JP3685461B2

JP3685461B2 - Plasma processing equipment

Info

Publication number: JP3685461B2
Application number: JP30727393A
Authority: JP
Inventors: 一行豊田; 田中　　勉; 貞之鈴木
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 1993-11-12
Filing date: 1993-11-12
Publication date: 2005-08-17
Anticipated expiration: 2020-08-17
Also published as: JPH07135096A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は半導体製造装置の１つであり、プラズマを利用しウェーハ等の被処理物のエッチングを行う、プラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４により従来のプラズマ処理装置を説明する。
【０００３】
図４に示すプラズマ処理装置は、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を利用したＥＣＲプラズマエッチング装置である。
【０００４】
反応室１の下方にバッファ室２が連設され、該バッファ室２には真空ポンプ３が接続されている。前記反応室１の下方に位置され、前記バッファ室２の底面を貫通して平板電極４が気密に設けられている。又、該平板電極４は絶縁ブロック６により絶縁されている。前記平板電極４は被処理物置台を兼ね該平板電極４上にはウェーハ、ガラス基板等の被処理物５が載置され、前記平板電極４は整合器７を介して高周波電源８に接続されている。前記反応室１の上方には断面矩形の導波管９が接続され、該導波管９始端にはマイクロ波電源１０が設けられている。又、前記導波管９の内部と反応室１とは石英製の天井板１１により気密に仕切られている。
【０００５】
前記反応室１を囲繞する側壁１２は、水冷構造となっており、側壁１２の内部には導水管１３が連通し、冷却水が流通する様になっている。又、前記反応室１には反応ガス導入管１４が連通し、反応室１に反応ガスを導入する様になっている。
【０００６】
前記反応室１の周囲には磁界生成コイル１５が設けられ、又バッファ室２には補正コイル１７が設けられている。
【０００７】
前記真空ポンプ３により所定圧迄減圧し、前記反応ガス導入管１４より反応室１に反応ガスを導入し、図示しない圧力制御装置により、圧力設定する。前記マイクロ波電源１０が出力したマイクロ波は前記導波管９に導かれ、前記天井板１１を通して反応室１に導かれる。該反応室１では前記マイクロ波と前記磁界生成コイル１５により生成した静磁界による電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を利用して高密度のプラズマ１６を発生させる。
【０００８】
又同時に、平板電極４に高周波電力を印加し、平板電極４に直流バイアス電圧を生じさせ、前記プラズマ１６中のイオンを平板電極４上の被処理物５に向け多量に移動させ、該被処理物５をエッチングする。
【０００９】
尚、電子サイクロトロン共鳴を利用した装置としては、この他にプラズマＣＶＤ装置等がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例では電子サイクロトロン共鳴の条件を満たす為の構成としてマイクロ波源、マイクロ波を反応室に導入する為の導波管、反応室内部に磁界を生成させる為の磁界生成コイル１５、コイルを冷却する為の水冷機構等が必要で、装置の寸法が大きくなると共にコスト高となってしまう。
【００１１】
又、磁界生成コイル１５で生成した磁界の強さを被処理物５の上部で均一にすることが困難で、この為プラズマ密度が不均一になりエッチング等の処理に問題が生じる。この傾向は試料の寸法が大きくなるに従って顕著になり、大型の試料処理を行うことが困難であり、更に、２．４５GHz 定周波数のマイクロ波でプラズマを生成する為、プラズマの生成状態を制御することが困難であるという問題があった。
【００１２】
本発明は斯かる実情に鑑み、プラズマ処理装置に於いて装置の小型簡略化を図ると共にプラズマの生成状態を変更可能とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、１つの真空室に装入された被処理物を前記１つの真空室内に発生させたプラズマにより処理するプラズマ処理装置に於いて、少なくとも前記真空室の一部が絶縁材から成る筒により形成され、該筒の周りに反応ガスを励起するプラズマ発生コイルを複数設け、該それぞれのプラズマ発生コイルにそれぞれ高周波電源を接続し、該複数の高周波電源の内、少なくとも１つの高周波電源の出力電力の周波数を異ならせる様にし、前記被処理物に対して前記真空室内に於いてプラズマ処理する様にしたプラズマ処理装置に係るものである。
【００１４】
【作用】
プラズマ発生コイルに高周波電力を印加することで、動磁界、動電界が形成され、この動磁界、動電界の作用により真空室内にプラズマが生成され、又プラズマ発生コイルを複数とし、該プラズマ発生コイルに対する高周波電力の印加状態を制御することでプラズマの発生状態を制御する。
【００１５】
【実施例】
以下、図面を参照しつつ本発明の一実施例を説明する。
【００１６】
