JP3037848B2 - Plasma generating apparatus and plasma generating method - Google Patents

Plasma generating apparatus and plasma generating method

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JP3037848B2
JP3037848B2 JP5084398A JP8439893A JP3037848B2 JP 3037848 B2 JP3037848 B2 JP 3037848B2 JP 5084398 A JP5084398 A JP 5084398A JP 8439893 A JP8439893 A JP 8439893A JP 3037848 B2 JP3037848 B2 JP 3037848B2
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plasma
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正宏 小笠原
好文 田原
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Panasonic Corp
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Tokyo Electron Ltd
Panasonic Corp
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜形成やエッチング
等に応用されるプラズマ発生装置およびプラズマ発生方
法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma generating apparatus and a plasma generating method applied to thin film formation and etching.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、プラズマ処理は、半導体製造工程
の中でも微細加工が必要となる製造工程で広く利用され
ている。一般に、プラズマ処理を行なうための装置とし
て、例えば円筒形プラズマエッチング装置、平行平板形
プラズマエッチング装置、マイクロ波プラズマエッチン
グ装置等が知られている。また、高周波電界と磁界とに
よるマグネトロン放電によって処理ガスをプラズマ(有
磁界プラズマ)化するマグネトロンエッチング装置も開
発されている。マグネトロンエッチング装置では、プラ
ズマに磁界を印加することでプラズマの発生効率を高く
している。
2. Description of the Related Art In recent years, plasma processing has been widely used in semiconductor manufacturing processes requiring fine processing. Generally, as a device for performing a plasma process, for example, a cylindrical plasma etching device, a parallel plate plasma etching device, a microwave plasma etching device, and the like are known. In addition, a magnetron etching apparatus for converting a processing gas into plasma (magnetic field plasma) by magnetron discharge using a high-frequency electric field and a magnetic field has been developed. In a magnetron etching apparatus, the generation efficiency of plasma is increased by applying a magnetic field to the plasma.

【0003】以下、図面を参照しながら、プラズマ処理
装置およびプラズマ処理方法の従来例について説明す
る。
Hereinafter, a conventional example of a plasma processing apparatus and a plasma processing method will be described with reference to the drawings.

【0004】図17は従来のプラズマ処理装置の正面断
面構造の概略を示すものであり、図18はその平面断面
構造の概略を示すものである。両図において、1は処理
チャンバ、2は陰極、3は陽極、4は被処理材、5は電
源、6はガス導入口、7は排気口、8は磁界印加装置で
ある。
FIG. 17 schematically shows a front sectional structure of a conventional plasma processing apparatus, and FIG. 18 schematically shows a plan sectional structure thereof. In both figures, 1 is a processing chamber, 2 is a cathode, 3 is an anode, 4 is a material to be processed, 5 is a power source, 6 is a gas inlet, 7 is an exhaust port, and 8 is a magnetic field applying device.

【0005】図17に示すように、被処理材4は陰極2
上に設置されている。陰極2に電源5が接続され、陽極
3は接地されている。処理チャンバ1にはガス導入口6
から処理ガスが導入される。処理ガスは例えばCHF3
ガスを50sccmとする。処理チャンバ1内は、排気
口7を通して排気することで、例えば5Paの圧力に減
圧制御される。この後、電源5より例えば13.56M
Hz、800Wの高周波電力を陰極2と陽極3との間の
空間に供給することでプラズマを発生させる。陰極2と
陽極3との間の電界9の方向は、図17中の矢印で示さ
れている。
[0005] As shown in FIG.
It is installed above. The power supply 5 is connected to the cathode 2 and the anode 3 is grounded. The processing chamber 1 has a gas inlet 6
The processing gas is introduced from. The processing gas is, for example, CHF 3
The gas is set to 50 sccm. The inside of the processing chamber 1 is evacuated through the exhaust port 7 to be controlled to a reduced pressure of, for example, 5 Pa. Thereafter, 13.56M for example from the power supply 5
A high frequency power of 800 Hz is supplied to a space between the cathode 2 and the anode 3 to generate plasma. The direction of the electric field 9 between the cathode 2 and the anode 3 is indicated by an arrow in FIG.

【0006】陰極2と陽極3との間の空間には、電界印
加と同時に、図18に示すように、少なくとも被処理材
4上において磁力線が互いに平行となる一様な磁界10
が磁界印加装置8により印加されている。図17中の電
界9は図18には示されていないが、図18の紙面に対
して垂直に電界が印加されている。
In the space between the cathode 2 and the anode 3, simultaneously with the application of the electric field, as shown in FIG.
Is applied by the magnetic field applying device 8. Although the electric field 9 in FIG. 17 is not shown in FIG. 18, the electric field is applied perpendicularly to the plane of FIG.

【0007】互いに交叉する電界9と磁界10とが存在
すると、プラズマ中の荷電粒子はローレンツ力を受け
る。このため、荷電粒子はサイクロイド運動をしながら
図18中の矢印Dの方向にドリフトする。このドリフト
により、荷電粒子の衝突回数が増える。さらに、ガスの
電離度が高まり、高効率のプラズマが得られる。このプ
ラズマに被処理材4を曝し、エッチング等のプラズマ処
理を行なう。
When an electric field 9 and a magnetic field 10 cross each other, charged particles in the plasma receive Lorentz force. Accordingly, the charged particles drift in the direction of arrow D in FIG. 18 while performing cycloidal motion. This drift increases the number of collisions of charged particles. Further, the degree of ionization of the gas is increased, and highly efficient plasma can be obtained. The workpiece 4 is exposed to this plasma, and plasma processing such as etching is performed.

【0008】しかしながら、図17および図18の構成
では、磁界10が被処理材4上に平行に印加されている
ため、ドリフトした荷電粒子によってプラズマ密度が大
きく偏る。すなわち、図18において矢印Dで示される
方向、つまり紙面の上部に向けて荷電粒子は移動する。
このため被処理材4の両端(紙面上部と下部)に、各々
正・負に分極した帯電領域が発生する。このようなチャ
ージアップは被処理材4に静電気によるダメージを与え
る。例えば、半導体装置の製造工程では、半導体装置が
破壊したり、劣化したりする。よって、高集積化の進ん
だ半導体装置を製造する際にその歩留りを低下させると
いう問題があった。
However, in the configurations shown in FIGS. 17 and 18, since the magnetic field 10 is applied in parallel to the material to be processed 4, the drifted charged particles greatly bias the plasma density. In other words, the charged particles move in the direction indicated by arrow D in FIG. 18, that is, toward the top of the paper.
For this reason, positively and negatively polarized charged regions are generated at both ends (upper and lower portions of the sheet) of the material 4 to be processed. Such charge-up damages the workpiece 4 due to static electricity. For example, in a manufacturing process of a semiconductor device, the semiconductor device is broken or deteriorated. Therefore, there is a problem that the yield is reduced when manufacturing a highly integrated semiconductor device.

【0009】この問題点を解決するために、磁石を回転
させてプラズマ密度の均一化を図る方法が採用されてい
る。図19は、回転磁石を備えた従来のマグネトロンエ
ッチング装置の正面断面構造を示すものである。このマ
グネトロンエッチング装置30の主要部は、密閉の処理
チャンバ21と、この処理チャンバ21内の例えば上下
方向に離して対向配置される一対の上部電極22および
下部電極23と、例えば上部電極22の上方において処
理チャンバ21の外に回転可能に配設された磁界印加装
置としての磁石29と、上部電極22と下部電極23と
の間の空間に高周波電力を供給するための高周波電源3
2とで構成されている。
In order to solve this problem, a method has been adopted in which a magnet is rotated to make the plasma density uniform. FIG. 19 shows a front sectional structure of a conventional magnetron etching apparatus having a rotating magnet. A main part of the magnetron etching apparatus 30 includes a closed processing chamber 21, a pair of upper electrode 22 and a lower electrode 23 which are arranged in the processing chamber 21 so as to be opposed to each other, for example, in a vertical direction. And a high-frequency power supply 3 for supplying high-frequency power to a space between the upper electrode 22 and the lower electrode 23, which is rotatably disposed outside the processing chamber 21 as a magnetic field applying device.
And 2.

