JP4351980B2 - Plasma processing method - Google Patents

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Description

本発明は、プラズマ処理技術に係り、特に内壁に酸化イットリウムを形成した処理室を用いて行うプラズマ処理技術に関する。   The present invention relates to a plasma processing technique, and more particularly to a plasma processing technique performed using a processing chamber in which yttrium oxide is formed on an inner wall.

一般に、プラズマ処理装置の処理室内壁は、プラズマ中のイオンによるスパッタリング、化学的活性種によるエッチング、あるいは反応生成物の堆積などにより、プラズマ処理を繰り返すに従い、削れたり、膜が付着したりする。内壁の削れが著しくなると、プラズマ処理特性に影響を与えるため、内壁部品の交換などメンテナンス作業が必要となる。また内壁に膜が付着する場合、その付着量が多くなると、プラズマ処理特性に影響を与えるほか、やがて膜がはがれて被処理基板表面等に降り積もり、プラズマ処理の品質を損う場合がある。このため内壁に堆積した堆積物を除去する等のメンテナンス作業が必要となる。    In general, a processing chamber wall of a plasma processing apparatus is scraped or a film adheres as the plasma processing is repeated by sputtering with ions in plasma, etching with chemically active species, or deposition of reaction products. If the inner wall is sharpened, the plasma processing characteristics will be affected, so that maintenance work such as replacement of inner wall parts is required. Further, when a film adheres to the inner wall, if the amount of adhesion increases, the plasma processing characteristics may be affected, and the film may eventually peel off and fall on the surface of the substrate to be processed, which may impair the plasma processing quality. For this reason, maintenance work such as removing deposits accumulated on the inner wall is required.

このようなメンテナンス作業は、プラズマ処理装置の稼働率を下げ、生産性を低下させる。また、交換部品も一般に高価な場合が多く、プラズマ処理の処理コストを高める主要因の一つとなっている。このため内壁の削れ、膜堆積の少ない材料や処理方法等が求められている。   Such maintenance work lowers the operating rate of the plasma processing apparatus and reduces productivity. Also, replacement parts are often expensive in general, and this is one of the main factors that increase the processing cost of plasma processing. For this reason, there are demands for materials, processing methods, and the like with less shaving of the inner wall and less film deposition.

こうした中で、酸化イットリウムはイオン衝撃や化学的活性種による削れが少ない材料として注目されており、メンテナンス頻度の低減等、処理の効率化を図る観点からプラズマ処理装置に適用されつつある。   Under these circumstances, yttrium oxide has been attracting attention as a material that is less likely to be scraped by ion bombardment and chemically active species, and is being applied to plasma processing apparatuses from the viewpoint of improving processing efficiency, such as reducing maintenance frequency.

従来のプラズマ処理装置としては、石英窓を介して電磁波を処理室内に投入して、処理室内にプラズマを発生させ、更に被処理基板を載置した基板電極に高周波バイアス電力を印加して、プラズマ中のイオンを被処理基板に引き込むことにより、エッチング処理を行う装置が知られている(たとえば、特許文献1参照)。   As a conventional plasma processing apparatus, an electromagnetic wave is input into a processing chamber through a quartz window, plasma is generated in the processing chamber, and a high-frequency bias power is applied to a substrate electrode on which a substrate to be processed is placed. An apparatus that performs an etching process by drawing ions therein into a substrate to be processed is known (see, for example, Patent Document 1).

