JP3761474B2 - Plasma processing equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマを利用して被処理物を処理するプラズマ処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
プラズマを利用して被処理物特に絶縁膜を処理する際には、例えば、異なる2つのRFを対向する電極に印加する平行平板型プラズマ処理装置(従来技術1、例えば特開平8−339984号)を用いている。かかる装置においては、上部電極と下部電極とを処理室内の上下に対向させて配置し、各電極の少なくともいずれか一方に高周波電力を供給して、処理室内に導入した処理ガスを電離・解離させて生じたイオンやラジカルを用いて、ウエハを処理する。上部電極にはアルミニウムからなる冷却プレート及び冷媒循環路が設けられ、その上にはガスを処理室内に導入する拡散部材があり、その中にはガスを振分けるバッフル板が設けられている。RF電極の背面に永久磁石を備え、その永久磁石をリング状に配置したプラズマ処理装置が特開平8−288096号公報(従来技術2)に開示されている。また被処理体を載置する電極に対向するように平面アンテナ部材を設け、このアンテナ部材にμ波を供給し、また平面アンテナ部材の前面にスリット開口部を設けたプラズマ処理装置が特開平9−63793号公報に記載されている(従来技術3)。また、特開平10−134995号公報には、UHF帯の高周波を同軸ケーブルによってディスク状のアンテナに供給した平行平板型UHF−プラズマ装置が記載され、アンテナの直径を所定値n/2・λ(n:整数)に設定するプラズマ処理装置が開示されている(従来技術4)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術1では、使用周波数の高周波数化に伴い、上部電極と金属性の冷却板の間、もしくは吐出し口(ガス吹出し口)の間にも高周波が浸透するようになる。浸透厚さは非常に薄い(1mm以下)ので、その間に高電界が発生して、いわゆる異常放電が起こり易くなる。一旦異常放電が起こると、吹出し穴径が拡大し、今度は内部にまでプラズマが発生し、異物の発生を引き起こしたり、上部電極が削れて所望の性能が維持できなくなる。このため、高周波数による高密度化が困難であるため、処理速度(エッチングレート)を上げられないという課題がある。
【0004】
従来技術2では、永久磁石ではその大きさ程度に限定された箇所に局所的に磁場が形成される。磁場による閉じ込め効果を増そうとすると磁石近傍での磁場強度が強くなるため、この部分でプラズマ密度が高くなる。またRF電極にはバイアスが印加され、イオンを引き込むので、スパッタリングが局所的に起こる。そのため電極の局所的消耗を招き、異物の増加,装置信頼性が低下するという課題がある。
【0005】
従来技術3では、アンテナ部にスリットを設け、スリットの長さを(1/2〜1/10)λ(λ:μ波の管内波長)程度にすることにより分布を調整するとしている。後述のように重要なのは、スリット位置及びアンテナ背面での寸法を特定しなければ、そこからのμ波の放射及び電界分布の調整が困難であるという課題がある。
【0006】
従来技術4では、アンテナ中央が電界の腹に、アンテナ端が電界の節に相当するため、アンテナ直下での電界分布は必ず凸となる。そのためプラズマを均一にすることが困難という課題がある。
【0007】
本発明の目的は、VHF帯もしくはUHF帯の高周波と磁場とを用いてプラズマを生成する方式において、広いパラメータ領域で、異常放電のない高密度,高均一の安定したプラズマを実現するプラズマ処理装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの見方によれば、本発明は、真空容器と、該真空容器内部にあってガスが供給される処理室と、該処理室内に設けられ処理対象物を支持する支持電極と、UHFもしくはVHF帯の高周波を処理室に供給するディスク状アンテナとアンテナ横に配置された絶縁体で構成された放射口からなる高周波導入手段と、前記処理室に磁場を形成する磁場形成手段とを有し、ガスを処理室内に導入するシャワープレート電極とを有し、前記シャワープレート電極とディスク状アンテナから構成されるアンテナ部において、アンテナ導体部に誘電体とそれを囲う金属とからなる空間(電界制御空間と呼ぶ)を設けたことを特徴とする。この場合、前記電界制御空間に用いる誘電体の誘電率は、シャワープレート電極を構成する部材の誘電率より小さい方が好ましい効果が得られる。