【0010】処理チャンバ21は、その中で物体例えば
被処理基板である半導体ウエハA(以下、単にウエハと
いう)をエッチング処理するためのもので、その側方下
部に設けられた排気口31に接続する排気手段(真空ポ
ンプ)25により排気することによって、その中が真空
に保持されている。この処理チャンバ21に配設される
下部電極23と処理チャンバ21の側壁との間は、絶縁
部材34により絶縁されている。下部電極23はその上
部中央に円板状のサセプタ24を有し、このサセプタ2
4上にウエハAが支持される。なお、このウエハAを確
実にサセプタ24上に支持させるため、チャック機構例
えば静電チャック26をサセプタ24上に設けてウエハ
Aを吸着保持している。
The processing chamber 21 is for etching an object therein, for example, a semiconductor wafer A (hereinafter simply referred to as a wafer), which is a substrate to be processed, and is connected to an exhaust port 31 provided at the lower side of the processing chamber. By evacuating by a evacuating means (vacuum pump) 25, the inside thereof is kept in a vacuum. An insulating member 34 insulates between the lower electrode 23 provided in the processing chamber 21 and the side wall of the processing chamber 21. The lower electrode 23 has a disk-shaped susceptor 24 at the upper center thereof.
The wafer A is supported on 4. In order to securely support the wafer A on the susceptor 24, a chuck mechanism, for example, an electrostatic chuck 26 is provided on the susceptor 24 to hold the wafer A by suction.

【0011】上部電極22の内部にはサセプタ24に対
向するように円板状の空間27が形成されており、この
空間27に連通して処理チャンバ21内に向かう多数の
ガス拡散孔28が形成されている。そして、空間27に
連通するガス供給路39に接続するガス導入管35にマ
スフローコントローラ36を介して処理ガス供給源37
が接続されて、処理ガス供給源37から供給される処理
ガス(例えば100sccmのCHF3 等)が空間27
および拡散孔28を介して処理チャンバ21内に導入さ
れるようになっている。なお、必要に応じて処理ガスを
常温以上に加熱する手段を設け、この加熱手段を通して
処理ガスを供給する場合もある。
A disk-shaped space 27 is formed inside the upper electrode 22 so as to face the susceptor 24, and a number of gas diffusion holes 28 are formed in communication with the space 27 toward the inside of the processing chamber 21. Have been. A processing gas supply source 37 is connected to a gas introduction pipe 35 connected to a gas supply path 39 communicating with the space 27 via a mass flow controller 36.
Is connected, and the processing gas (eg, 100 sccm CHF 3 or the like) supplied from the processing gas supply source 37 is supplied to the space 27.
And into the processing chamber 21 through the diffusion hole 28. In some cases, a means for heating the processing gas to room temperature or higher is provided as needed, and the processing gas is supplied through this heating means.

【0012】下部電極23には、ウエハAの温度を所望
温度(例えば−100℃〜+200℃)に設定できる温
度調節機構(図示せず)が設けられている。また、下部
電極23にはコンデンサ33を介して高周波電源32が
接続されており、この高周波電源32の一端は接地され
ている。この高周波電源32から、上部電極22と下部
電極23との間に例えば13.56MHzの高周波電力
が供給される。
The lower electrode 23 is provided with a temperature control mechanism (not shown) that can set the temperature of the wafer A to a desired temperature (for example, -100 ° C. to + 200 ° C.). A high-frequency power supply 32 is connected to the lower electrode 23 via a capacitor 33, and one end of the high-frequency power supply 32 is grounded. From the high-frequency power supply 32, a high-frequency power of, for example, 13.56 MHz is supplied between the upper electrode 22 and the lower electrode 23.

【0013】処理チャンバ21外において上部電極22
の上方に設けられる上記磁石29は、ウエハAの表面方
向の磁界を形成するための磁石である。この磁石29は
モータ等の駆動機構(図示せず)により所望の回転速度
で回転され、これによりウエハAに印加される電界と交
叉する方向の磁界が形成される。
The upper electrode 22 outside the processing chamber 21
Is a magnet for generating a magnetic field in the surface direction of the wafer A. The magnet 29 is rotated at a desired rotation speed by a driving mechanism (not shown) such as a motor, thereby forming a magnetic field in a direction crossing the electric field applied to the wafer A.

【0014】以上のように構成された装置によってウエ
ハAのエッチング処理を行なうためには、まず処理チャ
ンバ21内に図示しない予備室からロードロックチャン
バを介してウエハAを搬入し、このウエハAを静電チャ
ック26上に位置決めして吸着させる。その後、処理チ
ャンバ21内を排気口31から真空ポンプ25により排
気し、真空度を例えば5Paにする。
In order to perform the etching process on the wafer A by the above-configured apparatus, first, the wafer A is loaded into the processing chamber 21 from a preliminary chamber (not shown) via a load lock chamber, and the wafer A is loaded. It is positioned on the electrostatic chuck 26 and sucked. Thereafter, the inside of the processing chamber 21 is evacuated from the exhaust port 31 by the vacuum pump 25, and the degree of vacuum is set to, for example, 5 Pa.

【0015】次に、空間27から拡散孔28を介して処
理ガスを供給する。上部電極22と下部電極23との間
に高周波電源32により電力を供給すると、ウエハAの
表面に対して垂直な電界が生じる。このとき同時に、磁
石29によって上部電極22と下部電極23との間の空
間に磁界が印加されるので、ウエハAの表面には水平な
磁界38と、この磁界38に交叉する電界とが形成さ
れ、マグネトロン放電により有磁界プラズマが発生し、
このプラズマによりウエハAのエッチングが行なわれ
る。
Next, a processing gas is supplied from the space 27 through the diffusion holes 28. When electric power is supplied between the upper electrode 22 and the lower electrode 23 by the high frequency power supply 32, an electric field perpendicular to the surface of the wafer A is generated. At this time, a magnetic field is simultaneously applied to the space between the upper electrode 22 and the lower electrode 23 by the magnet 29, so that a horizontal magnetic field 38 and an electric field crossing the magnetic field 38 are formed on the surface of the wafer A. Magnetic field plasma is generated by magnetron discharge,
The etching of the wafer A is performed by this plasma.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】上記回転磁石を備えた
従来のマグネトロンエッチング装置によれば、時間平均
をとると、プラズマ密度が均一化される。ところが、あ
る瞬間をとれば、プラズマ密度が依然として偏っている
のである。
According to the conventional magnetron etching apparatus provided with the rotating magnet, the plasma density can be made uniform when the time average is taken. However, at a certain moment, the plasma density is still biased.

【0017】図20は、図19のマグネトロンエッチン
グ装置30における被処理基板としてのウエハAと磁界
38とのある瞬間の関係を示す概略平面図である。図2
0における磁界38と直交する断面(X−X断面,P−
Q面)におけるプラズマ密度、エッチング速度(エッチ
レート:E/R)および電位(VDC)の分布を図21に
示す。ローレンツ力に起因した図20中の矢印Dの方向
への荷電粒子のドリフトにより、図21に示すように、
ウエハAのP−Q面上のプラズマ密度とエッチング速度
(E/R)とはPからQに向って減少し、電位(VDC
は逆に増大する。つまり、プラズマ密度が不均一になる
と共に電位(VDC)が不均一となって、ウエハAの両端
に各々正・負に分極した帯電領域が発生する。このよう
なチャージアップ現象はウエハAのゲート酸化膜の絶縁
破壊を招いたり、その特性を劣化させたりする。また、
電位(VDC)がウエハA面内で勾配をもつためウエハA
面内でイオンシースも傾斜をもつと考えられ、イオンは
シースに対して直交方向に進行する関係上、エッチング
形状が曲がるという問題もある。
FIG. 20 is a schematic plan view showing an instantaneous relationship between a magnetic field 38 and a wafer A as a substrate to be processed in the magnetron etching apparatus 30 of FIG. FIG.
0, a section orthogonal to the magnetic field 38 (XX section, P-
FIG. 21 shows the distribution of the plasma density, the etching rate (etch rate: E / R), and the potential (V DC ) on the (Q plane). Due to the drift of the charged particles in the direction of arrow D in FIG. 20 due to the Lorentz force, as shown in FIG.
The plasma density on the PQ surface of the wafer A and the etching rate (E / R) decrease from P to Q, and the potential (V DC )
Increases conversely. That is, the plasma density becomes non-uniform and the potential (V DC ) becomes non-uniform, and positively and negatively polarized charged regions are generated at both ends of the wafer A. Such a charge-up phenomenon causes dielectric breakdown of the gate oxide film of the wafer A or deteriorates its characteristics. Also,
Since the potential (V DC ) has a gradient in the plane of the wafer A, the wafer A
It is considered that the ion sheath also has an inclination in the plane, and there is also a problem that the etching shape is bent because the ions travel in a direction perpendicular to the sheath.