この装置においては、基板電極に印加する高周波バイアス電流は被処理基板からプラズマを介して、処理室壁面に流れる。基板電極に印加される高周波電圧は、主に被処理基板とプラズマの界面に形成されるシースと呼ばれる領域に加えられる。このとき、シースの持つ非線型性により直流電圧がシースに生じ、結果的にシースには高周波バイアス電圧と直流電圧が印加されることになる。シースに加えられた電圧により、プラズマ中のイオンは被処理基板方向に加速され、エッチングなどのプラズマ処理品質を高める働きをする。しかし、処理室壁面にもシースが形成されるため、同様に処理室壁面にも加速されたイオンが衝突し、処理室壁面をエッチングしてしまうことになる。
特開2003−163204号公報
In this apparatus, the high frequency bias current applied to the substrate electrode flows from the substrate to be processed to the processing chamber wall surface through plasma. The high-frequency voltage applied to the substrate electrode is applied mainly to a region called a sheath formed at the interface between the substrate to be processed and the plasma. At this time, a DC voltage is generated in the sheath due to the non-linearity of the sheath, and as a result, a high-frequency bias voltage and a DC voltage are applied to the sheath. Due to the voltage applied to the sheath, ions in the plasma are accelerated toward the substrate to be processed, and the plasma processing quality such as etching is improved. However, since a sheath is also formed on the processing chamber wall surface, similarly, accelerated ions collide with the processing chamber wall surface to etch the processing chamber wall surface.
JP 2003-163204 A

前述のように、処理室壁面はプラズマ中のイオン衝撃によるスパッタリングやプラズマ中の化学的活性種によるエッチングにより削られることがある。処理室壁面が削られる場合、この削られた材質がガス化しない場合は被処理基板表面を含む処理室内面等に堆積することになる。これらの堆積物はプラズマ処理品質を低下させるほか、処理室内面の状態を変化させることになり、プラズマ処理特性が変化したり、処理室壁面を構成する部品の寿命を縮める要因ともなる。   As described above, the processing chamber wall surface may be scraped by sputtering due to ion bombardment in plasma or etching by chemically active species in plasma. When the wall surface of the processing chamber is scraped, if the scraped material is not gasified, it is deposited on the surface of the processing chamber including the surface of the substrate to be processed. These deposits not only lower the quality of the plasma processing, but also change the state of the inner surface of the processing chamber, thereby changing the plasma processing characteristics and reducing the life of the parts constituting the processing chamber wall surface.

ところで、酸化イットリウムは比較的化学的に安定で、スパッタリング衝撃にも強い材料である。しかし、エッチング装置などで主要な処理ガスに含まれるハロゲン原子と反応して、その表面に塩化イットリウムやフッ化イットリウム、臭化イットリウム等を生成する。ハロゲン原子を含むプラズマで酸化イットリウムが削られる機構は必ずしも明確でないが、本発明者らは下記の様に推定する。   By the way, yttrium oxide is a material that is relatively chemically stable and resistant to sputtering impact. However, it reacts with halogen atoms contained in the main processing gas in an etching apparatus or the like to produce yttrium chloride, yttrium fluoride, yttrium bromide, or the like on its surface. Although the mechanism by which yttrium oxide is removed by plasma containing halogen atoms is not necessarily clear, the present inventors presume as follows.

(1)ハロゲン原子と酸化イットリウムが反応し、表面にイットリウムのハロゲン化物が生成する。 (1) A halogen atom and yttrium oxide react to form a yttrium halide on the surface.

(2)プラズマ中のイオンによるスパッタリング作用でハロゲン化イットリウムが削られる。 (2) Yttrium halide is shaved by sputtering action of ions in plasma.

生成したイットリウムのハロゲン化物が処理室内壁に付着した場合、これらは化学的に安定であるため、除去の簡便な方法がない点で問題があった。   When the produced yttrium halide adheres to the inner wall of the processing chamber, these are chemically stable, and there is a problem in that there is no simple method for removal.

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、プラズマ処理室内面の酸化イットリウムを被覆した部材の消耗を低減し、長期に渡り安定したプラズマ処理を可能とするものである。   The present invention has been made in view of such problems, and reduces the wear of the member coated with yttrium oxide on the inner surface of the plasma processing chamber, thereby enabling stable plasma processing over a long period of time.

本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。   In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.