導電体材料で且真空構造の反応室２１の天井には、該反応室２１と同心に石英、或はセラミック等の絶縁物を材料とした円筒２２が連設され、該反応室２２の上端は導電体の蓋２３により閉塞され、前記反応室２１、円筒２２、蓋２３により気密な真空室３１が形成される。
【００１７】
前記蓋２３にはガス導入管２４が連通され、前記反応室２１の底面には排気管２５を介して排気ポンプ２６が連通されている。前記反応室２１の内部には絶縁材２７を介して平板電極２８が設けられ、該平板電極２８にはウェーハ等の被処理物５を載置可能となっており、前記平板電極２８には整合器２９を介して高周波電源３０が接続されている。
【００１８】
前記円筒２２の周囲にはプラズマ発生用の第１コイル３２、第２コイル３３が上下に巻設され、前記第１コイル３２の一端は第１整合器３４の出力端子に接続され、前記第１コイル３２の他端は前記第１整合器３４に接続された第１高周波電源３５のリターン側に接続されている。又、前記第２コイル３３の一端は第２整合器３６の出力端子に接続され、前記第２コイル３３の他端は前記第２整合器３６に接続された第２高周波電源３７のリターン側に接続されている。
【００１９】
而して、前記第１高周波電源３５により第１コイル３２に前記第１整合器３４を介して、又前記第２高周波電源３７により前記第２コイル３３に前記第２整合器３６を介してそれぞれ高周波電力を印加可能となっている。
【００２０】
前記第１高周波電源３５、第２高周波電源３７には位相シフタ３８が接続され、該位相シフタ３８により各々の高周波電源が出力する高周波電力の位相差を任意に設定することが可能となっている。
【００２１】
以下、作動を説明する。
【００２２】
前記排気ポンプ２６により真空室３１を排気し、図示しない圧力制御装置で所定の圧力に維持しつつ、前記ガス導入管２４より反応ガスを導入し、前記第１高周波電源３５により第１コイル３２に前記第１整合器３４を介して、又同時に前記第２高周波電源３７により前記第２コイル３３に前記第２整合器３６を介してそれぞれ高周波電力を印加する。前記第１コイル３２、第２コイル３３が形成する電界、磁界の作用により反応ガスが解離して真空室３１にプラズマ１６が発生する。
【００２３】
又この時、前記位相シフタ３８により第１高周波電源３５の出力する高周波電力と前記第２高周波電源３７の出力する高周波電力との位相差を調整することで、電界、磁界に攪拌作用が生じプラズマの生成状態が制御される。
【００２４】
前記第１コイル３２、第２コイル３３に印加する高周波電力の周波数は同一とするが、周波数の値は前記被処理物５の種類、処理の仕様により適宜選択され、通常は１MHz 〜１００MHz の範囲に於いて適切な値が選択される。
【００２５】
又、前記第１コイル３２、第２コイル３３に高周波電力を印加するのと同時に、前記平板電極２８にも前記高周波電源３０により整合器２９を経て高周波電力が印加される。前記平板電極２８に印加された高周波電力により、該平板電極２８に直流バイアス電圧を生じさせたり、或はプラズマ１６内のイオンを振動させ、被処理物５の処理状態を制御する。前記平板電極２８に印加する高周波電力の周波数も、前記被処理物５の種類、処理の仕様に応じて適切な値が選択設定され、通常は１００KHz 〜１０MHz の範囲に於いて適切な値が選択される。
【００２６】
尚、前記実施例ではプラズマ発生用のコイルは２組であったが、３組以上であってもよい。
【００２７】
次に、図３は他の実施例を示しており、該他の実施例では前記位相シフタ３８は具備していないが、一方の第１高周波電源３５は周波数固定型であり、他方の第２高周波電源３７は周波数可変型である。周波数固定型の第１高周波電源３５の周波数の値は、前記被処理物５の種類、処理の仕様により適宜選択され、通常は１MHz 〜１００MHz の範囲に於いて適切な値に設定する。
【００２８】
前記第２高周波電源３７の周波数を前記第１高周波電源３５の周波数と異ならせてプラズマを発生させることで、電界、磁界に攪拌作用が生じプラズマの生成状態が制御される。
【００２９】
前記第２高周波電源３７の周波数と前記第１高周波電源３５の周波数との差は、対象とする処理条件により決定する。
【００３０】
尚、第１高周波電源３５と第２高周波電源３７を共に周波数可変型としてもよく、又一方の周波数を固定した場合他方の周波数を所要範囲で連続的に変動させるようにしてもよく、更にプラズマ発生用のコイルを３以上とし、それぞれのコイルの周波数を異ならせる等、更にコイルの巻数は適宜選択が可能である等種々変更が可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、マイクロ波電源、導波管、冷却壁を必要としないので構成が簡単となり、製作費を低減でき、高周波電力により電界、磁界を形成させているので、動電界、動磁界となり発生するプラズマ密度の均一化が図れ、更にプラズマの生成状態を制御可能であるのでプラズマ処理の適用範囲を広げることが可能となる、等の優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す概略斜視図である。
【図２】同前実施例の概略断面を示す説明図である。
【図３】本発明の他の実施例を示す概略斜視図である。
【図４】従来のプラズマ処理装置の概略断面を示す説明図である。
【符号の説明】
５被処理物
１６プラズマ
２２円筒
２８平板電極
３０高周波電源
３１真空室
３２第１コイル
３３第２コイル
３５第１高周波電源
３７第２高周波電源
３８位相シフタ[0001]
