside the processing chamber,
The control device further includes a second current generator that applies a static magnetic field to the second coil,
The plasma processing apparatus, wherein polarities of magnetic fields generated from the first coil and the second coil are different, and a magnetic field applied to the second coil is a constant value with respect to time.
前記磁場形成装置は、さらに、前記処理室の外部の下部側に配置される第３のコイルを含み、
前記制御装置は、さらに、前記第３のコイルに静磁場を印加する第３の電流発生器を含み、
前記第１のコイルと前記第３のコイルから発生する磁場の極性が同一で、かつ、前記第３のコイルに印加する磁場が時間に対して変動しない、プラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 2, wherein
The magnetic field forming apparatus further includes a third coil disposed on the lower side outside the processing chamber,
The control device further includes a third current generator that applies a static magnetic field to the third coil,
The plasma processing apparatus, wherein polarities of magnetic fields generated from the first coil and the third coil are the same, and a magnetic field applied to the third coil does not vary with time.
前記第１のコイルに印加する時間変動磁場の最大値はエッチングレートが凹分布になる磁場とし、かつ、前記第１のコイルに印加する時間変動磁場の最小値はエッチングレートが凸分布になる磁場とし、かつ、前記時間変動磁場の最大値と最小値との間にエッチングレートが凸分布から凹分布に変化する磁場を含む、プラズマ処理装置。 In the plasma processing apparatus as described in any one of Claims 2-4,
The maximum value of the time-varying magnetic field applied to the first coil is a magnetic field having a concave distribution in the etching rate, and the minimum value of the time-varying magnetic field applied to the first coil is a magnetic field having a convex distribution of the etching rate. And a plasma processing apparatus including a magnetic field in which an etching rate changes from a convex distribution to a concave distribution between a maximum value and a minimum value of the time-varying magnetic field.
前記高周波電圧の値が、エッチングレートの分布が凸分布から凹分布に変化する磁場での高周波電圧の値よりも大きい場合、前記時間変動磁場のオフセット磁場を減少させ、かつ、前記高周波電圧の値が、エッチングレートの分布が凸分布から凹分布に変化する磁場での高周波電圧の値よりも小さい場合、前記時間変動磁場のオフセット磁場を増大させる、プラズマ処理装置。 In the plasma processing apparatus as described in any one of Claims 2-4,
When the value of the high-frequency voltage is larger than the value of the high-frequency voltage in a magnetic field in which the etching rate distribution changes from a convex distribution to a concave distribution, the offset magnetic field of the time-varying magnetic field is reduced, and the high-frequency voltage value However, the plasma processing apparatus increases the offset magnetic field of the time-varying magnetic field when the etching rate distribution is smaller than the value of the high-frequency voltage in the magnetic field that changes from a convex distribution to a concave distribution.
前記磁場形成装置は、前記処理室の外部の側部側に配置される第４のコイルを含み、
前記制御装置は、
前記第４のコイルに静磁場を印加する第４の電流発生器と、
前記誘導コイルに印加されている高周波電圧を監視し、この監視した高周波電圧に対応して前記誘導コイルに印加する高周波電力を時間変動させる高周波電圧モニタと、
を含む、プラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 1,
The magnetic field forming device includes a fourth coil disposed on a side portion outside the processing chamber,
The controller is
A fourth current generator for applying a static magnetic field to the fourth coil;
A high-frequency voltage monitor that monitors the high-frequency voltage applied to the induction coil and time-variates the high-frequency power applied to the induction coil corresponding to the monitored high-frequency voltage;
A plasma processing apparatus.
前記静磁場を時間変調することによって、異なるプラズマ処理特性に対応するモードを切り替える制御を行う制御工程を備える、プラズマ処理方法。 A processing chamber in which a sample is processed using plasma, an induction coil that forms an induction magnetic field, a high-frequency power source that supplies high-frequency power to the induction coil, a magnetic field formation device that forms a static magnetic field, and the sample are placed A plasma processing method in a plasma processing apparatus comprising:
A plasma processing method comprising a control step of performing control to switch modes corresponding to different plasma processing characteristics by time-modulating the static magnetic field.
前記磁場形成装置は、前記処理室の外部の側部側に配置される第１のコイルを含み、
前記制御工程は、
前記誘導コイルに印加されている高周波電圧を監視する工程と、
前記第１のコイルに静磁場を時間変調した時間変動磁場を印加し、かつ、前記監視した高周波電圧に対応して前記第１のコイルに印加する時間変動磁場のオフセット磁場を調整する工程と、
を含む、プラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 8, wherein
The magnetic field forming device includes a first coil disposed on a side portion outside the processing chamber,
The control step includes
Monitoring the high-frequency voltage applied to the induction coil;
Applying a time-varying magnetic field obtained by time-modulating a static magnetic field to the first coil, and adjusting an offset magnetic field of the time-varying magnetic field applied to the first coil in response to the monitored high-frequency voltage;
A plasma processing method comprising:
前記磁場形成装置は、さらに、前記処理室の外部の上部側に配置される第２のコイルを含み、
前記制御工程は、さらに、前記第２のコイルに静磁場を印加する工程を含み、前記第１のコイルと前記第２のコイルから発生する磁場の極性が異なり、かつ、前記第２のコイルに印加する磁場が時間に対して一定値である、プラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 9, wherein
The magnetic field forming apparatus further includes a second coil disposed on the upper side outside the processing chamber,
The control step further includes a step of applying a static magnetic field to the second coil, the polarities of the magnetic fields generated from the first coil and the second coil are different, and the second coil is applied to the second coil. A plasma processing method, wherein a magnetic field to be applied is a constant value with respect to time.
