JP3338203B2 - Plasma processing apparatus and plasma processing method - Google Patents

Plasma processing apparatus and plasma processing method

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JP3338203B2
JP3338203B2 JP25325694A JP25325694A JP3338203B2 JP 3338203 B2 JP3338203 B2 JP 3338203B2 JP 25325694 A JP25325694 A JP 25325694A JP 25325694 A JP25325694 A JP 25325694A JP 3338203 B2 JP3338203 B2 JP 3338203B2
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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、半導体デバイスの製造
プロセスにおける、ドライエッチング操作に用いられる
マグネトロン反応性イオンエッチング装置やアッシング
操作に用いられるアッシング装置等のプラズマ処理装置
に関する。
The present invention relates to a plasma processing apparatus such as a magnetron reactive ion etching apparatus used for a dry etching operation and an ashing apparatus used for an ashing operation in a semiconductor device manufacturing process.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体デバイスの製造プロセスにおける
ドライエッチング方法の一つとして、反応性イオンエッ
チング(RIE)法が知られており、このようなRIE
法を応用化したものとしては、例えば図6に示すような
マグネトロン反応性イオンエッチング装置(以下、M−
RIE装置と略称する)が知られている。このM−RI
E装置は、ウエハ50が載置されている正方形板状のカ
ソード電極40に高周波(RF)電力を印加し、このカ
ソード電極40とウエハ50およびカソード電極40を
囲うようにして配設された箱状のアノード電極30との
間に電場Eを発生させるとともに、ウエハ50を囲むア
ノード電極30の周囲に配置された電磁コイル10、1
1、20、21に電流を流して電場Eと直交する磁場B
を発生させることにより、アノード電極30内の真空雰
囲気中に発生するプラズマ70をウエハ50近傍の空間
に閉じ込めるものである。ここで、このようにして発生
したプラズマ70の内部では、互いに直交する電場Eと
磁場Bとによって電子がドリフト、すなわちサイクロイ
ド状に運動を起こすことにより、非弾性衝突の頻度が増
大し、これによりプラズマ密度が高くなる。なお、電磁
コイル10、11はウエハ50を挟んで互いに対向して
配置され、さらに通常は直列に接続された電磁コイル対
となっており、同様に電磁コイル20、21も電磁コイ
ル対となっている。
2. Description of the Related Art As one of dry etching methods in a semiconductor device manufacturing process, a reactive ion etching (RIE) method is known.
As an application of the method, for example, a magnetron reactive ion etching apparatus as shown in FIG.
RIE apparatus) is known. This M-RI
The E apparatus applies a high frequency (RF) power to the square plate-shaped cathode electrode 40 on which the wafer 50 is mounted, and a box disposed so as to surround the cathode electrode 40, the wafer 50, and the cathode electrode 40. An electric field E is generated between the anode coil 30 and the electromagnetic coils 10, 1 disposed around the anode electrode 30 surrounding the wafer 50.
A magnetic field B perpendicular to the electric field E by passing a current through 1, 20, 21
Is generated, the plasma 70 generated in the vacuum atmosphere in the anode electrode 30 is confined in the space near the wafer 50. Here, inside the plasma 70 generated in this way, the electric field E and the magnetic field B orthogonal to each other cause the electrons to drift, that is, to move in a cycloidal manner, thereby increasing the frequency of inelastic collisions. The plasma density increases. Note that the electromagnetic coils 10 and 11 are arranged to face each other with the wafer 50 interposed therebetween, and are usually a pair of electromagnetic coils connected in series. Similarly, the electromagnetic coils 20 and 21 are also a pair of electromagnetic coils. I have.

【0003】ところで、このようなM−RIE装置で
は、ウエハ50に対する磁場Bの方向が相対的に固定さ
れていると、ウエハ50の面上におけるプラズマの密度
分布が大きく偏ってしまうことから、ウエハ50に対す
る磁場Bの方向を相対的に回転させることが必要となっ
ている。しかし、磁場Bの方向を固定してウエハ50を
回転させるのでは、これと同時にRF電源なども回転さ
せなければならないといったハード面での困難が伴うこ
とから、通常はウエハ50を固定し、コイル電流を制御
することによって磁場Bの方向を回転させるようにして
いる。すなわち従来では、電磁コイル10、11間にお
ける電流I1 と、電磁コイル20、21間における電流
2 とを、それぞれ
In such an M-RIE apparatus, if the direction of the magnetic field B with respect to the wafer 50 is relatively fixed, the plasma density distribution on the surface of the wafer 50 is greatly deviated. It is necessary to relatively rotate the direction of the magnetic field B with respect to 50. However, rotating the wafer 50 while fixing the direction of the magnetic field B involves difficulties in terms of hardware such that the RF power supply and the like must also be rotated at the same time. The direction of the magnetic field B is rotated by controlling the current. That is, conventionally, the current I 1 between the electromagnetic coils 10 and 11 and the current I 2 between the electromagnetic coils 20 and 21 are respectively

【数1】I1 =I0 cos(2πft)## EQU1 ## I 1 = I 0 cos (2πft)

