JP3721760B2 - Induction plasma ashing processing equipment - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイス、液晶ディスプレー用基板等の製造において有効なプラズマアッシング装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体デバイスの高集積化、半導体ウエハの大口径化や液晶ディスプレーの大面積化に伴い、これらの処理装置に求められる要求は、ますます厳しくなっており、装置コストの低減、スループット向上、被処理物の大面積化への対応、クリーン化等が、重要課題となっている。
【0003】
プラズマエッチング処理装置では、前もってマスクとして回路パターン付きのフォトレジストを焼き付けたウエハ上の薄膜を、塩素やフッ素系のガスのプラズマ中のイオンやラジカルによって、パターンのエッチングを行う。エッチング処理後には、残フォトレジストを酸素プラズマによって生成される活性な酸素ラジカルによって灰化して除去する工程であるアッシング処理が行われる。アッシング処理においては、酸素ラジカルの生成レートは、電界強度に依存することから、従来は、強電界を発生する高周波容量結合型プラズマ源やマイクロ波プラズマ源が多く用いられてきた。これらのプラズマ源は、高周波電源、またはマイクロ波源によって、プラズマのイオンシース部、または、マイクロ波導入部で、数10〜数100V/mの電界を発生するため効率よくラジカルを生成できる。一方、高周波誘導結合型プラズマ源がアンテナに沿って生成する方位角方向の電界は、約5V/m程度であり、酸素ラジカルの生成レートは、他のプラズマ源に比べて小さい。同一圧力下では、酸素ラジカル、酸素正イオン、いずれも、電界強度が大きいほど、生成レートが高いが、その電界強度への依存性が異なるため、酸素ラジカル生成レートと酸素イオンの生成レートの比は、プラズマ中の電界強度が小さいほど大きい。高周波誘導結合型プラズマ源では、酸素ラジカルの生成レートは、マイクロ波等に比べて低いものの、イオンが少ないために、チャージアップダメージの心配が少なく、プラズマ源をウエハに比較的近い所に設置できるし、イオン減衰構造の必要性が小さいので、その結果、酸素ラジカルの損失が少ない構造が可能である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
誘導結合プラズマアッシング装置では、イオンが少ない利点を生かして、プラズマ源をウエハに比較的近い所に設置できる。また、イオン減衰用の多孔板でプラズマを隔離する必要がない。しかし、その反面、ウエハ上でのアッシングレートの分布がプラズマの生成分布や流れの分布を強くうけるため、近年用いられるような大口径のウエハを用いる場合、アッシングレートの分布を均一化するのが困難であった。
【0005】
本発明は、300mmといった大口径の被処理物、半導体ウエハに対して、上記のような従来の誘導プラズマアッシング装置の問題点であるアッシングレート均一性の問題を克服することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、プラズマ源として、高周波誘導結合プラズマ源を用い、放電管内径、ラジカルの輸送距離、ステージ径等を、ある特定範囲の寸法にして、ウエハ位置でのラジカルの分布を最適化することによって実現される。誘導アンテナによって生成された酸素ラジカルは、上部から導入された酸素ガスの流れによって、下方に位置するウエハの位置に輸送されるが、このとき、酸素ラジカルは、固有の拡散係数で拡散しながら、また、放電管の表面では、固有の消失係数で失われながら、ガス流れによって輸送される。したがって、母ガスである酸素ガスの流速と、拡散と、放電管表面での損失をうまくバランスさせることによって、ウエハ面内において、均一で高いアッシングレートが得られ、かつ誘導プラズマの特徴としての低ダメージアッシングが可能となる。
【0007】
