JP4135173B2 - Plasma processing apparatus and plasma processing method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマ処理装置に関し、特に、半導体ウエハ等の被処理基板にエッチング等のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、半導体装置の製造分野においては、処理室内にプラズマを発生させ、このプラズマを処理室内に配置した被処理基板例えば半導体ウエハ等に作用させて、所定の処理、例えば、エッチング、成膜等を行うプラズマ処理装置が知られている。
【0003】
このようなプラズマ処理装置において、良好な処理を行うためには、プラズマの状態を、プラズマ処理に適した良好な状態に維持する必要があり、このため、従来からプラズマを制御するための磁場を形成する磁場形成機構を具備したプラズマ処理装置が用いられている。
【0004】
磁場形成機構としては、被処理面を上方に向けて水平に配置した半導体ウエハ等の被処理基板に対し、その周囲を囲むようにN及びSの磁極が交互に隣接するように配列し、半導体ウエハの上方には磁場を形成せず、ウエハの周囲を囲むようにマルチポール磁場を形成するマルチポール型のものが知られている。マルチポールの極数は4以上の偶数であり、好ましくは8から32の間でウエハ周囲の磁場強度が処理条件に合うように極数が選ばれる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このように、処理室内の半導体ウエハ等の被処理基板の周囲に、所定のマルチポール磁場を形成し、このマルチポール磁場によってプラズマの状態を制御しつつ、エッチング処理等のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置は公知である。しかしながら、本発明者等の研究によれば、プラズマ処理、例えば、プラズマエッチング等においては、マルチポール磁場の強度によりエッチング速度の面内均一性が変化することが判明した。
【0006】
ここで、上述した磁場形成機構が、電磁石から構成されたものであれば、磁場の形成及び消滅等の制御は容易に行うことができる。しかし、電磁石を用いると消費電力が増大するという問題が生じるため、多くの装置では永久磁石を用いるのが一般的である。しかし、永久磁石を用いる場合、磁場を“形成する”或いは“形成しない”等の制御は、磁場形成手段自体を装置に取付けたり或いは装置から取外したりする必要があった。このため、磁場形成手段の着脱に大掛かりな装置を必要とするため作業に長時間を要するという問題があり、従って、半導体処理全体の作業効率を低下させるという問題があった。
【0007】
本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたものであり、プラズマ処理プロセスの種類に応じて適切なマルチポール磁場の状態に制御、設定することができ、良好な半導体処理を簡単且つ容易に行うことを可能にしたプラズマ処理装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被処理基板を収容する処理室と、該処理室内に設けられて前記被処理基板に所定のプラズマ処理を施すためのプラズマを発生させる機構と、永久磁石からなる磁石セグメントを複数個配列し、前記処理室外に設けられて前記処理室内の前記被処理基板の周囲に所定のマルチポール磁場を形成する磁場形成機構とを備えたプラズマ処理装置であって、前記磁場形成機構と前記処理室との間に導電体のリングを配置し、該導電体のリングが該リングの垂直中心軸の回りに回転可能であることを特徴とする。更に、本発明は、前記導電体のリングの回転数を変化させてマルチポール磁場の強度を制御可能とするものであり、更にまた、本発明に係るプラズマ処理装置では、前記被処理基板にプラズマを作用させてエッチング処理を施すことを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る実施の形態を説明する。
【0010】
図1は、本発明に係る実施の形態を、半導体ウエハのエッチングを行うプラズマエッチング装置に適用した場合の構成を模式的に示したものである。同図において、符号1は材質が例えばアルミニウム等からなる円筒状の真空チャンバであり、プラズマ処理室を構成する。この真空チャンバ1は小径の上部1aと大径の下部1bからなる段付きの円筒形状となっており接地電位に接続されている。また、真空チャンバ1の内部には、被処理基板としての半導体ウエハWを、その被処理面を上側に向けて略水平に支持する支持テーブル(サセプタ)2が設けられている。
【0011】
この支持テーブル2は例えばアルミニウム等の材質で構成されており、セラミックなどの絶縁板3を介して導体の支持台4で支持されている。また支持テーブル2の上方の外周には導電性材料または絶縁性材料で形成されたフォーカスリング5が設けられている。
【0012】
支持テーブル2の半導体ウエハWの載置面には半導体ウエハWを静電吸着するための静電チャック6が設けられている。この静電チャック6は絶縁体6bの間に電極6aを配置して構成されており、電極6aには直流電源13が接続されている。電極6aに電源13から電圧を印加することにより、半導体ウエハWを支持テーブル2にクーロン力によって吸着させる。
【0013】