【数2】I2 =I0 sin(2πft) ただし、I0 :振幅、f:周波数、t:時間 のように設定し、これにより両者の間に位相差π/2を
設けている。
I 2 = I 0 sin (2πft) where I 0 : amplitude, f: frequency, t: time, whereby a phase difference π / 2 is provided between the two.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このM
−RIE装置では以下に述べる不都合がある。このM−
RIE装置にあっては、前記電磁コイル間の位相2πf
t=0の場合、図7(a)に示すように磁束線75の間
隔がウエハ50の面上で大きくなり、すなわちここで磁
場勾配が小さくなるため、アノード電極30のコーナー
部においては高密度プラズマ領域71…が生じるもの
の、ウエハ50の面上ではプラズマ70(図6参照)内
における電子のドリフト運動が安定し、プラズマ密度分
布の偏りの度合いが最小になる。一方、位相2πft=
π/4の場合、図7(b)に示すように磁力線76の間
隔がウエハ50の中心部に向かって小さくなり、すなわ
ちここで磁場勾配が大きくなるため、ウエハ50の中心
部ではその周辺部と比較してプラズマ70(図6参照)
内における電子のドリフト運動が活発になり、またコー
ナー部においても高密度プラズマ領域71、71、準高
密度プラズマ領域72、72が生じることなどからプラ
ズマ密度分布の偏りの度合いが最大になる。なお、磁場
勾配とは空間的な磁場強度の傾きであり、その単位はGa
uss /cmである。
However, this M
-The RIE apparatus has the following disadvantages. This M-
In the RIE device, the phase 2πf between the electromagnetic coils
When t = 0, as shown in FIG. 7A, the interval between the magnetic flux lines 75 increases on the surface of the wafer 50, that is, the magnetic field gradient decreases. Although the plasma regions 71 are generated, the drift motion of the electrons in the plasma 70 (see FIG. 6) is stabilized on the surface of the wafer 50, and the degree of deviation of the plasma density distribution is minimized. On the other hand, the phase 2πft =
In the case of π / 4, as shown in FIG. 7B, the interval between the lines of magnetic force 76 becomes smaller toward the center of the wafer 50, that is, the magnetic field gradient becomes larger. Compared with plasma 70 (see FIG. 6)
The drift motion of electrons in the inside becomes active, and the high-density plasma regions 71, 71 and the quasi-high-density plasma regions 72, 72 also occur at the corners, so that the degree of bias of the plasma density distribution becomes maximum. The magnetic field gradient is a spatial gradient of the magnetic field strength, and its unit is Ga.
uss / cm.

【0005】しかし、例えウエハ50の面上でプラズマ
密度分布の偏りの度合いが最小となり、したがってプラ
ズマ密度分布がほぼ均一であっても、その近傍との差が
大きい場合には、プラズマからエッチング対象であるウ
エハ50に流れるプラズマ電流が不均一になることか
ら、例えば前記M−RIE装置を用いてゲートエッチン
グを行った場合に、積層してウエハを構成している半導
体基板、ゲート絶縁膜、およびゲート電極のそれぞれの
間に大きな電位差が発生し、これにより比較的薄い層厚
のゲート絶縁膜が破壊されるといった、一般にチャージ
アップダメージと呼ばれる現象が起こることがある。し
かも、このM−RIE装置ではゲートエッチングの場合
に限らず、その他の金属や絶縁膜のエッチング工程及び
アッシング工程でもチャージアップダメージが起こるこ
とがあり、したがってこのM−RIE装置には半導体デ
バイスプロセスにおけるドライエッチング装置及びアッ
シング装置として未だ改善すべき点が残されているので
ある。
However, even if the degree of deviation of the plasma density distribution on the surface of the wafer 50 is minimized and the plasma density distribution is substantially uniform, if the difference from the vicinity is large, the plasma is not etched. Since the plasma current flowing through the wafer 50 becomes uneven, for example, when gate etching is performed using the M-RIE apparatus, the semiconductor substrate, the gate insulating film, A phenomenon generally called charge-up damage may occur such that a large potential difference is generated between each of the gate electrodes, thereby destroying a relatively thin gate insulating film. Moreover, in this M-RIE device, charge-up damage may occur not only in the case of gate etching but also in other metal or insulating film etching processes and ashing processes. There are still points to be improved as a dry etching apparatus and an ashing apparatus.