【0018】なお、ウエハAにダメージを与えない程度
までプラズマ密度を低下させるエッチング方法もある
が、この方法においては、エッチング速度(E/R)が
低下すると共にスループットが低下する問題があった。
Although there is an etching method for reducing the plasma density to such an extent that the wafer A is not damaged, this method has a problem that the etching rate (E / R) decreases and the throughput decreases.

【0019】本発明の目的は、上記問題点に鑑み、プラ
ズマの偏りを小さくし、以て被処理材のチャージアップ
を抑制することができるプラズマ発生装置およびプラズ
マ発生方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a plasma generation apparatus and a plasma generation method capable of reducing the bias of plasma and suppressing charge-up of a material to be processed in view of the above problems.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明では、プラズマ中の荷電粒子のドリフト方向
を発散させるように、電界と磁界とをプラズマ空間に印
加することとした。
In order to solve the above problems, in the present invention, an electric field and a magnetic field are applied to the plasma space so as to diverge the drift direction of charged particles in the plasma.

【0021】具体的には、請求項1の発明は、減圧を保
持するチャンバ内のガスを電界と磁界とによるマグネト
ロン放電によってプラズマ化するためのプラズマ発生装
置において、互いの間の空間中のガスを電離させるため
の電界を該空間に印加するように前記チャンバ内に設置
された少なくとも2つの電極と、該電極による電界と交
叉する方向にかつ前記空間中のガスから生じた荷電粒子
が各々ローレンツ力を受けて互いに発散する方向にドリ
フトするように前記空間に磁界を印加するための磁界印
加装置とを備えた構成を採用したものである。
More specifically, a first aspect of the present invention is a plasma generating apparatus for converting a gas in a chamber holding a reduced pressure into a plasma by magnetron discharge using an electric field and a magnetic field. At least two electrodes installed in the chamber so as to apply an electric field for ionizing the gas to the space, and charged particles generated from gas in the space in a direction crossing the electric field by the electrodes and Lorentz each. A configuration is provided that includes a magnetic field applying device for applying a magnetic field to the space so as to drift in directions in which they diverge under a force.

【0022】また、請求項2の発明に係るプラズマ発生
装置では、互いの間の空間中のガスを電離させるための
電界を該空間に印加するようにチャンバ内に設置された
少なくとも2つの電極と、該電極による電界と交叉する
方向に前記空間に磁界を印加するための磁界印加装置と
を備えることとした。ただし、磁界印加装置により印加
される磁界は、前記空間中のガスから生じた荷電粒子の
各々に働くローレンツ力による該荷電粒子のドリフトの
方向に順次磁束密度が弱くなる勾配を持つようにする。
In the plasma generator according to the second aspect of the present invention, at least two electrodes installed in the chamber so as to apply an electric field for ionizing gas in a space between each other to the space. And a magnetic field applying device for applying a magnetic field to the space in a direction crossing the electric field generated by the electrodes. However, the magnetic field applied by the magnetic field applying device has a gradient in which the magnetic flux density becomes weaker in the direction of drift of the charged particles due to Lorentz force acting on each of the charged particles generated from the gas in the space.

【0023】請求項3の発明は、減圧空間内のガスを電
界と磁界とによるマグネトロン放電によってプラズマ化
するためのプラズマ発生方法において、前記減圧空間内
にガスを導入するステップと、該減圧空間内に導入され
たガスを電離させるように該減圧空間に電界を印加する
ステップと、該印加された電界と交叉する方向にかつ前
記減圧空間中のガスから生じた荷電粒子が各々ローレン
ツ力を受けて互いに発散する方向にドリフトするように
前記減圧空間に磁界を印加するステップとを備えた構成
を採用したものである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a plasma generating method for converting a gas in a depressurized space into a plasma by magnetron discharge using an electric field and a magnetic field. Applying an electric field to the depressurized space so as to ionize the gas introduced into the depressurized space, and charged particles generated from the gas in the depressurized space in a direction crossing the applied electric field and receiving the Lorentz force, respectively. Applying a magnetic field to the decompressed space so as to drift in directions diverging from each other.

【0024】また、請求項4の発明に係るプラズマ発生
方法では、減圧空間内にガスを導入するステップと、該
減圧空間内に導入されたガスを電離させるように該減圧
空間に電界を印加するステップと、該印加された電界と
交叉する方向に前記減圧空間に磁界を印加するステップ
とを備えることとした。ただし、磁界印加ステップで印
加される磁界は、前記減圧空間中のガスから生じた荷電
粒子の各々に働くローレンツ力による該荷電粒子のドリ
フトの方向に順次磁束密度が弱くなる勾配を持つように
する。
Further, in the plasma generating method according to the present invention, the step of introducing a gas into the reduced pressure space and the step of applying an electric field to the reduced pressure space so as to ionize the gas introduced into the reduced pressure space. And a step of applying a magnetic field to the reduced pressure space in a direction crossing the applied electric field. However, the magnetic field applied in the magnetic field applying step has a gradient in which the magnetic flux density becomes weaker sequentially in the direction of drift of the charged particles due to Lorentz force acting on each of the charged particles generated from the gas in the reduced pressure space. .

【0025】[0025]

【作用】請求項1〜4の発明によれば、プラズマ中の荷
電粒子のドリフトの方向を従来のように平行ではなく、
発散させることが可能となり、プラズマの偏りを少なく
できる。つまり、プラズマ密度が均一化されるので、被
処理材のチャージアップが少なくなり、静電気によるダ
メージが低減される。
According to the first to fourth aspects of the present invention, the direction of drift of charged particles in the plasma is not parallel as in the prior art,
It is possible to diverge, and the bias of the plasma can be reduced. That is, since the plasma density is made uniform, charge-up of the material to be processed is reduced, and damage due to static electricity is reduced.

【0026】[0026]

【実施例】以下、本発明の実施例に係るプラズマ処理装
置およびプラズマ処理方法について、図面を参照しなが
ら説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a plasma processing apparatus and a plasma processing method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0027】図1および図2は、本発明の実施例に係る
プラズマ処理方法の原理図であって、いずれも従来例に
関する図18に対応するものである。
FIGS. 1 and 2 are principle diagrams of a plasma processing method according to an embodiment of the present invention, and both correspond to FIG. 18 relating to a conventional example.

【0028】図1によれば、磁界印加装置8から、被処
理材4の面上において隣合う磁力線の方向が互いに平行
にならないように磁界12が印加されている。すなわ
ち、被処理材4の一端(図1において紙面の下部)より
磁界12の磁力線が放射状に発生している。紙面下部に
磁石が置かれた場合に、このような磁力線形状となる。
その磁石は紙面下部の中央より右にN極があり、左にS
極がある。このため被処理材4上では磁力線は決して平
行にはならない。この磁界印加と同時に、不図示の電界
が紙面に対して垂直に印加されている。
According to FIG. 1, a magnetic field 12 is applied from the magnetic field applying device 8 so that the directions of lines of magnetic force adjacent to each other on the surface of the workpiece 4 are not parallel to each other. That is, the magnetic field lines of the magnetic field 12 are generated radially from one end (the lower part of the paper surface in FIG. 1) of the workpiece 4. Such a line of magnetic force is obtained when a magnet is placed at the bottom of the drawing.
The magnet has an N pole to the right of the center at the bottom of the page, and an S pole to the left.
There are poles. For this reason, the lines of magnetic force never become parallel on the workpiece 4. Simultaneously with the application of the magnetic field, an electric field (not shown) is applied perpendicular to the plane of the drawing.