さらに、支持テーブル2には冷媒を循環させるための冷媒流路(図示せず)と、冷媒からの冷熱を効率よく半導体ウエハWに伝達するために、半導体ウエハWの裏面にHeガスを供給するガス導入機構(図示せず)とが設けられ、半導体ウエハWを所望の温度に制御できるようになっている。
【0014】
上記支持テーブル2と支持台4はボールねじ7を含むポールねじ機構により昇降可能となっており、支持台4の下方の駆動部分はステンレス鋼(SUS)製のベローズ8で覆われ、ベローズ8の外側にはベローズカバー9が設けられている。
【0015】
支持テーブル2のほぼ中央には高周波電力を供給するための給電線12が接続している。この給電線12にはマッチングボックス11及び高周波電源10が接続されている。高周波電源10からは13.56〜150MHz(好ましくは13.56〜100MHz)の範囲内の高周波電力、例えば100MHzの高周波電力が支持テーブル2に供給される。
【0016】
また、エッチングレートを高くするためには、プラズマ生成用の高周波とプラズマ中のイオンを引き込むための高周波とを重畳させることが好ましく、イオン引き込み(バイアス電圧制御)用の高周波電源(図示せず)としては周波数が500KHz〜13.56MHzの範囲のものが用いられる。なお、この周波数はエッチング対象がシリコン酸化膜の場合は3.2MHz、ポリシリコン膜や有機材料膜の場合は13.56MHzが好ましい。
【0017】
さらに、フォーカスリング5の外側にはバッフル板14が設けられている。バッフル板14は、支持台4及びベローズ8を介して、真空チャンバ1と電気的に導通している。一方、支持テーブル2の上方の真空チャンバ1の天壁部分には、シャワーヘッド16が、支持テーブル2と平行に対向するように設けられており、このシャワーヘッド16は接地されている。したがって、これらの支持テーブル2およびシャワーヘッド16は、一対の電極として機能する。
【0018】
シャワーヘッド16には多数のガス吐出孔18が設けられており、シャワーヘッド16の上部にガス導入部16aが設けられている。シャワーヘッド16と真空チャンバ1の天壁のあいだにはガス拡散用空隙17が形成されている。ガス導入部16aにはガス供給配管15aが接続しており、このガス供給配管15aの他端には、エッチング用の反応ガス及び希釈ガス等からなる処理ガスを供給する処理ガス供給系15が接続している。
【0019】
反応ガスとしては、例えば、ハロゲン系(フッ素系、塩素系)或いは水素系のガス等を用いることができ、希釈ガスとしては、Arガス、Heガス等の通常この分野で用いられるガスを用いることができる。このような処理ガスが、処理ガス供給系15からガス供給配管15a、ガス導入部16aを介してシャワーヘッド16上部のガス拡散用空隙17に至り、ガス吐出孔18から吐出され、半導体ウエハWに形成された膜のエッチングに供給される。
【0020】
真空チャンバ1の下部1bの側壁には、排気ポート19が形成されており、この排気ポート19には排気系20が接続している。この排気系20に設けられた真空ポンプを作動させることにより真空チャンバ1内を所定の真空度にまで減圧することができる。さらに、真空チャンバ1の下部1bの側壁上側には、半導体ウエハWの搬入出口を開閉するゲートバルブ24が設けられている。
【0021】
一方、真空チャンバ1の上部1aの外側周囲には、環状の磁場形成機構(リング磁石)21が真空チャンバ1と同心状に配置されており、支持テーブル2とシャワーヘッド16との間の処理空間の周囲に磁場を形成するようになっている。この磁場形成機構21は、回転機構25によって、その全体が、真空チャンバ1の回りを所定の回転速度好ましくは10〜20rpmで回転可能である。
【0022】
磁場形成機構21は、図2に示すように、支持部材(図示せず)により支持された複数の磁石セグメント22(図2の場合は16個)を主要構成要素とし、この複数の磁石セグメント22を、真空チャンバ1側に向く磁極がS,N,S,N,…となるように配置している。セグメント磁石22の外周は磁気効率を上げるために磁性体(例えば鉄)のリング23で囲まれていることが好ましい。
【0023】
すなわち、磁場形成機構21において、図2に示す状態では、隣り合う磁石セグメント22の磁石の向きが径方向で互いに逆向きになるように配置されている。従って、チャンバ1内には磁力線が図示のように隣接する磁石セグメント22間に形成され、処理空間の周辺部、即ち真空チャンバ1の内壁近傍では例えば0.02〜0.2T(200〜2000G)、好ましくは0.03〜0.045T(300〜450G)の磁場が形成され、半導体ウエハWの中心部はマルチポール磁場が弱く形成されている。
【0024】
なお、このように磁場の強度範囲が規定されるのは、磁場強度が強すぎると磁束洩れの原因となる場合があり、弱すぎるとプラスズマ閉じ込めによる効果が得られなくなる場合があるためである。従って、このような数値は、装置の構造(材料)によって決まる一例であって、必ずしもこの数値範囲に限定されるものではない。
【0025】
また、上述した半導体ウエハWの中心部における磁場が弱いとは、本来ゼロT(テスラ)であることが望ましいが、半導体ウエハWの配置部分にエッチング処理に影響を与える磁場が形成されず、実質的にウエハ処理に影響を及ぼさない値であればよい。図2に示す状態では、ウエハ周辺部に例えば磁束密度420μT(4.2G)以下の磁場が印加されており、これによりプラズマを閉じ込める機能が発揮される。
【0026】