【0006】本発明は前記課題を解決するべくなされた
もので、その目的とするところは、カソード電極とアノ
ード電極との間に生ずるプラズマ密度を均一化し、これ
によりチャージアップダメージの発生を防止したマグネ
トロン反応性イオンエッチング装置及びアッシング装置
等のプラズマ処理装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to uniform the plasma density generated between a cathode electrode and an anode electrode, thereby preventing the occurrence of charge-up damage. An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus such as a magnetron reactive ion etching apparatus and an ashing apparatus.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明のプラズマ処理装
置では、ウエハを載置するカソード電極、カソード電極
に対向して配置される多角形状の上部電極とこのカソー
ド電極を囲んで配置される側部電極とで下方を開口する
箱状に形成されたアノード電極、およびアノード電極の
外側にてカソード電極を挟んで互いに対向して配置され
た複数対の電磁コイルとを備えている。そして特に、ア
ノード電極を構成する側部電極は、隣り合って配置され
る前記電磁コイル間において、その箱状のコーナー部を
外側に突出させた突出部を有しており、またアノード電
極を構成する上部電極は、突出部の上部開口を閉塞する
ことを特徴としている。なお、前記アノード電極の突出
部に排気口を開閉可能に設けてもよい。また、前記カソ
ード電極の、前記突出部に位置に対応する箇所を、突出
部の突出方向に延出して形成してもよい。さらに、前記
アノード電極の突出部の両側に配置された電磁コイルの
端部を、それぞれ該突出部に沿って外方に折曲し、互い
に対向せしめてもよい。
In a plasma processing apparatus according to the present invention, a cathode electrode on which a wafer is mounted, a cathode electrode
Polygonal upper electrode and the cathode
The lower part is opened with the side electrode arranged surrounding the ground electrode.
Box-shaped anode electrode and anode electrode
It is arranged opposite to each other with the cathode electrode on the outside.
And a plurality of pairs of electromagnetic coils. And especially
The side electrodes constituting the node electrode are arranged next to each other.
Between the electromagnetic coils,
It has a protruding part that protrudes outward, and
The upper electrode constituting the pole closes the upper opening of the protrusion
It is characterized by: Note that an exhaust port may be provided at the protruding portion of the anode electrode so as to be openable and closable. Further, a portion of the cathode electrode corresponding to the position of the protruding portion may be formed to extend in a protruding direction of the protruding portion. Further, the ends of the electromagnetic coils arranged on both sides of the protrusion of the anode electrode may be bent outward along the protrusion, respectively, and may be opposed to each other.

【0008】[0008]

【作用】本発明によれば、アノード電極のコーナー部
に、各電磁コイルの互いに隣り合う電磁コイル間の方向
に突出する突出部を設けたことから、該アノード電極内
のコーナー部に生じる高密度プラズマ領域が突出部の突
出方向に遠ざかり、したがって該高密度プラズマ領域が
ウエハ近傍から離れる。また、アノード電極のコーナー
部の表面積が大きくなるため、荷電粒子のアノード電極
内面での再結合の確率が高くなり、したがってコーナー
部に生じる高密度プラズマ領域のプラズマ密度が低くく
なり、アノード電極内全体でのプラズマ密度分布が均一
化する。
According to the present invention, since the protruding portions are provided at the corners of the anode electrode so as to protrude in the direction between the adjacent electromagnetic coils of the respective electromagnetic coils, the high density generated at the corners within the anode electrode is provided. The plasma region moves away in the direction of protrusion of the protrusion, and thus the high-density plasma region moves away from the vicinity of the wafer. In addition, since the surface area of the corner portion of the anode electrode is increased, the probability of the recombination of the charged particles on the inner surface of the anode electrode is increased. Therefore, the plasma density in the high-density plasma region generated at the corner portion is reduced, and The entire plasma density distribution is made uniform.

【0009】[0009]

【実施例】以下、本発明のプラズマ処理装置マグネトロ
ン反応性イオンエッチング装置を詳しく説明する。図1
は本発明のプラズマ処理装置をマグネトロン反応性イオ
ンエッチング装置に適用した場合の第一の実施例を示す
図であり、図1に示したマグネトロン反応性イオンエッ
チング装置(以下、M−RIE装置と略称する)が図6
に示した従来のM−RIE装置と異なるところは、チャ
ンバー壁として機能するアノード電極80のコーナー部
に突出部81が形成されている点である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a magnetron reactive ion etching apparatus according to the present invention will be described in detail. FIG.
FIG. 2 is a view showing a first embodiment in which the plasma processing apparatus of the present invention is applied to a magnetron reactive ion etching apparatus, and is a magnetron reactive ion etching apparatus (hereinafter abbreviated as M-RIE apparatus) shown in FIG. Figure 6
Is different from the conventional M-RIE apparatus shown in FIG. 1 in that a projection 81 is formed at a corner of an anode electrode 80 functioning as a chamber wall.