【発明の実施の形態】
本発明は、半導体デバイスの製造の分野に限定されるものではなく、液晶ディスプレイの製造や、その他の被処理物のアッシング処理にも適用が可能であるが、ここでは、半導体デバイス製造用のプラズマアッシング処理装置を例にとって、実施例を示すことにする。
【0008】
図1は、本発明のアッシング装置の構成を示す断面図である。図中の処理チャンバ1は、例えば、アルミニウム製の真空容器であり、真空排気手段2が接続される。また、処理チャンバ1中には、半導体ウエハ3を載せるためのステージ4が設置される。被処理物である半導体ウエハ3を搬入出するための搬送システム5より、処理チャンバ中に搬入されたウエハは、プッシュロッド6によって、ステージ上に運ばれて保持される。略円板形のステージ4は、内部にヒータ等の温度調節手段7を備える。
【0009】
一方、処理チャンバ1の上部には、Oリング等の真空シールを介して、概略円筒形の、アルミナや石英などの絶縁体からなる放電管8が設置される。この放電管を取り囲むように、コイル形のアンテナ9が設置される。アンテナ9には、インピーダンス整合器10を介して、高周波電源11が接続される。高周波電源の周波数は、特に限定されないが、一般的には、数100kHzから数10MHzであり、商用周波数である13.56MHzが比較的実用的である。このアンテナ9に高周波電力を印加すると、まず、アンテナによって生成する電界によって直接電子が加速されて放電を開始し、さらに、電力を増大すると、アンテナに流れる電流によって誘導磁場が生じ、この誘導磁場を妨げるように、放電管内のアンテナ近くのプラズマに方位角方向の電界が生じ、電子が加速されて、プラズマが生成される。
【0010】
放電管上部は、アッシング処理用のガス供給口12を持つフランジ13によってOリングシールで封じられる。ガスは、フランジに設けられた多数の小穴から放電管内に導入される。導入されたガスは、放電管内部を流れ、プラズマ生成部14を横切ってステージ部に至る。フランジの中央部のみからガスを導入すると、中心が高い流速分布がかなり下の位置まで残ってしまう。したがって、ガス導入は、シャワー状に全面から吹出すか、あるいは、フランジの外周部からガスを導入する必要がある。吹出し位置では外周の流速が高くても、ガスの流れは、放電管の表面で抵抗を受けるので、やや下流側では全面から吹出したのとほぼ同一の流速分布になってしまうので、全面から導入した場合とそう変わらない流速分布が得られる。
【0011】
放電管の下部には、必要に応じて、ウエハに入射する荷電粒子を減少させる目的とウエハ上のアッシングレートの分布を微調する目的で、多孔板15が設置される。分布ならびにチャージアップダメージが問題とならない場合は、この多孔板15は、特に設置されなくてもよい。
【0012】
以上のような構成の高周波誘導結合プラズマアッシング処理装置において、半導体ウエハ上で均一なプラズマアッシング処理を実現するためには、ウエハ上に輸送される酸素ラジカルの密度分布を均一化する必要がある。ウエハ上のアッシングレートの分布は、酸素ラジカルの供給分布とほぼ一致することが確認されている。酸素ラジカルは、前述のように誘導アンテナによって、誘導アンテナ近傍(複数のアンテナターンの場合は、全てのターンのそのほぼ中程の位置)に、リング状に生成される。図2および図3においてアンテナ9の近傍にプラズマ生成部14が生じる。図2は、酸素ラジカルの生成レートの放電管内での分布を示している。生成された酸素ラジカルは、上部から導入された酸素ガスの流れによって、下方に位置するウエハに輸送されるが、このとき、酸素ラジカルは、固有の拡散係数で拡散しながら、また、放電管の表面では、固有の消失係数で失われながら、ガス流れによって輸送される。したがって、母ガスである酸素ガスの流速と、拡散と、放電管表面での損失のバランスによって、ウエハ上に運ばれる酸素ラジカル密度の分布が決定される。図3は、これらのバランスとして得られた酸素ラジカル密度の放電管内での分布の一例を示している。
【0013】