内壁のプラズマに触れる部分に酸化イットリウムを形成した真空処理室と、該処理室内にハロゲンを含む処理ガスを供給するガス供給手段と、アンテナを備え第1の高周波電源から処理室内に高周波電力を供給して処理室内にプラズマを生成するプラズマ生成手段と、処理室内に配置され試料を載置する基板電極と、該基板電極に高周波バイアス電圧を供給する第2の高周波電源を備え、一枚または複数枚の試料の処理終了毎に、塩素を含み、フッ素を含まず、シリコン原子またはホウ素原子または炭素原子を含むガス中で処理室内面にプラズマ処理を施し、次いで、酸素を含むガスを処理室に供給して処理室内面にプラズマ処理を施す。 A vacuum processing chamber in which yttrium oxide is formed in a portion of the inner wall that comes into contact with plasma, a gas supply means for supplying a processing gas containing halogen into the processing chamber, and an antenna, which supplies high-frequency power from the first high-frequency power source to the processing chamber And a plasma generating means for generating plasma in the processing chamber, a substrate electrode disposed in the processing chamber on which a sample is placed, and a second high-frequency power source for supplying a high-frequency bias voltage to the substrate electrode. Each time the processing of one sample is completed, plasma treatment is performed on the surface of the processing chamber in a gas containing chlorine, not containing fluorine, and containing silicon atoms, boron atoms, or carbon atoms, and then oxygen-containing gas is put into the processing chamber. The plasma processing is performed on the inside of the processing chamber.

本発明は、以上の構成を備えるため、プラズマ処理室内面の酸化イットリウムを被覆した部材の消耗を低減し、長期に渡り安定したプラズマ処理を可能とすることができる。   Since the present invention has the above-described configuration, it is possible to reduce the wear of the member coated with yttrium oxide on the inner surface of the plasma processing chamber, and to enable stable plasma processing over a long period of time.

以下、最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係るエッチング装置を説明する図である。周波数450MHzのUHF電源(第1の高周波電源)101から出力されたUHF電力は同軸線路102、自動整合機103を介して円板上アンテナ104に伝送される。円板上アンテナ104から放射されたUHF電力は石英窓105、シャワープレート106を介して処理室107内に放射される。処理室107内には被処理基板108を載置するための基板電極109が設けられている。基板電極109には整合機110を介して、バイアス電源(第2の高周波電源)111が接続され、被処理基板108にバイアスを加えることができる。   Hereinafter, the best embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a view for explaining an etching apparatus according to the first embodiment of the present invention. UHF power output from a UHF power source (first high frequency power source) 101 having a frequency of 450 MHz is transmitted to the on-disk antenna 104 via the coaxial line 102 and the automatic matching machine 103. The UHF power radiated from the on-disk antenna 104 is radiated into the processing chamber 107 through the quartz window 105 and the shower plate 106. A substrate electrode 109 for placing the substrate to be processed 108 is provided in the processing chamber 107. A bias power source (second high frequency power source) 111 is connected to the substrate electrode 109 via a matching unit 110, and a bias can be applied to the substrate 108 to be processed.

また処理室107の内面には、酸化イットリウム皮膜で被覆された部材112が設置されている。図示しない処理ガスの供給手段により、塩素、フッ素、臭素等の元素を含むガスを石英窓105とシャワープレート106の間に設けた微少な間隙に供給し、さらにシャワープレート106に設けられた複数の微細なガス供給孔を通して処理室107内にガスをシャワー状に供給する。また、処理室107には図示しない真空排気系が接続され、ガス供給系から供給されるガスの流量とともに処理室内の圧力をエッチング処理に適した所定の圧力に保持することができる。   A member 112 covered with an yttrium oxide film is provided on the inner surface of the processing chamber 107. A processing gas supply means (not shown) supplies a gas containing an element such as chlorine, fluorine, bromine or the like to a minute gap provided between the quartz window 105 and the shower plate 106, and a plurality of the gas provided in the shower plate 106. Gas is supplied into the processing chamber 107 through a fine gas supply hole in the form of a shower. Further, a vacuum exhaust system (not shown) is connected to the processing chamber 107, and the pressure in the processing chamber can be maintained at a predetermined pressure suitable for the etching process together with the flow rate of the gas supplied from the gas supply system.