【0009】
また、前記アンテナ部に誘電体とそれを囲う金属とからなる電界制御空間を複数個設けてもよい。この場合、周方向の対称性を考えると、電界制御空間が同心円上に形成されることが望ましい。
【0010】
また、前記電界制御空間にアンテナ導体とシャワープレートの間にアンテナ導体部と電気的に接触する第2のリング状金属を配置して、そのリングの径により電界分布を制御する。
【0011】
さらには、前記アンテナの中央部にアンテナ導体と電気的に接触する金属棒と、その金属棒と電気的に接触する第3のディスク状導体を配置してもよい。ガスを供給するシャワープレートとして、SiもしくはSiC,Cで構成される板状部材を配置し、板状部材を介してUHFもしくはVHF帯の高周波を処理室内に供給するプラズマ装置としてもよい。
【0012】
処理室内にUHF帯(f=450MHz)の高周波を導入した時の、電界分布の様子を図7を用いて説明する。同軸ケーブルで供給された高周波は、アンテナ導体と外導体の間を同軸モードで伝播し、アンテナ横の誘電体を通して処理室に供給される。それと同時にアンテナ導体下にあるシャワープレート電極を通しても処理室に供給される。プラズマ密度はUHF:f=450MHzに対するカットオフ密度n=2.5×1015m-3 よりも通常高いので、UHF波プラズマ内に伝播できず、電極とプラズマの間に形成されるシースを伝播する。シースは1〜数mm程度であるため、シース内は高電界となる。またシャワープレート電極はSi,SiC等で構成されることがあるが、その場合、UHFもSiやSiC内にも浸透するためこの部分も高電界にさらされる。一方で、そこは従来技術1にもあるように、ガスの吹出し口ともなっている。そのためガスが高電界にさらされるために、そこでプラズマが生成され、さらには電極電位で加速されより内部にまでイオンが入射する。その結果、内部で異常放電が起こり、シャワープレートからの異物発生や破損といったことが起こると考えられる。
【0013】
ここで、前記の誘電体と金属で囲われた電界制御空間をシャワープレートの上に設けると、そこにもUHFは伝播する。図8は、電界制御空間として、半径r=50mmの円盤状誘電体をアンテナ導体の中に埋め込んだ時のシース内の電界分布を示したものである。誘電体を入れたことによる電界低減効果に加え、アンテナ導体とプラズマの距離が実効的に長くなるので電界強度が小さくなる。また、電界制御空間を設けていない場合、シース内の電界はベッセル関数〜J0(r)の形で凸形状を示しているが、中央部に電界制御空間を設けることで、その部分の電界を局所的に変化させることが出来る。その結果、電界の均一化が実現される。また、図に示されているようにUHF電界には腹,節が明確に現れているが、電界制御空間を電界の腹の位置に、半径方向に複数個設けることにより電界分布を緩和して、半径方向の均一性を向上させる。また前記電界制御空間に、アンテナを導体とシャワープレートの間に位置する第2の金属リングを設けると、図9に模式的に示すように、シース中に現れる波は、電界制御空間を伝播して金属の囲いの部分で反射された波とシャワープレート電極を伝播する波との重ね合わせとなる。金属リングの径を変えることにより電界制御空間を伝播する波(定在波)の分布,強度を変えて、シース中に現れる電界を制御する。また、逆に中央部にディスク状アンテナを設けて、周辺部に開口部を設けることにより、その部分の電界強度に強弱を付けることができる。熱伝導性が良い金属を用いる方が、絶縁体を介してシャワープレートに接する構造よりも、アンテナとシャワープレートの温度を制御する(冷却する)観点からも望ましい。また、シャワープレート電極の部材としてはSi,SiCやCが、処理室内の異物や金属汚染低減、さらにはフロロカーボンから発生する過剰のFを除去する観点からも望ましい。
【0014】