さらに、本実施の形態においては、上記磁場形成機構21と真空チャンバ1の間にアルミニウム等でできた非磁性体の導電体リング26を配置し、回転機構27によりこの導電体リング26を所定の回転数(好ましくは30〜300rpm)で回転できるようになっている。ここでいう回転数とは上記磁場形成機構21との相対的な速度をいう。
【0027】
導電体リング26が回転すると、磁場形成機構21からの磁束が導電体リング26を鎖交することにより導電体リング内部に磁束が通るのを妨げるように渦電流が発生し、この結果、導電体リング26の内側の磁場強度は導電体リング26の回転数に応じて弱められる。
【0028】
つまり、導電体リング26の回転数を変化させればチャンバ1内の磁場強度を制御できる。図3は縦軸を磁場強度、横軸を真空チャンバ1内に配置した半導体ウエハWの中心からの距離とし、導電体リング26が回転していない場合のチャンバ1内の磁場強度0.033T(330G)から、導電体リング26の回転数を200rpmに上げて0.017T(170G)とした状態までを示している。
【0029】
このように、本実施の形態においては、導電体リング26の回転数を制御することによって、真空チャンバ1内の半導体ウエハWの周囲にマルチポール磁場を形成する状態と、真空チャンバ1内の半導体ウエハWの周囲に実質的にマルチポール磁場を非常に弱くした状態(好ましくは約半分程度)にまで設定できるよう構成されている。
【0030】
したがって、例えば、上述したシリコン酸化膜等のエッチングを行う場合は、真空チャンバ1内の半導体ウエハWの周囲にマルチポール磁場を形成してエッチングを行い、これによって半導体ウエハWの面内のエッチングレートの均一性を向上させることができる。一方、上述した有機系の低誘電率膜(Low−K)等のエッチングを行う場合は、真空チャンバ1内の半導体ウエハWの周囲にマルチポール磁場を実質的に形成しないで(弱めて)エッチングを行い、これによって半導体ウエハWの面内のエッチングレートの均一性を向上させることができる。
【0031】
図4〜図6は、縦軸をエッチングレート(エッチング速度)とし、横軸を半導体ウエハの中心からの距離として、半導体ウエハW面内のエッチングレートの均一性を調べた結果を示す。図4〜図6の各図において、曲線Aは真空チャンバ1内に0.03T(300G)のマルチポール磁場を形成した場合、曲線Bは真空チャンバ1内に0.08T(800G)のマルチポール磁場を形成した場合示している。
【0032】
図4はC4F8ガスでシリコン酸化膜をエッチングした場合、図5はCF4ガスでシリコン酸化膜をエッチングした場合、図6はN2とH2を含む混合ガスで有機系低誘電率膜(Low−K)をエッチングした場合を示している。図4及び図5に示すように、C4F8やCF4ガス等のCとFを含むガスでシリコン酸化膜をエッチングする場合は、真空チャンバ1内にマルチポール磁場を弱い状態でエッチングを行った方が、エッチングレートの面内均一性を向上させることができることが判る。また、図6に示すように、N2とH2を含む混合ガスで有機系低誘電率膜(Low−K)をエッチングした場合は、真空チャンバ1内にマルチポール磁場が弱い状態でエッチングを行った方が、エッチングレートの面内均一性を向上させることができることが判る。
【0033】
以上のとおり、本実施の形態においては、導電体リング26を回転させることにより、真空チャンバ1内のマルチポール磁場の状態を容易に制御することができ、実施するプロセスによって、最適なマルチポール磁場の状態で良好な処理を行うことができる。
【0034】
尚、導電体リング26の材質はアルミニウムに限定されるものでなく、導電率の良好な非磁性体、例えば、銅或いは真鍮などでも構わない。リングの厚みは、渦電流が十分発生して機械的な強度が十分に得られる寸法であって、例えば、5〜20mm程度とすればよい。
【0035】
次に、上述のように構成されたプラズマエッチング装置における処理について説明する。
【0036】
先ず、ゲートバルブ24を開放し、このゲートバルブ24に隣接して配置したロードロック室を介して搬送機構(共に図示せず)により半導体ウエハWを真空チャンバ1内に搬入し、予め所定の位置に下降されている支持テーブル2上に載置する。次いで、直流電源13から静電チャック6の電極6aに所定の電圧を印加すると、半導体ウエハWはクーロン力により支持テーブル2に吸着される。
【0037】
その後、搬送機構を真空チャンバ1の外部に退避させた後、ゲートバルブ24を閉じて支持テーブル2を図1に示す位置まで上昇させると共に、排気系20の真空ポンプにより排気ポート19介して真空チャンバ1の内部を排気する。
【0038】
真空チャンバ1の内部が所定の真空度になった後、真空チャンバ1内に処理ガス供給系15から所定の処理ガスを、例えば100〜1000sccmの流量で導入し、真空チャンバ1内を所定の圧力、例えば1.33〜133 Pa(10〜1000 mTorr)、好ましくは2.67〜26.7 Pa(20〜200 mTorr)程度に保持する。
【0039】
この状態で高周波電源10から、支持テーブル2に、周波数が13.56〜150MHz、例えば100MHz、電力が100〜3000Wの高周波電力を供給する。この場合に、上述のようにして下部電極である支持テーブル2に高周波電力を印加することにより、上部電極であるシャワーヘッド16と下部電極である支持テーブル2との間の処理空間には高周波電界が形成され、これにより処理空間に供給された処理ガスがプラズマ化されて、そのプラズマにより半導体ウエハW上の所定の膜がエッチングされる。