したがって、ウエハ上で均一なアッシングレートを得るには、放電部の幾何寸法が特に重要である。図4(a),(b)に酸素ラジカル分布に影響を及ぼす主な寸法を示す。このうち、ウエハ位置での酸素ラジカル分布に対して、最も支配的なのは、放電管の内径Aと主放電位置からの輸送距離Bである。図中の寸法C、D、Eの効果については後述する。我々は、アッシングの実験及び酸素ラジカル分布の計算から、均一なアッシングレートを得るための放電部寸法を割り出した。図5に、横軸を放電管内径A、縦軸に輸送距離Bとしたときに、所定の酸素流量、高周波電力条件において、アッシングレート3ミクロン/分±10%を満足する範囲を示した図である。高周波誘導プラズマ装置において、一般的に使用される圧力範囲は、80−200Pa程度である。図5において、特定の条件に対して、十分な性能が得られる範囲は、ウエハサイズに対して、A、Bがある特定の寸法範囲であることが分かる。この範囲に対して、B大のときは分布は中高になり、B小のときは、放電位置でのラジカルの生成分布を反映して分布はM型になり、10%の均一性をはずれてしまう。また、A小のときは、中高になり、A大のときは、外高へ推移する一方、レートの絶対値が下がってしまい、やはり3ミクロン/分±10%の範囲をはずれてしまう。また、例えば、圧力が200Paから80Paに変わると拡散がよくなるために、アッシングレート3ミクロン/分±10%の範囲が、図の右下方向へシフトすると共に、低圧になることによってラジカル生成量が低下し、範囲が狭くなってしまう。実用的な圧力、流量、電力条件で、十分なアッシングレートと均一性が得られる範囲は実線で示され、ウエハの径に対して、放電管内径Aは、95%から125%、輸送距離Bは、30%から120%である。
【0014】
以上、内径Aと輸送距離Bの関係について述べたが、ステージ外径C、ステージとチャンバの間の寸法D、チャンバ内径Eもアッシングレートの分布に影響する。
【0015】
すなわち、上部から運ばれてきた酸素ラジカルがある程度、ウエハの位置で閉じ込められるような構造にしないと、全体的なレートが下がってしまうという問題が生じる。
【0016】
まず、ステージ寸法Cであるが、Cがウエハの寸法に対して100%に近いと、酸素ラジカルが下に流れ去ってしまうため、ウエハ外周のレートが下がってしまう。したがって、ステージ外径Cは、ウエハの径に対して少なくとも103%以上であることが望ましい。
【0017】
次に、ステージとチャンバ上面との間の距離Dについて考える。まず、寸法Dでガス流れを絞るためには、図4(a)に示すように、A<Cが必要なことは言うまでもない。距離Dは、ウエハを搬入出するためには、ある程度確保せざるを得ない。しかしながら、E−Aが大きい構造で、この距離Dを大きくとると、その部分に酸素ラジカルが逃げてしまうので、Dは搬送可能で、なおかつ流量、圧力が確保できる範囲でなるべく小さくする方がよい。図6に示すように、寸法Dを詰めるかわりに、リング状部材16をいれた場合、この構造物とステージの間の距離がDに相当すると考えられ、Dを詰めたのと結局は同じ事になる。また、この場合、このリングで十分にガス流れが絞れていれば(この部分のコンダクタンスが十分小さく支配的ならば)、ステージも、チャンバも、特に円形である必然性はない。 Dの値は、25mm以下であることが望ましいが、ウエハの受け渡しには少なくとも10mm程度必要であることから、ステージ2が上下方向に駆動しない限り、現実的なDの値は、10〜25mm程度である。
【0018】
チャンバ内径Eについては、Dが十分小さく、ステージとの間で、ガス流れが十分に絞れていれば、大きくても問題はない。しかしながら、A≧Cであったり、搬送空間の問題からDをあまり小さくできない場合には、Eの寸法をウエハ径ならびに、Cに比較的近い寸法にして、その部分で、ガス流れを絞る必要がある。したがって、Eは、ウエハ径及びステージ径Cに対して、102〜120%の範囲の寸法であることが望ましい。
【0019】