【発明の実施の形態】
ULSI素子の微細化,高集積化が急速に進められ、それに応じてエッチング技術の高精度化,大口径対応が求められている。その中でも酸化膜や低誘電率絶縁膜を加工する絶縁膜エッチングでは、デバイス構造の複雑化,加工幅の微細化と並んで加工膜種の多様化に対応する必要が生じており、対レジストや対Si3N4に対する高選択比,垂直加工形状が求められている。ところが対下地や対レジストに対して高い選択比を得ようとすると、エッチング反応が途中で停止する‘エッチストップ’やRIE−lag が発生しやすく、高アスペクト垂直加工と高選択比との両立が益々困難になっている。絶縁膜エッチングでは、炭素とフッ素を含むフロロカーボンガスが用いられ、プラズマによって分解されたフロロカーボンラジカル(CxFy)の膜堆積とイオン入射によりエッチング反応が進行する。酸化膜,レジスト,Si3N4上に堆積するフロロカーボン膜の膜厚や組成が異なることによって選択比が発現する。フロロカーボンラジカルとFラジカルの密度比CxFy/Fが高い方が高選択比が得られると考えられているが、一方CxFyの量や炭素の割合が増えるとエッチング反応が停止することがある。フロロカーボンラジカルの組成はプラズマの密度や電子温度のみならず、チャンバー壁での化学反応,リサイクリングによって支配される。また反応生成物やその解離物がエッチングを阻害する。そのため、酸化膜エッチングでは、ラジカルや反応生成物の解離を支配するプラズマの密度,温度を制御する必要があり、大口径均一処理のためには、その分布制御が必要となる。また、高スループットすなわち高エッチング速度を実現するためにはプラズマの高密度化が必須である。これらを実現するための本発明の実施の形態を、以下、参考例と実施例とを用いて説明する。
【0015】
本発明の第1の実施例を図1に示す。プラズマ処理装置の処理室2はアルマイト処理されたアルミニウム等からなる処理容器内に形成され、処理室2内には被処理物(ウエハ)4を支持する支持台(電極)5とを備えた真空容器1を有し、処理室内に導入されたガス3は排気系6によって排気される。支持台の上にはウエハを載置するためのサセプタ7が配置される。サセプタ7の上には、Si等からなるリング状のフォーカスリング8が配置され、フォーカスリング8はウエハの端部付近の均一性を確保するのに用いられる。処理室2の上部には、高周波を導入する手段が載置されている。UHF・VHF発生源9で発生されたUHF帯もしくはVHF帯の高周波は整合器10及び伝送線路11を通してアンテナ導体12に供給される。アンテナ導体12と導体壁13の間には誘電体14が充填されており、高周波は放射口15を通して、処理室2に導入される。UHFもしくはVHF発生源9とは別のRF発生源16が設けられ、RF帯の高周波が同じくアンテナ導体12に供給される。真空容器1の周囲には磁場形成手段17があり、処理室2内に磁場を形成する。アンテナ導体12には、アルミニウム等で構成されるバッフル板18が配置され、ガスを分散させる。バッフル板の下にはシャワープレート電極19が接続され、処理室2内に接する。シャワープレート電極にはガス穴19aが開けられており、これを介して、処理室2内にガス3が供給される。アンテナ導体12及びバッフル板18の下(処理室側)には、誘電体20及びそれを取り囲む形で金属仕切板21が配置されて、電界制御空間22を形成する。金属仕切板21はアンテナ導体12及びバッフル板18と電気的に接続されている。前記誘電体20の誘電率は、シャワープレート電極19の誘電率より小さい方が望ましい。本実施例を用いた場合の被処理物4の処理の様子を、酸化膜エッチングを例にして説明する。搬送手段(図示せず)によって被処理物4が処理室2内にある支持台5に搬送される。処理室2にフロロカーボンガス,O2 ,Ar等で構成されるガス3が供給され、内部の圧力が所定値に設定された後、UHF・VHF発生源9よりアンテナ導体12及びシャワープレート電極19に高周波が供給され、プラズマ及びその結果として各種ラジカルが生成される。その後、支持台5には高周波電力が供給され、被処理物にイオン引き込み電圧(バイアス)を発生させ、前記の各種ラジカルとイオンの入射によって酸化膜をエッチングする。この場合、シャワープレート電極19の上に設けられた電界制御空間22内にUHFやVHFが浸透することができるので、シャワープレート電極19の下に発生する電界強度を小さくすることができる。また、例えば誘電体20として石英を用い、電界制御空間の内径をφ100程度、厚さを5t以上にとると、その範囲の電界強度を2/3〜1/2程度に小さくすることになるので、元々凸分布を示す中央部のプラズマ密度分布を平坦にすることができ、結果として絶縁膜のエッチングレートが均一化される。