【0040】
この時、上述したように、導電体リング26の回転をゼロ或いは所定の回転数(例えば30〜300rpm)で回転させ、真空チャンバ1内に所定の強度のマルチポール磁場を形成、若しくは、実質的に真空チャンバ1内にマルチポール磁場を略半分にした状態に設定する。
【0041】
なお、マルチポール磁場を形成すると、真空チャンバ1の側壁部(デポシールド)の磁極に対応する部分(例えば図2のPで示す部分)が局部的に削られる現象が生じるおそれがある。これに対して、モータ等の駆動源を備えた回転機構25により、磁場形成機構21を真空チャンバ1の周囲で回転させることにより、真空チャンバ1の壁部に対して磁極が移動するため、真空チャンバ1の壁部が局部的に削られることを防止することができる。
【0042】
所定のエッチング処理を実行すると、高周波電源10から高周波電力の供給を停止して、エッチング処理を停止した後、上述した手順とは逆の手順で半導体ウエハWを真空チャンバ1から外部に搬出する。
【0043】
なお、上述の実施の形態においては、本発明を半導体ウエハのエッチングを行うエッチング装置に適用した場合について説明したが、本発明はこのような場合に限定されるものではない。例えば、本発明は、半導体ウエハ以外の基板を処理する装置に応用可能であり、更には、エッチング以外のプラズマ処理、例えばCVD等の成膜処理装置にも適用することができる。
【0044】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、プラズマ処理プロセスの種類に応じて適切なマルチポール磁場の状態を容易に制御、設定することができ、良好なプラズマ処理を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用されるプラズマ処理装置の概略を示す図。
【図2】本発明の実施の形態を更に詳しく説明するための概略図。
【図3】図1及び図2に示した導電体リングの回転とチャンバ内の磁場強度の関係を示す図。
【図4】本発明の実施の形態によるエッチング速度の半導体ウエハの面内分布と磁場との関係の一例を示す図。
【図5】本発明の実施の形態によるエッチング速度の半導体ウエハの面内分布と磁場との関係の一例を示す図。
【図6】本発明の形態によるエッチング速度の半導体ウエハの面内分布と磁場との関係の一例を示す図。
【符号の鋭明】
1…真空チャンバ、2…支持テーブル、3…絶縁板、4…支持台、5…フォーカスリング、6……静電チャック、7…ボールねじ、8…ベローズ、9…ベローズカバー、10…高周波電源、11…マッチングボックス、12…給電線、13…直流電源、14…バッフル板、15…処理ガス供給系、16…シャワーヘッド、17…ガス拡散用空隙、18…ガス吐出孔、19…排気ポート、20…排気系、21…磁場形成機構、22(22a,22b)…磁石セグメント、24…ゲートバルブ、25…磁場発生機構の回転機構、26…導電体リング、27…導電体リングの回転機構。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma processing apparatus, and more particularly to a plasma processing apparatus and a plasma processing method for performing plasma processing such as etching on a substrate to be processed such as a semiconductor wafer.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in the field of semiconductor device manufacturing, plasma is generated in a processing chamber, and this plasma is applied to a substrate to be processed such as a semiconductor wafer disposed in the processing chamber to perform predetermined processing such as etching or film formation. There is known a plasma processing apparatus for performing the above.
[0003]
In order to perform good processing in such a plasma processing apparatus, it is necessary to maintain the plasma state in a good state suitable for plasma processing. For this reason, a magnetic field for controlling plasma has conventionally been used. A plasma processing apparatus having a magnetic field forming mechanism to be formed is used.
