JP3583289B2 - The plasma processing apparatus and plasma processing method - Google Patents

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Description

【0001】 [0001]
【発明の属する技術分野】 BACKGROUND OF THE INVENTION
本発明は、プラズマ処理装置および処理方法に係り、特に半導体製造工程における微細なパターンを形成するのに好適なプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus and processing method, particularly of the preferred plasma processing apparatus and plasma processing method for forming a fine pattern in a semiconductor manufacturing process.
【0002】 [0002]
【従来の技術】 BACKGROUND OF THE INVENTION
半導体製造工程では、たとえば成膜、エッチング、アッシングなどの微細加工プロセスで、プラズマ処理装置が広く用いられている。 In semiconductor manufacturing processes, for example deposition, etching, in fine processing such as ashing, plasma processing apparatus is widely used. プラズマ処理によるプロセスは、真空チャンバー(リアクタ)内部に導入されたプロセスガスをプラズマ発生手段によりプラズマ化し、半導体ウエハ表面で反応させて微細加工を行うとともに、揮発性の反応生成物を排気することにより、所定の処理を行うものである。 Process according to plasma treatment, a vacuum chamber (reactor) process gas in the internal into plasma by the plasma generating means, performs fine processing is reacted with the semiconductor wafer surface, by evacuating the volatile reaction products It performs a predetermined process.
【0003】 [0003]
このプラズマ処理プロセスでは、リアクタ内壁やウエハの温度、あるいは内壁への反応生成物の堆積状態がプロセスに大きな影響を及ぼす。 In the plasma treatment process, the inner wall of the reactor and the wafer temperature or the deposition state of the reaction product to the inner wall greatly affects the process. また、リアクタ内部に堆積した反応生成物が剥離すると、発塵の原因となって、素子特性の劣化や歩留まりの低下につながる。 Further, the reaction products deposited inside the reactor is peeled, causing dust, leading to a reduction in the degradation and yield of device characteristics.
【0004】 [0004]
このため、プラズマ処理装置においては、プロセスを安定に保ちかつ異物の発生を抑制するために、リアクタ内部の温度や表面への反応生成物の堆積を制御することが重要である。 Therefore, in the plasma processing apparatus, in order to suppress the generation of stably maintaining and foreign materials process, it is important to control the deposition of the reaction product to the reactor internal temperature and the surface.
【0005】 [0005]
たとえば、特開平8―144072号公報には、シリコン酸化膜のドライエッチング工程における選択比を向上させる目的で、リアクタ内部の各部の温度を、エッチングステージの温度よりも150℃以上高い150℃以上300℃以下(望ましくは200℃以上250℃以下)の高温度値に±5℃以内の精度で制御保持するドライエッチング装置が記載されている。 For example, Japanese Patent Laid-Open No. 8-144072, in order to improve the selection ratio of dry etching process of the silicon oxide film, the temperature of each portion of the inner reactor, 0.99 ° C. or more higher than 0.99 ° C. or higher than the temperature of the etching stage 300 ° C. or less (preferably 200 ° C. or higher 250 ° C. or less) dry etching apparatus which controls held at ± 5 ℃ accuracy within the high temperature value is described. このようにリアクタ内面各部の温度を高温に加熱制御することで、リアクタ内面へのプラズマ重合物の付着量が減少し、半導体ウエハ上へのプラズマ重合物の付着量が増加して、選択比が向上する。 By thus heating control the temperature of the reactor inner surface each portion to a high temperature, the amount of deposition is reduced in plasma polymer to the reactor internal surface, the amount of deposition of plasma polymer onto the semiconductor wafer is increased, the selectivity ratio improves.
【0006】 [0006]
また、特開平5―275385号公報には、平行平板型のプラズマ処理装置において、クランプリング(被処理体保持手段)、フォーカスリング(プラズマ集中手段)の少なくとも一方に、プラズマ処理により生じる反応生成物が付着しない温度に昇温・維持させる加熱手段を設けた装置が記載されている。 JP-A-5-275385, in a parallel plate type plasma processing apparatus, a clamp ring (workpiece holding means), at least one of a focus ring (plasma concentrating means), the reaction product resulting from the plasma treatment There device provided with heating means for raising the temperature and maintaining the temperature does not adhere is described. 加熱手段としては抵抗発熱体を用いている。 And using a resistance heating element as a heating means. 加熱により反応生成物の付着が防止できるので、反応生成物の剥離や、被処理体表面へのパーティクルの付着が低減される。 It can be prevented adhesion of the reaction product by heating, peeling and the reaction products, adhesion of particles to the surface of the object is reduced.
【0007】 [0007]
【発明が解決しようとする課題】 [Problems that the Invention is to Solve
上記のように、プラズマ処理装置では、チャンバー内壁面の温度や内壁表面への反応生成物の堆積の制御が重要である。 As described above, in the plasma processing apparatus, it is important the control of the deposition of reaction products to a temperature and the inner wall surface of the chamber wall.
【0008】 [0008]
しかしながら、チャンバー内壁面、特に広い面積をもつ側壁面の温度を200℃〜250℃程度以上の高温に設定すると、エッチング特性が内壁表面の温度に非常に敏感となり、プロセスの再現性・信頼性が低下しやすいという問題がある。 However, setting the temperature of the side wall surface with the chamber inner wall surface, a particularly large area to temperatures higher than about 200 ° C. to 250 DEG ° C., becomes very sensitive etching characteristics to the temperature of the inner wall surface, reproducibility and reliability of the process there is a problem that tends to decrease.
【0009】 [0009]
たとえば、S. For example, S. C. C. McNevin, et al. McNevin, et al. , J. , J. Vac. Vac. Sci. Sci. Technol. Technol. B 15(2) Mar/Apr 1997, p. B 15 (2) Mar / Apr 1997, p. 21, 'Chemical challenge of submicron oxide etching' には、誘導結合型のプラズマにおいて、側壁温度が200℃から170℃に変化すると酸化膜エッチレートが5%以上増加することが示されている。 21, the 'Chemical challenge of submicron oxide etching', in inductively coupled plasma, it is shown that the oxide film etching rate and the side wall temperature changes from 200 ° C. to 170 ° C. is increased by 5% or more. この理由としては、側壁温度の低下により、より多くの炭素が壁に吸着するようになり、ウエハー上への炭素の堆積が減少して、酸化膜エッチレートが増加したものと推測されている。 The reason for this by lowering the sidewall temperature, become more carbon is adsorbed on the wall, the deposition of carbon on the wafer is reduced, oxide film etching rate is assumed that increased. このように、特に高密度プラズマでは、高温領域でプラズマがリアクタ内壁と強く相互作用するために、リアクタ内部の温度バランスの変化により、内壁表面への反応生成物の堆積や表面の組成変化が急速に進んで、エッチング特性の変化としてあらわれることになる。 Thus, in particular high-density plasma, for plasma in the high temperature region is strongly interacts with the inner wall of the reactor, by a change in temperature balance inside the reactor, rapidly change in composition of the deposition and the surface of the reaction product to the inner wall surface proceed to, it would appear as a change in etching characteristics.
【0010】 [0010]
さらに、高温領域では、上記のプラズマと内壁との相互作用が、温度変化に対して非常に敏感となる。 Furthermore, in the high temperature region, the interaction between the plasma and the inner wall becomes very sensitive to temperature changes. たとえば、内壁面材料としてSiO2を用いた場合、 SiO2のF原子によるエッチレートと壁温の間の熱力学的関係式が報告されており、(D. L.Flamm, et al., J. Appl. Phys., 50, p.6211 (1979))、この関係式を150℃以上の温度領域に適用すると、壁温度が200℃から250℃以上では、エッチレートが指数関数的に急激に増加していく。 For example, when a SiO2 as inner wall materials, thermodynamic relationship between etch rate and wall temperature has been reported by F atoms SiO2, (D. L.Flamm, et al., J. Appl . Phys., 50, p.6211 (1979)), applying this relationship to the temperature range above 0.99 ° C., the wall temperature of 200 ° C. from 250 ° C. or higher, the etching rate exponentially increases rapidly to To go.
【0011】 [0011]
従って、このような高温領域では、温度制御は、たとえば±5℃以内と高い精度が要求される。 Thus, in such a high temperature region, the temperature control, for example ± 5 ℃ within a high accuracy is required. しかしながら、内壁面は高密度なプラズマにさらされるわけであるから、壁面の温度をこのような高温領域で高精度に制御するのは容易ではない。 However, the inner wall since it is not exposed to high-density plasma, it is not easy to control with high precision the temperature of the wall at such a high temperature region. また、これを実現するには、温度制御に、温度検出手段とヒータやランプなどの加熱手段を用いることになるが、温度制御の機構・手段がおおがかりになってしまう。 Also, To achieve this, the temperature control, but will be used heating means such as a temperature detection means and the heater or a lamp, mechanism or means of the temperature control becomes large scale. さらに、このような高温領域では内壁面には反応生成物は堆積しないので、壁面はプラズマによりエッチングされて消耗する。 Furthermore, since such reaction products on the inner wall surface in a high temperature region is not deposited, the wall surface is depleted is etched by the plasma. したがって、内壁面の部品を定期的に交換する必要があり、消耗品のコスト上昇につながる。 Therefore, it is necessary to periodically replace the inner wall part, leading to a cost increase of consumables. また、加熱に大きなエネルギーを要するので、エネルギー消費の観点からも好ましくない。 Also, it takes a great energy for heating is not preferable from the viewpoint of energy consumption.
【0012】 [0012]
同様な問題は、ウエハや電極周囲のリングの加熱についてもあてはまる。 Similar problems also true for heating the wafer and the electrode around the ring. リングを加熱して昇温することで反応生成物の付着は防止できるものの、抵抗発熱体などの加熱機構は装置構成を複雑にさせる。 Although deposition of the reaction product by heating to heat the ring can be prevented, the heating mechanism such as a resistance heating element makes it complicated device configuration. また、反応生成物の付着は防止できても、リングや内壁表面がプラズマでエッチングされて消耗すると、構成材料そのものが新たな発塵源となるおそれがある。 Also can be prevented from adhesion of the reaction product, when the ring and the inner wall surface wears is etched with plasma, there is a risk that the material itself is a new dust sources. さらにリングや内壁面の部品が消耗するとこれらを定期的に交換する必要があり、装置のランニングコスト上昇につながる。 Furthermore these must be replaced periodically when the parts of the ring and the inner wall surface is depleted, which leads to running cost increase of the apparatus.
【0013】 [0013]
こうした課題を解決するひとつの方法が、チャンバー内壁面をポリマーによる表面コーティング層で保護することである。 One way to solve these problems is that the chamber wall is protected by the surface coating layer with a polymer. たとえば、特開平7―312363には、ワークピース(被加工物)の支持台の温度をチャンバーの壁面よりも高い状態で維持して、チャンバー内壁面に表面コーティング層を形成させるプラズマエッチング装置が記載されている。 For example, JP-A 7-312363, to maintain the support base in the temperature of the workpiece (workpiece) in a state higher than the wall surface of the chamber, wherein the plasma etching apparatus for forming a surface coating layer on the chamber wall It is. そして、コンタミナント粒子をポリマーフィルム内に捕獲して蓄積することで、反応生成物によるコンタミナントのチャンバ内への残留蓄積を低減するとされている。 Then, by accumulating and capture contaminant particles in a polymer film, it is to reduce the residual accumulation of contaminants in the chamber by the reaction products.
