JP3595885B2 - Plasma processing method and plasma apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、プラズマを利用して半導体素子,電子材料等の試料を加工処理するプラズマ処理方法及びその実施に使用するプラズマ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子サイクロトロン共鳴を利用して試料の加工を行うECRプラズマ装置は、低ガス圧で電離度が高いプラズマを生成することができる。従ってイオンエネルギの広範な選択が可能であり、イオンの指向性,均一性に優れる等の利点を有していることから、高集積半導体素子の製造における薄膜形成,エッチング等のプロセスには欠かせない技術となっており、その研究,開発が進められている。
【0003】
図6は、従来のECRプラズマ装置を示す模式的断面図である。図中1は、円筒形のプラズマ室であり、その上側にはマイクロ波導入窓11を介してマイクロ波導入管6が連設されている。またプラズマ室1の下側にはプラズマ引出し窓12を介して反応室3が連設されている。さらにプラズマ室1の周囲には励磁コイル10が配置されている。反応室3の底部中央部が台状に突出しており、この中央に試料Sを静電吸着保持するための試料台5となしてある。
【0004】
反応室3の上部側壁には反応ガスを供給するためのガス管7が配設されており、また反応室3の下部側壁には排気を行うための排気口8が設けられている。排気口8に対向する反応室3の下部側壁には試料Sの搬入,搬出を行うための搬入,搬出口9が開口されている。そしてプラズマ室1の内壁には、透明な石英ガラス容器であるインナーベルジャー2が嵌合されており、壁面をプラズマから保護している。前記プラズマ引出し窓12の窓枠はこのインナーベルジャー2の一部で形成されている。また反応室3の内壁のうち、ガス管7,排気口8及び搬入,搬出口9の取り付け位置を除く部分,試料Sの周囲,及び試料台5の側面は、フロスト処理された石英防着板4によって覆われている。
【0005】
以上の如く構成されたECRプラズマ装置においては、ガス管7から反応ガスを供給しつつ排気口8から排気を行うことにより、プラズマ室1及び反応室3内を所要の真空度に保持する。これとともに励磁コイル10にて磁界を形成し、マイクロ波導入管6からマイクロ波を導入して高周波電界を印加してプラズマを生成する。生成されたプラズマは、励磁コイル10にて形成される発散磁界によってプラズマ室1からプラズマ引出し窓12を介して反応室3内の試料S周辺に導入され、試料S表面でプラズマ流中のイオン,ラジカル粒子による表面反応を生じさせて試料S表面に成膜,エッチング等の処理を施す。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来のプラズマ装置においては、試料Sをプラズマ処理する際に反応生成物が発生し、プラズマ室1のインナーベルジャー2,及び反応室3の石英防着板4に付着する。そしてプラズマ処理開始時,終了時のプラズマ生成のオン・オフ、又は反応ガス供給のオン・オフ等の微小な振動,衝撃によってその付着物が剥離し、パーティクルとなる。このパーティクルは試料S上に落下して試料Sの加工不良を招来したり、試料Sが搭載されていない場合は試料台5上に落下して試料Sの裏面を汚染するという問題がある。
【0007】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、処理と処理との間に、試料の処理に影響を及ぼさない不活性ガスを反応室へ供給する、及び/又は反応ガスのオン・オフ時,及びプラズマ照射のオン・オフ時には試料台上を石英ガラス板で覆うことにより、試料に付着するパーティクル数を大幅に削減することが可能なプラズマ処理方法及びその実施に使用するプラズマ装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るプラズマ処理方法は、反応ガス及びマイクロ波を導入してプラズマを生成し、該プラズマを反応室へ導入し、複数の試料を反応室内の試料台上に逐次載置して試料をプラズマ処理する方法において、1回のプラズマ処理が終了してプラズマ生成を停止する前に石英ガラス板にて試料台を覆い、反応ガスの供給を停止し、不活性ガスの供給を開始し、処理が終了した試料を反応室から搬出し、次回の試料を反応室へ搬入して試料台上に載置し、不活性ガスの供給を停止し、反応ガスの供給を再開し、プラズマ生成を再開し、前記石英ガラス板を試料台から前記反応室に設けられた排気口の方向へ移動させて試料の処理を再開することを特徴とする。
また、本発明に係るプラズマ処理方法は、供給された不活性ガスを前記排気口より排気することを特徴とする。