[0004]
As a magnetic field forming mechanism, a substrate to be processed such as a semiconductor wafer disposed horizontally with a processing surface facing upward is arranged so that N and S magnetic poles are alternately adjacent so as to surround the periphery of the semiconductor substrate. A multi-pole type is known in which a magnetic field is not formed above a wafer, but a multi-pole magnetic field is formed so as to surround the periphery of the wafer. The number of poles of the multipole is an even number of 4 or more, and the number of poles is preferably selected between 8 and 32 so that the magnetic field strength around the wafer matches the processing conditions.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In this way, plasma processing is performed in which a predetermined multipole magnetic field is formed around a substrate to be processed such as a semiconductor wafer in the processing chamber, and plasma processing such as etching processing is performed while controlling the plasma state by the multipole magnetic field. The apparatus is known. However, according to studies by the present inventors, it has been found that in plasma processing, for example, plasma etching, the in-plane uniformity of the etching rate changes depending on the strength of the multipole magnetic field.
[0006]
Here, if the above-described magnetic field forming mechanism is composed of an electromagnet, control of formation and extinction of the magnetic field can be easily performed. However, the use of an electromagnet causes a problem of increased power consumption, so that in many devices, a permanent magnet is generally used. However, when a permanent magnet is used, control such as “forming” or “not forming” the magnetic field requires that the magnetic field forming means itself be attached to or removed from the device. For this reason, there is a problem that a large apparatus is required for attaching and detaching the magnetic field forming means, and there is a problem that it takes a long time for the work, and accordingly, there is a problem that the work efficiency of the entire semiconductor processing is lowered.
[0007]
The present invention has been made to solve such a conventional problem, and can be controlled and set to an appropriate multipole magnetic field state according to the type of plasma processing process. It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus that can be performed easily and easily.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes a processing chamber that accommodates a substrate to be processed, a mechanism that is provided in the processing chamber and that generates plasma for performing a predetermined plasma process on the substrate to be processed, and a plurality of magnet segments made of permanent magnets. And a magnetic field forming mechanism provided outside the processing chamber and forming a predetermined multipole magnetic field around the substrate to be processed in the processing chamber, wherein the magnetic field forming mechanism and the processing A ring of conductor is arranged between the chamber and the ring of conductor is rotatable about the vertical central axis of the ring. Furthermore, the present invention makes it possible to control the intensity of the multipole magnetic field by changing the number of rotations of the ring of the conductor. Furthermore, in the plasma processing apparatus according to the present invention, plasma is applied to the substrate to be processed. The etching process is performed by acting.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0010]
FIG. 1 schematically shows a configuration when an embodiment according to the present invention is applied to a plasma etching apparatus for etching a semiconductor wafer. In the figure, reference numeral 1 denotes a cylindrical vacuum chamber made of aluminum, for example, and constitutes a plasma processing chamber. The vacuum chamber 1 has a stepped cylindrical shape composed of a small-diameter upper portion 1a and a large-diameter lower portion 1b, and is connected to a ground potential. A support table (susceptor) 2 is provided inside the vacuum chamber 1 to support a semiconductor wafer W as a substrate to be processed substantially horizontally with its surface to be processed facing upward.
[0011]
The support table 2 is made of a material such as aluminum, and is supported by a conductor support 4 via an insulating plate 3 made of ceramic or the like. A focus ring 5 made of a conductive material or an insulating material is provided on the outer periphery above the support table 2.
[0012]
An electrostatic chuck 6 for electrostatically attracting the semiconductor wafer W is provided on the mounting surface of the semiconductor wafer W of the support table 2. The electrostatic chuck 6 is configured by disposing an electrode 6a between insulators 6b, and a DC power source 13 is connected to the electrode 6a. By applying a voltage from the power source 13 to the electrode 6a, the semiconductor wafer W is attracted to the support table 2 by Coulomb force.
[0013]
Furthermore, a coolant channel (not shown) for circulating the coolant is supplied to the support table 2 and He gas is supplied to the back surface of the semiconductor wafer W in order to efficiently transfer the cold heat from the coolant to the semiconductor wafer W. A gas introduction mechanism (not shown) is provided so that the semiconductor wafer W can be controlled to a desired temperature.
[0014]
The support table 2 and the support table 4 can be moved up and down by a pole screw mechanism including a ball screw 7, and a drive portion below the support table 4 is covered with a stainless steel (SUS) bellows 8. A bellows cover 9 is provided on the outside.
[0015]
A power supply line 12 for supplying high-frequency power is connected to substantially the center of the support table 2. A matching box 11 and a high frequency power source 10 are connected to the feeder line 12. From the high frequency power supply 10, high frequency power in the range of 13.56 to 150 MHz (preferably 13.56 to 100 MHz), for example, 100 MHz, is supplied to the support table 2.
[0016]
In order to increase the etching rate, it is preferable to superimpose a high frequency for plasma generation and a high frequency for drawing ions in the plasma, and a high frequency power source (not shown) for ion drawing (bias voltage control). In this case, those having a frequency in the range of 500 KHz to 13.56 MHz are used. This frequency is preferably 3.2 MHz when the etching target is a silicon oxide film, and 13.56 MHz when a polysilicon film or an organic material film is used.