いずれにしても、アッシングする圧力条件において、酸素ガス流量が確保できる範囲で、Dあるいは、E−Cを小さくして、酸素ラジカルをウエハに対してフォーカスした方が、アッシングレートの絶対値、特にウエハ外周部でのアッシングレートを上げることができる。
【0020】
今までの説明においては、放電管として、ストレート管で説明してきたが、均一な管径でない放電管、例えば、テーパ形状の放電管でも特に変わりはない。このとき、テーパがきつすぎると、図7に示すように、ガスの流速分布が中心部のみで速くなってしまう。したがって、圧力及び流速条件にもよるが、使用可能なテーパ角は、管の中心軸に対して、せいぜいθ=30°程度である。前述のA,B、あるいはC、D、Eの寸法の関係は、このθ<30°の範囲で成立する。使用可能なテーパ管の実例を図8、9に示す。またテーパ管を用いたときは、内径Aとして、平均的な管内径A‘を用いることにより、今まで、説明してきたストレート管の時の内径と輸送距離の管径に置き換えることができる。また、テーパではなく、曲面(R)を用いる場合は、図10に示すように、実質的にカーブを持たせる範囲を結んで角度θを考えればよい。
【0021】
以上、本発明の実施の形態を半導体デバイス製造用のプラズマアッシング装置を例にとって示したが、本発明は、半導体デバイスの処理のみならず、液晶ディスプレイ基板の処理や、その他の被処理物のアッシング処理全般に適用が可能である。
【0022】
【発明の効果】
本発明のプラズマアッシング処理装置によれば、高周波誘導プラズマ源を採用し、酸素ラジカルの流れを最適化することにより、大面積の被処理物に対しても、低チャージアップダメージで、高速かつ均一なプラズマアッシング処理が可能になり、装置のスループットが向上する。また、その結果、製造される半導体デバイスの質が向上するという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す図。
【図2】酸素ラジカルの生成レートの分布を示す図。
【図3】酸素ラジカル密度の分布を示す図。
【図4】レートの分布に影響する放電部の寸法を示す図。
【図5】レート均一な寸法範囲を説明する図。
【図6】角度のきついテーパ管における流速分布を示す図。
【図7】テーパ形状の放電管の実施例を示す図。
【図8】放電管の第一の実施例を示す図。
【図9】放電管の第二の実施例を示す図。
【図10】放電管の第三の実施例を示す図。
【符号の説明】
1…処理チャンバ、2…真空排気手段、3…半導体ウエハ、4…ステージ、5…搬送システム、6…プッシュロッド、7…温度調節手段、8…放電管、9…アンテナ、10…インピーダンス整合器、11…高周波電源、12…ガス供給口、13…フランジ、14…プラズマ生成部、15…多孔板、16…リング状部材。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma ashing apparatus effective in the manufacture of semiconductor devices, liquid crystal display substrates, and the like.
[0002]
[Prior art]
As semiconductor devices become highly integrated, semiconductor wafers have larger diameters, and liquid crystal displays have a larger area, the demands on these processing equipment are becoming stricter, reducing equipment costs, improving throughput, and processing. Correspondence to the increase in area of objects and cleanliness are important issues.