シャワープレート106に設けた微細なガス供給孔の直径としては0.5mmのものを用いた。しかし、ガス供給孔内での放電を防止する立場からは、ガス供給孔の直径はより小さいことが望ましい。また処理室107の周辺には静磁界発生装置113が設けられ、処理室内に静磁界を生成することができる。この静磁界により、処理室107内に生成されるプラズマの拡散を制御できる。また電子のサイクロトロン運動と投入するUHF電源の周期が一致すると、UHF電力が共鳴的にプラズマに吸収されるECR(電子サイクロトロン共鳴)現象が発生し、プラズマを効率よく発生させることができる。周波数が450MHzの本実施例の場合、ECR現象は0.0166テスラで起きることが知られている。静磁界分布を制御して、ECR条件となる磁場0.0166テスラの場所を制御して、プラズマ発生領域を制御することもできる。またECR現象を起こすことにより、従来のプラズマ発生方法ではプラズマ発生が困難であった例えば0.1Pa以下の低圧でも安定してプラズマを発生し、維持することができる。制御装置114は、第1、第2の高周波電源101,111、静磁界発生装置113、処理ガスの供給手段、図示しない試料の搬入・搬出手段等の装置全体を全体を制御する。   The diameter of the fine gas supply hole provided in the shower plate 106 was 0.5 mm. However, from the standpoint of preventing discharge in the gas supply hole, it is desirable that the diameter of the gas supply hole is smaller. A static magnetic field generator 113 is provided around the processing chamber 107, and can generate a static magnetic field in the processing chamber. This static magnetic field can control the diffusion of plasma generated in the processing chamber 107. Further, when the electron cyclotron motion coincides with the cycle of the UHF power source to be input, an ECR (electron cyclotron resonance) phenomenon occurs in which the UHF power is absorbed into the plasma in a resonant manner, and the plasma can be generated efficiently. In the case of the present embodiment having a frequency of 450 MHz, it is known that the ECR phenomenon occurs at 0.0166 Tesla. It is also possible to control the plasma generation region by controlling the static magnetic field distribution and controlling the location of the magnetic field of 0.0166 Tesla, which is the ECR condition. Further, by causing the ECR phenomenon, plasma can be stably generated and maintained even at a low pressure of, for example, 0.1 Pa or less, which is difficult to generate with the conventional plasma generation method. The controller 114 controls the entire apparatus such as the first and second high-frequency power sources 101 and 111, the static magnetic field generator 113, the processing gas supply unit, and the sample loading / unloading unit (not shown).

被処理基板には前述のようにバイアス電源111によってバイアス電圧が加えられている。バイアス電源の周波数として400kHzのものを用いた。バイアス電源により供給された電力は主に被処理基板108と処理室107内に発生するプラズマの界面に形成されるシース領域で消費されるが、一部は他のシース領域、例えば酸化イットリウム皮膜で被覆された部材112とプラズマの界面で形成されるシース領域で消費される。シース領域に加えられたバイアス電力によりプラズマ中のイオンは加速され、例えば部材112の表面に衝突し、スパッタリング作用で表面を削る。酸化イットリウムの表面がプラズマにさらされて削られる機構は前述のようなものであると推定される。   A bias voltage is applied to the substrate to be processed by the bias power supply 111 as described above. A frequency of 400 kHz was used as the frequency of the bias power source. The electric power supplied from the bias power source is consumed mainly in the sheath region formed at the interface of the plasma generated in the processing target substrate 108 and the processing chamber 107, but a part thereof is other sheath region, for example, yttrium oxide film. It is consumed in the sheath region formed at the interface between the coated member 112 and the plasma. Ions in the plasma are accelerated by the bias power applied to the sheath region, collide with the surface of the member 112, for example, and scrape the surface by sputtering. The mechanism by which the surface of yttrium oxide is scraped by being exposed to plasma is presumed as described above.

本発明者らは、本実施形態に示すエッチング装置を用いて、塩素、フッ素、臭素を含むガスを用いたエッチング処理の長期安定性実験を行った。その結果、長時間のエッチング処理を繰り返すと、わずかではあるが処理室内面に堆積物が検出され、元素分析の結果イットリア(酸化イットリウム)とフッ素が同時に検出された。このことから、本発明者は堆積物の内、イットリウム元素はフッ化イットリウムとして堆積しているものと推定している。   The present inventors conducted long-term stability experiments of etching processing using a gas containing chlorine, fluorine, and bromine using the etching apparatus shown in this embodiment. As a result, when the etching process was repeated for a long time, a slight amount of deposit was detected on the inside of the processing chamber, and as a result of elemental analysis, yttria (yttrium oxide) and fluorine were detected simultaneously. From this, the inventor presumes that the yttrium element is deposited as yttrium fluoride in the deposit.