[0017]
Further, a baffle plate 14 is provided outside the focus ring 5. The baffle plate 14 is electrically connected to the vacuum chamber 1 through the support 4 and the bellows 8. On the other hand, a shower head 16 is provided on the top wall portion of the vacuum chamber 1 above the support table 2 so as to face the support table 2 in parallel, and the shower head 16 is grounded. Accordingly, the support table 2 and the shower head 16 function as a pair of electrodes.
[0018]
A large number of gas discharge holes 18 are provided in the shower head 16, and a gas introduction part 16 a is provided above the shower head 16. A gas diffusion gap 17 is formed between the shower head 16 and the top wall of the vacuum chamber 1. A gas supply pipe 15a is connected to the gas introduction part 16a, and a processing gas supply system 15 for supplying a processing gas composed of a reactive gas for etching and a dilution gas is connected to the other end of the gas supply pipe 15a. is doing.
[0019]
As the reaction gas, for example, a halogen-based (fluorine-based, chlorine-based) or hydrogen-based gas can be used, and as a dilution gas, a gas usually used in this field such as Ar gas, He gas, or the like is used. Can do. Such a processing gas reaches the gas diffusion gap 17 above the shower head 16 from the processing gas supply system 15 through the gas supply pipe 15a and the gas introduction portion 16a, and is discharged from the gas discharge hole 18 to the semiconductor wafer W. It is supplied to the etching of the formed film.
[0020]
An exhaust port 19 is formed on the side wall of the lower portion 1 b of the vacuum chamber 1, and an exhaust system 20 is connected to the exhaust port 19. By operating a vacuum pump provided in the exhaust system 20, the inside of the vacuum chamber 1 can be depressurized to a predetermined degree of vacuum. Further, a gate valve 24 that opens and closes the loading / unloading port of the semiconductor wafer W is provided on the upper side wall of the lower portion 1 b of the vacuum chamber 1.
[0021]
On the other hand, an annular magnetic field forming mechanism (ring magnet) 21 is disposed concentrically with the vacuum chamber 1 around the outside of the upper portion 1 a of the vacuum chamber 1, and a processing space between the support table 2 and the shower head 16. A magnetic field is formed around the. The entire magnetic field forming mechanism 21 can be rotated around the vacuum chamber 1 by a rotation mechanism 25 at a predetermined rotation speed, preferably 10 to 20 rpm.
[0022]
As shown in FIG. 2, the magnetic field forming mechanism 21 includes a plurality of magnet segments 22 (16 in the case of FIG. 2) supported by a support member (not shown) as main components, and the plurality of magnet segments 22. Are arranged such that the magnetic poles facing the vacuum chamber 1 side are S, N, S, N,. The outer periphery of the segment magnet 22 is preferably surrounded by a ring 23 made of a magnetic material (for example, iron) in order to increase the magnetic efficiency.
[0023]
That is, in the state shown in FIG. 2, in the magnetic field formation mechanism 21, it arrange | positions so that the direction of the magnet of the adjacent magnet segment 22 may be mutually opposite in radial direction. Accordingly, magnetic field lines are formed between the adjacent magnet segments 22 in the chamber 1 as shown in the drawing, and are 0.02 to 0.2 T (200 to 2000 G), for example, in the periphery of the processing space, that is, in the vicinity of the inner wall of the vacuum chamber 1. A magnetic field of 0.03 to 0.045 T (300 to 450 G) is formed, and the central portion of the semiconductor wafer W is formed with a weak multipole magnetic field.
[0024]
The reason why the magnetic field strength range is defined in this way is that if the magnetic field strength is too strong, magnetic flux leakage may occur, and if it is too weak, the effect of plasma confinement may not be obtained. Therefore, such a numerical value is an example determined by the structure (material) of the apparatus, and is not necessarily limited to this numerical range.
[0025]
In addition, it is desirable that the magnetic field at the central portion of the semiconductor wafer W described above is weak in nature, but it is desirably zero T (Tesla). However, a magnetic field that affects the etching process is not formed on the portion where the semiconductor wafer W is disposed, so Any value that does not affect the wafer processing can be used. In the state shown in FIG. 2, a magnetic field having a magnetic flux density of 420 μT (4.2 G) or less, for example, is applied to the periphery of the wafer, thereby exhibiting the function of confining plasma.
[0026]
Further, in the present embodiment, a non-magnetic conductor ring 26 made of aluminum or the like is disposed between the magnetic field forming mechanism 21 and the vacuum chamber 1, and the conductor ring 26 is fixed to a predetermined state by the rotating mechanism 27. It can be rotated at a rotational speed (preferably 30 to 300 rpm). The rotational speed here refers to a relative speed with respect to the magnetic field forming mechanism 21.
[0027]
When the conductor ring 26 rotates, an eddy current is generated so as to prevent the magnetic flux from the magnetic field forming mechanism 21 from passing through the conductor ring 26 by interlinking the conductor ring 26. As a result, the conductor The magnetic field strength inside the ring 26 is weakened according to the number of rotations of the conductor ring 26.