【0016】
本発明の第2の実施例を図2に示す。プラズマ処理装置に用いられる、アンテナの構成に着目している。図1記載の実施例において、アンテナ導体部12に誘電体20とそれを囲う金属仕切板21とから構成される電界制御空間22を半径方向に複数個配置したことを特徴とする。例えば図Aに示した電界を例にとり、均一化する方法について述べる。便宜状、φ100までをCenter、φ100〜200をMiddle、φ200〜300をEdgeと呼ぶ。今の場合の電界分布は、Center>Edge>Middleの順となっている。φ0〜100(Centerと呼ぶ)に誘電体として5tの石英を充填し、それに加えφ220〜φ300(Edge)の範囲に4t程度の石英を充填する。φ100〜φ200(Middle)には金属リングを配置する。すると、φ0〜100の範囲及びφ200〜300の範囲の電界強度を下げ、φ100〜200の範囲での電界強度に揃えることができるので、φ300の範囲の電界の均一化を図ることができる。ここでは簡便性のため電界制御空間をCenter,Middleの2箇所に配置しているが、Center,Middle,Edgeの3箇所あるいは領域を細分化すれば、それ以上に配置してもよい。また各々に配置する誘電体の厚さdや比誘電率εrには任意の組合せがあるが、電界強度を下げたい箇所での、誘電体のεr/dの値を他より小さくすればよい。その箇所を変えてもよい。
【0017】
本発明の第3の実施例を図3に示す。アンテナ導体とシャワープレート電極の間に、アンテナ導体部と電気的に接触する第2の金属リング23を配置したことを特徴とする。アンテナ導体の横を通って伝播するUHF,VHFの電界はシャワープレート電極を介してシース部を伝播すると共に、一部は誘電体20と金属仕切板21,第2の金属リング23で構成される電界制御空間22内にも伝播し、誘電体20を囲う金属仕切板21で反射される。誘電体20中を伝播する進行波と反射波とが干渉して定在波を形成する。この波は再び電界制御空間22の下に位置するシャワープレート電極19を介してシース中に供給される。先の電界分布を例にとり、平坦化する例を述べる。誘電体として石英(比誘電率3.8)、シャワープレート電極としてSi(比誘電率11.8)を用いたとすると、誘電体の半径として150mm,厚さ10t程度,第2の金属リングの内径を60〜100mm程度にすると良い。
【0018】
本発明の第4の実施例を図4に示す。プラズマ処理装置に用いられる、アンテナの構成に着目している。図1〜図3記載の実施例において、上記第2の金属リング23より内側に、新たに第2の金属仕切板24をアンテナ導体12と電気的に接触するように配置する。金属仕切板24は、中心部での電界強度を上下するのに用い、この仕切板と上記第2の金属リング23との間の開口部で波を強めたり弱めたりする。前記電界強度分布を例にとって、平坦化する例を述べる。まず、Centerを弱めるために第2の金属仕切板24の内径は、50mm程度とする。
Middle部を強めるために、第2の仕切板と電界制御空間の仕切板との距離を、管内波長の1/4λ:f=450MHz、石英中では88mm程度とする。第2の金属リング23の内径を100mm程度とすると、半径50〜100mmの範囲での電界を強めることができる。このようにすれば、半径150mm以内の電界を比較的均一にでき、プラズマの均一化,エッチングの均一化が図られる。
【0019】