【0014】 [0014]
しかしながら、この場合には壁面の保護を目的とするものではなく、コンタミナント粒子の捕獲が目的である。 However, not for the purpose of protection of the wall surface in this case, capture of contaminants particles is an object. また、チャンバー内壁面に表面コーティング層を形成させる際の温度は、ワークピース(被加工物)よりも5℃以上低い値と記述されているのみであり、温度の範囲と制御の精度については考慮がなされていない。 Further, the temperature for forming a surface coating layer on the chamber wall is only is described as a low value 5 ° C. or higher than the workpiece (workpiece), consideration is given to the accuracy of the control range of the temperature It has not been made. また、圧力範囲も数百mtorr(数10Pa)の高圧力のレンジである。 The pressure range is also the high pressure range of several hundred mtorr (several 10 Pa). しかしながら、膜の堆積温度は、膜の組成や質を変化させ、膜の剥離強度や異物発生に影響すると推測される。 However, the deposition temperature of the film, changing the composition and quality of the membrane, is estimated to affect peel strength and occurrence of foreign matters in the film. また、堆積膜の温度変動は、熱膨張と収縮の繰り返しによりクラックの発生や剥離につながって、異物の原因となると予測され、温度制御の精度は重要な因子である。 The temperature variation of the deposited film, leading to repeated formation of cracks and peeling due to thermal expansion and contraction, is expected to cause foreign matter, accuracy of the temperature control is an important factor. また、数十mtorr以下(数Pa以下)の圧力範囲では、高イオンエネルギー化や分子の平均自由行程が長くなることで、膜堆積状況が異なると考えられる。 Further, in the pressure range of several tens mtorr or less (several Pa or less), that the mean free path of the high ion energy reduction and molecules longer considered to film deposition conditions differ. さらに、上記の公知例ではコンタミナントをとりこんだコーティング層をプラズマ処理チャンバー壁面から除去する必要があり、これが装置のスループットや消耗品コストに直接影響するが、この点については考慮がなされていない。 Furthermore, in the known example of the need to remove the coating layer incorporating the contaminants from the plasma processing chamber walls, which is directly affects the throughput and consumables cost of the device, not made consideration on this point.
【0015】 [0015]
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、リアクタ内部の温度と反応生成物の堆積を制御することにより、エッチング特性に経時的な変化を生じさせることなく、プロセスの再現性・信頼性を、長期間にわたってかつ低コストで維持できるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, by controlling the deposition temperature and the reaction product inside the reactor, without causing a temporal change in etching characteristics, reproduction process sexual and reliability, and an object thereof is to provide a plasma processing apparatus which can maintain at a low cost over a long period of time.
【0016】 [0016]
【課題を解決するための手段】 In order to solve the problems]
本発明者らは、前記の課題について鋭意研究を重ねた結果、リアクタ内の圧力が数Pa以下の領域で、リアクタ内壁面の温度をウエハよりも十分低い温度で、しかも一定温度に制御したときに、内壁面に強固な堆積膜であるコーティング膜が形成されることを見出した。 The present inventors, as a result of superimposed intensive studies on the above problems, the region pressure is below several Pa in the reactor, the temperature of the reactor inner wall surface at a temperature sufficiently lower than the wafer, moreover when controlled at a constant temperature the found that the coating film is strong deposited film on the inner wall surface is formed. さらに詳細な分析の結果、このコーティング膜は、膜形成時の温度が低いほどポリマー重合が進んでいること、および膜形成時の温度を一定に制御することでしっかりした層状の構造が形成されること、したがって膜表面の剥離や損傷がみられず発塵の原因とはならないことを知見した。 More detailed analysis of the results, the coating film, the temperature during film formation is proceeding as polymer polymerization is low, and the temperature during film formation structure of firm layered by controlling the constant is formed it, therefore peeling or damage of the film surface was found that does not cause dust not observed.
【0017】 [0017]
本発明は、次に掲げる装置を提供する。 The present invention provides the following listed system.
【0018】 [0018]
本発明は、真空処理室と、プラズマ発生装置と、前記真空処理室にガスを供給する処理ガス供給手段と、該真空処理室内でエッチング処理される試料を保持する電極と、該真空処理室を減圧する真空排気系とを有するプラズマ処理装置において、前記処理ガスは、プラズマ放電により重合膜が形成されるCF系の組成のガスを含み、前記真空処理室内を0.1Pa〜10Paとして、該真空処理室内でプラズマ放電により前記処理ガスをプラズマ化して該プラズマにより前記試料のエッチング処理を行うと共に、処理室を構成する側壁に保持され熱伝導性のよい非磁性金属材料に予め耐プラズマ性の表面処理が施された交換可能なジャケットにより構成され前記プラズマに接する前記真空処理室側壁面の温度を、前記ジャケットの内部を The present invention includes a vacuum processing chamber, a plasma generator, a processing gas supply means for supplying a gas into the vacuum processing chamber, an electrode for holding a sample to be etched in the vacuum process chamber, the vacuum processing chamber in the plasma processing apparatus and a vacuum evacuation system to vacuum, the treatment gas includes a CF-based composition of the gas polymerized film by plasma discharge is formed, the vacuum processing chamber as 0.1Pa~10Pa, vacuum the processing gas by a plasma discharge in the processing chamber with the etching process is performed in the sample by the plasma into a plasma, the pre-plasma resistance in good nonmagnetic metallic material held thermal conductivity to the side walls that constitute the treatment chamber the temperature of the vacuum processing chamber sidewall plane of the surface treatment is constituted by the exchangeable jacket subjected in contact with the plasma, the inside of the jacket する熱媒体により試料温度より低い25℃〜50℃の範囲で±10℃以内の精度で一定温度に制御して前記真空処理室側壁面に重合膜を形成させ、該重合膜の堆積によって耐プラズマ性を有する保護膜を形成することを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。 In the range of 25 ° C. to 50 ° C. lower than the sample temperature by the heat medium within an accuracy of ± 10 ℃ to, to form a polymerization film in the vacuum processing chamber sidewall plane is controlled at a constant temperature, the deposition of the polymer film to provide a plasma processing apparatus characterized by forming a protective film having resistance to plasma.
【0019】 [0019]
本発明は、真空処理室と、プラズマ発生装置と、前記真空処理室にガスを供給する処理ガス供給手段と、該真空処理室内でエッチング処理される試料を保持する電極と、該真空処理室を減圧する真空排気系とを有するプラズマ処理装置によるプラズマ処理方法において、前記処理ガスはプラズマ放電により重合膜が形成されるCF系の組成のガスを含み、前記真空処理室内を0.1Pa〜10Paとし、 処理室を構成する側壁に保持され熱伝導性のよい非磁性金属材料に予め耐プラズマ性の表面処理が施された交換可能なジャケットにより構成されプラズマに接する前記真空処理室側壁面の温度を、前記ジャケットの内部を循環する熱媒体により試料温度より低い25℃〜50℃の範囲で ±10℃以内の精度で一定温度に制御して、該真 The present invention includes a vacuum processing chamber, a plasma generator, a processing gas supply means for supplying a gas into the vacuum processing chamber, an electrode for holding a sample to be etched in the vacuum process chamber, the vacuum processing chamber the plasma processing method by the plasma processing apparatus and a vacuum evacuation system to vacuum, wherein the processing gas comprises a gas composition of CF-based polymerization film by plasma discharge is formed, the vacuum processing chamber and 0.1Pa~10Pa , the temperature of the vacuum processing chamber sidewall plane in contact with is formed by pre-plasma resistance replaceable jacket surface-treated in a good non-magnetic metal material is held thermal conductivity to the side walls that constitute the treatment chamber plasma and wherein at 25 ° C. range to 50 ° C. lower than the sample temperature by a heat medium circulating through the inside of the jacket, is controlled to a constant temperature within an accuracy of ± 10 ° C., said vacuum 処理室内でプラズマ放電により前記処理ガスをプラズマ化し、 前記プラズマにより前記試料のエッチング処理を行うと共に、前記真空処理室側壁面に保護用の重合膜を形成させることを特徴とするプラズマ処理方法を提供する。 Into plasma the process gas by plasma discharge in the processing chamber, the etching is performed of the sample by the plasma, the plasma processing method characterized by forming a polymerized film for protecting the vacuum processing chamber sidewall plane provide.
【0020】 [0020]
本発明によれば、プラズマ放電により処理ガスの一部が重合して、処理室内壁面のプラズマに接する部分あるいは部品の表面に、ポリマーによる堆積層が形成される。 According to the present invention, by polymerizing a part of the processing gas by plasma discharge, the processing chamber wall portions or parts of the surface in contact with the plasma, layer deposition by the polymer is formed. そして、リアクタ内壁面の温度をウエハよりも十分低い温度で一定温度に制御することで、この堆積層のポリマー重合が進んでしっかりした層状の構造を形成することが可能となる。 Then, by controlling a constant temperature the temperature of the reactor inner wall surface at a temperature sufficiently lower than the wafer, it is possible to form the structure of firm layered progressed polymer polymerization of the deposited layer. したがって内壁面がプラズマによりエッチングされて消耗することがないので、内壁面の部品交換の頻度が低減でき、ランニングコスト低下が可能となる。 Thus since no inner wall surface is depleted is etched by the plasma, can be reduced the frequency of part replacement of the inner wall surface, running cost reduction can be achieved. また、この堆積層は、膜の組成が緊密であるので、プラズマにさらされても、表面に剥離や損傷が生じないので、発塵の原因とはならない。 Further, the deposited layer, since the composition of the film is tight, even when exposed to the plasma, since the peeling or damage on the surface does not occur, do not cause dusting.
【0021】 [0021]
また、チャンバー内壁面の温度をウエハよりも低い温度領域に設定しているので、内壁面を200℃以上の高温領域に設定した場合に比べて、プラズマと内壁面との相互作用が弱く、しかも温度変化に対して敏感とならない。 Further, since the set temperature of the chamber wall to a lower temperature region than the wafer, as compared with the case of setting the inner wall surface 200 ° C. or higher high temperature region, weak interaction between the plasma and the inner wall surface, yet It does not become sensitive to temperature change. このため、プロセスの再現性・信頼性が長期間にわたって低下しにくく、また温度制御の精度もたとえば±10℃以内でよく、温度制御に複雑な機構を用いることなく比較的容易に実現することが可能となる。 Therefore, hardly lowered reproducibility and reliability of the process over a long period of time, also well within even example ± 10 ℃ accuracy of the temperature control, be realized relatively easily without using a complicated mechanism for temperature control It can become.
【0022】 [0022]
また、内壁面に所定の値を超える重合膜が形成された場合にはこの膜を除去する必要がある。 Further, if the polymerization film on the inner wall surface exceeds a predetermined value is formed it is necessary to remove this film. この膜除去プロセスをクリーニングではなく、装置を大気開放して重合膜が形成された処理室内壁面の構成部品を交換して装置は再び稼動させ、膜の除去はチャンバから取り出した後にウエットクリーニングなどでex−situに行って内壁面を再生することで、装置の不稼動時間を低減してスループットを低下させないとともに、部品の再生と繰り返し使用により消耗品コストを低減できる効果がある。 Rather than cleaning the film removal process, device apparatus by exchanging components of the processing chamber wall the atmosphere opening the polymerization film is formed is operated again, the removal of the membrane in such a wet cleaning after removal from the chamber by reproducing the inner wall surface performed ex-situ, with not to reduce the throughput by reducing the downtime of the apparatus, there is an effect of reducing the cost of consumables by reproducing the repeated use of the part. また、処理中に重合膜の成長を抑制するプロセスを加えることで、装置の開放と清掃までの時間を延ばすことができる。 Moreover, the addition of suppressing process the growth of polymer films during processing, it is possible to extend the time until the cleaning and opening of the device.