【0009】
本発明に係るプラズマ装置は、反応ガス及びマイクロ波の導入により生成したプラズマを反応室へ導入し、複数の試料を反応室内の試料台上に逐次載置して試料をプラズマ処理するプラズマ装置において、不活性ガスを反応室へ供給するためのガス管と、試料台を覆う位置と反応室に設けられた排気口の側の位置とに移動可能であり、1回のプラズマ処理終了のプラズマ生成を停止する前からプラズマ生成を再開するまで試料台を覆う位置にある石英ガラスとを備え、石英ガラス板が試料台を覆う位置にあり且つ反応ガスの導入が停止されたときに、ガス管より不活性ガスの供給を開始すると共に、処理が終了した試料が搬出されて次回の試料が試料台に載置されたときに、不活性ガスの供給が停止されて反応ガスの供給を再開する構成にしてあることを特徴とする。
また、本発明に係るプラズマ装置は、供給された不活性ガスを前記排気口より排気する構成にしてあることを特徴とする。
【0010】
【作用】
本発明にあっては、処理と処理との間に、試料の処理に影響を及ぼさない不活性ガスを反応室へ供給することにより、反応生成物の剥離を促進させる。また反応生成物が浮遊する不活性ガスは、従来から備えられている排気口からの排気により反応室外へ排出される。これにより反応室内のパーティクルを除去することができる。
また反応ガスのオン・オフ時,及びプラズマ照射のオン・オフ時には試料台上を石英ガラス板で覆うので、このときの微小な振動又は衝撃により反応室側面から離脱したパーティクルが試料台上へ落下することを防止することができる。これにより試料裏面に付着するパーティクル数が大幅に削減される。
これら不活性ガスの供給及び石英ガラス板の使用を併用することにより、試料の表面及び裏面に付着するパーティクル数をより削減することができる。
【0011】
【実施例】
以下、本発明をその実施例を示す図面に基づき具体的に説明する。
図1は、本発明に係るプラズマ装置を示す模式的断面図である。図中1は、ステンレス鋼からなり内径 275mm,高さ 200mmの円筒形のプラズマ室であり、その上側にはマイクロ波導入窓11を介してマイクロ波導入管6が連設されている。またプラズマ室1の下側にはプラズマ引出し窓12を介して、ステンレス鋼からなり内径 450mmの円筒形の反応室3が連設されている。さらにプラズマ室1の周囲には励磁コイル10が配置されている。反応室3の底部中央部が台状に形成されており、その中央に試料Sを静電吸着保持するための試料台5となしてある。プラズマ室1下端から試料台5上の試料Sまでの距離は 270mmである。
【0012】
反応室3の上部側壁には反応ガスを供給するためのガス管7が配設されており、また反応室3の下部側壁には排気を行うための排気口8が設けられている。排気口8に対向する反応室3の下部側壁には試料Sの搬入,搬出を行うための搬入,搬出口9が開口されている。そしてプラズマ室1の内壁には、透明な石英ガラス容器であるインナーベルジャー2が嵌合されて、壁面をプラズマから保護している。前記プラズマ引出し窓12の窓枠はこのインナーベルジャー2の一部で形成されている。また反応室3の内壁のうち、ガス管7,排気口8及び搬入,搬出口9の取り付け位置を除く部分,試料Sの周囲,及び試料台5の側面は、フロスト処理された石英防着板4によって覆われている。
【0013】
さらにマイクロ波導入窓11より外側のプラズマ室1の上面には、不活性ガスを導入するためのガス管14が配設されている。また処理と処理との間に試料台5を覆うための石英ガラス製の円板15(直径 270mm, 厚み3mm)が、移動装置13により図における左右方向への移動が可能なようにアルミニウム製治具16により支持されている。
【0014】
以上の如く構成されたECRプラズマ装置においては、ガス管7から反応ガスを供給しつつ排気口8から排気を行うことにより、プラズマ室1及び反応室3内を所要の真空度に保持する。これとともに励磁コイル10にて磁界を形成し、マイクロ波導入管6からマイクロ波を導入して高周波電界を印加してプラズマを生成する。生成されたプラズマは、励磁コイル10にて形成される発散磁界によってプラズマ室1からプラズマ引出し窓12を介して反応室3内の試料S周辺に導入され、試料S表面でプラズマ流中のイオン,ラジカル粒子による表面反応を生じさせて試料S表面に成膜,エッチング等の処理を施す。
【0015】
そして処理済みの試料Sを搬出し次の試料Sを搬入するためにプラズマ照射をオフする直前に、移動装置13を駆動させて円板15を試料台5の上方(実線で図示)へ移動させてからガス管7からの反応ガスの供給をオフする。また反応ガスの供給をオフしたとき、ガス管14からの不活性ガスの導入を開始する。そして処理が終了した試料Sを搬入,搬出口9から搬出し、次の試料Sを搬入,搬出口9から反応室3内へ搬入して試料台5上に載置する。その後、ガス管14からの不活性ガスの導入を停止し、ガス管7からの反応ガスの供給を再開してプラズマ照射を再開する。プラズマが安定した後、移動装置13を駆動させて円板15を試料台5の上方から待機位置(破線で図示)へ移動させて試料Sの処理を再開する。