[0003]
In a plasma etching processing apparatus, a thin film on a wafer on which a photoresist with a circuit pattern is previously baked as a mask is used to etch a pattern with ions or radicals in plasma of chlorine or fluorine gas. After the etching process, an ashing process, which is a step of removing the remaining photoresist by ashing with active oxygen radicals generated by oxygen plasma, is performed. In the ashing process, since the generation rate of oxygen radicals depends on the electric field strength, conventionally, a high-frequency capacitively coupled plasma source and a microwave plasma source that generate a strong electric field have been often used. Since these plasma sources generate an electric field of several tens to several hundreds V / m at the ion sheath portion of the plasma or the microwave introduction portion by a high frequency power source or a microwave source, radicals can be efficiently generated. On the other hand, the electric field in the azimuth direction generated by the high frequency inductively coupled plasma source along the antenna is about 5 V / m, and the generation rate of oxygen radicals is smaller than other plasma sources. Under the same pressure, the generation rate of oxygen radicals and oxygen positive ions increases as the electric field strength increases, but the dependency on the electric field strength differs, so the ratio between the oxygen radical generation rate and the oxygen ion generation rate. Is larger as the electric field strength in the plasma is smaller. In the high frequency inductively coupled plasma source, although the oxygen radical generation rate is lower than that of microwaves, etc., the number of ions is small, so there is less risk of charge-up damage, and the plasma source can be placed relatively close to the wafer. However, since the necessity for an ion decay structure is small, a structure with little loss of oxygen radicals is possible as a result.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the inductively coupled plasma ashing apparatus, the plasma source can be installed relatively close to the wafer by taking advantage of the small number of ions. Further, it is not necessary to isolate the plasma with a perforated plate for ion attenuation. On the other hand, the ashing rate distribution on the wafer is strongly affected by the plasma generation distribution and flow distribution. Therefore, when using a large-diameter wafer as used in recent years, the ashing rate distribution can be made uniform. It was difficult.
[0005]
An object of the present invention is to overcome the problem of ashing rate uniformity, which is a problem of the conventional induction plasma ashing apparatus as described above, on a workpiece having a large diameter of 300 mm and a semiconductor wafer.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The above objective is to optimize the distribution of radicals at the wafer position by using a high frequency inductively coupled plasma source as the plasma source and setting the discharge tube inner diameter, radical transport distance, stage diameter, etc. within a certain range of dimensions. It is realized by. Oxygen radicals generated by the induction antenna are transported to the position of the wafer located below by the flow of oxygen gas introduced from above, but at this time, oxygen radicals diffuse while having a specific diffusion coefficient, In addition, on the surface of the discharge tube, it is transported by the gas flow while being lost with a specific extinction coefficient. Therefore, by properly balancing the flow rate, diffusion, and loss on the discharge tube surface of the oxygen gas, which is the mother gas, a uniform and high ashing rate can be obtained within the wafer surface, and the low characteristic of induction plasma is low. Damage ashing is possible.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention is not limited to the field of semiconductor device manufacturing, but can also be applied to liquid crystal display manufacturing and ashing of other objects to be processed. Here, plasma for manufacturing semiconductor devices is used. An embodiment will be described by taking an ashing processing apparatus as an example.
[0008]
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of the ashing device of the present invention. The processing chamber 1 in the figure is an aluminum vacuum container, for example, and is connected to a vacuum exhaust means 2. A stage 4 for placing the semiconductor wafer 3 is installed in the processing chamber 1. The wafer loaded into the processing chamber from the transfer system 5 for loading and unloading the semiconductor wafer 3 as the object to be processed is carried and held on the stage by the push rod 6. The substantially disk-shaped stage 4 includes temperature adjusting means 7 such as a heater inside.
[0009]
On the other hand, an approximately cylindrical discharge tube 8 made of an insulator such as alumina or quartz is installed on the upper portion of the processing chamber 1 through a vacuum seal such as an O-ring. A coil-shaped antenna 9 is installed so as to surround the discharge tube. A high frequency power supply 11 is connected to the antenna 9 via an impedance matching unit 10. The frequency of the high-frequency power supply is not particularly limited, but is generally several hundred kHz to several tens of MHz, and the commercial frequency of 13.56 MHz is relatively practical. When high frequency power is applied to the antenna 9, first, electrons are directly accelerated by the electric field generated by the antenna to start discharging, and when the power is further increased, an induced magnetic field is generated by the current flowing through the antenna. To prevent this, an azimuthal electric field is generated in the plasma near the antenna in the discharge tube, electrons are accelerated, and plasma is generated.