前記磁場形成装置は、さらに、前記処理室の外部の下部側に配置される第３のコイルを含み、
前記制御工程は、さらに、前記第３のコイルに静磁場を印加する工程を含み、前記第１のコイルと前記第３のコイルから発生する磁場の極性が同一で、かつ、前記第３のコイルに印加する磁場が時間に対して変動しない、プラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 9, wherein
The magnetic field forming apparatus further includes a third coil disposed on the lower side outside the processing chamber,
The control step further includes a step of applying a static magnetic field to the third coil, the polarities of the magnetic fields generated from the first coil and the third coil are the same, and the third coil A plasma processing method in which the magnetic field applied to the substrate does not vary with time.
前記第１のコイルに印加する時間変動磁場の最大値はエッチングレートが凹分布になる磁場とし、かつ、前記第１のコイルに印加する時間変動磁場の最小値はエッチングレートが凸分布になる磁場とし、かつ、前記時間変動磁場の最大値と最小値との間にエッチングレートが凸分布から凹分布に変化する磁場を含む、プラズマ処理方法。 In the plasma processing method as described in any one of Claims 9-11,
The maximum value of the time-varying magnetic field applied to the first coil is a magnetic field having a concave distribution in the etching rate, and the minimum value of the time-varying magnetic field applied to the first coil is a magnetic field having a convex distribution of the etching rate. And a plasma processing method including a magnetic field in which an etching rate changes from a convex distribution to a concave distribution between a maximum value and a minimum value of the time-varying magnetic field.
前記高周波電圧の値が、エッチングレートの分布が凸分布から凹分布に変化する磁場での高周波電圧の値よりも大きい場合、前記時間変動磁場のオフセット磁場を減少させ、かつ、前記高周波電圧の値が、エッチングレートの分布が凸分布から凹分布に変化する磁場での高周波電圧の値よりも小さい場合、前記時間変動磁場のオフセット磁場を増大させる、プラズマ処理方法。 In the plasma processing method as described in any one of Claims 9-11,
When the value of the high-frequency voltage is larger than the value of the high-frequency voltage in a magnetic field in which the etching rate distribution changes from a convex distribution to a concave distribution, the offset magnetic field of the time-varying magnetic field is reduced, and the high-frequency voltage value However, the plasma processing method of increasing the offset magnetic field of the time-varying magnetic field when the etching rate distribution is smaller than the value of the high-frequency voltage in the magnetic field changing from the convex distribution to the concave distribution.
前記磁場形成装置は、前記処理室の外部の側部側に配置される第４のコイルを含み、
前記制御工程は、
前記第４のコイルに静磁場を印加する工程と、
前記誘導コイルに印加されている高周波電圧を監視し、この監視した高周波電圧に対応して前記誘導コイルに印加する高周波電力を時間変動させる工程と、
を含む、プラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 8, wherein
The magnetic field forming device includes a fourth coil disposed on a side portion outside the processing chamber,
The control step includes
Applying a static magnetic field to the fourth coil;
Monitoring the high-frequency voltage applied to the induction coil, and varying the time of the high-frequency power applied to the induction coil corresponding to the monitored high-frequency voltage;
A plasma processing method comprising:
Priority Applications (1)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111902916A (en) * | 2019-03-06 | 2020-11-06 | 株式会社日立高新技术 | Plasma processing apparatus, plasma processing method, and ECR height monitor |
| WO2023238235A1 (en) * | 2022-06-07 | 2023-12-14 | 株式会社日立ハイテク | Plasma treatment apparatus |
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2016
- 2016-08-03 JP JP2016152440A patent/JP2018022599A/en active Pending
Cited By (3)
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| CN111902916A (en) * | 2019-03-06 | 2020-11-06 | 株式会社日立高新技术 | Plasma processing apparatus, plasma processing method, and ECR height monitor |
| CN111902916B (en) * | 2019-03-06 | 2023-07-21 | 株式会社日立高新技术 | Plasma processing apparatus, plasma processing method, and ECR height monitor |
| WO2023238235A1 (en) * | 2022-06-07 | 2023-12-14 | 株式会社日立ハイテク | Plasma treatment apparatus |
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