【0023】 [0023]
一方、本発明のさらに他の特徴によれば、リアクタ内部において、ウエハよりも十分に低い領域での温度制御が困難な部分あるいは構成部品については、その少なくとも一部分にバイアスが印加される構造を設け、かつ部品全体の熱容量を十分に小さくすることにより、ヒータやランプなどの複雑な機構を用いることなく部品全体が高温領域に制御できるので、反応生成物の過剰な堆積を抑制して反応生成物の剥離にともなう異物発生を低減できる。 Meanwhile, according to still another aspect of the present invention, inside the reactor, for sufficiently difficult part or component temperature control in the lower region than the wafer, a structure provided at least to bias a portion is applied and by a sufficient reduction in the entire part of the heat capacity, since the entire part without using a complicated mechanism such as a heater or a lamp can be controlled to a high temperature region, the reaction product by suppressing the excessive deposition of the reaction product It can be reduced occurrence of foreign matters due to the peeling. また、部品の表面積を小さくすることで、温度や表面状態が変動してもプロセスへの影響を抑制できる。 Moreover, by reducing the surface area of ​​the parts, even if the temperature and surface condition is varied it can suppress the influence of the process. さらに、上記の構成部品に印加されるバイアスの程度を調整して、温度を100℃以上250℃以下、望ましくは150℃以上200℃以下の範囲に設定することにより、およそ250℃以上の高温領域に設定した場合に比べて温度変化に対して敏感ではないので、構成部品の温度変動がプロセスに対して実質的に影響しないレベルに小さくできる利点がある。 Further, by adjusting the degree of bias applied to the components of the, 100 ° C. or higher 250 ° C. or less temperature, preferably by setting the range of 200 ° C. 0.99 ° C. or higher, about 250 ° C. or higher high temperature region because it is not sensitive to temperature changes as compared with the case where the set, there is an advantage that the temperature variations of the components can be reduced to a level which does not substantially affect the process.
【0024】 [0024]
本発明のさらに他の特徴によれば、処理室内部でプラズマに接する構成部品の温度を、赤外線照射とガス熱伝達を用いて、より能動的に高温領域で高精度に制御できるので、反応生成物の過剰な堆積を抑制して反応生成物の剥離にともなう異物発生を低減できるとともに温度や表面状態の変動を抑制してプロセスに対する影響を抑制できる。 According to still another aspect of the present invention, the temperature of the components in contact with the plasma in the processing chamber section, using infrared radiation and gas heat transfer, since more actively be controlled with high precision in a high temperature region, the reaction product the impact on the process can be suppressed by suppressing the fluctuation of the temperature and surface condition can be reduced to occurrence of foreign matters due to peeling of the reaction product by suppressing the excessive deposition of the object. さらに、温度を100℃以上250℃以下、望ましくは150℃以上200℃以下の範囲で±10℃以内の精度で、制御することにより、およそ250℃以上の高温領域に設定した場合に比べて、温度変化に対して敏感ではないので、構成部品の温度変動がさらに微細なプロセスに対しても実質的に影響しないレベルに小さくできる利点がある。 Furthermore, 100 ° C. or higher 250 ° C. or less temperature, preferably with an accuracy of within ± 10 ℃ within the following ranges 200 ° C. 0.99 ° C. or higher, by controlling, in comparison with the case of setting a high temperature range above about 250 ° C., because it is not sensitive to temperature variations, it can be advantageously reduced to a level which does not substantially affect against temperature variations finer process components.
【0025】 [0025]
【発明の実施の形態】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
以下、本発明の実施例について、図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明を、有磁場UHF帯電磁波放射放電方式のプラズマエッチング装置へ適用した実施例を示すもので、当該プラズマエッチング装置の断面模式図である。 1, the present invention, shows an embodiment applied to a plasma etching apparatus of a magnetic field UHF band electromagnetic wave radiation discharge type, it is a cross-sectional schematic view of the plasma etching apparatus.
【0026】 [0026]
図1において、処理室100は、10ー6Torr程度の真空度を達成可能な真空容器であり、その上部にプラズマ発生手段としての電磁波を放射するアンテナ110を、下部にはウエハなどの試料Wを載置する下部電極130を、それぞれ備えている。 In Figure 1, the processing chamber 100 is a vacuum vessel achievable degree of vacuum of about 10 @ 6 Torr, the antenna 110 for radiating an electromagnetic wave as a plasma generating means thereon, the sample W such as a wafer in the lower the lower electrode 130 for mounting includes respective. アンテナ110と下部電極130は、平行して対向する形で設置される。 Antenna 110 and the lower electrode 130 are disposed in opposed parallel. また、処理室100の周囲には、電磁コイル101A、101B、ヨーク101Cからなる磁場形成手段101が設置されており、所定の分布と強度をもつ磁場が形成される。 Around the processing chamber 100, the electromagnetic coil 101A, 101B, a magnetic field forming means 101 are installed consisting of the yoke 101C, the magnetic field having a predetermined distribution and intensity is formed. そして、アンテナ110から放射される電磁波と磁場形成手段101で形成される磁場との相互作用により、処理室内部に導入された処理ガスをプラズマ化して、プラズマPを発生させ、試料Wを処理する。 Then, by the interaction between the magnetic field formed by the electromagnetic wave and magnetic field forming means 101 is radiated from the antenna 110, the introduced processing gas into the processing chamber portion into plasma to generate plasma P, and treating the sample W .
【0027】 [0027]
処理室100の側壁102には、側壁内面の温度を制御するジャケット103が交換可能に保持される。 The sidewall 102 of the processing chamber 100, the jacket 103 to control the temperature of the inner surface of the side wall is replaceably retained. そして、ジャケット103の内部には熱媒体供給手段104から熱媒体が循環供給されて温度が制御される。 Then, the temperature heating medium from the heat medium supply unit 104 therein is circulated and supplied in the jacket 103 is controlled. ジャケットの温度は、0℃〜100℃、望ましくは20℃〜80℃の範囲で、±10℃以内の精度で制御される。 Temperature of jacket, 0 ° C. to 100 ° C., preferably in the range of 20 ° C. to 80 ° C., is controlled within an accuracy of ± 10 ° C.. 一方、処理室100は、真空室105に接続された真空排気系106により真空排気されて、処理室100の内部が0.1Pa以上10Pa以下、望ましくは0.5Pa以上4Pa以下の所定の処理圧力に調整される。 On the other hand, the processing chamber 100 is evacuated by the vacuum evacuation system 106 connected to the vacuum chamber 105, below 10Pa inside 0.1Pa or more of the processing chamber 100, preferably following a predetermined process pressure 4Pa than 0.5Pa It is adjusted to. 処理室100および真空室105はアース電位となっている。 Processing chamber 100 and the vacuum chamber 105 has a ground potential. 処理室100の側壁102、ジャケット103は重金属を含まず熱伝導性のよいたとえばアルミニウムなどの非磁性金属材料として、表面に耐プラズマ性のアルマイトなどの表面処理を施してもよい。 Sidewall 102 of the processing chamber 100, as the non-magnetic metal material such as a jacket 103 good example aluminum thermal conductivity contains no heavy metal, it may be subjected to surface treatment such as plasma resistance of anodized on the surface.
【0028】 [0028]
電磁波を放射するアンテナ110は、円板状導電体111、誘電体112、誘電体リング113からなり、真空容器の一部としてのハウジング114に保持される。 Antenna 110 for radiating electromagnetic waves, disk-shaped conductor 111, a dielectric 112 and a dielectric ring 113 is held in the housing 114 as part of the vacuum vessel. また、円板状導電体111のプラズマに接する側の面にはプレート115が設置され、さらにその外周にリング116が設置される。 Further, the surface on the side in contact with the plasma of the disk-shaped conductor 111 plate 115 is installed, the ring 116 is placed on further its periphery. 試料のエッチング、成膜等の処理を行なう処理ガスは、ガス供給手段117から所定の流量と混合比をもって供給され、円板状導電体111とプレート115に設けられた多数の孔を通して、所定の分布に制御されて、処理室100に供給される。 Processing gas for performing etching of the sample, the processing such as film formation is supplied with a mixture ratio from the gas supply means 117 to a predetermined flow rate, through a number of holes provided in the disk-shaped conductor 111 and the plate 115, predetermined is controlled by the distribution, it is supplied into the processing chamber 100.
【0029】 [0029]
円板状導電体111には、アンテナ電源121、アンテナ高周波電源122が、それぞれマッチング回路・フィルタ系123、124を介して接続され、またフィルタ125を通してアースに接続される。 The disk-shaped conductor 111, antenna power supply 121, antenna RF power source 122 is connected via a matching circuit filter system 123, respectively, also connected to ground through a filter 125. アンテナ電源121は、望ましくは300 MHzから900 MHzのUHF帯周波数の電力を供給し、アンテナ110からUHF帯の電磁波が放射される。 Antenna power 121 desirably provides power UHF band frequency of 900 MHz from 300 MHz, electromagnetic waves of UHF band is radiated from the antenna 110. 一方、アンテナ高周波電源122は、円板状導電体111に、たとえば100kHz程度の低周波、あるいは数MHzから10MHz程度の高周波のバイアスを印加することで、円板状導電体111に接するプレート115の表面での反応を制御する。 On the other hand, the antenna RF power source 122, the disk-shaped conductor 111, e.g., by applying a 10MHz high frequency of about a bias from the low frequency or several MHz, the order of 100kHz, the plate 115 in contact with the disk-shaped conductor 111 controlling the reaction on the surface. プレート115はウエハと対向しているので、処理プロセスにもっとも大きく影響するが、この面にバイアスを印加して反応生成物を堆積させないことで、装置プロセスが安定化する。 Since the plate 115 is in the wafer facing, but most significantly affect the treatment process, by not depositing the reaction product by applying a bias to the surface, apparatus process is stabilized. また、たとえば、CF系のガスを用いた酸化膜エッチングにおいて、プレート115の材質を、高純度のシリコンやカーボンなどとすることで、プレート115の表面でのFラジカルやCFxラジカルの反応を制御して、ラジカルの組成比を調整する。 Further, for example, in the oxide film etching using a CF gas, the material of the plate 115, by a like high-purity silicon and carbon, to control the reaction of F radicals or CFx radicals on the surface of the plate 115 Te, adjusting the composition ratio of the radical. プレート115の下面とウエハWの距離(以下、ギャップと呼ぶ)は、30mm以上150mm以下、望ましくは50mm以上120mm以下とする。 Distance of the lower surface and the wafer W of the plate 115 (hereinafter, referred to as gap), 30 mm or more 150mm or less, preferably to at least 50mm 120mm or less.