【0029】互いに交叉する電界と磁界12とにより、
プラズマ中の荷電粒子はローレンツ力を受ける。ローレ
ンツ力を受けた荷電粒子は、サイクロイド運動をしなが
ら矢印Dの方向にドリフトする。この際、被処理材4の
一方の端から対向端へ向かって荷電粒子のドリフトの方
向が発散するように磁界12が印加されている。このド
リフトにより、荷電粒子の衝突回数が増え、処理ガスの
電離度が高まり、高効率のプラズマが得られる。このプ
ラズマに被処理材4を曝し、エッチング等のプラズマ処
理を実施する。しかも、荷電粒子のドリフトの方向は図
1の矢印Dに示すように発散しているので、平行な磁界
を印加する従来の場合(図18)と比較してプラズマの
偏りが少なくなる。このため、半導体装置等のチャージ
アップによる破壊を防止できる。
The electric field and the magnetic field 12 crossing each other,
Charged particles in the plasma receive Lorentz force. The charged particles that have received the Lorentz force drift in the direction of arrow D while performing cycloidal motion. At this time, the magnetic field 12 is applied such that the drift direction of the charged particles diverges from one end of the workpiece 4 toward the opposite end. Due to this drift, the number of collisions of charged particles increases, the degree of ionization of the processing gas increases, and highly efficient plasma can be obtained. The workpiece 4 is exposed to this plasma, and plasma processing such as etching is performed. In addition, since the direction of drift of the charged particles diverges as shown by arrow D in FIG. 1, the bias of the plasma is reduced as compared with the conventional case (FIG. 18) in which a parallel magnetic field is applied. For this reason, destruction due to charge-up of a semiconductor device or the like can be prevented.

【0030】図2によれば、磁界印加装置8によって生
成される磁界14は、被処理材4のほぼ中心を通る直線
から該被処理材4の両側方に向かうにつれて徐々に湾曲
した磁力線形状をしている。被処理材4のほぼ中心を通
る直線は紙面の左右方向である。紙面右側に磁石のN
極、左側にS極が置かれた場合に、このような磁力線形
状となる。このため荷電粒子のドリフトの方向は、矢印
Dで示すように、被処理材4の中心より下部にある荷電
粒子が被処理材4の端(紙面上部)に向かって発散して
いく方向となる。ただし、磁界14は、処理チャンバ1
内での分布が図2の平面上で上下左右に対称になるよう
に印加されている。
According to FIG. 2, the magnetic field 14 generated by the magnetic field applying device 8 has a line of magnetic force gradually curved from a straight line passing substantially through the center of the workpiece 4 toward both sides of the workpiece 4. doing. A straight line passing substantially through the center of the material to be processed 4 is the left-right direction on the paper surface. Magnet N on right side of paper
When the S pole is placed on the left side of the pole, such a line of magnetic force is formed. For this reason, the direction of drift of the charged particles is, as indicated by arrow D, a direction in which the charged particles located below the center of the workpiece 4 diverge toward the end of the workpiece 4 (upper side of the paper). . However, the magnetic field 14 is applied to the processing chamber 1
Are applied such that the distribution in the inside is symmetrical in the vertical and horizontal directions on the plane of FIG.

【0031】この場合にも荷電粒子のドリフトの方向は
図2の矢印Dに示すように発散しているので、平行な磁
界を印加する従来の場合(図18)と比較してプラズマ
の偏りが少なくなり、半導体装置等のチャージアップに
よる破壊を防止できる。しかも、磁界14の分布が図2
に示す平面の上下左右に対称であるから、被処理材4が
円板状である場合は、磁界14の印加方向を回転させる
ことでプラズマ処理の均一性を向上させることができ
る。
Also in this case, the drift direction of the charged particles diverges as shown by the arrow D in FIG. 2, so that the bias of the plasma is smaller than in the conventional case (FIG. 18) in which a parallel magnetic field is applied. Therefore, destruction due to charge-up of a semiconductor device or the like can be prevented. Moreover, the distribution of the magnetic field 14
Is symmetrical in the vertical and horizontal directions with respect to the plane shown in FIG. 1, and when the material to be processed 4 is a disk, the uniformity of the plasma processing can be improved by rotating the direction in which the magnetic field 14 is applied.

【0032】次に、上記原理を利用したマグネトロンエ
ッチング装置の具体例について説明する。図19に示す
従来のマグネトロンエッチング装置30中の磁石29に
代えて以下の構成の磁界印加装置を採用すれば、磁界3
8の磁束密度すなわち磁界分布に所望の勾配(以下、磁
場勾配という)をもたせることができ、以てプラズマ中
の荷電粒子のドリフト方向を発散させ、プラズマ密度を
均一化することができる。すなわち、この磁場勾配をも
った空間にウエハAを設置することにより、後に詳述す
るようにウエハAの表面のチャージアップを防止または
抑制できる。
Next, a specific example of a magnetron etching apparatus utilizing the above principle will be described. If a magnetic field applying device having the following configuration is employed instead of the magnet 29 in the conventional magnetron etching device 30 shown in FIG.
8 can have a desired gradient (hereinafter, referred to as a magnetic field gradient) in the magnetic field density, that is, the drift direction of the charged particles in the plasma can be diverged, and the plasma density can be made uniform. That is, by placing the wafer A in a space having this magnetic field gradient, charge-up of the surface of the wafer A can be prevented or suppressed as described later in detail.

【0033】以下、磁場勾配を形成するための8つの具
体的手段について説明する。ただし、各具体的手段によ
る磁界印加と同時に、ウエハAの表面に対して垂直に高
周波電界が印加されるものとする。
Hereinafter, eight specific means for forming the magnetic field gradient will be described. However, it is assumed that a high-frequency electric field is applied perpendicular to the surface of the wafer A simultaneously with the application of the magnetic field by each specific means.

【0034】図3(a)および(b)には、磁場勾配を
形成するための磁界印加装置の第1構成例の概略斜視図
およびその概略平面図が示されている。この第1構成例
は、ウエハAの側方に磁石29を配設して磁場勾配を形
成するようにしたものである。すなわち、処理チャンバ
21の側方に磁石29を配設することによって、図3
(b)に示すように、ローレンツ力によるドリフトの方
向Dに順次弱くなる磁場勾配を形成して、プラズマ密度
の均一化を図るようにしたものである。
FIGS. 3A and 3B show a schematic perspective view and a schematic plan view of a first configuration example of a magnetic field application device for forming a magnetic field gradient. In the first configuration example, a magnet 29 is arranged on the side of the wafer A to form a magnetic field gradient. That is, by disposing the magnet 29 on the side of the processing chamber 21, FIG.
As shown in (b), a magnetic field gradient is formed which becomes weaker in the direction of drift D due to the Lorentz force so as to make the plasma density uniform.

【0035】図4(a)および(b)には、磁界印加装
置の第2構成例の概略平面図およびその概略斜視図が示
されている。この第2構成例は、処理チャンバ21内に
おけるウエハAの左右側方において斜方位置にN極とS
極とを対向配置した内磁型磁石29の構成を採用したも
のである。すなわち、ウエハAの外周円とほぼ相似形の
曲面を有する処理チャンバ21の側壁内面に、同様に相
似形の曲面を有する磁石29のN極とS極とを配設する
と共に、このN極とS極をローレンツ力によるドリフト
の方向Dとは反対側に配設することにより、プラズマ密
度の均一化を図るようにしたものである。
FIGS. 4A and 4B show a schematic plan view and a schematic perspective view of a second configuration example of the magnetic field applying device. In the second configuration example, the N pole and the S pole are positioned obliquely on the left and right sides of the wafer A in the processing chamber 21.
This adopts the configuration of the inner magnet type magnet 29 in which the poles are arranged to face each other. That is, the north pole and the south pole of the magnet 29 also having the similar curved surface are arranged on the inner surface of the side wall of the processing chamber 21 having the curved surface substantially similar to the outer peripheral circle of the wafer A. By arranging the S pole on the side opposite to the direction D of the drift due to the Lorentz force, the plasma density is made uniform.

【0036】図5には、磁界印加装置の第3構成例の概
略斜視図が示されている。この第3構成例は、磁石29
をウエハAの上方において、ローレンツ力によるドリフ
トの方向Dとは反対側にウエハAの中心から遠ざけて配
設することにより、磁場勾配を形成するものである。こ
のように磁石29をウエハAの真上より離して配設する
ことによって、プラズマ密度の濃い部分に弱い磁界38
aが印加され、逆にプラズマ密度の薄い部分に強い磁界
38bが印加されるので、ウエハA表面のプラズマ密度
が均一になる。
FIG. 5 is a schematic perspective view of a third configuration example of the magnetic field applying device. This third configuration example uses a magnet 29
Is arranged above the wafer A on the side opposite to the direction D of drift due to Lorentz force, away from the center of the wafer A, thereby forming a magnetic field gradient. By arranging the magnet 29 away from right above the wafer A in this manner, the weak magnetic field 38 can be applied to a portion where the plasma density is high.
a is applied, and conversely, a strong magnetic field 38b is applied to a portion having a low plasma density, so that the plasma density on the surface of the wafer A becomes uniform.