【0010】すなわち、図1に示したM−RIE装置
は、半導体デバイスを構成するウエハ50を載置する正
方形板状のカソード電極40と、ウエハ50およびカソ
ード電極40の上面を覆うようにしてこれを囲む平面視
略正方形状のアノード電極80と、該アノード電極80
の辺側外方にて前記ウエハ50を挟んで対向して配設さ
れた複数の電磁コイル対とを備えたものである。カソー
ド電極40はウエハ50に比べ十分に大きく形成された
もので、接地された高周波(RF)電源60に接続され
たものである。一方、アノード電極80は前記カソード
40とともにチャンバーを構成するもので、側部電極と
これの上部開口を閉塞する上部電極とからなりしたがっ
て下方を開口した箱状のものである。また、このアノー
ド電極80は、前述したようにウエハ50とこれを載置
するカソード電極40とを囲んで配置されたもので、そ
の内部にプラズマを発生させるべく接地されたものであ
る。なお、カソード電極40とアノード電極80とに囲
まれる空間、すなわちチャンバー内は、後述するように
閉塞されて気密状態が保たれるように構成されている。
そして、この空間部には真空ポンプ等の負圧源が接続さ
れており、これによって該チャンバー内は減圧されさら
には真空雰囲気がつくられるようになっている。
That is, the M-RIE apparatus shown in FIG. 1 has a square plate-shaped cathode electrode 40 on which a wafer 50 constituting a semiconductor device is mounted, and covers the upper surfaces of the wafer 50 and the cathode electrode 40 so as to cover the upper surface of the cathode electrode 40. An anode electrode 80 having a substantially square shape in plan view surrounding the anode electrode 80;
And a plurality of electromagnetic coil pairs disposed to face each other with the wafer 50 interposed therebetween. The cathode electrode 40 is formed sufficiently larger than the wafer 50, and is connected to a grounded radio frequency (RF) power supply 60. On the other hand, the anode electrode 80 constitutes a chamber together with the cathode 40, and has a box-like shape comprising a side electrode and an upper electrode for closing an upper opening thereof, and thus opening downward. As described above, the anode electrode 80 is disposed so as to surround the wafer 50 and the cathode electrode 40 on which the wafer 50 is mounted, and is grounded to generate plasma inside the wafer 50. The space surrounded by the cathode electrode 40 and the anode electrode 80, that is, the inside of the chamber is closed so that an airtight state is maintained as described later.
A negative pressure source such as a vacuum pump is connected to this space, whereby the inside of the chamber is depressurized and a vacuum atmosphere is created.

【0011】電磁コイル対は、図1に示したものと同様
に電磁コイル10と11、電磁コイル20と21とから
それぞれ構成されたもので、前述したごとくそれぞれウ
エハ50を挟んだ状態でアノード電極80の外側に互い
に対向して配置され、さらに直列に接続されたものであ
る。前記アノード電極80には、そのコーナー部にそれ
ぞれ、電磁コイルの対を構成する各電磁コイル10、1
1、20、21の、互いに隣り合う電磁コイル間の方向
に突出する突出部81…が形成されている。これら突出
部81…は、アノード電極80のコーナー部の側部電極
が図6に示したアノード電極30の対角線方向に延び、
かつその上部開口を閉塞した状態に上部電極が設けら
れ、形成されたものである。
The electromagnetic coil pair is composed of electromagnetic coils 10 and 11 and electromagnetic coils 20 and 21 similarly to the one shown in FIG. 1, and as described above, the anode electrode is held with the wafer 50 interposed therebetween. 80, they are arranged facing each other outside and are connected in series. In the anode electrode 80, each of the electromagnetic coils 10, 1 forming a pair of electromagnetic coils is provided at a corner thereof.
Projections 81,... Projecting in the direction between adjacent electromagnetic coils 1, 20, 21 are formed. The protruding portions 81 have side electrodes at the corners of the anode electrode 80 extending in a diagonal direction of the anode electrode 30 shown in FIG.
In addition, the upper electrode is provided and formed in a state where the upper opening is closed.

【0012】このような形状のアノード電極80を有し
たM−RIE装置によってエッチング処理を行うには、
図6に示した従来の装置と同様にして予めウエハ50を
カソード電極40上にセットし、その後真空ポンプ(図
示略)によりアノード電極80とカソード電極40との
間のチャンバー内を減圧してほぼ真空雰囲気にする。次
に、真空雰囲気にしたアノード電極80とカソード電極
40との間に、図示しないガス導入孔からエッチングガ
ス、例えばCl2 などのガスを導入する。次いで、カソ
ード電極40にRF電力を印加してアノード電極80か
らカソード電極40に向かう方向に電場Eを発生させる
とともに、電磁コイル10、11、20、21に電流を
流して電場Eに直交する磁場Bを発生させ、これにより
アノード電極80とカソード電極40との間にプラズマ
70を発生させる。
In order to perform an etching process using an M-RIE device having the anode electrode 80 having such a shape,
6, the wafer 50 is set on the cathode electrode 40 in advance in the same manner as in the conventional apparatus shown in FIG. 6, and then the pressure in the chamber between the anode electrode 80 and the cathode electrode 40 is reduced by a vacuum pump (not shown). Create a vacuum atmosphere. Next, an etching gas, for example, a gas such as Cl 2 is introduced between the anode electrode 80 and the cathode electrode 40 in a vacuum atmosphere from a gas introduction hole (not shown). Next, an RF electric field is applied to the cathode electrode 40 to generate an electric field E in a direction from the anode electrode 80 toward the cathode electrode 40, and a current is applied to the electromagnetic coils 10, 11, 20, 21 to cause a magnetic field orthogonal to the electric field E. B is generated, whereby a plasma 70 is generated between the anode electrode 80 and the cathode electrode 40.