【0030】 [0030]
円板状導電体111は、図示しない温度制御手段、すなわちその内部を循環する熱媒体により温度が所定の値に維持され、円板状導電体111に接するプレート115の表面温度が制御される。 The disk-shaped conductor 111, the temperature control means not shown, that is, the temperature is maintained at a predetermined value by the heat medium circulating therein, the surface temperature of the plate 115 in contact with the disk-shaped conductor 111 is controlled. リング116は、アンテナ高周波電源122によるバイアスで加熱されて温度制御されるが、これについては後に詳しく述べる。 Ring 116 is heated by the bias by the antenna RF power source 122 is temperature controlled, will be described in detail later this.
【0031】 [0031]
処理室100の下部には、アンテナ110に対向して下部電極130が設けられている。 At the bottom of the processing chamber 100, the lower electrode 130 is provided opposite to the antenna 110. 下部電極130には、400kHzから13.56MHzの範囲のバイアス電力を供給するバイアス電源141がマッチング回路・フィルタ系142を介して接続されて試料Wに印加するバイアスを制御するとともに、フィルタ143を介してアースに接続される。 The lower electrode 130, together with the bias power supply 141 for supplying a bias power in the range of 13.56MHz to control the bias applied to the connected sample W through a matching circuit filter system 142 from 400kHz, via a filter 143 It is connected to the ground Te.
【0032】 [0032]
下部電極130は、静電吸着装置131により、その上面、すなわち試料載置面にウエハなどの試料Wを載置保持する。 The lower electrode 130, the electrostatic chuck 131, the upper surface, i.e. placed holding a sample W such as a wafer on the sample mounting surface. 静電吸着装置131は、その上面に静電吸着用誘電体層(以下、静電吸着膜と略称する)が形成されている。 Electrostatic chuck 131, the electrostatic attracting dielectric layer on the upper surface (hereinafter, referred to as electrostatic attraction film) is formed. そして、静電吸着用の直流電源144とフィルタ145により数100V〜数kVの直流電圧を印加して、静電吸着膜を介して試料Wと静電吸着装置111との間に作用するクーロン力を発生させて、試料Wを下部電極130上に吸着・保持する。 Then, by applying a DC voltage of several 100V~ number kV by the DC power supply 144 and filter 145 for electrostatic attraction, Coulomb force acting between the sample W and the electrostatic chuck 111 via an electrostatic adsorption film the is generated, for adsorbing and holding the sample W on the lower electrode 130. 静電吸着膜としては、たとえば酸化アルミニウムや酸化アルミニウムにチタン酸化物を混合した誘電体を用いる。 The electrostatic chucking film, for example, a dielectric obtained by mixing titanium oxide aluminum oxide or aluminum oxide.
【0033】 [0033]
さらに、試料Wは、その表面反応を制御するために、図示しない温度制御手段によりその表面温度が所定の温度に制御される。 Further, the sample W, in order to control the surface reaction, the surface temperature is controlled to a predetermined temperature by temperature control means not shown. このために、下部電極130には、静電吸着装置131と試料Wの間の熱伝達性を高めるために、不活性ガス、たとえばHeガスが所定の流量と圧力に設定されて供給されている。 For this purpose, the lower electrode 130, in order to enhance the heat transfer between the electrostatic chuck 131 and the sample W, inert gas, such as He gas is supplied is set to a predetermined flow rate and pressure . これにより、ウエハの温度は、最高でおよそ100℃〜110℃以下の範囲に制御される。 Accordingly, the temperature of the wafer is controlled in the range of approximately 100 ° C. to 110 ° C. or less up to.
【0034】 [0034]
また、静電吸着装置131の上面の試料Wの外側部には、試料台リング132が設けられている。 Further, on the outside of the sample W of the upper surface of the electrostatic chuck 131, the sample holder ring 132 is provided. 試料台リング132には、SiCなどのセラミクスやカーボン、シリコン、石英材料を用いる。 The sample holder ring 132, ceramics or carbon, such as SiC, silicon, quartz material is used. 試料台リング132は、アルミナなどの絶縁体133で、静電吸着装置131と絶縁される。 Sample holder ring 132, an insulator 133 such as alumina, is insulated from the electrostatic chuck 131. さらに、試料台リング132に絶縁体133を介してバイアス電源141からのバイアス電力を一部漏洩させて加えることで、試料台リング132へのバイアス印加を調整して、その表面での反応を制御することも可能である。 Furthermore, by adding a bias power from the bias power supply 141 via an insulator 133 on the sample holder ring 132 by partially leaked, by adjusting the bias applied to the sample holder ring 132, control the reaction at the surface it is also possible to. たとえば、CF系のガスを用いた酸化膜エッチングにおいて、試料台リング132の材質を高純度のシリコンとすれば、シリコンのスカベンジ作用により試料台リング132の表面でのFラジカルやCFxラジカルの反応を調整して、特にウエハ外周部でのエッチング均一性を向上することができる。 For example, the oxide film etching using a CF gas, if the material of the sample holder ring 132 and the high-purity silicon, the reaction of F radicals or CFx radicals on the surface of the sample holder ring 132 by scavenging action of silicon adjustment, it is possible to especially improve the etch uniformity at the wafer outer peripheral portion. 試料台リング132は、バイアスにより加熱されるともに、伝熱ガスにより冷却されて、温度制御されるが、これについては後に詳しく述べる。 Sample holder ring 132 are both heated by the bias, is cooled by heat transfer gas, but is temperature controlled, it will be described in detail later this.
【0035】 [0035]
本実施例によるプラズマエッチング装置は以上のように構成されており、このプラズマエッチング装置を用いて、たとえばシリコン酸化膜のエッチングを行う場合の具体的なプロセスを、図1を用いて説明する。 Plasma etching apparatus according to this embodiment is constructed as described above, using the plasma etching apparatus, for example, a specific process of etching the silicon oxide film, will be described with reference to FIG.
【0036】 [0036]
まず、処理の対象物であるウエハWは、図示していない試料搬入機構から処理室100に搬入された後、下部電極130の上に載置・吸着される。 First, a wafer W as an object of processing, after being transported from the sample loading mechanism (not shown) into the processing chamber 100, is placed and adsorption on the lower electrode 130. そして、必要に応じて下部電極の高さが調整されて所定のギャップに設定される。 The height of the lower electrode is set is adjusted to a predetermined gap as necessary. ついで、処理室100内は真空排気系106により真空排気されていく。 Then, the processing chamber 100 will be evacuated by the vacuum evacuation system 106. 一方、試料Wのエッチング処理に必要なガス、たとえばC4F8とArが、ガス供給手段117から、所定の流量と混合比、たとえばAr流量300sccm、C4F8流量9sccmをもって、アンテナ110のプレート115から処理室100に供給される。 On the other hand, the gas necessary for the etching treatment of the sample W, for example C4F8 and Ar is, from the gas supply means 117, a predetermined flow rate and mixture ratio, for example, with Ar flow rate 300 sccm, C4F8 flow rate 9 sccm, the processing chamber from the plate 115 of the antenna 110 100 It is supplied to. 同時に、処理室100は真空排気系106により排気され、処理室100の内部が所定の処理圧力、例えば1Paになるように調整される。 At the same time, the processing chamber 100 is evacuated by the evacuation system 106, the processing chamber 100 is adjusted to a predetermined process pressure, for example 1 Pa. 他方、磁場形成手段101により、所定の分布と強度の磁場が形成される。 On the other hand, by the magnetic field forming means 101, a magnetic field of predetermined distribution and strength is formed. そして、アンテナ電源121によりアンテナ110からUHF帯の電磁波が放射され、磁場との相互作用により処理室100内にプラズマPが生成される。 Then, the electromagnetic wave from the antenna 110 of the UHF band by the antenna power supply 121 is emitted, the plasma P is generated in the processing chamber 100 by interaction with the magnetic field. このプラズマPにより、処理ガスを解離させてイオン・ラジカルを発生させ、さらにアンテナ高周波電源122、バイアス電源141を制御して、ウェハWにエッチング等の処理を行う。 This plasma P, and dissociating the process gas by generating ion-radical, further antenna RF power source 122 controls the bias power supply 141, performs processing such as etching on the wafer W. そして、エッチング処理の終了にともない、電力および処理ガスの供給を停止してエッチングを終了する。 Then, with the completion of the etching process, and terminates the etching by stopping the supply of power and process gas.
【0037】 [0037]
さて、本実施例におけるプラズマ処理装置は上記のように構成されているが、リアクタ内各部、特に側壁103の内面およびリング116、試料台リング132の温度制御および反応生成物の堆積制御について、具体的に説明していく。 Now, although the plasma processing apparatus in this embodiment is constructed as described above, the reactor in each section, the inner surface and the ring 116 of the particular side wall 103, the deposition control of the temperature control and the reaction product of the sample holder ring 132, specifically It will be described in specific.
【0038】 [0038]
まず側壁103について、図1により説明する。 Will first sidewall 103 will be described with reference to FIG. すでに説明したように、処理室100の側壁102の内側にはジャケット103が保持され、熱媒体により温度制御が可能となっている。 As already described, the inside of the side wall 102 of the processing chamber 100 jacket 103 is held, and can control the temperature by the heating medium.
【0039】 [0039]
本発明者らは、酸化膜エッチングを対象に、処理ガスとしてC4F8とArの混合ガス系を用いて圧力2Paで実験した結果、リアクタ内壁面の温度をウエハ温度(およそ100℃程度)よりも十分低い温度である25℃から80℃の範囲で±10℃以内の精度で一定温度に制御したときに、内壁面に強固なコーティング膜が形成されることを見出した。 The present inventors have targeted the oxide film etching, the processing result of an experiment at a pressure 2Pa using a mixed gas system of C4F8 and Ar as a gas, sufficiently than the temperature of the wafer temperature of the reactor inner wall surface (about approximately 100 ° C.) when controlled at a constant temperature at 25 ° C. from 80 ° C. range within an accuracy of ± 10 ℃ of a low temperature it has been found that strong coating film on the inner wall surface is formed. このような数十mtorr以下(数Pa以下)の圧力範囲ではエネルギーの高いイオンが増加するので、膜堆積におけるイオンアシストの効果が高まって、緊密な膜が形成されると考えられる。 Since high-energy ions in the pressure range of such tens mtorr or less (several Pa or less) is increased, increasing the effect of ion assist in film deposition, it is believed tight film is formed. 堆積膜の状況は、側壁温度が低いと緻密で強固な膜が形成され、側壁温度が高いとやや粗い構造であった。 Availability of the deposited film is dense and strong film forming the side wall temperature is low, the sidewall temperature is high was slightly rough structure. この膜質変化を定量的に明らかにするために、側壁温度25℃、50℃、80℃で堆積した膜の組成(元素濃度比)をXPS(X線光電子分光法)で分析したところ、次のような結果であった。 To quantitatively clarify this film quality change, the sidewall temperature of 25 ° C., 50 ° C., where the composition of the film deposited at 80 ° C. The (element concentration ratio) was analyzed by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy), the following It was such a result.
【0040】 [0040]
この結果からも明らかなように、側壁温度が低いほどカーボンリッチな膜質となっている。 The Results As is clear, and has a carbon-rich film quality as the side wall temperature is lower. また、ここでは示していないが、C1sピークの分析から、側壁温度が低いほどカーボン同士の結合が進んでおり、ポリマー重合が進んでいることもわかっている。 Although not shown here, from the analysis of C1s peak, and they have become bound to the carbon between about sidewall temperature is lower, it has also been found that progressed polymer polymerization. これが、マクロには緻密で強固な膜として観察されたと推測できる。 This is the macro can be presumed to have been observed as dense and strong films.