[0028]
That is, the magnetic field strength in the chamber 1 can be controlled by changing the rotation speed of the conductor ring 26. In FIG. 3, the vertical axis represents the magnetic field strength, the horizontal axis represents the distance from the center of the semiconductor wafer W disposed in the vacuum chamber 1, and the magnetic field strength 0.033T (330G) in the chamber 1 when the conductor ring 26 is not rotating. ) To the state where the rotational speed of the conductor ring 26 is increased to 200 rpm to 0.017T (170G).
[0029]
Thus, in the present embodiment, by controlling the number of rotations of the conductor ring 26, a state in which a multipole magnetic field is formed around the semiconductor wafer W in the vacuum chamber 1 and the semiconductor in the vacuum chamber 1 are obtained. The multi-pole magnetic field is configured to be substantially weakened around the wafer W (preferably about half).
[0030]
Therefore, for example, when etching the above-described silicon oxide film or the like, etching is performed by forming a multipole magnetic field around the semiconductor wafer W in the vacuum chamber 1, whereby the etching rate within the surface of the semiconductor wafer W is increased. Can improve the uniformity. On the other hand, when the organic low dielectric constant film (Low-K) or the like is etched, the multi-pole magnetic field is not substantially formed (weakened) around the semiconductor wafer W in the vacuum chamber 1. Thus, the uniformity of the etching rate within the surface of the semiconductor wafer W can be improved.
[0031]
4 to 6 show the results of examining the uniformity of the etching rate in the surface of the semiconductor wafer W, where the vertical axis is the etching rate (etching rate) and the horizontal axis is the distance from the center of the semiconductor wafer. 4 to 6, when the curve A forms a 0.03 T (300 G) multipole magnetic field in the vacuum chamber 1, the curve B shows a 0.08 T (800 G) multipole magnetic field in the vacuum chamber 1. Shown if formed.
[0032]
4 shows a case where a silicon oxide film is etched with C 4 F 8 gas, FIG. 5 shows a case where a silicon oxide film is etched with CF 4 gas, and FIG. 6 shows an organic low dielectric constant with a mixed gas containing N 2 and H 2. The case where the film (Low-K) is etched is shown. As shown in FIGS. 4 and 5, when the silicon oxide film is etched with a gas containing C and F, such as C 4 F 8 or CF 4 gas, the etching is performed in the vacuum chamber 1 with a weak multipole magnetic field. It can be seen that the in-plane uniformity of the etching rate can be improved by performing. In addition, as shown in FIG. 6, when an organic low dielectric constant film (Low-K) is etched with a mixed gas containing N 2 and H 2 , etching is performed in a vacuum chamber 1 with a weak multipole magnetic field. It can be seen that the in-plane uniformity of the etching rate can be improved by performing.
[0033]
As described above, in the present embodiment, the state of the multipole magnetic field in the vacuum chamber 1 can be easily controlled by rotating the conductor ring 26, and the optimum multipole magnetic field can be determined depending on the process to be performed. Good processing can be performed in this state.
[0034]
The material of the conductor ring 26 is not limited to aluminum, and may be a nonmagnetic material having good conductivity, such as copper or brass. The thickness of the ring is such a dimension that sufficient eddy current is generated and sufficient mechanical strength is obtained, and it may be, for example, about 5 to 20 mm.
[0035]
Next, processing in the plasma etching apparatus configured as described above will be described.
[0036]
First, the gate valve 24 is opened, and the semiconductor wafer W is loaded into the vacuum chamber 1 by a transfer mechanism (both not shown) through a load lock chamber disposed adjacent to the gate valve 24, and is previously set in a predetermined position. Is placed on the support table 2 that has been lowered. Next, when a predetermined voltage is applied from the DC power supply 13 to the electrode 6a of the electrostatic chuck 6, the semiconductor wafer W is attracted to the support table 2 by Coulomb force.
[0037]
Thereafter, after the transfer mechanism is retracted to the outside of the vacuum chamber 1, the gate valve 24 is closed to raise the support table 2 to the position shown in FIG. 1, and the vacuum chamber is exhausted via the exhaust port 19 by the vacuum pump of the exhaust system 20. 1 is exhausted.
[0038]
After the inside of the vacuum chamber 1 reaches a predetermined degree of vacuum, a predetermined processing gas is introduced into the vacuum chamber 1 from the processing gas supply system 15 at a flow rate of, for example, 100 to 1000 sccm, and the inside of the vacuum chamber 1 has a predetermined pressure. For example, 1.33 to 133 Pa (10 to 1000 mTorr), preferably 2.67 to 26.7 Pa (20 to 200 mTorr).