【0016】
図2は、以上の如き構成の本発明装置において処理された試料Sのパーティクル数を処理枚数に対応させて示すグラフである。図3は不活性ガスは導入するが、円板15を使用しない場合、図4は円板15は使用するが不活性ガスを導入しない場合、図5は従来装置により処理した場合のパーティクル数を夫々示すグラフである。図3に示す如く不活性ガスを導入するのみでもパーティクル数は従来(図5)より減少し、また図4に示す如く円板15を使用するのみでは、図3に示す不活性ガスを導入するのみの場合よりもパーティクル数が減少しており、特に裏面において大幅に減少している。そして図2に示す如く不活性ガス及び円板15の両方を使用した場合はさらにパーティクル数が減少しており、特に表面においてその傾向は顕著である。
【0017】
なお本実施例ではECRプラズマ装置の場合について述べているが、サイクロトロン共鳴を使用しないプラズマ装置に適用することも可能である。
【0018】
【発明の効果】
以上のように本発明に係るプラズマ処理方法及びその実施に使用するプラズマ装置は、処理と処理との間に、試料の処理に影響を及ぼさない不活性ガスを反応室へ供給することにより、反応生成物の剥離を促進させる。また反応生成物が浮遊する不活性ガスは、従来から備えられている排気口からの排気により反応室外へ排出される。これにより反応室内のパーティクルを除去することができる。
また反応ガスのオン・オフ時,及びプラズマ照射のオン・オフ時には試料台上を石英ガラス板で覆うので、このときの微小な振動又は衝撃により反応室側面から離脱したパーティクルが試料台上へ落下することを防止することができる。これにより試料裏面に付着するパーティクル数が大幅に削減される。以上よりプラズマ処理における良品率を向上させることが可能になる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るプラズマ装置を示す模式的断面図である。
【図2】本発明装置において処理された試料のパーティクル数を処理枚数に対応させて示すグラフである。
【図3】不活性ガスは導入するが、円板を使用しない場合のパーティクル数を示すグラフである。
【図4】円板は使用するが不活性ガスを導入しない場合のパーティクル数を示すグラフである。
【図5】従来装置により処理した場合のパーティクル数を示すグラフである。
【図6】従来のプラズマ装置を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
3 反応室
5 試料台
7,14 ガス管
8 排気口
9 搬入,搬出口
13 移動装置
15 円板
S 試料[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a plasma processing method for processing a sample such as a semiconductor element and an electronic material using plasma, and a plasma apparatus used for performing the method.
[0002]
[Prior art]
An ECR plasma apparatus that processes a sample using electron cyclotron resonance can generate plasma with a low gas pressure and a high degree of ionization. Therefore, the ion energy can be selected in a wide range, and it has advantages such as excellent ion directivity and uniformity. Therefore, it is indispensable for processes such as thin film formation and etching in the production of highly integrated semiconductor devices. The technology is not available, and its research and development are underway.