【0013】すると、このプラズマ70中のイオンが電
場Eによってカソード電極40またはその上のウエハ5
0に衝突し、二次電子が放出される。この放出された二
次電子は相互に直交する電場Eおよび磁場Bによってサ
イクロイド運動を起こしてエッチングガス分子と衝突
し、イオンが新たに発生する。そして、前述と同様にし
てこのイオンがカソード電極40またはその上のウエハ
50に衝突してまたも二次電子が放出され、さらにこれ
が繰り返されることにより、プラズマ密度が増大する。
このようにしてプラズマ密度が増大することにより、プ
ラズマ70中から多数の反応性イオンがウエハ50に供
給され、Siまたはその化合物、あるいは各種金属など
が高速にエッチングされる。
Then, the ions in the plasma 70 are converted by the electric field E into the cathode electrode 40 or the wafer 5 thereon.
It collides with 0 and secondary electrons are emitted. The emitted secondary electrons cause cycloidal motion by an electric field E and a magnetic field B which are orthogonal to each other and collide with etching gas molecules, thereby generating new ions. Then, in the same manner as described above, the ions collide with the cathode electrode 40 or the wafer 50 thereon, and secondary electrons are emitted again. This is repeated, thereby increasing the plasma density.
By increasing the plasma density in this manner, a large number of reactive ions are supplied from the plasma 70 to the wafer 50, and Si or its compound, various metals, and the like are etched at a high speed.

【0014】このとき、本実施例のM−RIE装置にあ
っては、突出部81…を形成したことにより、図7に示
したようなチャンバー壁30のコーナー部に生じる高密
度のプラズマ領域71や準高密度プラズマ領域72を突
出部81…の突出方向、すなわちウエハ50から遠ざか
った位置に生じさせることができ、したがってこれら高
密度プラズマ領域をウエハ50の近傍から離すことがで
き、これによりプラズマからエッチング対象であるウエ
ハ50に流れるプラズマ電流を均一化し、チャージアッ
プダメージが起こるのを防止することができる。また、
突出部81…を形成したことによってアノード電極80
のコーナー部側部電極の表面積が図6に示した従来のM
−RIE装置に比べ大きくなっており、したがってプラ
ズマを発生させた際荷電粒子の、アノード電極80の側
部電極内面での再結合の確率が高くなり、このため図7
に示したコーナー部の位置に生じる高密度プラズマ領域
のプラズマ密度が低くなり、アノード電極80内でのプ
ラズマ密度分布が均一化する。
At this time, in the M-RIE apparatus of the present embodiment, the high density plasma region 71 generated at the corner of the chamber wall 30 as shown in FIG. And the semi-high-density plasma region 72 can be generated in the protruding direction of the protrusions 81, that is, in a position away from the wafer 50, and therefore, these high-density plasma regions can be separated from the vicinity of the wafer 50, and thereby the plasma Thus, the plasma current flowing through the wafer 50 to be etched can be made uniform, and charge-up damage can be prevented. Also,
By forming the protruding portions 81...
The surface area of the corner side electrode of the conventional M shown in FIG.
As a result, the probability of recombination of charged particles on the inner surface of the side electrode of the anode electrode 80 is increased when plasma is generated.
The plasma density in the high-density plasma region generated at the position of the corner shown in (1) becomes low, and the plasma density distribution in the anode electrode 80 becomes uniform.

【0015】図2は本発明の第二の実施例を示す図であ
り、図2に示したM−RIE装置が図1に示したM−R
IE装置と異なるところは、アノード電極80の突出部
81に排気口82が形成されている点である。排気口8
2は、アノード電極80の突出部81の上部電極部分に
形成された開口部と、この開口部の開口度を調節しさら
には該開口部を気密に封止できるように開口部の周辺部
に可動に設けられた蓋体(図示略)とから形成されたも
のである。このような排気口82を設けたことにより図
2に示したM−RIE装置は、排気口82の開口度を調
節することによってアノード電極80内の圧力をコント
ロールすることができ、したがって高密度プラズマがア
ノード電極80のコーナー部に生ずることに起因してエ
ッチング反応生成物が再解離するのを防止することがで
き、これによりエッチング反応を安定させることができ
る。
FIG. 2 is a view showing a second embodiment of the present invention. The M-RIE apparatus shown in FIG.
The difference from the IE device is that an exhaust port 82 is formed in the protruding portion 81 of the anode electrode 80. Exhaust port 8
Reference numeral 2 denotes an opening formed in the upper electrode portion of the protruding portion 81 of the anode electrode 80 and a peripheral portion of the opening so as to adjust the degree of opening of the opening and to hermetically seal the opening. It is formed from a movable lid (not shown). By providing such an exhaust port 82, the M-RIE apparatus shown in FIG. 2 can control the pressure in the anode electrode 80 by adjusting the opening degree of the exhaust port 82, and thus can perform high-density plasma. Can be prevented from being re-dissociated due to the generation of slag at the corners of the anode electrode 80, whereby the etching reaction can be stabilized.