本発明の第5の実施例を図5に示す。プラズマ処理装置に用いられる、アンテナの構成に着目している。図1〜図3記載の実施例において、前記電界制御空間の中心に、第3のディスク状導体25を配置したことを特徴とする。先の電界分布を例にとって説明する。誘電体として石英(比誘電率3.8)を用いたとすると、誘電体の半径として150mm,厚さ10t程度,第3のディスク状導体25の径を50mm程度、第2の金属リング23の内径を80〜120mm程度にする。このようにr=50〜100に開口部を作ることで、その部分の電界強度を強くする。電界強度は、開口部の面積、言い換えればディスク状導体25の径と第2の金属リング23の内径を変えるか、もしくは誘電体の誘電率を変えてもよい。また中心の第3のディスク状導体25と第2の金属リング23との高さ(シャワープレート電極からの距離)は変えても良い。
【0020】
本発明の第6の実施例を図6に示す。プラズマ処理装置に用いられる、アンテナの構成に着目している。シャワープレート電極19として、Si,SiCもしくはCで構成される板状部材26を配置する。板状部材26を介してUHFもしくはVHFの高周波を処理室に供給する。誘電率はε=εr−jεiと書け、Siを例にすると、εr=11.8 ,εi〜ωε/η、ここでωは角周波数、ηは抵抗率である。εr≫εiとなるように抵抗率を選べば、UHF等を浸透させることができる。f=450MHzの場合では、η=1〜10Ωcm程度とすれば、誘電体として扱うことができ、また抵抗による熱損失も小さくなる。また、SiはLSIの部材として使われるので、それによる汚染の懸念は無い。Cや
SiCについても、使用ガスがCとFからなるフロロカーボンであるので、好適である。
【0021】
上記のように構成した本発明の実施例においては、UHFもしくはVHFを処理室に導入するアンテナ部について、アンテナ導体と誘電体及び仕切板,金属ディスクから構成される電界制御空間を設け、1)仕切板,金属ディスクの位置を調整することで、所望の位置の電界強度を変化させて、均一化させる。2)シャワープレート電極に発生する電界強度を下げることによって、ガス導入口に発生する異常放電を低減する。この電界制御手段と磁場発生手段の組み合わせによって、圧力やガス種,パワー等のプロセスパラメータの変化に対応して、プラズマ分布を制御することが可能となる。
【0022】
【発明の効果】
本発明によれば、VHFもしくはUHF帯の高周波と磁場とを用いてプラズマを生成する方式において、広いパラメータ領域で、異常放電のない、高密度,高均一のプラズマを実現するプラズマ処理装置が提供できる。その結果、高処理速度,大口径ウエハの均一加工が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例によるプラズマ処理装置を説明する図である。
【図2】本発明に用いられるアンテナ構成についての第2の実施例を説明する図である。
【図3】本発明に用いられるアンテナ構成についての第3の実施例を説明する図である。
【図4】本発明に用いられるアンテナ構成についての第4の実施例を説明する図である。
【図5】本発明に用いられる高周波の放射口についての第5の実施例を説明する図である。
【図6】本発明に用いられる高周波の放射口についての第6の実施例を説明する図である。
【図7】比較例でのUHF電界分布を示す図である。
【図8】比較例と本発明の電界分布比較を示す図である。
【図9】本発明の第1の実施例の作用を示す図である。
【図10】本発明の第1の実施例の効果を示す図である。
【符号の説明】
1…真空容器、2…処理室、3…ガス、4…被処理物、5…支持台(電極)、6…排気系、7…サセプタ、8…フォーカスリング、9…UHF・VHF発生源、10…整合器、11…伝送線路、12…アンテナ導体、13…導体壁(導波路)、14,20…誘電体、15…高周波導入手段(放射口)、16…RF発生源、17…磁場形成手段、18…バッフル板、19…シャワープレート電極、19a…ガス穴、19b,26…板状部材(Si,SiC,C)、21…金属仕切板、22…電界制御空間、23…第2の金属リング、24…第2の金属仕切板、25…第3のディスク状導体。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma processing apparatus that processes an object to be processed using plasma.