[0003]
FIG. 6 is a schematic sectional view showing a conventional ECR plasma device. In the figure,
[0004]
A gas pipe 7 for supplying a reaction gas is provided on an upper side wall of the
[0005]
In the ECR plasma apparatus configured as described above, the inside of the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a conventional plasma apparatus, a reaction product is generated when the sample S is subjected to the plasma processing, and adheres to the
[0007]
The present invention has been made in view of such circumstances, and supplies an inert gas that does not affect the processing of a sample to a reaction chamber between processings, and / or turns on / off the reaction gas. A plasma processing method that can greatly reduce the number of particles adhering to a sample by covering the sample stage with a quartz glass plate when the plasma is turned off and when plasma irradiation is turned on and off, and a plasma apparatus used for performing the method. The purpose is to provide.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In the plasma processing method according to the present invention, a plasma is generated by introducing a reaction gas and a microwave, the plasma is introduced into a reaction chamber, a plurality of samples are sequentially placed on a sample table in the reaction chamber, and a sample is placed. In the plasma processing method, the sample stage is covered with a quartz glass plate before the plasma generation is stopped after one plasma processing is completed, the supply of the reaction gas is stopped, and the supply of the inert gas is started. The completed sample is removed from the reaction chamber, the next sample is loaded into the reaction chamber, placed on the sample table, the supply of inert gas is stopped, the supply of reaction gas is restarted, and plasma generation is restarted. and, moved, characterized in that to resume the processing of the samples the quartz glass plate from the sample stage toward the exhaust port provided in the reaction chamber.
Further, the plasma processing method according to the present invention is characterized in that the supplied inert gas is exhausted from the exhaust port.
[0009]
The plasma apparatus according to the present invention is a plasma apparatus that introduces a plasma generated by introduction of a reaction gas and a microwave into a reaction chamber, and sequentially mounts a plurality of samples on a sample table in the reaction chamber to perform plasma processing on the samples. And a gas pipe for supplying an inert gas to the reaction chamber, and a gas pipe which can be moved to a position covering the sample stage and a position on the side of an exhaust port provided in the reaction chamber. And a quartz glass at a position covering the sample stage until the plasma generation is resumed before stopping, and when the quartz glass plate is at a position covering the sample stage and the introduction of the reaction gas is stopped, the gas tube is A configuration in which the supply of the inert gas is started, and the supply of the inert gas is stopped and the supply of the reaction gas is restarted when the processed sample is unloaded and the next sample is placed on the sample table. West Characterized in that there.
The plasma apparatus according to the present invention is characterized in that the supplied inert gas is exhausted from the exhaust port.
[0010]
[Action]
In the present invention, the separation of the reaction product is promoted by supplying an inert gas that does not affect the processing of the sample to the reaction chamber between the processings. Further, the inert gas in which the reaction product floats is discharged outside the reaction chamber by exhaustion from an exhaust port provided conventionally. Thereby, particles in the reaction chamber can be removed.
When the reaction gas is turned on and off, and when plasma irradiation is turned on and off, the sample table is covered with a quartz glass plate, so particles that have separated from the side of the reaction chamber due to minute vibrations or shocks fall on the sample table. Can be prevented. Thereby, the number of particles adhering to the back surface of the sample is greatly reduced.
By using the supply of the inert gas and the use of the quartz glass plate in combination, the number of particles adhering to the front and back surfaces of the sample can be further reduced.
[0011]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings showing the embodiments.
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a plasma apparatus according to the present invention. In the figure,
[0012]
A gas pipe 7 for supplying a reaction gas is provided on an upper side wall of the
[0013]
Further, a
[0014]
In the ECR plasma apparatus configured as described above, the inside of the
[0015]
Immediately before the plasma irradiation is turned off to carry out the processed sample S and carry in the next sample S, the moving device 13 is driven to move the
[0016]
FIG. 2 is a graph showing the number of particles of the sample S processed in the apparatus of the present invention having the above-described configuration in accordance with the number of processed samples. 3 shows the case where the inert gas is introduced but the
[0017]
In this embodiment, the case of the ECR plasma apparatus is described. However, the present invention can be applied to a plasma apparatus that does not use cyclotron resonance.