[0039]
In this state, a high frequency power having a frequency of 13.56 to 150 MHz, for example, 100 MHz and a power of 100 to 3000 W is supplied from the high frequency power supply 10 to the support table 2. In this case, by applying high frequency power to the support table 2 that is the lower electrode as described above, a high frequency electric field is generated in the processing space between the shower head 16 that is the upper electrode and the support table 2 that is the lower electrode. As a result, the processing gas supplied to the processing space is turned into plasma, and a predetermined film on the semiconductor wafer W is etched by the plasma.
[0040]
At this time, as described above, the rotation of the conductor ring 26 is rotated at zero or a predetermined number of rotations (for example, 30 to 300 rpm) to form a multipole magnetic field having a predetermined strength in the vacuum chamber 1 or substantially In the vacuum chamber 1, the multipole magnetic field is set to a substantially half state.
[0041]
When a multipole magnetic field is formed, there is a possibility that a portion corresponding to the magnetic pole of the side wall portion (depot shield) of the vacuum chamber 1 (for example, a portion indicated by P in FIG. 2) is locally scraped. On the other hand, since the magnetic field forming mechanism 21 is rotated around the vacuum chamber 1 by the rotating mechanism 25 having a driving source such as a motor, the magnetic pole moves with respect to the wall portion of the vacuum chamber 1. It is possible to prevent the wall portion of the chamber 1 from being locally cut.
[0042]
When a predetermined etching process is performed, the supply of high-frequency power from the high-frequency power supply 10 is stopped, the etching process is stopped, and then the semiconductor wafer W is unloaded from the vacuum chamber 1 in the reverse procedure to the above-described procedure.
[0043]
In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to an etching apparatus for etching a semiconductor wafer has been described. However, the present invention is not limited to such a case. For example, the present invention can be applied to an apparatus for processing a substrate other than a semiconductor wafer, and can also be applied to a film processing apparatus such as plasma processing other than etching, for example, CVD.
[0044]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the state of an appropriate multipole magnetic field can be easily controlled and set according to the type of plasma processing process, and good plasma processing can be easily performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a plasma processing apparatus to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the embodiment of the present invention in more detail.
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the rotation of the conductor ring shown in FIGS. 1 and 2 and the magnetic field strength in the chamber.
FIG. 4 is a diagram showing an example of the relationship between the in-plane distribution of the semiconductor wafer and the magnetic field at the etching rate according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing an example of the relationship between the in-plane distribution of the semiconductor wafer at the etching rate and the magnetic field according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a view showing an example of the relationship between the in-plane distribution of the semiconductor wafer at the etching rate and the magnetic field according to the embodiment of the present invention.
[Sharpness of sign]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vacuum chamber, 2 ... Support table, 3 ... Insulating plate, 4 ... Support stand, 5 ... Focus ring, 6 ... Electrostatic chuck, 7 ... Ball screw, 8 ... Bellows, 9 ... Bellows cover, 10 ... High frequency power supply DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Matching box, 12 ... Feed line, 13 ... DC power supply, 14 ... Baffle plate, 15 ... Process gas supply system, 16 ... Shower head, 17 ... Gas diffusion space, 18 ... Gas discharge hole, 19 ... Exhaust port , 20 ... exhaust system, 21 ... magnetic field forming mechanism, 22 (22a, 22b) ... magnet segment, 24 ... gate valve, 25 ... rotating mechanism of magnetic field generating mechanism, 26 ... conductor ring, 27 ... rotating mechanism of conductor ring .

Claims (3)

被処理基板を収容する処理室と、該処理室内に設けられて前記被処理基板に所定のプラズマ処理を施すためのプラズマを発生させる機構と、永久磁石からなる磁石セグメントを複数個配列し、前記処理室外に設けられて前記処理室内の前記被処理基板の周囲に所定のマルチポール磁場を形成する磁場形成機構とを備えたプラズマ処理装置であって、
前記磁場形成機構と前記処理室との間に導電体のリングを配置し、該導電体のリングが該リングの中心軸の回りに回転可能であることを特徴とするプラズマ処理装置。
A processing chamber that accommodates a substrate to be processed; a mechanism that is provided in the processing chamber to generate plasma for performing a predetermined plasma treatment on the substrate to be processed; and a plurality of magnet segments made of permanent magnets, A plasma processing apparatus provided with a magnetic field forming mechanism provided outside the processing chamber and forming a predetermined multipole magnetic field around the substrate to be processed in the processing chamber;
A plasma processing apparatus, wherein a ring of a conductor is disposed between the magnetic field forming mechanism and the processing chamber, and the ring of the conductor is rotatable about a central axis of the ring.
請求項1記載のプラズマ処理装置において、前記導電体のリングの回転数は制御可能であることを特徴とするプラズマ処理装置。2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the number of rotations of the conductor ring is controllable. 請求項1又は2記載のプラズマ処理装置を用いて、前記被処理基板にプラズマを作用させてエッチング処理を施すことを特徴とするプラズマ処理方法。A plasma processing method using the plasma processing apparatus according to claim 1 or 2, wherein plasma is applied to the substrate to be processed to perform an etching process.
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