[0002]
[Prior art]
When processing an object to be processed, particularly an insulating film, using plasma, for example, a parallel plate type plasma processing apparatus that applies two different RFs to opposing electrodes (conventional technique 1, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 8-339984). Is used. In such an apparatus, the upper electrode and the lower electrode are disposed so as to face each other vertically in the processing chamber, and high frequency power is supplied to at least one of the electrodes to ionize and dissociate the processing gas introduced into the processing chamber. The wafer is processed using the ions and radicals generated in this way. The upper electrode is provided with a cooling plate made of aluminum and a refrigerant circulation path, and there is a diffusion member for introducing gas into the processing chamber, and a baffle plate for distributing the gas is provided therein. A plasma processing apparatus having a permanent magnet on the back surface of the RF electrode and arranging the permanent magnet in a ring shape is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-28896 (Prior Art 2). Further, a plasma processing apparatus in which a planar antenna member is provided so as to face an electrode on which an object is placed, a μ wave is supplied to the antenna member, and a slit opening is provided on the front surface of the planar antenna member is disclosed in JP-A-9 -63793 (prior art 3). Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-134995 describes a parallel plate type UHF-plasma device in which high frequency waves in the UHF band are supplied to a disk-shaped antenna by a coaxial cable, and the antenna diameter is set to a predetermined value n / 2 · λ ( A plasma processing apparatus set to n: integer) is disclosed (prior art 4).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the prior art 1, as the operating frequency is increased, the high frequency penetrates between the upper electrode and the metallic cooling plate or between the discharge port (gas blowing port). Since the penetration thickness is very thin (1 mm or less), a high electric field is generated in the meantime, and so-called abnormal discharge is likely to occur. Once an abnormal discharge occurs, the diameter of the blowout hole expands, and plasma is generated inside this time, causing the generation of foreign matter, or the upper electrode is scraped and the desired performance cannot be maintained. For this reason, since it is difficult to increase the density by high frequency, there is a problem that the processing speed (etching rate) cannot be increased.
[0004]
In Prior
[0005]
In
[0006]
In
[0007]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus that realizes high-density, high-uniform and stable plasma without abnormal discharge in a wide parameter region in a system for generating plasma using a high-frequency and magnetic field in the VHF band or UHF band. Is to provide.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, the present invention provides a vacuum vessel, a processing chamber inside the vacuum vessel to which a gas is supplied, a support electrode provided in the processing chamber and supporting a processing object, A high frequency introduction means comprising a disk-shaped antenna for supplying a high frequency in the UHF or VHF band to the processing chamber, a radiation port composed of an insulator disposed beside the antenna, and a magnetic field forming means for forming a magnetic field in the processing chamber. And a shower plate electrode for introducing gas into the processing chamber, and in the antenna portion composed of the shower plate electrode and the disk-shaped antenna, a space made of a dielectric and a metal surrounding the antenna conductor portion ( (Referred to as an electric field control space). In this case, it is preferable that the dielectric constant of the dielectric used in the electric field control space is smaller than the dielectric constant of the member constituting the shower plate electrode.
[0009]
The antenna unit may be provided with a plurality of electric field control spaces made of a dielectric and a metal surrounding the dielectric. In this case, considering the symmetry in the circumferential direction, the electric field control space is preferably formed on concentric circles.
[0010]
A second ring-shaped metal that is in electrical contact with the antenna conductor portion is disposed between the antenna conductor and the shower plate in the electric field control space, and the electric field distribution is controlled by the diameter of the ring.
[0011]
Furthermore, a metal rod that is in electrical contact with the antenna conductor and a third disk-shaped conductor that is in electrical contact with the metal rod may be disposed at the center of the antenna. As a shower plate for supplying gas, a plate-like member made of Si, SiC, or C may be arranged, and a plasma apparatus for supplying a high frequency in the UHF or VHF band to the processing chamber via the plate-like member may be used.