【0016】図3は本発明の第三の実施例を示す図であ
り、図3に示したM−RIE装置が図2に示したM−R
IE装置と異なるところは、正方形板状のカソード電極
40に代えて、略正方形板状のカソード電極90が用い
られている点である。このカソード電極90は、図2に
示した正方形板状のカソード電極40が、そのコーナー
部が対角線方向に延ばされて形成されたもので、これら
外側に延ばされてなる延出部91…は、アノード電極8
0の突出部81…の位置に対応するように配置されてい
る。
FIG. 3 is a view showing a third embodiment of the present invention. The M-RIE apparatus shown in FIG.
The difference from the IE device is that a substantially square plate-shaped cathode electrode 90 is used instead of the square plate-shaped cathode electrode 40. The cathode electrode 90 is formed by forming the square plate-shaped cathode electrode 40 shown in FIG. 2 with its corners extending diagonally, and extending outwardly from these. Is the anode electrode 8
Are arranged so as to correspond to the positions of the 0 protruding portions 81.

【0017】このようなM−RIE装置によれば、延出
部91…を形成したカソード電極90を用いたことか
ら、従来のカソード電極40を用いた場合に比べ電界E
がよりウエハ50から離れた位置にまで存在するように
なり、したがってカソード40を用いた場合に比べ高密
度プラズマ領域の発生位置をウエハ50から離すことが
できる。すなわち、電子のドリフト運動は電界Eとこれ
直交する磁界Bとが存在しないと発生しないが、本実施
例では延出部91…を形成したことにより電子のドリフ
ト運動がウエハ50からより離れた位置にまで発生する
からである。
According to such an M-RIE device, since the cathode electrode 90 having the extended portions 91 is used, the electric field E is smaller than that in the case where the conventional cathode electrode 40 is used.
Are located farther away from the wafer 50, and therefore, the generation position of the high-density plasma region can be separated from the wafer 50 as compared with the case where the cathode 40 is used. That is, although the electron drift motion does not occur unless the electric field E and the perpendicular magnetic field B exist, in the present embodiment, the electron drift motion is more distant from the wafer 50 due to the formation of the extending portions 91. It is because it occurs up to.

【0018】図4は本発明の第四の実施例を示す図であ
り、図4に示したM−RIE装置が図3に示したM−R
IE装置と異なるところは、電磁コイル10、11、2
0、21の両端部を、それぞれアノード電極80の突出
部81に沿って外方に折曲した点である。すなわち、電
磁コイル10、11、20、21にはそれぞれの両端部
に折曲部101、101(111、111、201、2
01、211、211)が設けられており、これら折曲
部は、隣り合う電磁コイル間にて互いに隣り合う折曲部
どうしが、前記アノード電極80の突出部81を挟んで
互いに対向するように配設されている。
FIG. 4 is a view showing a fourth embodiment of the present invention. The M-RIE apparatus shown in FIG.
The difference from the IE device is that the electromagnetic coils 10, 11, 2
This is a point that both end portions of 0 and 21 are bent outward along the protruding portion 81 of the anode electrode 80, respectively. That is, the electromagnetic coils 10, 11, 20, 21 have bent portions 101, 101 (111, 111, 201, 2
01, 211, 211), and these bent portions are arranged such that adjacent bent portions between adjacent electromagnetic coils face each other with the protruding portion 81 of the anode electrode 80 interposed therebetween. It is arranged.

【0019】このようなM−RIE装置によれば、図5
に示すような磁力線分布が得られることから分かるよう
に、アノード電極80のコーナー部における磁場勾配を
おさえることができ、これによりアノード電極80内の
プラズマの密度分布を均一化することができる。すなわ
ち、電磁コイル間の位相2πft=0の場合には、図5
(a)に示すようにアノード電極80のコーナー部に形
成された突出部81内、およびその近傍において磁力線
77の間隔が小さくならず、よってこれらの箇所におい
て高密度のプラズマ領域が生じなくなるのはもちろん、
アノード電極80内全体でみても磁力線77の間隔がほ
ぼ一定になり、したがってプラズマの密度分布が均一化
するのである。一方、電磁コイル間の位相2πft=π
/4の場合にも、図5(b)に示すようにアノード電極
80のコーナー部において磁力線78の間隔が小さくな
らず、したがってやはりアノード電極80内におけるプ
ラズマの密度分布が均一化するのである。
According to such an M-RIE apparatus, FIG.
As can be seen from the magnetic field line distribution shown in FIG. 1, the magnetic field gradient at the corner of the anode electrode 80 can be suppressed, and the plasma density distribution in the anode electrode 80 can be made uniform. That is, when the phase between the electromagnetic coils is 2πft = 0, FIG.
As shown in (a), the interval between the lines of magnetic force 77 does not become small in the projection 81 formed at the corner of the anode electrode 80 and in the vicinity thereof, so that a high-density plasma region is not generated in these locations. of course,
Even in the entire anode electrode 80, the interval between the magnetic force lines 77 becomes substantially constant, and therefore the plasma density distribution becomes uniform. On the other hand, the phase between the electromagnetic coils is 2πft = π
Also in the case of / 4, as shown in FIG. 5B, the interval between the lines of magnetic force 78 does not become small at the corners of the anode electrode 80, so that the plasma density distribution within the anode electrode 80 is also uniformed.