【0037】図6には、磁界印加装置の第4構成例の概
略斜視図が示されている。この第4構成例は、磁石29
自体の磁力に変化をもたせて磁場勾配を形成するように
したものである。すなわち、ウエハAの上方に配設され
る磁石本体29aの上面に、その磁石本体29aの磁化
方向と同一および反対の磁化方向を有する複数の磁界制
御用棒磁石29bを載置することによって、磁石29全
体の磁束密度に勾配をもたせるようにしたものである。
例えば、図6に示すように、磁石本体29aの上面にお
いて、ローレンツ力によるドリフトの方向D側の端部に
磁石本体29aの磁化方向とは反対の磁化方向を有する
3本の棒磁石29bを配設し、その3本の棒磁石の隣に
同様の磁化方向を有する2本の棒磁石29bを配設し、
その2本の棒磁石の隣に逆の磁化方向を有する2本の棒
磁石29bを配設し、そして、その2本の棒磁石の隣に
同様の磁化方向を有する3本の棒磁石29bを配設す
る。これにより、ローレンツ力によるドリフトの方向D
側に弱い磁界38aを印加し、反対側に強い磁界38b
を印加して、プラズマの均一化を図ることができる。な
お、磁石本体29aの中心を境にして磁化方向が互いに
逆の棒磁石29bを配列するものであれば、該棒磁石2
9bの数は任意に選定できる。
FIG. 6 is a schematic perspective view of a fourth configuration example of the magnetic field applying device. In the fourth configuration example, the magnet 29
The magnetic field gradient is formed by changing the magnetic force of itself. That is, by mounting a plurality of magnetic field control rod magnets 29b having the same and opposite magnetization directions as the magnetization direction of the magnet main body 29a on the upper surface of the magnet main body 29a disposed above the wafer A, The magnetic flux density of the whole 29 has a gradient.
For example, as shown in FIG. 6, on the upper surface of the magnet main body 29a, three bar magnets 29b having a magnetization direction opposite to the magnetization direction of the magnet main body 29a are arranged at an end on the direction D side of the drift due to the Lorentz force. And two bar magnets 29b having the same magnetization direction are arranged next to the three bar magnets,
Two bar magnets 29b having opposite magnetization directions are arranged next to the two bar magnets, and three bar magnets 29b having the same magnetization direction are arranged next to the two bar magnets. Arrange. Thereby, the direction D of the drift due to the Lorentz force
A weak magnetic field 38a is applied to the opposite side, and a strong magnetic field 38b is applied to the opposite side.
Is applied to make the plasma uniform. If the bar magnets 29b whose magnetization directions are opposite to each other with the center of the magnet body 29a as a boundary are arranged, the bar magnets 2
The number of 9b can be arbitrarily selected.

【0038】図7には、磁界印加装置の第5構成例の概
略斜視図が示されている。この第5構成例は、磁石29
をウエハA表面の平行面に対して所定の角度αだけ傾斜
させ、すなわちローレンツ力によるドリフトの方向D側
を上方に持ち上げるように傾斜させて配設することによ
り、磁場勾配を形成したものである。このように磁石2
9をウエハA表面の平行面に対して傾斜させることによ
って、ウエハA表面上にはD方向に凸に湾曲した磁力線
分布が得られる。このためウエハA表面で、荷電粒子の
ドリフト方向Dが発散する。つまり、プラズマ密度の濃
い部分に弱い磁界38aが印加され、逆にプラズマ密度
の薄い部分に強い磁界38bが印加されるので、ウエハ
A表面のプラズマ密度が均一になる。
FIG. 7 is a schematic perspective view of a fifth configuration example of the magnetic field applying device. This fifth configuration example uses a magnet 29
Is tilted by a predetermined angle α with respect to the parallel plane of the surface of the wafer A, that is, inclined so as to raise the direction D of drift due to Lorentz force upward, thereby forming a magnetic field gradient. . Thus, magnet 2
By inclining the surface 9 with respect to the parallel surface of the wafer A, a magnetic field distribution convexly curved in the D direction is obtained on the surface of the wafer A. Therefore, the drift direction D of the charged particles diverges on the surface of the wafer A. That is, since the weak magnetic field 38a is applied to the portion where the plasma density is high, and the strong magnetic field 38b is applied to the portion where the plasma density is low, the plasma density on the surface of the wafer A becomes uniform.

【0039】図8には、磁界印加装置の第6構成例の概
略斜視図が示されている。この第6構成例は、磁石29
自体のボリュームに変化をもたせて磁場勾配を形成する
ようにしたものである。すなわち、ローレンツ力による
ドリフトの方向D側に向って漸次肉厚を薄くした磁石2
9をウエハAの上方に配設することにより、ドリフト方
向D側に弱い磁界38aを印加し、反対側に強い磁界3
8bを印加して、プラズマの均一化を図るようにしたも
のである。
FIG. 8 is a schematic perspective view of a sixth configuration example of the magnetic field applying device. In the sixth configuration example, the magnet 29
The magnetic field gradient is formed by changing the volume of itself. That is, the magnet 2 whose thickness is gradually reduced toward the direction D of drift due to Lorentz force
9 is arranged above the wafer A, a weak magnetic field 38a is applied to the drift direction D side, and a strong magnetic field 3a is applied to the opposite side.
8b is applied to make the plasma uniform.

【0040】図9(a)および(b)には、磁界印加装
置の第7構成例の概略平面図およびその磁場勾配の説明
図が示されている。この第7構成例は、電磁石を用いて
磁場勾配を形成するようにしたものである。すなわち、
ウエハAの外側の四周方向にそれぞれ対をなす2組の電
磁石29cを配設し、各組の電磁石29cの端部背面側
にそれぞれサブ電磁石29dを配設することにより、サ
ブ電磁石29dを配設した側の磁界を強くして、磁場勾
配をもたせるようにしたものである(図9(b)参
照)。この場合、電磁石29c、サブ電磁石29dは固
定してもよいが、これらを回転させることによって、よ
り一層プラズマ密度の均一化を図ることができる。
FIGS. 9A and 9B are a schematic plan view of a seventh configuration example of the magnetic field applying device and an explanatory diagram of the magnetic field gradient. In the seventh configuration example, a magnetic field gradient is formed using an electromagnet. That is,
The sub-electromagnets 29d are provided by arranging two pairs of electromagnets 29c in pairs in the four circumferential directions outside the wafer A, and arranging the sub-electromagnets 29d on the back side of the ends of the respective electromagnets 29c. In this case, the magnetic field on the side of the side is strengthened so as to have a magnetic field gradient (see FIG. 9B). In this case, the electromagnet 29c and the sub-electromagnet 29d may be fixed, but by rotating them, the plasma density can be made more uniform.

【0041】図10(a)および(b)には、磁界印加
装置の第8構成例の概略平面図が示されている。第8構
成例は、第7構成例と同様に電磁石を用いて磁場勾配を
形成するようにしたものであって、ウエハAの外側の四
周方向に電磁石29cを配設し、隣接する2つの電磁石
29cに逆方向の電流を流して磁場勾配を形成すると共
に、順次電磁石29cを電気的に切換え(図10(b)
参照)、隣接する2つの電磁石29cをONにした場合
は残りの2つの電磁石29cをOFFにしてプラズマ密
度を均一にするようにしたものである。
FIGS. 10A and 10B are schematic plan views of an eighth configuration example of the magnetic field applying device. In the eighth configuration example, a magnetic field gradient is formed using electromagnets as in the seventh configuration example. Electromagnets 29c are arranged in four circumferential directions outside the wafer A, and two adjacent electromagnets are arranged. An electric current in the opposite direction is applied to 29c to form a magnetic field gradient, and the electromagnets 29c are sequentially electrically switched (FIG. 10B).
When two adjacent electromagnets 29c are turned on, the remaining two electromagnets 29c are turned off so that the plasma density becomes uniform.