[0010]
The upper part of the discharge tube is sealed with an O-ring seal by a flange 13 having a gas supply port 12 for ashing treatment. The gas is introduced into the discharge tube from a number of small holes provided in the flange. The introduced gas flows inside the discharge tube, crosses the plasma generation unit 14 and reaches the stage unit. If gas is introduced only from the center part of the flange, a flow velocity distribution with a high center remains to a considerably lower position. Therefore, it is necessary to blow out the gas from the entire surface in the form of a shower or to introduce the gas from the outer peripheral portion of the flange. Even if the outer peripheral flow rate is high at the blowout position, the gas flow receives resistance at the surface of the discharge tube, so the flow velocity distribution is almost the same as that blown from the entire surface on the downstream side, so it is introduced from the entire surface. The flow velocity distribution is not so different from that of the case.
[0011]
A perforated plate 15 is installed below the discharge tube for the purpose of reducing charged particles incident on the wafer and finely adjusting the distribution of the ashing rate on the wafer, if necessary. In the case where distribution and charge-up damage are not a problem, the perforated plate 15 may not be particularly installed.
[0012]
In the high-frequency inductively coupled plasma ashing processing apparatus configured as described above, in order to realize uniform plasma ashing processing on a semiconductor wafer, it is necessary to make the density distribution of oxygen radicals transported on the wafer uniform. It has been confirmed that the distribution of the ashing rate on the wafer substantially matches the supply distribution of oxygen radicals. As described above, oxygen radicals are generated in the form of a ring by the induction antenna in the vicinity of the induction antenna (in the case of a plurality of antenna turns, at an approximately middle position of all the turns). 2 and 3, a plasma generation unit 14 is generated in the vicinity of the antenna 9. FIG. 2 shows the distribution of the oxygen radical generation rate in the discharge tube. The generated oxygen radicals are transported to the wafer located below by the flow of oxygen gas introduced from the upper part. At this time, the oxygen radicals are diffused with an inherent diffusion coefficient, and the discharge tube At the surface, it is transported by the gas stream while being lost with its own extinction coefficient. Therefore, the distribution of the density of oxygen radicals carried on the wafer is determined by the balance between the flow rate of oxygen gas, which is the mother gas, diffusion, and loss on the discharge tube surface. FIG. 3 shows an example of the distribution of oxygen radical density obtained as a balance between these in the discharge tube.
[0013]
Therefore, in order to obtain a uniform ashing rate on the wafer, the geometric dimension of the discharge part is particularly important. 4A and 4B show main dimensions that affect the oxygen radical distribution. Of these, the most dominant for the oxygen radical distribution at the wafer position is the inner diameter A of the discharge tube and the transport distance B from the main discharge position. The effects of dimensions C, D, and E in the figure will be described later. We have determined the dimensions of the discharge part to obtain a uniform ashing rate from ashing experiments and oxygen radical distribution calculations. FIG. 5 is a diagram showing a range satisfying an ashing rate of 3 microns / min ± 10% under a predetermined oxygen flow rate and high-frequency power condition when the horizontal axis is the discharge tube inner diameter A and the vertical axis is the transport distance B. It is. In the high frequency induction plasma apparatus, the pressure range generally used is about 80-200 Pa. In FIG. 5, it can be seen that the range in which sufficient performance can be obtained for a specific condition is a specific size range with respect to the wafer size. With respect to this range, when B is large, the distribution is medium-high, and when B is small, the distribution is M-type reflecting the radical generation distribution at the discharge position, and the uniformity is off by 10%. End up. Further, when A is small, the height is medium and when it is A, the absolute value of the rate is lowered while it is shifted to the outside height, and also falls outside the range of 3 microns / min ± 10%. In addition, for example, when the pressure is changed from 200 Pa to 80 Pa, the diffusion is improved. Therefore, the range of the ashing rate of 3 μm / min ± 10% is shifted to the lower right in the figure, and the radical generation amount is reduced by lowering the pressure. It falls and the range becomes narrow. The range in which a sufficient ashing rate and uniformity can be obtained under practical pressure, flow rate, and power conditions is indicated by a solid line. The inner diameter A of the discharge tube is 95% to 125% of the wafer diameter, and the transport distance B Is from 30% to 120%.