[0018]
【The invention's effect】
As described above, the plasma processing method according to the present invention and the plasma apparatus used for carrying out the method are characterized by supplying an inert gas that does not affect the processing of the sample to the reaction chamber between the processings. Promotes exfoliation of the product. Further, the inert gas in which the reaction product floats is discharged outside the reaction chamber by exhaustion from an exhaust port provided conventionally. Thereby, particles in the reaction chamber can be removed.
When the reaction gas is turned on and off, and when plasma irradiation is turned on and off, the sample table is covered with a quartz glass plate, so particles that have separated from the side of the reaction chamber due to minute vibrations or shocks fall on the sample table. Can be prevented. Thereby, the number of particles adhering to the back surface of the sample is greatly reduced. As described above, the present invention has excellent effects, for example, it is possible to improve the yield rate in plasma processing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a plasma device according to the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the number of particles of a sample processed in the apparatus according to the present invention in correspondence with the number of processed samples.
FIG. 3 is a graph showing the number of particles when an inert gas is introduced but a disk is not used.
FIG. 4 is a graph showing the number of particles when a disk is used but no inert gas is introduced.
FIG. 5 is a graph showing the number of particles when processed by a conventional apparatus.
FIG. 6 is a schematic sectional view showing a conventional plasma device.
[Explanation of symbols]
3
Claims (4)
1回のプラズマ処理が終了してプラズマ生成を停止する前に石英ガラス板にて試料台を覆い、
反応ガスの供給を停止し、
不活性ガスの供給を開始し、
処理が終了した試料を反応室から搬出し、
次回の試料を反応室へ搬入して試料台上に載置し、
不活性ガスの供給を停止し、
反応ガスの供給を再開し、
プラズマ生成を再開し、
前記石英ガラス板を試料台から前記反応室に設けられた排気口の方向へ移動させて試料の処理を再開することを特徴とするプラズマ処理方法。In a method of introducing plasma into a reaction chamber by introducing a reaction gas and a microwave, introducing the plasma into a reaction chamber, and sequentially mounting a plurality of samples on a sample table in the reaction chamber to perform plasma processing on the samples,
Before one plasma processing is completed and the plasma generation is stopped, the sample stage is covered with a quartz glass plate,
Stop supplying the reaction gas,
Start supplying inert gas,
Remove the processed sample from the reaction chamber,
The next sample is carried into the reaction chamber and placed on the sample table,
Stop supplying inert gas,
Restart the supply of reaction gas,
Restart plasma generation,
The plasma processing method characterized in that the quartz glass plate is moved from the sample stage toward the exhaust port provided in the reaction chamber to resume processing of the sample.
不活性ガスを反応室へ供給するためのガス管と、 A gas pipe for supplying an inert gas to the reaction chamber;
試料台を覆う位置と反応室に設けられた排気口の側の位置とに移動可能であり、1回のプラズマ処理終了のプラズマ生成を停止する前からプラズマ生成を再開するまで試料台を覆う位置にある石英ガラスと It can be moved between a position covering the sample stage and a position on the side of the exhaust port provided in the reaction chamber, and a position covering the sample stage until the plasma generation is restarted after stopping the plasma generation at the end of one plasma process. Quartz glass
を備え、 With
石英ガラス板が試料台を覆う位置にあり且つ反応ガスの導入が停止されたときに、ガス管より不活性ガスの供給を開始すると共に、処理が終了した試料が搬出されて次回の試料が試料台に載置されたときに、不活性ガスの供給が停止されて反応ガスの供給を再開する構成にしてあることを特徴とするプラズマ装置。 When the quartz glass plate is at a position covering the sample table and the introduction of the reaction gas is stopped, the supply of the inert gas from the gas pipe is started, and the processed sample is carried out and the next sample is loaded. A plasma apparatus characterized in that the supply of an inert gas is stopped and the supply of a reaction gas is restarted when the apparatus is placed on a table.
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