【0042】以上のようにして磁場勾配を形成した空間
にウエハAを設置すれば、図11に示すように、ウエハ
AのP−Q面上のプラズマ密度、エッチング速度(E/
R)および電位(VDC)がいずれもほぼ均一となるた
め、ウエハAの表面のチャージアップを防止または抑制
できる。同図は、従来のマグネトロンエッチング装置に
関する図21に対応する本実施例の場合の図である。ま
た、本実施例によればイオンシースが均一化されるの
で、エッチング形状が片側に曲がるという問題をも解消
することができる。これにより、8インチウエハのみな
らず、今後の大口径化に対しても加工形状をウエハA面
内で揃えることが容易となる。
When the wafer A is placed in the space where the magnetic field gradient is formed as described above, as shown in FIG. 11, the plasma density on the PQ surface of the wafer A and the etching rate (E /
R) and the potential (V DC ) are substantially uniform, so that charge-up on the surface of the wafer A can be prevented or suppressed. FIG. 14 is a diagram corresponding to FIG. 21 relating to a conventional magnetron etching apparatus in the case of the present embodiment. Further, according to the present embodiment, since the ion sheath is made uniform, the problem that the etched shape is bent to one side can also be solved. As a result, it becomes easy to align the processing shape in the plane of the wafer A not only for an 8-inch wafer but also for a larger diameter in the future.

【0043】以上のとおり、上記実施例に係るマグネト
ロンエッチング装置によれば、高周波電界と磁界とによ
るマグネトロン放電によって処理ガスをプラズマ化して
ウエハAのエッチングを行なうに際し、高周波電界と交
叉する方向に印加される磁界38に、ローレンツ力によ
るドリフト方向Dに順次磁束密度が弱くなる勾配が与え
られる。これによりプラズマ密度が均一になるので、エ
ッチング速度を低下させることなくエッチング処理の均
一化を図ることができる。なお、磁石29は、ウエハA
の裏面側に設けても、また表面側と裏面側との双方に設
けてもよく、プラズマ空間に磁場勾配を形成すればよ
い。したがって、磁石29の位置に限らず、ウエハAを
斜めに設置しても、またウエハAの位置を変えてもよ
い。すなわち、ウエハAと磁石29との位置関係を相対
的に設定すればよい。
As described above, according to the magnetron etching apparatus according to the above-described embodiment, when the processing gas is turned into plasma by the magnetron discharge caused by the high-frequency electric field and the magnetic field, the wafer A is etched in a direction crossing the high-frequency electric field. The magnetic field 38 is given a gradient in which the magnetic flux density becomes weaker in the drift direction D due to the Lorentz force. This makes the plasma density uniform, so that the etching process can be made uniform without lowering the etching rate. The magnet 29 is connected to the wafer A
May be provided on the back side, or on both the front side and the back side, and a magnetic field gradient may be formed in the plasma space. Therefore, the position of the wafer A is not limited to the position of the magnet 29, and the position of the wafer A may be changed. That is, the positional relationship between the wafer A and the magnet 29 may be set relatively.

【0044】次に、上記マグネトロンエッチング装置に
おける磁界分布の最適条件を説明する。最適条件は、
(1) 磁力線がウエハAの表面に対して平行であって、こ
れに交叉しないこと、(2) ウエハAの中心部と周辺部と
の磁束密度が同一であること、(3) ローレンツ力による
荷電粒子のドリフトの方向に順次弱くなるように磁束密
度が勾配を持つことの3条件が同時に満たされることで
ある。
Next, the optimum conditions of the magnetic field distribution in the magnetron etching apparatus will be described. Optimal conditions are
(1) The lines of magnetic force are parallel to and do not intersect with the surface of the wafer A; (2) The magnetic flux densities at the center and the periphery of the wafer A are the same; (3) Due to the Lorentz force That is, the three conditions that the magnetic flux density has a gradient so as to become weaker in the direction of drift of the charged particles are satisfied simultaneously.

【0045】図12は比較例を、図13は最適条件を満
たす場合(実施例)を各々示すマグネトロンエッチング
装置の概略正面断面図である。両図中の矢印は磁界38
の向きを示し、その長さが磁束密度の大きさを表わして
いる。図12中の磁界38は、ウエハAの中心付近では
その表面とほぼ平行になっており、磁束密度は小さい。
ウエハAの左側端部では、磁束密度は大きいが、ウエハ
Aの表面から離れるに従って発散方向に磁界38が湾曲
している。逆にウエハAの右側では、磁界38が収束方
向に湾曲している。一方、図13では、全ての磁界38
がウエハAの表面に対して平行であり、かつほぼ同じ磁
束密度で分布している。
FIG. 12 is a schematic front sectional view of a magnetron etching apparatus showing a comparative example, and FIG. 13 shows a case where an optimum condition is satisfied (example). The arrows in both figures indicate the magnetic field 38.
And its length represents the magnitude of the magnetic flux density. The magnetic field 38 in FIG. 12 is almost parallel to the surface near the center of the wafer A, and the magnetic flux density is small.
At the left end of the wafer A, the magnetic flux density is large, but the magnetic field 38 is curved in the divergent direction as the distance from the surface of the wafer A increases. Conversely, on the right side of the wafer A, the magnetic field 38 is curved in the direction of convergence. On the other hand, in FIG.
Are parallel to the surface of the wafer A and are distributed with substantially the same magnetic flux density.

【0046】ここで、ウエハAに対して平行な方向(水
平方向)の磁界38の成分について、ウエハAの中心部
の磁束密度B1に対する周辺部の磁束密度B2の比をR
(=B2/B1)と定義する。図12ではR>1であ
り、図13ではR=1(最小値かつ理想値)である。
Here, for the component of the magnetic field 38 in the direction (horizontal direction) parallel to the wafer A, the ratio of the magnetic flux density B2 at the peripheral portion to the magnetic flux density B1 at the central portion of the wafer A is represented by R
(= B2 / B1). In FIG. 12, R> 1 and in FIG. 13, R = 1 (minimum value and ideal value).

【0047】表面に例えばEEPROM素子を形成した
ウエハAでは、絶縁膜のチャージアップにより素子のフ
ラットバンド電圧がエッチング処理中にシフトしてしま
う。そこで、Rの変化に起因してフラットバンド電圧が
−0.5V〜+0.5Vの範囲外にまでシフトする割
合、すなわちチャージアップによる不良発生率(以下、
不良率という。)を実験により調べた。エッチング条件
は、圧力5Pa、印加高周波電力1000W、ガスCH
3 、ガス流量50sccmである。ウエハAの中心部
での磁束密度は、12〜24mTに設定した。
In a wafer A having, for example, an EEPROM element formed on the surface, the flat band voltage of the element shifts during the etching process due to charge-up of the insulating film. Therefore, the rate at which the flat band voltage shifts outside the range of -0.5 V to +0.5 V due to the change in R, that is, the failure occurrence rate due to charge-up (hereinafter, referred to as
Defect rate. ) Was experimentally investigated. The etching conditions were a pressure of 5 Pa, an applied high-frequency power of 1000 W, and a gas CH.
F 3 , the gas flow rate is 50 sccm. The magnetic flux density at the center of the wafer A was set to 12 to 24 mT.

【0048】実験の結果、R=2.4の時には約70%
の不良率であったが、R=1.85の時には不良率が約
28%に減少した。また、Rを約1.0〜1.5の範囲
に設定すれば2つの磁石29のN極とS極との対向方向
(N−S方向)におけるウエハAのチャージアップを防
止できることを確認できた。これは、Rを1に近づける
と、ウエハA面上の磁界38だけでなくプラズマ放電空
間中の磁界38の形状が水平に近づき(図13参照)、
均一なプラズマが形成されるためである。
As a result of the experiment, when R = 2.4, about 70%
However, when R = 1.85, the defect rate was reduced to about 28%. Further, it can be confirmed that if R is set in the range of about 1.0 to 1.5, it is possible to prevent the charge-up of the wafer A in the direction (N-S direction) between the N pole and the S pole of the two magnets 29. Was. This is because when R approaches 1, not only the magnetic field 38 on the wafer A surface but also the shape of the magnetic field 38 in the plasma discharge space approaches horizontal (see FIG. 13).
This is because uniform plasma is formed.