[0012]
The state of the electric field distribution when a high frequency in the UHF band (f = 450 MHz) is introduced into the processing chamber will be described with reference to FIG. The high frequency supplied by the coaxial cable propagates in the coaxial mode between the antenna conductor and the outer conductor, and is supplied to the processing chamber through the dielectric next to the antenna. At the same time, it is supplied to the processing chamber through the shower plate electrode under the antenna conductor. Since the plasma density is usually higher than the cut-off density n = 2.5 × 10 15 m −3 for UHF: f = 450 MHz, it cannot propagate in the UHF wave plasma and propagates through the sheath formed between the electrode and the plasma. To do. Since the sheath is about 1 to several mm, the inside of the sheath has a high electric field. The shower plate electrode may be composed of Si, SiC, etc. In this case, UHF also penetrates into Si and SiC, so that this portion is also exposed to a high electric field. On the other hand, as in the prior art 1, it is also a gas outlet. For this reason, since the gas is exposed to a high electric field, plasma is generated there, and further accelerated by the electrode potential, so that ions enter the inside. As a result, abnormal discharge occurs inside, and it is considered that foreign matter is generated or damaged from the shower plate.
[0013]
Here, if an electric field control space surrounded by the dielectric and metal is provided on the shower plate, UHF propagates there. FIG. 8 shows the electric field distribution in the sheath when a disk-shaped dielectric having a radius r = 50 mm is embedded in the antenna conductor as the electric field control space. In addition to the effect of reducing the electric field due to the inclusion of the dielectric, the distance between the antenna conductor and the plasma is effectively increased, so the electric field strength is reduced. In addition, when the electric field control space is not provided, the electric field in the sheath has a convex shape in the form of a Bessel function to J 0 (r). Can be changed locally. As a result, a uniform electric field is realized. Also, as shown in the figure, the UHF electric field clearly shows antinodes and nodes, but the electric field distribution can be relaxed by providing a plurality of electric field control spaces at the antinodes of the electric field in the radial direction. , Improve the radial uniformity. In addition, when the antenna is provided with a second metal ring positioned between the conductor and the shower plate, the waves appearing in the sheath propagate through the electric field control space as schematically shown in FIG. Thus, the wave reflected by the metal enclosure and the wave propagating through the shower plate electrode are superimposed. The electric field appearing in the sheath is controlled by changing the distribution and intensity of the wave (standing wave) propagating in the electric field control space by changing the diameter of the metal ring. Conversely, by providing a disk-shaped antenna at the center and providing an opening at the periphery, the strength of the electric field at that portion can be increased or decreased. The use of a metal having good thermal conductivity is preferable from the viewpoint of controlling (cooling) the temperature of the antenna and the shower plate, rather than a structure in contact with the shower plate via an insulator. Further, Si, SiC or C is desirable as a member of the shower plate electrode from the viewpoint of reducing foreign matters and metal contamination in the processing chamber and removing excess F generated from the fluorocarbon.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The miniaturization and high integration of ULSI elements are rapidly progressing, and accordingly, the precision of etching technology and the large diameter are required. In particular, insulating film etching that processes oxide films and low-dielectric-constant insulating films needs to cope with the diversification of processed film types along with the complexity of device structures and the reduction in processing width. There is a demand for a high selectivity and vertical machining shape for Si 3 N 4 . However, when an attempt is made to obtain a high selectivity with respect to the base or resist, an “etch stop” or RIE-lag in which the etching reaction stops in the middle is likely to occur, and both high aspect vertical processing and high selectivity can be achieved. It is getting more and more difficult. In the insulating film etching, fluorocarbon gas containing carbon and fluorine is used, and an etching reaction proceeds by film deposition of fluorocarbon radicals (CxFy) decomposed by plasma and ion incidence. The selection ratio is manifested by the difference in film thickness and composition of the fluorocarbon film deposited on the oxide film, resist, and Si 3 N 4 . It is considered that a higher selectivity ratio is obtained when the density ratio CxFy / F of the fluorocarbon radical and the F radical is higher. On the other hand, when the amount of CxFy or the ratio of carbon increases, the etching reaction may stop. The composition of fluorocarbon radicals is governed not only by plasma density and electron temperature, but also by chemical reaction and recycling at the chamber wall. Moreover, the reaction product and its dissociated substance inhibit the etching. Therefore, in oxide film etching, it is necessary to control the density and temperature of plasma that governs dissociation of radicals and reaction products, and distribution control is necessary for large-diameter uniform processing. Further, in order to achieve a high throughput, that is, a high etching rate, it is essential to increase the density of plasma. Embodiments of the present invention for realizing these will be described below using reference examples and examples.