[Industrial application fields]
The present invention is one of semiconductor manufacturing apparatuses, and relates to a plasma processing apparatus that uses plasma to etch an object to be processed such as a wafer.
[0002]
[Prior art]
A conventional plasma processing apparatus will be described with reference to FIG.
[0003]
The plasma processing apparatus shown in FIG. 4 is an ECR plasma etching apparatus using electron cyclotron resonance (ECR).
[0004]
A buffer chamber 2 is connected below the reaction chamber 1, and a vacuum pump 3 is connected to the buffer chamber 2. A flat plate electrode 4 is airtightly provided below the reaction chamber 1 and penetrates the bottom surface of the buffer chamber 2. The plate electrode 4 is insulated by an insulating block 6. The plate electrode 4 also serves as an object table, and an object to be processed 5 such as a wafer or a glass substrate is placed on the plate electrode 4, and the plate electrode 4 is connected to a high frequency power supply 8 through a matching unit 7. ing. A waveguide 9 having a rectangular cross section is connected above the reaction chamber 1, and a microwave power source 10 is provided at the start end of the waveguide 9. The inside of the waveguide 9 and the reaction chamber 1 are airtightly separated by a quartz ceiling plate 11.
[0005]
The side wall 12 surrounding the reaction chamber 1 has a water cooling structure, and a water conduit 13 communicates with the inside of the side wall 12 so that cooling water flows. A reaction gas introduction pipe 14 communicates with the reaction chamber 1 to introduce a reaction gas into the reaction chamber 1.
[0006]
A magnetic field generating coil 15 is provided around the reaction chamber 1, and a correction coil 17 is provided in the buffer chamber 2.
[0007]
The pressure is reduced to a predetermined pressure by the vacuum pump 3, the reaction gas is introduced into the reaction chamber 1 through the reaction gas introduction pipe 14, and the pressure is set by a pressure control device (not shown). The microwave output from the microwave power source 10 is guided to the waveguide 9 and guided to the reaction chamber 1 through the ceiling plate 11. In the reaction chamber 1, high-density plasma 16 is generated by utilizing electron cyclotron resonance (ECR) by a static magnetic field generated by the microwave and the magnetic field generating coil 15.