【0041】 [0041]
またこの実験時には、側壁面の温度は±10℃以内の精度で制御されているので、膜の堆積中に温度変動にともなう内部応力が発生せず、膜構造が緻密になると予測される。 Also at the time of this experiment, the temperature of the side wall surfaces because it is controlled within an accuracy of ± 10 ° C., without generating internal stresses due to temperature variations during deposition of the film is expected to film structure becomes dense. 電子顕微鏡による観察の結果、しっかりした層状の構造が形成されていることを確認した。 According to the observation by the electron microscope, it was confirmed that the formed structure of firm layers. この膜はきわめて緊密で強固であり、デポ堆積加速試験で試験的におよそ200ミクロンの膜厚にまで堆積させても、テープ剥離や摩擦試験による膜のはがれは観察されなかった。 The film is strong and very tight, be deposited to depot deposition accelerated test on the thickness of the test to about 200 microns, peeling of the film by tape peeling and friction test were observed. さらに、この膜はプラズマに対しても高い耐性を示しており、プラズマ処理によっても膜表面の剥離や損傷がみられず、発塵の原因とはならないことを知見した。 Furthermore, the film showed a high resistance to plasma, showed no delamination or damage of the film surface by plasma treatment, and found that does not cause dust.
【0042】 [0042]
このように、リアクタ内壁面の温度をウエハ温度よりも十分低い温度で一定に制御することで、内部に熱応力の発生しない強固な堆積膜をリアクタ側壁内面に形成することができる。 Thus, by controlling a constant temperature of the reactor inner wall surface at a temperature sufficiently lower than the wafer temperature, it is possible to form a strong deposited film without generation of thermal stress in the inside the reactor inner surface of the side wall. この膜は十分な耐プラズマ性を有しており、反応生成物の剥離や試料表面へのパーティクルの付着が低減するので、リアクタ内壁の保護膜として作用する。 This film has a sufficient plasma resistance, adhesion of particles to the separation and the sample surface of the reaction product is reduced, it acts as a protective film for the inner wall of the reactor. したがって、側壁は消耗したり損傷したりしないので、側壁の部品交換の頻度が低減でき、ランニングコストの低下につながる。 Therefore, since the side wall is not damaged or worn, it is possible to reduce the frequency of part replacement of the side wall, it leads to a decrease in running cost. また、側壁が堆積膜で保護されるので、耐プラズマ性の高いSiCなどのセラミクスを使う必要がなく、部品コストの低減が可能となる。 Further, since the side wall is protected by the deposited film, it is not necessary to use a ceramic such as high plasma resistance SiC, the component cost can be reduced. また、特に側壁温度を常温〜約50℃程度の範囲で制御すれば、側壁の加熱のためのエネルギーが少なくてすむので、省エネルギーにもつながる効果がある。 In particular by controlling the sidewall temperature at a range of about room temperature to about 50 ° C., so it requires less energy for heating the side wall, the effect of leading to energy saving. 側壁材料としては、重金属を含まずかつ熱伝導性のよい金属、たとえばアルミを用いればよい。 The sidewall material, free of heavy metals and good thermal conductivity metal, for example may be used aluminum.
【0043】 [0043]
なお、堆積膜が存在しない初期状態では、アルミが露出しているために、プラズマからダメージを受けて表面が変質する可能性がある。 In the initial state in which the deposited film is not present, to aluminum is exposed, the surface damaged from plasma might be altered. そこでこれを防止するために、表面に高分子材料をコーティングしてもよい。 Therefore, in order to prevent this, it may be coated with a polymeric material to the surface. あるいは、アルミ表面をたとえばアルマイト処理して、さらに、アルマイト処理で生じた微細な孔を高分子材料で封孔処理をしてもよい。 Alternatively, an aluminum surface, for example, anodized, further the fine holes produced in the alumite treatment may be a sealing treatment with a polymeric material. もちろん、この封孔処理はアルミのアルマイト処理に限らずに適用できる。 Of course, this sealing treatment can be applied to not only in anodized aluminum. このように、高分子による膜をアルミ表面と堆積膜との界面に介在させることで、アルミ表面と堆積膜との密着性をまして、堆積膜を剥離させにくくする効果もある。 Thus, by interposing the film by polymer at the interface between the deposited film and the aluminum surface, let alone the adhesion between the deposited film and the aluminum surface, the effect also to the deposited film hard to peel. また、プロセスによっては、膜が過剰に堆積する場合もありうるが、この場合は、ウエハ処理後に短時間のプラズマクリーニングを併用して膜の堆積を制御することで、膜の厚みを一定に保ってもよい。 Further, some processes, but film can sometimes excessively deposited, in this case, by a combination of short plasma cleaning after wafer processing to control the deposition of the film, keeping the thickness of the film constant it may be.
【0044】 [0044]
次に、試料台リングについて説明する。 Next, a description will be given of the sample base ring. すでに図1の実施例で説明したように、試料台リング132は、バイアス印加によりその表面での反応を制御することで、特にウエハ外周部でのエッチング特性を均一にできる。 As already explained in the embodiment of FIG. 1, the sample holder ring 132, by controlling the reaction at the surface by the bias applied, in particular the etching characteristics in the wafer peripheral portion uniformly. このとき、試料台リング132はバイアスにより加熱されるが、その表面における反応と膜の堆積を制御するために、印加バイアスと温度を制御する必要がある。 In this case, the sample holder ring 132 is heated by a bias, in order to control the reaction and film deposition on its surface, it is necessary to control the applied bias and temperature. しかも、静電吸着装置131を組込んだ下部電極に複雑な機構を組み込むことなく、印加バイアスならびに温度の制御が可能であることが望ましい。 Moreover, without incorporating a complicated mechanism on the lower electrode incorporating electrostatic chuck 131, it is desirable to be controlled of the applied bias and temperature. これは、漏洩バイアスの制御とバイアスによる加熱およびガス伝熱による冷却のバランスにより具現化できる。 This can be realized by the balance of cooling by heat and gas heat transfer by controlling the bias of the leakage bias. この実施例を、図2に示す下部電極130の断面図(右側半分)により説明する。 This embodiment is described by cross-sectional view of the lower electrode 130 shown in FIG. 2 (right half).
【0045】 [0045]
下部電極130は、試料Wを静電吸着装置131により保持する。 The lower electrode 130, holding the sample W by electrostatic chuck 131. 静電吸着装置131は、絶縁体134によりアース135と絶縁される。 Electrostatic chuck 131 is insulated from the ground 135 by an insulator 134. 本実施例では、試料台リング132を、静電吸着装置131に対して絶縁体133を介して設置することにより、バイアス電源141から供給されるバイアス電力の一部を漏洩させて加える構造としている。 In this embodiment, the sample holder ring 132, by installing over the insulator 133 relative to electrostatic chuck 131, has a structure added by leaking a part of the bias power supplied from the bias power source 141 . 印加されるバイアスは、絶縁体133の厚みや材質により調整できる。 Bias applied can be adjusted by the thickness and material of the insulator 133. このようなバイアス印加構造とすることにより、下部電極130の内部で試料台リング132への配線構造を設けたり、試料台リング132に別のバイアス電源を接続したりする必要がない。 With such a biasing structure may be provided a wiring structure to the sample holder ring 132 inside of the lower electrode 130, there is no need or to connect another bias power to the sample holder ring 132.
【0046】 [0046]
また、静電吸着装置131は、温調用熱媒体の循環(図示していない)により、所定の温度に維持されている。 Also, electrostatic chuck 131, by the circulation of temperature control heat medium (not shown), and is maintained at a predetermined temperature. そして、試料Wと静電吸着装置131の表面の間には、伝熱用ガス(例えばHeガス等)の流路136が形成され、伝熱用ガスが導入されることで熱伝導が良好に保たれる。 Between the surface of the sample W and the electrostatic chuck 131, is formed a flow path 136 of the heat transfer gas (e.g., He gas, etc.), heat conduction favorably by heat transfer gas is introduced It is maintained. ここで、本実施例では、試料台リング132、絶縁体133、静電吸着装置131の間にも伝熱用ガスの流路136A、136Bが形成される。 In the present embodiment, the sample holder ring 132, insulator 133, the flow path 136A of the heat transfer gas in between the electrostatic chuck 131, 136B are formed. そして、ウエハ冷却用伝熱ガスの一部が導入されて、接触部での熱伝導が良好に保たれる。 A part of the wafer cooling heat transfer gas is introduced, the thermal conductivity at the contact portion is kept good. このため、試料台リング132は、所定の温度に維持された静電吸着装置131との間の熱伝達が良好に保たれて、温度が安定に保たれる。 Therefore, the sample holder ring 132, heat transfer is favorably maintained between the electrostatic chuck 131 is maintained at a predetermined temperature, the temperature is kept stable. この結果、試料台リング132へのバイアス印加による温度変動が抑制され、試料台リング132における表面反応や試料の処理特性が安定化できる。 As a result, the temperature fluctuation due to a bias applied to the sample holder ring 132 is suppressed, the processing characteristics of the surface reaction and the sample in the sample holder ring 132 can be stabilized. また同時に、バイアスによる加熱とイオンアシストにより反応生成物の堆積が防止できるので、反応生成物の剥離や、試料表面へのパーティクルの付着が低減される。 At the same time, since the deposition of the reaction product by heating the ion-assisted by the bias can be prevented, peeling and the reaction products, the adhesion of particles to the sample surface is reduced.
【0047】 [0047]
このように、試料台リングは、漏洩バイアスの印加とバイアスによる加熱とガス伝熱による冷却のバランスにより、簡単な構造で表面反応や温度と膜堆積の制御が可能となり、処理の長期安定化と異物の低減を図ることができる。 Thus, the sample holder ring is the balance of the cooling by heat and gas heat transfer by applying a bias leakage bias enables control of surface reaction, temperature and film deposition with a simple structure, and long-term stabilization of the process it can be reduced foreign matter.
【0048】 [0048]
なお、本実施例では、伝熱用ガスにより熱伝達を確保したが、たとえば熱導電性シートなど、他の熱伝達手段を用いてもよい。 In the present embodiment, to ensure heat transfer by heat transfer gas, such as thermally conductive sheets may be used other heat transfer means.
【0049】 [0049]
次に、アンテナ110について説明する。 Next, the description will proceed to an antenna 110. すでに図1の実施例で述べたように、円板状導電体111にはアンテナ高周波電源122が接続されて100kHz程度または数MHzから10MHz程度のバイアスが印加される。 As already mentioned in the embodiment of FIG. 1, the bias antenna RF power source 122 is connected from 100kHz about or several MHz of about 10MHz in the disk-shaped conductor 111 is applied. また、円板状導電体111の温度は熱媒体により所定の値に維持される。 The temperature of the disk-shaped conductor 111 is maintained at a predetermined value by the heating medium. したがって、円板状導電体111に接するプレート115は、バイアスが印加されるとともにその表面温度も制御される。 Thus, the plate 115 in contact with the disk-shaped conductor 111 has a surface temperature with bias is applied is also controlled. プレート115はウエハと対向しているので、処理プロセスにもっとも大きく影響するが、この面にバイアスを印加して反応生成物を堆積させず、さらにプレートの材質に高純度のシリコンを用いてスカベンジ作用による表面反応を用いることで、プロセスを安定化することができる。 Since the plate 115 is in the wafer facing, but most significantly affect the treatment process, without depositing the reaction product by applying a bias to the surface, scavenging effect by using high purity silicon further material of the plate by using the surface reaction with, it is possible to stabilize the process.