ハロゲン化イットリウムとして、フッ化イットリウム、塩化イットリウム、臭化イットリウム等があるが、これらの中で塩化イットリウムが比較的スパッタリングされやすいと考えている。また、塩化イットリウムはフッ素と容易に反応してフッ化イットリウムになりやすく、スパッタリングされた塩化イットリウムがその後のフッ素原子を含むプラズマにさらされた場合、塩化イットリウムがフッ化イットリウムに反応するものと推定する。その結果として前述のように堆積物中にフッ化イットリウムが形成されたと推定する。   Examples of the yttrium halide include yttrium fluoride, yttrium chloride, and yttrium bromide. Among these, yttrium chloride is considered to be relatively easily sputtered. Also, yttrium chloride easily reacts with fluorine to become yttrium fluoride, and it is assumed that yttrium chloride reacts with yttrium fluoride when the sputtered yttrium chloride is exposed to a plasma containing fluorine atoms thereafter. To do. As a result, it is estimated that yttrium fluoride was formed in the deposit as described above.

前記実験の結果、処理室内にイットリアを含む堆積物が検出された。処理室内の堆積物は処理特性の変動や、剥離して被処理基板に付着した場合はプラズマ処理品質を低下させるため、これらの堆積物を低減させる方法を検討した。その結果、下記手順で処理を行うことで堆積物を低減できることが分かった。   As a result of the experiment, deposits containing yttria were detected in the processing chamber. In order to reduce the quality of plasma processing when deposits in the processing chamber fluctuate in processing characteristics or peel off and adhere to the substrate to be processed, a method for reducing these deposits was examined. As a result, it was found that deposits can be reduced by performing the treatment according to the following procedure.

(1)被処理基板をフッ素、塩素、臭素等ハロゲンを含むガスでエッチング処理する。 (1) The substrate to be processed is etched with a gas containing halogen such as fluorine, chlorine or bromine.

(2)シリコン基板を基板電極上に導入し、塩素を含み、フッ素を含まないガス系でプラズマを発生させ、エッチング処理する。例えば塩素ガスのみを処理室に導入して、プラズマを生成する。この際、バイアス電力を基板に加えて、シリコン基板を高速でエッチングし、シリコン原子を処理室に放出することが望ましい。 (2) A silicon substrate is introduced onto the substrate electrode, plasma is generated in a gas system containing chlorine and not containing fluorine, and etching is performed. For example, only chlorine gas is introduced into the processing chamber to generate plasma. At this time, it is desirable to apply a bias power to the substrate, etch the silicon substrate at a high speed, and release silicon atoms into the processing chamber.

(3)酸素を含むプラズマを処理室内に生成し、処理室内面をプラズマ処理する。 (3) Oxygen-containing plasma is generated in the processing chamber, and the inside of the processing chamber is plasma-processed.

上記(1)の被処理基板をエッチング処理する過程で処理室内面の酸化イットリウム表面にフッ化イットリウム、塩化イットリウム等のハロゲン化イットリウムが形成される。(2)の過程ではシリコン基板から放出されたシリコン原子が(1)の過程で形成されたフッ化イットリウムからフッ素を引き抜き、フッ化シリコンとして排出させる効果がある。また塩素が同時にプラズマ中から供給され、イットリウムが塩化され、塩化イットリウムに反応する。   In the process of etching the substrate to be processed (1), yttrium halides such as yttrium fluoride and yttrium chloride are formed on the surface of the yttrium oxide inside the processing chamber. In the process (2), silicon atoms released from the silicon substrate have an effect of extracting fluorine from the yttrium fluoride formed in the process (1) and discharging it as silicon fluoride. Chlorine is simultaneously supplied from the plasma, yttrium is salified, and reacts with yttrium chloride.