【0020】なお、前記実施例では本発明のプラズマ処
理装置をマグネトロン反応性イオンエッチング装置に適
用した例を示したが、本発明は他に例えばアッシング装
置にも適用することができ、その場合には前記マグネト
ロン反応性イオンエッチング装置において、使用ガスを
酸素に変えるだけでよい。また、前記実施例ではアノー
ド電極80を平面視略正方形状にしたが、本発明はこれ
に限定されるものでなく、例えば平面視形状が六角形や
八角形でもよい。さらに、前記実施例ではアノード電極
80の全てのコーナー部に突出部81を形成したが、他
の条件に応じては部分的にのみ突出部81を形成しても
よく、もちろん排気口82やカソード電極90の延出部
91についても同様に部分的にのみ設けるようにしても
よい。
In the above embodiment, an example is shown in which the plasma processing apparatus of the present invention is applied to a magnetron reactive ion etching apparatus. However, the present invention can also be applied to, for example, an ashing apparatus. In the magnetron reactive ion etching apparatus, it is only necessary to change the gas used to oxygen. Further, in the above-described embodiment, the anode electrode 80 has a substantially square shape in a plan view. However, the present invention is not limited to this. Further, in the above embodiment, the projections 81 are formed at all corners of the anode electrode 80. However, the projections 81 may be formed only partially depending on other conditions. Similarly, the extension 91 of the electrode 90 may be provided only partially.

【0021】[0021]

【発明の効果】以上説明したようにプラズマ処理装置
は、アノード電極のコーナー部に突出部を設け、これに
より該アノード電極内のコーナー部に生じる高密度プラ
ズマ領域をウエハから遠ざけるようにしたものであるか
ら、これら高密度プラズマ領域をウエハ近傍から遠ざけ
ることにより、プラズマからエッチング対象であるウエ
ハに流れるプラズマ電流を均一化し、これによりチャー
ジアップダメージが起こるのを防止することができる。
また、突出部を形成したことによってアノード電極のコ
ーナー部の表面積が従来のM−RIE装置に比べ大きく
なるので、結果としてプラズマを発生させた際荷電粒子
のアノード電極内面での再結合の確率を高くすることが
でき、これによりコーナー部の位置に生じる高密度プラ
ズマ領域のプラズマ密度を低くし、アノード電極内での
プラズマ密度分布を均一化することができる。
As described above, in the plasma processing apparatus, the protruding portion is provided at the corner of the anode electrode so that the high-density plasma region generated at the corner in the anode electrode is kept away from the wafer. Therefore, by keeping these high-density plasma regions away from the vicinity of the wafer, the plasma current flowing from the plasma to the wafer to be etched can be made uniform, thereby preventing charge-up damage from occurring.
In addition, since the surface area of the corner portion of the anode electrode becomes larger than that of the conventional M-RIE device due to the formation of the protrusion, as a result, the probability of recombination of the charged particles on the inner surface of the anode electrode when plasma is generated is reduced. As a result, the plasma density in the high-density plasma region generated at the corner portion can be reduced, and the plasma density distribution in the anode electrode can be made uniform.

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

【図1】本発明をマグネトロン反応性イオンエッチング
装置に適用した場合の第一の実施例を示す図であり、
(a)は平断面図、(b)はA−A線矢視断面図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment when the present invention is applied to a magnetron reactive ion etching apparatus,
(A) is a plan sectional view, and (b) is a sectional view taken along line AA.

【図2】本発明の第二の実施例を示す図であり、(a)
は平断面図、(b)はA−A線矢視断面図である。
FIG. 2 is a view showing a second embodiment of the present invention, wherein (a)
Is a plan sectional view, and (b) is a sectional view taken along line AA.

【図3】本発明の第三の実施例を示す図であり、(a)
は平断面図、(b)はA−A線矢視断面図である。
FIG. 3 is a diagram showing a third embodiment of the present invention, wherein (a)
Is a plan sectional view, and (b) is a sectional view taken along line AA.

【図4】本発明の第四の実施例を示す図であり、(a)
は平断面図、(b)はA−A線矢視断面図である。
FIG. 4 is a diagram showing a fourth embodiment of the present invention, wherein (a)
Is a plan sectional view, and (b) is a sectional view taken along line AA.

【図5】図4に示したマグネトロン反応性イオンエッチ
ング装置における磁力線の分布を示す図であり、(a)
はコイル電流の位相が0の場合、(b)はコイル電流の
位相がπ/4の場合である。
5A and 5B are diagrams showing distributions of lines of magnetic force in the magnetron reactive ion etching apparatus shown in FIG. 4, and FIG.
(B) shows the case where the phase of the coil current is 0, and (b) shows the case where the phase of the coil current is π / 4.

【図6】従来のマグネトロン反応性イオンエッチング装
置の一例を示す図であり、(a)は平断面図、(b)は
A−A線矢視断面図である。
6A and 6B are views showing an example of a conventional magnetron reactive ion etching apparatus, wherein FIG. 6A is a plan sectional view, and FIG. 6B is a sectional view taken along line AA.