[0015]
A first embodiment of the present invention is shown in FIG. A
[0016]
A second embodiment of the present invention is shown in FIG. We focus on the structure of the antenna used in the plasma processing apparatus. The embodiment shown in FIG. 1 is characterized in that a plurality of electric
[0017]
A third embodiment of the present invention is shown in FIG. A
[0018]
A fourth embodiment of the present invention is shown in FIG. We focus on the structure of the antenna used in the plasma processing apparatus. In the embodiment shown in FIGS. 1 to 3, a second
In order to strengthen the middle portion, the distance between the second partition plate and the partition plate in the electric field control space is set to 1 / 4λ of the guide wavelength: f = 450 MHz, and about 88 mm in quartz. When the inner diameter of the
[0019]
A fifth embodiment of the present invention is shown in FIG. We focus on the structure of the antenna used in the plasma processing apparatus. The embodiment shown in FIGS. 1 to 3 is characterized in that a third disk-shaped
[0020]
A sixth embodiment of the present invention is shown in FIG. We focus on the structure of the antenna used in the plasma processing apparatus. A plate-
[0021]
In the embodiment of the present invention configured as described above, an electric field control space composed of an antenna conductor, a dielectric, a partition plate, and a metal disk is provided for the antenna portion for introducing UHF or VHF into the processing chamber. By adjusting the position of the partition plate and the metal disk, the electric field intensity at a desired position is changed and uniformized. 2) The abnormal discharge generated at the gas inlet is reduced by lowering the electric field strength generated at the shower plate electrode. The combination of the electric field control means and the magnetic field generation means makes it possible to control the plasma distribution in response to changes in process parameters such as pressure, gas type, and power.
[0022]
【The invention's effect】
According to the present invention, there is provided a plasma processing apparatus that realizes high-density, high-uniform plasma without abnormal discharge in a wide parameter region in a method of generating plasma using a high-frequency and magnetic field in the VHF or UHF band. it can. As a result, high processing speed and uniform processing of large-diameter wafers are realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a plasma processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining a second embodiment of the antenna configuration used in the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining a third embodiment of the antenna configuration used in the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining a fourth embodiment of the antenna configuration used in the present invention.
FIG. 5 is a diagram for explaining a fifth embodiment of the high-frequency radiation port used in the present invention.
FIG. 6 is a diagram for explaining a sixth embodiment of the high-frequency radiation port used in the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a UHF electric field distribution in a comparative example.
FIG. 8 is a diagram showing an electric field distribution comparison between a comparative example and the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing the operation of the first exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing the effect of the first exemplary embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vacuum container, 2 ... Processing chamber, 3 ... Gas, 4 ... To-be-processed object, 5 ... Support stand (electrode), 6 ... Exhaust system, 7 ... Susceptor, 8 ... Focus ring, 9 ... UHF * VHF generation source, DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Matching device, 11 ... Transmission line, 12 ... Antenna conductor, 13 ... Conductor wall (waveguide), 14, 20 ... Dielectric, 15 ... High frequency introduction means (radiation port), 16 ... RF generation source, 17 ... Magnetic field Forming means, 18 ... baffle plate, 19 ... shower plate electrode, 19a ... gas hole, 19b, 26 ... plate member (Si, SiC, C), 21 ... metal partition plate, 22 ... electric field control space, 23 ... second Metal ring, 24 ... second metal partition plate, 25 ... third disk-shaped conductor.
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