【0050】 [0050]
一方、プレート115の外周部のリング116は、プレート115と同様にアンテナ高周波電源122によるバイアスで加熱し、さらにリング116の熱容量を小さくすることで温度変化の応答性を高めている。 On the other hand, the ring 116 of the outer peripheral portion of the plate 115, and heated by a bias due Similarly antenna RF power source 122 and the plate 115, and further enhance the responsiveness of the temperature change by reducing the heat capacity of the ring 116. これを図3を用いて説明する。 This will be described with reference to FIG.
【0051】 [0051]
図3は、リング116の温度制御方法を示した実施例である。 Figure 3 is an example showing a temperature control method of the ring 116. 本実施例では、リング116の形状を薄くして、かつプレート115にその一部分がかかり、かつ誘電リング113やプレート115との熱的な接触が少なくなるように構成されている。 In the present embodiment, it is configured so as to thin the shape of the ring 116, and takes a portion to the plate 115, and the thermal contact between the dielectric ring 113 and the plate 115 is reduced. この場合、プレート115にアンテナ高周波電力を印加すると、プレート115へのバイアスにより、イオンが図中の矢印のようにリング116の表面に引き込まれる。 In this case, application of an antenna radio frequency power to the plate 115, the bias to the plate 115, ions are drawn to the surface of the ring 116 as indicated by an arrow in FIG. 本実施例では、ヒータやランプなどの加熱機構を用いていないので、機構が複雑にならない利点がある。 In the present embodiment, is not used a heating mechanism such as a heater or a lamp, there is an advantage that mechanism is not complicated.
【0052】 [0052]
リング116のバイアス印加部分の幅wは、バイアスによる加熱が効率よく行えるように、たとえば10mm以上とする。 The width w of the biasing portion of the ring 116 is heated by the bias to allow efficient, for example, 10mm or more. リング116の厚みは、バイアスで有効に加熱されるためにはたとえば6mm以下、望ましくは4mm以下とする。 The thickness of the ring 116 in order to be effectively heated by the bias, for example 6mm or less, preferably to 4mm or less. このように薄い形状とすることで、リング116の熱容量が小さくなる。 With such a thin shape, the heat capacity of the ring 116 is reduced. この結果、リング全体をおよそ100℃以上250℃以下、望ましくは150℃以上200℃以下に加熱することが可能となる。 As a result, less total approximately 100 ° C. or higher 250 ° C. ring, preferably it is possible to heat the 200 ° C. or less 0.99 ° C. or higher. この結果、反応生成物の堆積が抑制されて、反応生成物の剥離にともなう異物発生を低減できる。 As a result, deposition of the reaction products is suppressed, thereby reducing the occurrence of foreign matters due to peeling of the reaction product. また、この温度範囲では、およそ250℃以上の高温領域に比べて表面反応の変化が温度変化に対して敏感ではないので、構成部品の温度変動がプロセスに対して実質的に影響しないレベルに小さくできる利点がある。 Further, in this temperature range, the change of the surface reaction as compared to the high-temperature region above about 250 ° C. is not sensitive to temperature changes, small level the temperature variation of the components does not substantially affect to the process there is an advantage that can be.
【0053】 [0053]
リング116の厚みは、デポ膜の堆積を抑制でき、しかもリング表面がイオンでスパッタされて消耗しないように、アンテナバイアスのパワー・周波数、リング116の材質、リング116への反応生成物の堆積速度などとのバランスで決定される。 The thickness of the ring 116 can suppress the deposition of deposited film, yet as the ring surface is not depleted is sputtered by ions, the power frequency, the material of the ring 116 of the antenna bias, the deposition rate of the reaction product to ring 116 It is determined by the balance and the like. また、図中に示したように、バイアスが印加される部分以外は厚みを薄くして、リング全体の熱容量をさらに小さくしてもよい。 Further, as shown in the figure, by reducing the thickness than the portion bias is applied may further reduce the heat capacity of the entire ring. このように、リング116の熱容量を小さくすることで、処理の初期段階の短い時間で応答性よく温度が上昇するので、処理特性への影響が小さい。 Thus, by reducing the heat capacity of the ring 116, the well temperature responsive at short initial stage of the processing time is increased, a small influence on the processing characteristics. また、リング116の内径dは、試料の直径よりも大きいことが望ましい。 The inner diameter d of the ring 116 is preferably greater than the diameter of the sample. リアクタの内径は試料の1.5倍程度になるから、試料径300mmの場合は、リングの幅sはおよそ50mmから70mmとなり、その表面積はリアクタ内壁面全体に対してたとえば20%以下と十分に小さくなる。 Since the inner diameter of the reactor is about 1.5 times of the sample, if the sample size 300 mm, next 70mm from the width s approximately 50mm ring, and enough surface area is less, for example, 20% of the whole reactor inner wall smaller. このように、部品の表面積を小さくすることで、温度や表面状態が変動してもプロセスへの影響を抑制できる。 Thus, by reducing the surface area of ​​the parts, even if the temperature and surface condition is varied it can suppress the influence of the process. しかもリング116はウエハよりも外周部に位置しているので、そのプロセスへの影響はさらに小さくなる。 Moreover, since the ring 116 is positioned on the outer peripheral portion than the wafer, it is further reduced impact on the process.
【0054】 [0054]
ところで、上記の実施例は、プラズマによる受動的な加熱であるため、ある程度の温度変動はさけられない。 Incidentally, the above embodiment is the passive heating by the plasma, inevitable some temperature variations. この変動は現状のプロセスでは影響が顕在化しなくても、処理プロセスの微細化により、エッチング特性に影響を及ぼす可能性があり、この場合にはランプやヒータなどによる積極的な温度制御機構が必要となる。 Despite this change is not manifested influence the current process, due to the miniaturization of processes, may affect the etch characteristics, in this case it requires active temperature control mechanism due to the lamp or heater to become. 図4には、ランプ加熱による温度制御機構の実施例を示す。 FIG. 4 shows an embodiment of a temperature control mechanism according to lamp heating.
【0055】 [0055]
本実施例においては、誘電体リング113Aの一部が、上記リング116と同様の構造116Aでバイアスが印加できるように構成されており、さらに誘電体リング113Aのプラズマに近い側に、赤外光・遠赤外光を吸収するたとえばアルミナ薄膜などの赤外吸収体151が形成されている。 In the present embodiment, a portion of the dielectric ring 113A is, is configured so as to apply bias in the same structure 116A and the ring 116, the further side closer to the plasma of the dielectric ring 113A, infrared light far-infrared absorbing light e.g. infrared absorber 151 such as alumina thin film was formed. そして、赤外線放射手段152から赤外光・遠赤外光が放射され、赤外透過窓153、誘電体リング113Aを通過して、赤外吸収体151で吸収され、リング116を加熱する。 Then, the infrared light-far-infrared light is emitted from the infrared radiation unit 152, infrared-transparent window 153, through the dielectric ring 113A, is absorbed by the infrared absorber 151 to heat the ring 116. 赤外吸収体151は赤外線により遠隔的に加熱できるので、赤外線吸収体151を誘電体リング113Aのプラズマに近い側に設置することで、誘電体リング123のプラズマにさらされる表面の温度をより高精度に制御することが可能となる。 Since infrared absorber 151 can be remotely heated by infrared, by installing the infrared-absorbing body 151 on the side closer to the plasma of the dielectric ring 113A, a higher temperature of the surface exposed to plasma of the dielectric ring 123 it is possible to control the accuracy. また、加熱機構に赤外線の吸収を用いているため、発熱抵抗体による加熱に比べて応答性がよい利点がある。 Moreover, the use of the infrared absorption of the heating mechanism, there is an advantage better response as compared to heating by the heating resistor. さらに、バイアス印加部116Aにより、誘電体リング113Aはバイアスによっても加熱されるので、温度の応答性が向上する。 Further, the bias application unit 116A, the dielectric ring 113A since also heated by the bias, thereby improving responsiveness of the temperature.
【0056】 [0056]
一方、赤外線放射手段152はホルダ154に設置されるが、ホルダ154と誘電体リング113Aの間には隙間が設けられ、その隙間にガス供給手段155を通して、温度制御用の伝熱ガスが供給される。 On the other hand, the infrared radiation means 152 is installed in the holder 154, a gap is provided between the holder 154 and the dielectric ring 113A, through a gas supply means 155 into the gap, the heat transfer gas for temperature control is supplied that. 伝熱ガスは、真空封止手段156A、156Bで封止される。 Heat transfer gas, vacuum sealing means 156A, sealed with 156B. このガス伝熱により、誘電体リング113Aはホルダ154を通して放熱される。 The Gas heat transfer, dielectric ring 113A is radiated through the holder 154. したがって、たとえば処理開始時にはバイアスとランプにより加熱し、処理中にはガス伝熱により放熱させることで、温度制御の精度が向上する。 Therefore, at the time of for example processing start heating by the bias and ramp, during processing by dissipating the gas heat transfer, improved accuracy of temperature control. この結果、誘電体リング123の温度をおよそ100℃から250℃、望ましくは150℃から200℃の範囲で±5〜10℃程度の精度で制御できる。 As a result, 250 ° C. The temperature of the dielectric ring 123 from approximately 100 ° C., preferably can be controlled with an accuracy of about ± 5 to 10 ° C. in the range of 200 ° C. from 0.99 ° C.. この温度では、膜の堆積が減少するため、膜の剥離による異物発生が抑制される。 At this temperature, since the film deposition is reduced, occurrence of foreign matters due to peeling of the film can be suppressed. また、誘電体リング113Aの表面状態が温度に対して依存性が大きくない領域であるので、表面状態が変化せず、長期的に安定したプラズマ処理が可能となる。 Further, the surface state of the dielectric ring 113A is a region dependent is not large relative to the temperature, without changing the surface state, enabling long-term stable plasma treatment.
【0057】 [0057]
上記の図3、図4の実施例はいずれも、プラズマに接するリング116、誘電体リング113Aを加熱して膜の堆積を減少させるものであったが、プラズマに接するリングを、図1で説明した側壁内面と同様に、ウエハ温度よりも低い温度に一定に制御して安定な堆積膜を形成することも可能である。 The above 3, either the embodiment of FIG. 4, the ring 116 in contact with the plasma, but was achieved to reduce the deposition of the film by heating the dielectric ring 113A, the ring in contact with the plasma, described in Figure 1 and as in the case of the side wall inner surface has, it is also possible to a temperature below the wafer temperature is controlled to be constant to form a stable deposited film. 図5は、この実施例を示し、誘電体リング113Bを、冷媒による温度制御で20℃〜100℃程度の範囲で制御するものである。 Figure 5 illustrates this embodiment, the dielectric ring 113B, and controls the range of about 20 ° C. to 100 ° C. in a temperature controlled by the refrigerant.