[0008]
At the same time, high-frequency power is applied to the plate electrode 4 to generate a DC bias voltage on the plate electrode 4, and ions in the plasma 16 are moved in a large amount toward the object 5 to be processed on the plate electrode 4. The object 5 is etched.
[0009]
In addition, as a device using electron cyclotron resonance, there is a plasma CVD device or the like.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In the above conventional example, a microwave source, a waveguide for introducing microwaves into the reaction chamber, a magnetic field generating coil 15 for generating a magnetic field in the reaction chamber, and a coil are cooled as a configuration for satisfying the conditions of electron cyclotron resonance. Therefore, a water cooling mechanism or the like is required, which increases the size of the apparatus and increases the cost.
[0011]
Further, it is difficult to make the intensity of the magnetic field generated by the magnetic field generating coil 15 uniform on the upper portion of the object 5 to be processed, so that the plasma density becomes non-uniform and a problem occurs in processing such as etching. This tendency becomes more prominent as the size of the sample increases, and it is difficult to process a large sample. Furthermore, since plasma is generated with microwaves at a constant frequency of 2.45 GHz, the plasma generation state is controlled. There was a problem that it was difficult.
[0012]
In view of such circumstances, the present invention aims to simplify the size of the apparatus and change the plasma generation state in the plasma processing apparatus.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a plasma processing apparatus for processing an object charged in one vacuum chamber with a plasma generated in the one vacuum chamber, wherein at least a part of the vacuum chamber is made of an insulating material. is formed by, a plurality of plasma generating coil for exciting the reaction gas around the tubular, the connect each high-frequency power source to each of the plasma generating coil, among the high-frequency power source of said plurality of at least one high-frequency power output the manner varying the frequency of the power, the those of the plasma processing apparatus was set to a plasma treatment at the vacuum chamber with respect to the object to be treated.
[0014]
[Action]
By applying a high frequency power to the plasma generating coil, a dynamic magnetic field and a dynamic electric field are formed, and plasma is generated in the vacuum chamber by the action of the dynamic magnetic field and the dynamic electric field. The generation state of the plasma is controlled by controlling the application state of the high frequency power to
[0015]
【Example】
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0016]
A cylinder 22 made of an insulating material such as quartz or ceramic is connected to the ceiling of the reaction chamber 21 made of a conductive material and having a vacuum structure concentrically with the reaction chamber 21. The reaction chamber 21, the cylinder 22, and the lid 23 form an airtight vacuum chamber 31 that is closed by a conductor lid 23.
[0017]
A gas introduction pipe 24 communicates with the lid 23, and an exhaust pump 26 communicates with the bottom surface of the reaction chamber 21 via an exhaust pipe 25. A flat plate electrode 28 is provided inside the reaction chamber 21 via an insulating material 27, and a workpiece 5 such as a wafer can be placed on the flat plate electrode 28. A high-frequency power source 30 is connected via a device 29.
[0018]
Around the cylinder 22, a first coil 32 and a second coil 33 for generating plasma are wound up and down, and one end of the first coil 32 is connected to an output terminal of a first matching unit 34. The other end of the coil 32 is connected to the return side of the first high frequency power source 35 connected to the first matching unit 34. One end of the second coil 33 is connected to the output terminal of the second matching unit 36, and the other end of the second coil 33 is connected to the return side of the second high frequency power source 37 connected to the second matching unit 36. It is connected.
[0019]
Thus, the first high-frequency power source 35 causes the first coil 32 to pass through the first matching unit 34, and the second high-frequency power source 37 causes the second coil 33 to pass through the second matching unit 36. High frequency power can be applied.
[0020]
A phase shifter 38 is connected to the first high frequency power supply 35 and the second high frequency power supply 37, and the phase shifter 38 can arbitrarily set the phase difference of the high frequency power output from each high frequency power supply. .
[0021]
The operation will be described below.