[0014]
The relationship between the inner diameter A and the transport distance B has been described above. The stage outer diameter C, the dimension D between the stage and the chamber, and the chamber inner diameter E also affect the ashing rate distribution.
[0015]
That is, unless the structure is such that oxygen radicals carried from above are confined to some extent at the wafer position, there arises a problem that the overall rate is lowered.
[0016]
First, regarding the stage dimension C, if C is close to 100% with respect to the wafer dimension, oxygen radicals will flow down, and the wafer outer peripheral rate will decrease. Therefore, it is desirable that the stage outer diameter C is at least 103% or more with respect to the wafer diameter.
[0017]
Next, consider the distance D between the stage and the chamber upper surface. First, it goes without saying that in order to restrict the gas flow by the dimension D, A <C is necessary as shown in FIG. The distance D must be secured to some extent in order to carry in and out the wafer. However, when the distance D is increased in a structure with a large EA, oxygen radicals escape to that portion. Therefore, it is better to make D as small as possible within a range where the flow rate and pressure can be secured. . As shown in FIG. 6, when the ring-shaped member 16 is inserted instead of reducing the dimension D, the distance between the structure and the stage is considered to be equivalent to D. become. Also, in this case, if the gas flow is sufficiently constricted in this ring (if the conductance of this portion is sufficiently small and dominant), neither the stage nor the chamber is necessarily circular. The value of D is preferably 25 mm or less, but since at least about 10 mm is required for delivery of the wafer, the actual value of D is about 10 to 25 mm unless the stage 2 is driven in the vertical direction. It is.
[0018]
Regarding the chamber inner diameter E, if D is sufficiently small and the gas flow between the stage and the stage is sufficiently restricted, there is no problem even if it is large. However, if A ≧ C or if D cannot be made very small due to the problem of the conveyance space, it is necessary to make the dimension of E relatively close to the wafer diameter and C, and to restrict the gas flow at that part. is there. Therefore, E is desirably a size in the range of 102 to 120% with respect to the wafer diameter and the stage diameter C.
[0019]
In any case, the absolute value of the ashing rate, especially when the oxygen radicals are focused on the wafer by reducing D or E-C within a range in which the oxygen gas flow rate can be secured under the ashing pressure condition, The ashing rate at the outer periphery of the wafer can be increased.
[0020]
In the description so far, a straight tube has been described as a discharge tube, but there is no particular change in a discharge tube having a non-uniform tube diameter, for example, a tapered discharge tube. At this time, if the taper is too tight, as shown in FIG. 7, the gas flow velocity distribution is accelerated only in the center portion. Therefore, depending on the pressure and flow rate conditions, the usable taper angle is at most about θ = 30 ° with respect to the central axis of the tube. The above-described dimensional relationship of A, B or C, D, E is established in the range of θ <30 °. Examples of usable taper tubes are shown in FIGS. When a taper tube is used, the average tube inner diameter A ′ can be used as the inner diameter A, so that it can be replaced with the inner diameter and the transport distance of the straight pipe described so far. When the curved surface (R) is used instead of the taper, as shown in FIG. 10, the angle θ may be considered by connecting a range that substantially has a curve.
[0021]
As described above, the embodiment of the present invention has been described by taking a plasma ashing apparatus for manufacturing a semiconductor device as an example. However, the present invention is not limited to processing of a semiconductor device, but also processing of a liquid crystal display substrate and ashing of other objects to be processed. Applicable to all processes.
[0022]
【The invention's effect】
According to the plasma ashing processing apparatus of the present invention, by adopting a high frequency induction plasma source and optimizing the flow of oxygen radicals, even with a large area to be processed, low charge-up damage, high speed and uniform Plasma ashing can be performed, and the throughput of the apparatus is improved. As a result, the quality of the manufactured semiconductor device is also improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing a distribution of oxygen radical generation rates.