【0058】 [0058]
この実施例では、誘電体リング113Bに設けられた冷媒流路161に、熱媒体供給手段162から温度制御用の冷媒が供給される。 In this embodiment, the refrigerant passage 161 provided in the dielectric ring 113B, refrigerant temperature control from a heating medium supply means 162 is supplied. 冷媒は、封止手段163で封止される。 Refrigerant is sealed by a sealing means 163. 誘電体リング113Bの温度は、図示していない温度コントローラや温度検出器により、所定の値に維持する。 The temperature of the dielectric ring 113B is, the temperature controller and the temperature detector (not shown) to maintain a predetermined value. このような構成により、プラズマ処理時に、誘電体リング113Bの温度を20℃〜100℃程度の範囲に維持することができる。 With this configuration, during plasma processing, it is possible to maintain the temperature of the dielectric ring 113B in the range of about 20 ° C. to 100 ° C.. このため、誘電体リング123の表面に安定した強固な反応生成物の膜が堆積するので、誘電体リング123の表面が削られて消耗することはない。 Therefore, since the film of the solid reaction product was stabilized on the surface of the dielectric ring 123 is deposited, not be depleted scraped surface of the dielectric ring 123. また、プロセスによって膜が過剰に堆積する場合は、プラズマクリーニングを併用して、膜を一定の厚みに保ってもよい。 Also, if the membrane by the process is excessively deposited, a combination of plasma cleaning may keep the membrane at a constant thickness.
【0059】 [0059]
なお、前記の各実施例は、いずれも有磁場UHF帯電磁波放射放電方式のプラズマ処理装置の場合であったが、放射される電磁波はUHF帯以外にも、たとえば2.45GHzのマイクロ波や、あるいは数10MHzから300MHz程度までのVHF帯でもよい。 Each foregoing examples, but were both when the plasma processing apparatus of a magnetic field UHF band electromagnetic wave radiation discharge type, electromagnetic waves other than the UHF band, and for example, 2.45GHz microwave radiated, or it may be in the VHF band from a few 10MHz to about 300MHz. また、磁場はかならずしも必須ではなく、たとえば無磁場マイクロ波放電でもよい。 Further, the magnetic field is necessarily not required, for example, it may be a non-magnetic microwave discharge. さらに、上記以外にも、たとえば磁場を用いたマグネトロン型のプラズマ処理装置や平行平板型の容量結合方式プラズマ処理装置、あるいは誘導結合型のプラズマ処理装置などに、前記の各実施例を適用できる。 Furthermore, in addition to the above, for example, a magnetron plasma processing apparatus and a parallel plate capacitive coupling system plasma processing apparatus using a magnetic field, or the like inductively coupled plasma processing apparatus can be applied to each embodiment of the.
【0060】 [0060]
図6は、本発明を、磁場を用いたRIE装置(マグネトロンRIE装置やMagnetically Enhanced RIE装置)に適用した例である。 6, the present invention, an example of application to a RIE apparatus using a magnetic field (magnetron RIE apparatus and Magnetically Enhanced RIE apparatus). 真空容器としての処理室100は、側壁102と、ウエハなどの試料Wを載置する下部電極130と、これに対向して接地される上部電極201を備え、また真空容器内に所定のガスを導入するガス供給手段117と、真空容器内を減圧排気する真空排気系106と、前記下部電極と上部電極の間に電界を発生させる電界発生手段203と、真空容器内に磁界を発生させる磁界発生手段202を備えている。 Processing chamber 100 as the vacuum vessel, a side wall 102, a lower electrode 130 for mounting a sample W such as a wafer, an upper electrode 201 which is grounded so as to face thereto, and a predetermined gas into the vacuum chamber a gas supply means 117 for introducing a vacuum exhaust system 106 for evacuating the vacuum container, and said electric field generating means 203 for generating an electric field between the lower electrode and the upper electrode, the magnetic field generation to generate a magnetic field in a vacuum chamber and a means 202. 磁界発生手段202は、複数の永久磁石またはコイルが処理室100の外周にリング状に配置され、処理室内部に電極に対してほぼ平行な磁場を形成する。 Magnetic field generating means 202, a plurality of permanent magnets or coils are arranged in a ring on the outer periphery of the processing chamber 100 to form a substantially magnetic field parallel to the electrode in the processing chamber. そして、電極間に発生する電界により処理ガスをプラズマ化して、プラズマPを発生させ、試料Wを処理する。 Then, the process gas into plasma by an electric field generated between the electrodes to generate plasma P, and processing the sample W. さらに、マグネトロンRIEでは、磁界発生手段202により電界とほぼ直交する方向に磁場が形成されるので、電子とプラズマ中の分子・原子との衝突頻度が高まって、プラズマ密度が増加し、高いエッチング特性が得られる。 Furthermore, the magnetron RIE, since the magnetic field in a direction substantially perpendicular to the electric field by the magnetic field generator 202 is formed, an increasing frequency of collision between electrons and molecules and atoms in the plasma, the plasma density is increased, a high etching property It is obtained.
【0061】 [0061]
本実施例では、図1で述べた実施例と同様に、側壁102に側壁内面の温度を制御するジャケット103が交換可能に保持され、ジャケット103の内部に熱媒体供給手段104から熱媒体が循環供給されて、ジャケットの温度が0℃〜約100℃、望ましくは20℃〜約80℃の範囲で、±10℃以内の精度で制御される。 In this embodiment, as in the embodiment described in FIG. 1, the jacket 103 is replaceably held to control the temperature of the inner surface of the side wall to the side wall 102, the heat medium is circulated inside the jacket 103 from the heat medium supply means 104 is supplied, the temperature of the jacket is 0 ° C. ~ about 100 ° C., preferably in the range of 20 ° C. ~ about 80 ° C., is controlled within an accuracy of ± 10 ° C.. ジャケット103は、たとえばアルマイト処理を施したアルミニウムで構成する。 Jacket 103 made of aluminum, for example subjected to alumite treatment.
【0062】 [0062]
このような構成により、リアクタ内壁面をウエハ温度よりも十分低い温度で一定に制御できるので、リアクタ側壁内面に強固な堆積膜を形成できる。 By this arrangement, it is possible to control the reactor inner wall surface constant at a temperature sufficiently lower than the wafer temperature can form a strong deposited film reactor inner surface of the side wall. この膜は十分な耐プラズマ性を有しており、リアクタ内壁の保護膜として作用し、反応生成物の剥離や試料表面へのパーティクルの付着が低減する。 This film has a sufficient plasma resistance, and acts as a protective film for the inner wall of the reactor, adhesion of particles to the separation and the sample surface of the reaction product is reduced. したがって、側壁は消耗したり損傷したりしないので、側壁の部品交換の頻度が低減でき、ランニングコストの低下につながるとともに、耐プラズマ性の高いSiCなどのセラミクスを使う必要がなく、部品コストの低減が可能となる。 Therefore, since the side wall is not damaged or worn, it is possible to reduce the frequency of part replacement of the side wall, with leads to a reduction of running cost, no need to use ceramics such as high plasma resistance SiC, component cost reduction it is possible.
【0063】 [0063]
また、本実施例では、図1、図2で述べた実施例と同様に、試料台リング132に、電界発生手段203から供給されるバイアス電力の一部を漏洩させる構造とし、さらにガス伝熱により冷却することで、試料台リング132における表面反応や試料の処理特性が安定化できる。 Further, in the present embodiment, FIG. 1, similar to the embodiment described in FIG. 2, the sample holder ring 132, a structure for leaking a portion of the bias power supplied from the electric field generating means 203, further gas heat transfer by cooling, the processing characteristics of the surface reaction and the sample in the sample holder ring 132 can be stabilized. また同時に、バイアスによる加熱とイオンアシストにより反応生成物の堆積が防止できるので、反応生成物の剥離や試料表面へのパーティクルの付着が低減される。 At the same time, since the deposition of the reaction product by heating the ion-assisted by the bias can be prevented, adhesion of particles can be reduced to the peel and the sample surface of the reaction product.
【0064】 [0064]
図7は、本発明を、平行平板型プラズマ処理装置に適用した例である。 7, the present invention, an example of application to a parallel plate type plasma processing apparatus. 真空容器としての処理室100は、側壁102と、ウエハなどの試料Wを載置する下部電極130と、これに対向する上部電極210、および上部電極210に電力を供給して電極間に電界を発生させる電界発生手段221とを備えている。 Processing chamber 100 as the vacuum vessel, a side wall 102, a lower electrode 130 for mounting a sample W such as a wafer, the upper electrode 210 opposite thereto, and the upper electrode 210 an electric field between the electrodes to supply power and a field generating unit 221 for generating. 所定の処理ガスが処理室100内にガス供給手段117より供給され、真空排気系106で真空容器内が減圧排気される。 Predetermined processing gas is supplied from the gas supply unit 117 into the process chamber 100, the vacuum container is evacuated by the evacuation system 106. そして、電極間に発生する電界により処理ガスをプラズマ化して、プラズマPを発生させ、試料Wを処理する。 Then, the process gas into plasma by an electric field generated between the electrodes to generate plasma P, and processing the sample W. 上部電極210は、電極板211が絶縁体212、213で絶縁されてハウジング214に保持される。 The upper electrode 210, the electrode plate 211 is held in the housing 214 is insulated by an insulator 212 and 213. また、電極板211のプラズマに接する側の面にはプレート215が、その外周にはシールドリング216が設置される。 Further, the plate 215 on the surface of the side in contact with the plasma of the electrode plate 211, a shield ring 216 is installed on the outer periphery thereof. シールドリング216は、絶縁体212、213をプラズマから保護すると同時に、試料台リング132と対をなして、プラズマPを処理室100に封じ込めることでプラズマ密度を向上させて、高いエッチング特性を得る。 Shield ring 216, and at the same time protects the insulator 212 and 213 from the plasma, to form a sample holder ring 132 and pairs, to improve the plasma density by confining a plasma P in the processing chamber 100 to obtain a high etching property.
【0065】 [0065]
本実施例では、図1で述べた実施例と同様に、側壁102の内面の温度がジャケット103により0℃〜約100℃、望ましくは20℃〜約80℃の範囲で、±10℃以内の精度で制御されるため、耐プラズマ性を有する堆積膜が形成されてリアクタ内壁の保護膜として作用し、パーティクルの低減や側壁の部品交換の頻度の低減が可能となる。 In this embodiment, as in the embodiment described in FIG. 1, the temperature of the inner surface of the side wall 102 is 0 ° C. ~ about 100 ° C. By means of a jacket 103, in the range of preferably from 20 ° C. ~ about 80 ° C., within ± 10 ℃ to be controlled with an accuracy, are formed deposited film having a resistance to plasma acts as a protective film for the inner wall of the reactor, it is possible to reduce the frequency of replacement of parts reduction and side wall of the particle. また、試料台リング132についても漏洩バイアス印加構造とガス冷却により、表面反応や試料の処理特性が安定化でき、反応生成物の堆積を防止してパーティクル発生が低減される。 Further, by the leakage biasing structure and the gas cooling also for the sample holder ring 132, the processing characteristics of the surface reactions and the sample can be stabilized, particle generation is reduced to prevent deposition of reaction products. さらにシールドリング216は、図3の実施例と同様に、その形状が薄く、かつプレート115に対してシールドリング216の一部分がかかり、かつ他部品との熱的な接触が少なくなるように構成されている。 Furthermore shield ring 216, similar to the embodiment of FIG. 3, the shape is thin and takes a portion of the shield ring 216 to the plate 115, and is configured to thermally contact with other parts is reduced ing. このため、プレート115に電力を印加すると、シールドリング216がセルフバイアスによるイオンにより加熱され、反応生成物の堆積が抑制されて、異物発生を低減できる。 Therefore, when power is applied to the plate 115, the shield ring 216 is heated by the ions by self-bias, the deposition of the reaction products is suppressed, thereby reducing the occurrence of foreign matters.