【図7】図6に示したマグネトロン反応性イオンエッチ
ング装置における磁力線の分布を示す図であり、(a)
はコイル電流の位相が0の場合、(b)はコイル電流の
位相がπ/4の場合である。
FIG. 7 is a diagram showing a distribution of lines of magnetic force in the magnetron reactive ion etching apparatus shown in FIG. 6, (a).
(B) shows the case where the phase of the coil current is 0, and (b) shows the case where the phase of the coil current is π / 4.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、11、20、21 電磁コイル 40、90 カソード電極 50 ウエハ 80 アノード電極 81 突出部 82 排気口 91 延出部 101、111、201、211 折曲部 10, 11, 20, 21 Electromagnetic coil 40, 90 Cathode electrode 50 Wafer 80 Anode electrode 81 Projection 82 Exhaust port 91 Extension 101, 111, 201, 211 Bent

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3065 C23F 4/00 H05H 1/46 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/3065 C23F 4/00 H05H 1/46

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ウエハを載置するカソード電極と、前記カソード電極に対向して配置される多角形状の上部
電極と前記カソード電極を囲んで配置される側部電極と
で下方を開口する箱状に形成されたアノード電極と、 前記アノード電極の外側にて前記カソード電極を挟んで
互いに対向して配置された複数対の電磁コイルとを備
え、 前記アノード電極を構成する側部電極は、隣り合って配
置される前記電磁コイル間において、その箱状のコーナ
ー部を外側に突出させた突出部を有しており、前記アノ
ード電極を構成する上部電極は、前記突出部の上部開口
を閉塞する ことを特徴とするプラズマ処理装置。
1. A cathode electrode on which a wafer is mounted, and a polygonal upper portion disposed to face the cathode electrode
An electrode and a side electrode disposed surrounding the cathode electrode;
An anode electrode formed in a box shape opening downward, and the cathode electrode is sandwiched outside the anode electrode.
A plurality of pairs of electromagnetic coils arranged opposite to each other.
The side electrodes forming the anode electrode are arranged adjacent to each other.
Box-shaped corners between the electromagnetic coils to be placed.
A protruding portion that protrudes outwardly from the
The upper electrode constituting the cathode electrode has an upper opening of the protrusion.
A plasma processing apparatus characterized in that the apparatus is closed .
【請求項2】 前記アノード電極の突出部に排気口が開
閉可能に設けられたことを特徴とする請求項1記載のプ
ラズマ処理装置。
2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein an exhaust port is provided at a protruding portion of the anode electrode so as to be openable and closable.
【請求項3】 前記カソード電極の、前記アノード電極
の突出部の位置に対向する箇所が、突出部の突出方向に
延出して形成されてなることを特徴とする請求項1記載
のプラズマ処理装置。
3. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a portion of the cathode electrode opposed to a position of the protruding portion of the anode electrode is formed to extend in a protruding direction of the protruding portion. .
【請求項4】 前記アノード電極の突出部の両側に配置
された電磁コイルの端部が、それぞれ該突出部に沿って
外方に折曲され、互いに対向さしめられてなることを特
徴とする請求項1記載のプラズマ処理装置。
4. An end portion of an electromagnetic coil disposed on both sides of the projection of the anode electrode is bent outwardly along the projection, and is opposed to each other. The plasma processing apparatus according to claim 1.
【請求項5】 ウエハを載置したカソード電極と、当該
カソード電極に対向して配置される多角形状の上部電極
と当該カソード電極を囲んで配置される側部電極とで下
方を開口する箱状に形成されたアノード電極との間に、
エッチングガスを導入した状態で、当該カソード電極と
アノード電極との間に電場を発生させると共に、当該ア
ノード電極の外側にて当該カソード電極を挟んで互いに
対向して配置された複数対の電磁コイルに電流を流して
前記電場に直交する磁場を発生させることにより、当該
カソード電極とアノード電極との間にプラズマを発生さ
せて前記ウエハを処理するプラズマ処理方法において、 前記アノード電極を構成する側部電極を、隣り合って配
置される前記電磁コイル間において、その箱状のコーナ
ー部を外側に突出させることで、当該コーナー 部に生じ
る高密度プラズマ領域を前記突出方向に導いて前記ウエ
ハから遠ざける ことを特徴とするプラズマ処理方法。
5. A cathode electrode on which a wafer is mounted, and
Polygonal upper electrode placed opposite the cathode electrode
And a side electrode disposed around the cathode electrode.
Between the anode electrode formed in a box shape opening one side,
With the etching gas introduced, the cathode electrode and the
An electric field is generated between the anode electrode and the anode electrode.
Outside the node electrode, sandwich the cathode electrode
Apply current to multiple pairs of electromagnetic coils
By generating a magnetic field orthogonal to the electric field,
Plasma is generated between the cathode and anode electrodes.
In the plasma processing method for processing the wafer by arranging, the side electrodes constituting the anode electrode are arranged adjacent to each other.
Box-shaped corners between the electromagnetic coils to be placed.
By projecting the over portion outwardly, it occurs in the corner portion
A high-density plasma region in the protruding direction to
A plasma processing method characterized in that it is kept away from c .
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