[0022]
The vacuum chamber 31 is evacuated by the exhaust pump 26, a reaction gas is introduced from the gas introduction pipe 24 while maintaining a predetermined pressure by a pressure control device (not shown), and the first high-frequency power source 35 supplies the first coil 32. High-frequency power is applied to the second coil 33 via the first matching unit 34 and simultaneously via the second matching unit 36 by the second high-frequency power source 37. The reaction gas is dissociated by the action of the electric field and magnetic field formed by the first coil 32 and the second coil 33, and plasma 16 is generated in the vacuum chamber 31.
[0023]
At this time, the phase shifter 38 adjusts the phase difference between the high-frequency power output from the first high-frequency power source 35 and the high-frequency power output from the second high-frequency power source 37, thereby causing a stirring action in the electric and magnetic fields. The generation state of is controlled.
[0024]
The frequency of the high frequency power applied to the first coil 32 and the second coil 33 is the same, but the value of the frequency is appropriately selected according to the type of the object 5 to be processed and the processing specifications, and is usually in the range of 1 MHz to 100 MHz. An appropriate value is selected at.
[0025]
At the same time as the high frequency power is applied to the first coil 32 and the second coil 33, the high frequency power is also applied to the plate electrode 28 via the matching unit 29 by the high frequency power supply 30. The high frequency power applied to the plate electrode 28 generates a DC bias voltage on the plate electrode 28 or vibrates ions in the plasma 16 to control the processing state of the workpiece 5. As for the frequency of the high frequency power applied to the flat plate electrode 28, an appropriate value is selected and set in accordance with the type of the object 5 to be processed and the specification of the process, and usually an appropriate value is selected in the range of 100 KHz to 10 MHz. Is done.
[0026]
In the above embodiment, there are two sets of plasma generating coils, but three or more sets may be used.
[0027]
Next, FIG. 3 shows another embodiment. In the other embodiment, the phase shifter 38 is not provided, but one first high-frequency power source 35 is a fixed frequency type and the other second The high frequency power supply 37 is a variable frequency type. The frequency value of the fixed frequency type first high frequency power supply 35 is appropriately selected according to the type of the object 5 to be processed and the processing specifications, and is usually set to an appropriate value in the range of 1 MHz to 100 MHz.
[0028]
By generating plasma by making the frequency of the second high-frequency power source 37 different from the frequency of the first high-frequency power source 35, a stirring action is generated in the electric and magnetic fields, and the plasma generation state is controlled.
[0029]
The difference between the frequency of the second high-frequency power source 37 and the frequency of the first high-frequency power source 35 is determined according to the target processing conditions.
[0030]
The first high-frequency power source 35 and the second high-frequency power source 37 may both be of a variable frequency type, and when one frequency is fixed, the other frequency may be continuously varied within a required range. The number of coils for generation is set to 3 or more, and the number of turns of the coils can be appropriately selected.
[0031]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since a microwave power source, a waveguide, and a cooling wall are not required, the configuration is simplified, the manufacturing cost can be reduced, and an electric field and a magnetic field are formed by high frequency power. The plasma density generated by the electric field and the dynamic magnetic field can be made uniform, and the plasma generation state can be controlled, so that the application range of the plasma treatment can be expanded.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory view showing a schematic cross section of the previous embodiment.
FIG. 3 is a schematic perspective view showing another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory view showing a schematic cross section of a conventional plasma processing apparatus.
[Explanation of symbols]
5 Workpiece 16 Plasma 22 Cylinder 28 Flat Plate Electrode 30 High Frequency Power Supply 31 Vacuum Chamber 32 First Coil 33 Second Coil 35 First High Frequency Power Supply 37 Second High Frequency Power Supply 38 Phase Shifter

Claims

In a plasma processing apparatus for processing an object charged in one vacuum chamber with plasma generated in the one vacuum chamber, at least a part of the vacuum chamber is formed by a cylinder made of an insulating material, providing a plurality of plasma generating coil for exciting the reaction gas around the tubular, connect each high-frequency power source to the respective plasma generating coil, among the high-frequency power source of the plurality of the frequency of the output power of the at least one high-frequency power supply The plasma processing apparatus is characterized in that the plasma processing is performed on the object to be processed in the vacuum chamber.