【0066】 [0066]
図8は、本発明を、誘導結合型のプラズマ処理装置に適用した例である。 8, the present invention, an example of application to an inductively coupled plasma processing apparatus. 真空容器としての処理室100は、側壁102と、ウエハなどの試料Wを載置する下部電極130と、天板230とを備えており、真空排気系106で減圧排気される。 Processing chamber 100 as the vacuum vessel, a side wall 102, a lower electrode 130 for mounting a sample W such as a wafer, and a top plate 230 is evacuated by the evacuation system 106. 天板230の上部には、誘導放電用コイル231が配置され、高周波電源232から高周波電力を供給する。 The top of the top plate 230, the inductive discharge coil 231 is arranged to supply a high frequency power from the high frequency power source 232. 処理ガスはガス供給手段117より供給され、誘導放電用コイル231による誘導放電でプラズマ化されて、プラズマPが発生し、試料Wを処理する。 Process gas is supplied from gas supply means 117, is plasma in inductive discharge by the inductive discharging coil 231, the plasma P is generated, treating the sample W. 誘導結合型のプラズマ処理装置では、天板にシリコンを用いてプロセスを安定化させたり、たとえばファラデーシールドや磁場などの手段でプラズマと壁との相互作用を抑制することで、側壁をウエハよりも低温としても高いエッチング特性が安定して得られる。 The inductively coupled plasma processing apparatus, or to stabilize the process by using a silicon top plate, for example, by suppressing the interaction of the plasma and the wall means such as Faraday shields and field, than the wafer side walls high etch characteristics as cold can be stably obtained.
【0067】 [0067]
本実施例では、図1で述べた実施例と同様に、側壁102の内面の温度がジャケット103により0℃〜約100℃、望ましくは20℃〜約80℃の範囲で、±10℃以内の精度で制御される。 In this embodiment, as in the embodiment described in FIG. 1, the temperature of the inner surface of the side wall 102 is 0 ° C. ~ about 100 ° C. By means of a jacket 103, in the range of preferably from 20 ° C. ~ about 80 ° C., within ± 10 ℃ It is controlled by precision. このため、耐プラズマ性を有する堆積膜が形成されてリアクタ内壁の保護膜として作用し、パーティクルの低減や側壁の部品交換の頻度の低減が可能となる。 Thus, formed is deposited film having a resistance to plasma acts as a protective film for the inner wall of the reactor, it is possible to reduce the frequency of replacement of parts reduction and side wall of the particle. また、試料台リング132についても漏洩バイアス印加構造とガス冷却により、表面反応や試料の処理特性が安定化でき、反応生成物の堆積を防止してパーティクル発生が低減される。 Further, by the leakage biasing structure and the gas cooling also for the sample holder ring 132, the processing characteristics of the surface reactions and the sample can be stabilized, particle generation is reduced to prevent deposition of reaction products.
【0068】 [0068]
なお、前記の各実施例は、いずれも処理対象が半導体ウエハであり、これに対するエッチング処理の場合であったが、本発明はこれに限らず、例えば処理対象が液晶基板の場合にも適用でき、また処理自体もエッチングに限らず、たとえばスパッタリングややCVD処理に対しても適用可能である。 Incidentally, each embodiment of the are both processed is a semiconductor wafer, but a was the case for the etching process, the present invention is not limited thereto, can be applied for example when the processed LCD substrate , the process itself is not limited to etching, for example, it can be applied to sputtering slightly CVD process.
【0069】 [0069]
【発明の効果】 【Effect of the invention】
本発明によれば、リアクタ内部の温度と壁面の状態を制御することにより、エッチング特性に経時的な変化を生じさせることなく、プロセスの再現性・信頼性を、長期間にわたって低コストで維持できるプラズマ処理装置を提供することができる。 According to the present invention, by controlling the state of the temperature and the wall of the inner reactor, without causing a temporal change in etching characteristics, the reproducibility and reliability of the process, can be maintained at low cost over a long period of time it is possible to provide a plasma processing apparatus.
【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
【図1】本発明の一実施例になる、プラズマエッチング装置の断面模式図である。 [1] to one embodiment of the invention, a cross-sectional schematic view of a plasma etching apparatus.
【図2】本発明の一実施例である、試料台リングの温度制御方法を示す図である。 2 is an embodiment of the present invention, showing a temperature control method of the sample holder ring.
【図3】本発明の一実施例である、リングの温度制御方法を示す図である。 Figure 3 is an embodiment of the present invention, showing a temperature control method of the ring.
【図4】本発明の一実施例である、赤外ランプによるリングの温度の制御方法を示す図である。 FIG. 4 is an embodiment of the present invention, is a diagram illustrating a method of controlling the temperature of the ring by an infrared lamp.
【図5】本発明の一実施例である、冷媒によるリングの温度制御方法を示す図である。 5 is an embodiment of the present invention, showing a temperature control method of a ring by refrigerant.
【図6】本発明の一実施例になる、有磁場RIEプラズマエッチング装置の断面模式図である。 [6] to one embodiment of the invention, a cross-sectional schematic view of a magnetic field RIE plasma etching apparatus.
【図7】本発明の一実施例になる、平行平板型プラズマエッチング装置の断面模式図である。 [Figure 7] is one embodiment of the present invention, a cross-sectional schematic view of a parallel plate type plasma etching apparatus.
【図8】本発明の一実施例になる、誘導結合型プラズマエッチング装置の断面模式図である。 [Figure 8] is one embodiment of the present invention, is a schematic sectional view of an inductively coupled plasma etching apparatus.
【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS
100…処理室、101…磁場形成手段、102…処理室側壁、103…ジャケット、104…ガス供給手段、105…真空室、106…真空排気系、110…アンテナ、110…円板状導電体、112…誘電体、113…誘電体リング、115…プレート、116…温度制御手段、117…ガス供給手段、121…アンテナ電源、122…アンテナ高周波電源、130…下部電極、131…静電吸着装置、132…試料台リング、133…絶縁体、141…バイアス電源、151…赤外吸収体、152…赤外線放射手段、153…赤外透過窓、155…ガス供給手段、142…静電吸着装置、143…絶縁体、147…冷媒流路、 100 ... processing chamber, 101 ... magnetic field forming means, 102 ... process chamber side walls, 103 ... jacket, 104 ... gas supply means 105 ... vacuum chamber, 106 ... evacuation system, 110 ... antenna, 110 ... disk-shaped conductor, 112 ... dielectric, 113 ... dielectric ring, 115 ... plate, 116 ... temperature control unit, 117 ... gas supply means 121 ... antenna power, 122 ... antenna RF power source, 130 ... lower electrode, 131 ... electrostatic chuck, 132 ... sample holder ring, 133 ... insulator, 141 ... bias power supply, 151 ... infrared absorber, 152 ... infrared radiation means, 153 ... infrared-transparent window, 155 ... gas supply means, 142 ... electrostatic chuck, 143 ... insulator, 147 ... refrigerant passage,

Claims (2)

  1. 真空処理室と、プラズマ発生装置と、前記真空処理室にガスを供給する処理ガス供給手段と、該真空処理室内でエッチング処理される試料を保持する電極と、該真空処理室を減圧する真空排気系とを有するプラズマ処理装置において、 A vacuum processing chamber, a plasma generator, a processing gas supply means for supplying a gas into the vacuum processing chamber, an electrode for holding a sample to be etched in the vacuum process chamber, evacuated to vacuum the vacuum processing chamber in the plasma processing apparatus and a system,
    前記処理ガスは、プラズマ放電により重合膜が形成されるCF系の組成のガスを含み、 The process gas includes a CF-based composition of the gas polymerized film by plasma discharge is formed,
    前記真空処理室内を0.1Pa〜10Paとして、該真空処理室内でプラズマ放電により前記処理ガスをプラズマ化して該プラズマにより前記試料のエッチング処理を行うと共に、 As 0.1Pa~10Pa said vacuum processing chamber, with the etching process is performed in the sample by the plasma into plasma the process gas by plasma discharge in the vacuum processing chamber,
    処理室を構成する側壁に保持され熱伝導性のよい非磁性金属材料に予め耐プラズマ性の表面処理が施された交換可能なジャケットにより構成され前記プラズマに接する前記真空処理室側壁面の温度を、前記ジャケットの内部を循環する熱媒体により試料温度より低い25℃〜50℃の範囲で±10℃以内の精度で一定温度に制御して前記真空処理室側壁面に重合膜を形成させ、該重合膜の堆積によって耐プラズマ性を有する保護膜を形成することを特徴とするプラズマ処理装置。 Temperature of the vacuum processing chamber sidewall plane of advance plasma resistance of the surface treatment in a good non-magnetic metal material is held thermal conductivity to the side walls that constitute the treatment chamber is constituted by a replaceable jacket subjected contact with the plasma the formation within an accuracy of ± 10 ℃ in the range of 25 ° C. to 50 ° C. lower than the sample temperature, a polymerization film in the vacuum processing chamber sidewall plane is controlled at a constant temperature by the heat medium circulating through the inside of the jacket is allowed, the plasma processing apparatus characterized by forming a protective film having resistance to plasma by deposition of the polymerized film.
  2. 真空処理室と、プラズマ発生装置と、前記真空処理室にガスを供給する処理ガス供給手段と、該真空処理室内でエッチング処理される試料を保持する電極と、該真空処理室を減圧する真空排気系とを有するプラズマ処理装置によるプラズマ処理方法において、 A vacuum processing chamber, a plasma generator, a processing gas supply means for supplying a gas into the vacuum processing chamber, an electrode for holding a sample to be etched in the vacuum process chamber, evacuated to vacuum the vacuum processing chamber the plasma processing method by the plasma processing apparatus and a system,
    前記処理ガスはプラズマ放電により重合膜が形成されるCF系の組成のガスを含み、 Wherein the processing gas comprises a gas composition of CF-based polymerization film by plasma discharge is formed,
    前記真空処理室内を0.1Pa〜10Paとし、 処理室を構成する側壁に保持され熱伝導性のよい非磁性金属材料に予め耐プラズマ性の表面処理が施された交換可能なジャケットにより構成されプラズマに接する前記真空処理室側壁面の温度を、前記ジャケットの内部を循環する熱媒体により試料温度より低い25℃〜50℃の範囲で ±10℃以内の精度で一定温度に制御して、該真空処理室内でプラズマ放電により前記処理ガスをプラズマ化し、 前記プラズマにより前記試料のエッチング処理を行うと共に、前記真空処理室側壁面に保護用の重合膜を形成させることを特徴とするプラズマ処理方法。 It said vacuum processing chamber and 0.1Pa~10Pa, previously plasma-resistant surface treatment on good nonmagnetic metal material is held thermal conductivity to the side walls that constitute the treatment chamber is constituted by a replaceable jacket subjected Plasma to contact the temperature of the vacuum processing chamber sidewall plane, in the range of 25 ° C. to 50 ° C. lower than the sample temperature by a heat medium circulating through the inside of the jacket, it is controlled to a constant temperature within an accuracy of ± 10 ° C., and vacuum treated plasma the process gas by the plasma discharge chamber, the etching is performed of the sample by the plasma, a plasma treatment, characterized in that to form a polymerized film for protecting the vacuum processing chamber sidewall plane Method.
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