【0049】図14は、ウエハAの表面上の磁界分布に
関する発散角θの定義を説明するための平面図である。
同図中の矢印は磁界38の向きを示し、その長さが磁束
密度の大きさを表わしている。不図示の電界は、紙面に
対して垂直方向に印加されている。2つの磁石を結ぶ方
向(N−S方向)をx軸とし、それに垂直な方向(E−
W方向)をy軸とする。ウエハAの右側端部に作用して
いる磁界38の矢印のx軸への投影長さをBx、y軸へ
のそれをByとするとき、発散角θ=tan-1(By/
Bx)と定義する。
FIG. 14 is a plan view for explaining the definition of the divergence angle θ with respect to the magnetic field distribution on the surface of the wafer A.
The arrow in the figure indicates the direction of the magnetic field 38, and the length indicates the magnitude of the magnetic flux density. An electric field (not shown) is applied in a direction perpendicular to the paper surface. The direction connecting the two magnets (NS direction) is defined as the x-axis, and the direction perpendicular thereto (E-
W direction) is defined as the y-axis. Assuming that the projected length of the magnetic field 38 acting on the right end of the wafer A on the x axis is Bx and that on the y axis is By, the divergence angle θ = tan −1 (By /
Bx).

【0050】図15はθ<0の場合(比較例)を、図1
6はθ>0の場合(実施例)を各々示す磁界分布の平面
図である。図15では、磁界38がE側に膨らむように
分布しており(θ<0)、磁束密度はローレンツ力によ
る荷電粒子のドリフト方向D0〜D2に(すなわちEか
らWに向って)順次強くなるような勾配を持っている。
したがって、ドリフト方向D0〜D2が収束傾向を示す
ようになり、E−W方向におけるチャージアップ量が従
来(図18参照)より増大する。一方、図16では、磁
界38がW側に膨らむように分布しており(θ>0)、
磁束密度は荷電粒子のドリフト方向D0〜D2に(すな
わちEからWに向って)順次弱くなるような勾配を持っ
ている。したがって、ドリフト方向D0〜D2が発散傾
向を示すようになり、E−W方向におけるチャージアッ
プ量が低減される。
FIG. 15 shows a case where θ <0 (comparative example).
FIG. 6 is a plan view of a magnetic field distribution showing each case where θ> 0 (Example). In FIG. 15, the magnetic field 38 is distributed so as to expand toward the E side (θ <0), and the magnetic flux density increases in the drift directions D0 to D2 of the charged particles due to Lorentz force (that is, from E to W) sequentially. Have such a gradient.
Therefore, the drift directions D0 to D2 tend to converge, and the charge-up amount in the EW direction is larger than in the related art (see FIG. 18). On the other hand, in FIG. 16, the magnetic field 38 is distributed so as to expand toward the W side (θ> 0),
The magnetic flux density has a gradient such that it gradually becomes weaker in the drift directions D0 to D2 of charged particles (that is, from E to W). Therefore, the drift directions D0 to D2 tend to diverge, and the charge-up amount in the EW direction is reduced.

【0051】上記R依存性の場合と同じエッチング条件
で不良率のθ依存性を調べたところ、θ=0の時の不良
率は58%であり、θ<0の場合にはこれより悪くな
る。これに対して、θ=+3.8°とすれば、不良率を
5%に低減することができた。また、θを約+1°〜+
89°の範囲に設定すれば、ウエハAのE−W方向のチ
ャージアップを防止できることを確認できた。
When the θ dependency of the defect rate was examined under the same etching conditions as in the case of the R dependency, the defect rate when θ = 0 was 58%, and worse when θ <0. . On the other hand, if θ = + 3.8 °, the defective rate could be reduced to 5%. Also, θ is about + 1 ° to +
It was confirmed that setting the angle in the range of 89 ° could prevent charge-up of the wafer A in the EW direction.

【0052】なお、上記実施例では本発明をプラズマエ
ッチングに適用した場合について具体的に説明したが、
本発明はマグネトロンプラズマを発生する全ての場合に
適用可能である。例えばスパッタリング装置、プラズマ
CVD装置、イオン源、電子ビーム源、X線源、アッシ
ング装置等のいずれに適用してもよい。
Although the above embodiment specifically describes the case where the present invention is applied to plasma etching,
The present invention is applicable to all cases where a magnetron plasma is generated. For example, the present invention may be applied to any of a sputtering device, a plasma CVD device, an ion source, an electron beam source, an X-ray source, an ashing device, and the like.

【0053】また、上記実施例では磁界の分布に勾配を
つけているが、電界の分布に勾配を設けることにより、
ローレンツ力による荷電粒子のドリフト方向をコントロ
ールすることもできる。これによって、磁界に勾配をも
たせた場合と同様の効果を得ることができる。
In the above-described embodiment, the gradient of the magnetic field distribution is set. However, by providing the gradient of the electric field distribution,
It is also possible to control the drift direction of charged particles due to Lorentz force. As a result, the same effect as when the magnetic field has a gradient can be obtained.

【0054】本発明は、理解を明瞭にするために図解お
よび例示の方法によって以上のとおり詳細に説明された
けれども、ある変化およびある変形は特許請求の範囲で
行なわれ得る。
Although the present invention has been described in detail by way of illustration and example for purposes of clarity of understanding, certain changes and modifications may be made in the claims.

【0055】[0055]

【発明の効果】以上説明してきたとおり、請求項1〜4
の発明によれば、プラズマ中の荷電粒子のドリフト方向
を発散させるように電界と磁界とをプラズマ空間に印加
する構成を採用したので、プラズマの偏りを小さくし、
チャージアップによる被処理材の損傷を低減することが
できる。本発明を例えば半導体装置の製造工程に応用す
ると、高効率かつ低損傷のプラズマ処理が実現でき、半
導体装置の歩留まりや信頼性を向上させることができ
る。
As described above, claims 1 to 4 are described.
According to the invention, the configuration in which the electric field and the magnetic field are applied to the plasma space so as to diverge the drift direction of the charged particles in the plasma is adopted, so that the bias of the plasma is reduced,
Damage to the material to be processed due to charge-up can be reduced. When the present invention is applied to, for example, the manufacturing process of a semiconductor device, highly efficient and low-damage plasma processing can be realized, and the yield and reliability of the semiconductor device can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例に係るプラズマ処理方法におけ
る磁界分布を説明するためのプラズマ処理装置の概略平
面断面図である。
FIG. 1 is a schematic plan sectional view of a plasma processing apparatus for explaining a magnetic field distribution in a plasma processing method according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例に係るプラズマ処理方法におけ
る他の磁界分布を説明するための図1と同様の図であ
る。
FIG. 2 is a view similar to FIG. 1 for explaining another magnetic field distribution in the plasma processing method according to the embodiment of the present invention.

【図3】(a)は本発明の実施例に係るマグネトロンエ
ッチング装置において磁場勾配を形成するための磁界印
加装置の第1構成例を示す概略斜視図であり、(b)は
その概略平面図である。
FIG. 3A is a schematic perspective view showing a first configuration example of a magnetic field applying device for forming a magnetic field gradient in a magnetron etching apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a schematic plan view thereof. It is.

【図4】(a)は磁界印加装置の第2構成例を示す概略
平面図であり、(b)はその概略斜視図である。
FIG. 4A is a schematic plan view showing a second configuration example of the magnetic field applying device, and FIG. 4B is a schematic perspective view thereof.

【図5】磁界印加装置の第3構成例を示す概略斜視図で
ある。
FIG. 5 is a schematic perspective view showing a third configuration example of the magnetic field application device.

【図6】磁界印加装置の第4構成例を示す概略斜視図で
ある。
FIG. 6 is a schematic perspective view showing a fourth configuration example of the magnetic field application device.

【図7】磁界印加装置の第5構成例を示す概略斜視図で
ある。
FIG. 7 is a schematic perspective view showing a fifth configuration example of the magnetic field application device.

【図8】磁界印加装置の第6構成例を示す概略斜視図で
ある。
FIG. 8 is a schematic perspective view showing a sixth configuration example of the magnetic field application device.

【図9】(a)は磁界印加装置の第7構成例を示す概略
平面図であり、(b)はその磁場勾配の説明図である。
9A is a schematic plan view showing a seventh configuration example of the magnetic field applying device, and FIG. 9B is an explanatory diagram of the magnetic field gradient.