FIG. 3 is a graph showing a distribution of oxygen radical density.
FIG. 4 is a diagram showing dimensions of a discharge portion that affects the rate distribution.
FIG. 5 is a view for explaining a rate uniform dimension range;
FIG. 6 is a view showing a flow velocity distribution in a tapered tube having a tight angle.
FIG. 7 is a view showing an embodiment of a tapered discharge tube.
FIG. 8 is a diagram showing a first embodiment of a discharge tube.
FIG. 9 is a view showing a second embodiment of the discharge tube.
FIG. 10 is a view showing a third embodiment of the discharge tube.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Processing chamber, 2 ... Vacuum exhaust means, 3 ... Semiconductor wafer, 4 ... Stage, 5 ... Transfer system, 6 ... Push rod, 7 ... Temperature control means, 8 ... Discharge tube, 9 ... Antenna, 10 ... Impedance matching device DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... High frequency power supply, 12 ... Gas supply port, 13 ... Flange, 14 ... Plasma production | generation part, 15 ... Perforated plate, 16 ... Ring-shaped member.

Claims (2)

プラズマ生成用の誘導アンテナを周囲に配置した放電管の一端にはガス導入口を備えたフランジが接続され、他端には内部に被処理物を載せるステージが設置された処理チャンバに接続され、該処理チャンバ内で被処理物の処理を行う誘導プラズマアッシング装置において、
前記放電管の内径が被処理物の外径に対して95〜125%の大きさで構成され、かつ、
前記処理チャンバ内径あるいは処理チャンバ内での処理空間を規定する構造物の内径寸法が被処理物及びステージの径に対して102〜120%の大きさで構成され、かつ、
前記放電管内の主放電部から被処理物までの距離が被処理物の径の30%から120%で構成され、かつ、
前記ステージの外径が被処理物の外径の103%以上の大きさで構成され、かつ、前記放電管の内径寸法よりも大きく構成され、かつ、
前記ガス導入口は、フランジに設けられた複数の小穴からなり、該小穴の分布がフランジ外周部に略リング状に配置されており、該ガス導入口からガスを導入し、80〜200
Pa内の所定圧力で生成された酸素ラジカルにより外径300 mm の被処理物の処理を行うことを特徴とする誘導プラズマアッシング処理装置。
A flange having a gas inlet is connected to one end of a discharge tube around which an induction antenna for plasma generation is arranged, and the other end is connected to a processing chamber in which a stage for placing an object to be processed is installed. In an induction plasma ashing apparatus for processing an object to be processed in the processing chamber ,
The inner diameter of the discharge tube is 95 to 125% of the outer diameter of the workpiece; and
The inner diameter of the structure defining the processing chamber inner diameter or the processing space in the processing chamber is configured to be 102 to 120% of the diameter of the workpiece and the stage, and
The distance from the main discharge part in the discharge tube to the object to be processed is constituted by 30% to 120% of the diameter of the object to be processed, and
The outer diameter of the stage is configured to be 103% or more of the outer diameter of the workpiece, and is configured to be larger than the inner diameter dimension of the discharge tube ; and
The gas introduction port is composed of a plurality of small holes provided in the flange, and the distribution of the small holes is arranged in a substantially ring shape on the outer peripheral portion of the flange, and gas is introduced from the gas introduction port.
An inductive plasma ashing apparatus characterized in that an object having an outer diameter of 300 mm is processed by oxygen radicals generated at a predetermined pressure in Pa .
請求項1記載の誘導プラズマアッシング処理装置において、
前記ステージとチャンバ内上面あるいはその他の構造物との間の実質的な距離が全周に渡って等しく、かつ10〜25 mmで構成されされていることを特徴とする誘導プラズマアッシング処理装置。
The induction plasma ashing processing apparatus according to claim 1,
An inductive plasma ashing apparatus characterized in that a substantial distance between the stage and the upper surface in the chamber or other structure is equal over the entire circumference and is 10 to 25 mm .
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