【図10】(a)は磁界印加装置の第8構成例を示すあ
る瞬間の概略平面図であり、(b)は他の瞬間における
同様の図である。
FIG. 10A is a schematic plan view at an instant showing an eighth configuration example of the magnetic field applying device, and FIG. 10B is a similar diagram at another instant.

【図11】本発明の実施例に係るマグネトロンエッチン
グ装置におけるプラズマ密度、エッチング速度および電
位の分布を示すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing a distribution of a plasma density, an etching rate, and a potential in a magnetron etching apparatus according to an example of the present invention.

【図12】本発明の比較例に係るプラズマ処理方法にお
ける磁界分布を示すマグネトロンエッチング装置の概略
正面断面図である。
FIG. 12 is a schematic front sectional view of a magnetron etching apparatus showing a magnetic field distribution in a plasma processing method according to a comparative example of the present invention.

【図13】本発明の実施例に係るプラズマ処理方法にお
ける磁界分布を示す図12と同様の図である。
FIG. 13 is a view similar to FIG. 12, showing a magnetic field distribution in the plasma processing method according to the embodiment of the present invention.

【図14】ウエハ表面上の磁界分布に関する発散角θの
定義を説明するための平面図である。
FIG. 14 is a plan view for explaining a definition of a divergence angle θ with respect to a magnetic field distribution on a wafer surface.

【図15】本発明の比較例に係るプラズマ処理方法にお
ける磁界分布の平面図である。
FIG. 15 is a plan view of a magnetic field distribution in a plasma processing method according to a comparative example of the present invention.

【図16】本発明の実施例に係るプラズマ処理方法にお
ける図15と同様の図である。
FIG. 16 is a view similar to FIG. 15, illustrating a plasma processing method according to an embodiment of the present invention;

【図17】従来のプラズマ処理装置の概略正面断面図で
ある。
FIG. 17 is a schematic front sectional view of a conventional plasma processing apparatus.

【図18】図17のプラズマ処理装置の概略平面断面図
である。
18 is a schematic plan sectional view of the plasma processing apparatus of FIG.

【図19】従来のマグネトロンエッチング装置の正面断
面構造図である。
FIG. 19 is a front sectional structural view of a conventional magnetron etching apparatus.

【図20】図19のマグネトロンエッチング装置におけ
る被処理基板としてのウエハと磁界との関係を示す概略
平面図である。
20 is a schematic plan view showing a relationship between a magnetic field and a wafer as a substrate to be processed in the magnetron etching apparatus of FIG. 19;

【図21】図20中のX−X断面におけるプラズマ密
度、エッチング速度および電位の分布を示すグラフであ
る。
FIG. 21 is a graph showing distributions of plasma density, etching rate, and potential in the XX section in FIG. 20;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,21 処理チャンバ 2,3,22,23 電極 4 被処理材 5,32 (高周波)電源 8 磁界印加装置 9 電界 10,12,14,38 磁界 29 磁石 29a 磁石本体 29b 棒磁石 29c 電磁石 29d サブ電磁石 30 マグネトロンエッチング装置 A 被処理基板(半導体ウエハ) D ローレンツ力による荷電粒子のドリフト方向 1,21 Processing chamber 2,3,22,23 Electrode 4 Material to be processed 5,32 (High frequency) power supply 8 Magnetic field applying device 9 Electric field 10,12,14,38 Magnetic field 29 Magnet 29a Magnet body 29b Bar magnet 29c Electromagnet 29d Sub Electromagnet 30 Magnetron etching apparatus A Substrate to be processed (semiconductor wafer) D Drift direction of charged particles due to Lorentz force

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 聡 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05H 1/46 C23C 16/50 C23F 4/00 H01L 21/3065 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Satoshi Nakagawa 1006 Kazuma Kadoma, Kazuma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H05H 1/46 C23C 16/50 C23F 4/00 H01L 21/3065

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 減圧を保持するチャンバ内のガスを電界
と磁界とによるマグネトロン放電によってプラズマ化す
るためのプラズマ発生装置であって、 互いの間の空間中のガスを電離させるための電界を前記
空間に印加するように前記チャンバ内に設置された少な
くとも2つの電極と、 前記電極による電界と交叉する方向に、かつ前記空間中
のガスから生じた荷電粒子が各々ローレンツ力を受けて
互いに発散する方向にドリフトするように、前記空間に
磁界を印加するための磁界印加装置とを備えたことを特
徴とするプラズマ発生装置。
1. A plasma generator for converting a gas in a chamber holding a reduced pressure into a plasma by magnetron discharge using an electric field and a magnetic field, wherein the electric field for ionizing the gas in a space between the two is provided. At least two electrodes installed in the chamber so as to be applied to a space, and charged particles generated from gas in the space in a direction crossing an electric field by the electrodes, and scattered from each other under Lorentz force And a magnetic field applying device for applying a magnetic field to the space so as to drift in a direction.
【請求項2】 減圧を保持するチャンバ内のガスを電界
と磁界とによるマグネトロン放電によってプラズマ化す
るためのプラズマ発生装置であって、 互いの間の空間中のガスを電離させるための電界を前記
空間に印加するように前記チャンバ内に設置された少な
くとも2つの電極と、 前記電極による電界と交叉する方向に、前記空間中のガ
スから生じた荷電粒子の各々に働くローレンツ力による
該荷電粒子のドリフトの方向に順次磁束密度が弱くなる
勾配を持った磁界を前記空間に印加するための磁界印加
装置とを備えたことを特徴とするプラズマ発生装置。
2. A plasma generator for converting a gas in a chamber holding a reduced pressure into a plasma by magnetron discharge using an electric field and a magnetic field, wherein the electric field for ionizing the gas in a space between each other is provided. At least two electrodes installed in the chamber so as to be applied to a space, and in a direction crossing an electric field by the electrodes, the charged particles generated by the Lorentz force acting on each of the charged particles generated from the gas in the space. A magnetic field applying device for applying a magnetic field having a gradient in which the magnetic flux density becomes weaker in the direction of drift to the space sequentially.
【請求項3】 減圧空間内のガスを電界と磁界とによる
マグネトロン放電によってプラズマ化するためのプラズ
マ発生方法であって、 前記減圧空間内にガスを導入するステップと、 前記減圧空間内に導入されたガスを電離させるように該
減圧空間に電界を印加するステップと、 前記印加された電界と交叉する方向に、かつ前記減圧空
間中のガスから生じた荷電粒子が各々ローレンツ力を受
けて互いに発散する方向にドリフトするように、前記減
圧空間に磁界を印加するステップとを備えたことを特徴
とするプラズマ発生方法。
3. A method for generating a plasma in a gas in a reduced-pressure space by magnetron discharge using an electric field and a magnetic field, the method comprising: introducing a gas into the reduced-pressure space; Applying an electric field to the reduced-pressure space so as to ionize the gas, and charged particles generated from the gas in the reduced-pressure space in a direction intersecting with the applied electric field, and diverge from each other under Lorentz force. Applying a magnetic field to the decompressed space so as to drift in a direction in which the plasma is generated.
【請求項4】 減圧空間内のガスを電界と磁界とによる
マグネトロン放電によってプラズマ化するためのプラズ
マ発生方法であって、 前記減圧空間内にガスを導入するステップと、 前記減圧空間内に導入されたガスを電離させるように該
減圧空間に電界を印加するステップと、 前記印加された電界と交叉する方向に、前記減圧空間中
のガスから生じた荷電粒子の各々に働くローレンツ力に
よる該荷電粒子のドリフトの方向に順次磁束密度が弱く
なる勾配を持った磁界を前記減圧空間に印加するステッ
プとを備えたことを特徴とするプラズマ発生方法。
4. A method for generating a plasma in a gas in a reduced pressure space by magnetron discharge using an electric field and a magnetic field, the method comprising: introducing a gas into the reduced pressure space; Applying an electric field to the decompressed space so as to ionize the gas, and the charged particles due to Lorentz force acting on each of the charged particles generated from the gas in the depressurized space in a direction crossing the applied electric field. Applying a magnetic field having a gradient in which the magnetic flux density becomes weaker in the drift direction sequentially to the decompression space.
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