フッ化イットリウムからフッ素を引き抜くためにシリコンを供給する方法として、シリコン基板から供給する以外に、例えば塩化シリコンのようなガスとして供給しても良い。またフッ素を引き抜く作用のある元素としてシリコンを用いたが、その他、炭素原子や、ホウ素原子を供給しても良い。同様にこれらの原子を処理室に供給する場合、三塩化ホウ素や四塩化炭素のようなガスで供給しても良いし、シリコンカーバイド等の固体を被処理基板として供給し、これをエッチングしても良い。   As a method of supplying silicon for extracting fluorine from yttrium fluoride, it may be supplied as a gas such as silicon chloride in addition to supplying from a silicon substrate. Further, although silicon is used as an element having an action of extracting fluorine, carbon atoms or boron atoms may be supplied. Similarly, when supplying these atoms to the processing chamber, a gas such as boron trichloride or carbon tetrachloride may be supplied, or a solid such as silicon carbide is supplied as a substrate to be processed, and this is etched. Also good.

(3)の過程で塩化イットリウムを酸化して酸化イットリウムに反応させる。 In the process (3), yttrium chloride is oxidized and reacted with yttrium oxide.

なお、上記(2)の過程では、例えば
4YF+3SiCl→4YCl+3SiF
4YF+3CCl→4YCl+3CF
YF+BCl→YCl+BF
YF+2BCl→YCl+BClF+BClF
のような反応が起きていると考えられる。
In the above process (2), for example,
4YF 3 + 3SiCl 4 → 4YCl 3 + 3SiF 4
4YF 3 + 3CCl 4 → 4YCl 3 + 3CF 4
YF 3 + BCl 3 → YCl 3 + BF 3
YF 3 + 2BCl 3 → YCl 3 + BCl 2 F + BClF 2
It is thought that such a reaction is taking place.

また、上記(3)の過程では
4YCl+3O→2Y+6Cl
なる反応が起きていると考えられる。
In the process (3) above,
4YCl 3 + 3O 2 → 2Y 2 O 3 + 6Cl 2
It is thought that this reaction is occurring.

なお、上記(2)、(3)の処理は酸化イットリウムの削れ抑制の観点からは、上記(1)の被処理基板をエッチング処理する毎に実施することが望ましいが、シリコンウェハの搬送や、処理自体に時間がかかり、エッチング処置の生産性を下げることにもつながる。このため生産性の観点から、被処理基板の数枚処理毎に上記の(2)、(3)を実施しても良い。また上記(2)の過程を実施する際に、フッ素原子を引き抜くための原子を供給する方法としてガスによる供給方法を用いた場合は、基板を必ずしも導入する必要がないため、被処理基板の搬送中の時間を活用して、実施しても良い。   The treatments (2) and (3) are preferably performed every time the substrate to be treated of (1) is etched from the viewpoint of suppressing the yttrium oxide scraping. The process itself takes time, leading to a reduction in the productivity of the etching process. Therefore, from the viewpoint of productivity, the above (2) and (3) may be carried out every time several substrates to be processed are processed. In addition, when the gas supply method is used as a method for supplying atoms for extracting fluorine atoms when the process (2) is performed, it is not necessary to introduce the substrate. It may be carried out using the time in the middle.

図2は、本発明の第2の実施形態を説明する図である。前述の実施形態と異なる主な部分はエッチング装置の構成にある。共通する部分についてはその説明の一部を省略する。第1の高周波電源101から出力された高周波電力は同軸線路102を介して自動整合機103に接続されている。第1の高周波電源の周波数として60MHzのものを用いた。この高周波電力は自動整合機103を介してアンテナ204に導入され、さらに処理室107に導入される。処理室107には図示しないガス供給手段と真空排気手段が接続され、内部をエッチング処理に適した圧力、ガス雰囲気に保持している。処理室107の内面は酸化イットリウムで被覆された部材112により覆われている。部材112を用いる代わりに処理室107の内面に直接酸化イットリウムを溶射などの方法で被覆しても良い。   FIG. 2 is a diagram for explaining a second embodiment of the present invention. The main part different from the above-described embodiment is the configuration of the etching apparatus. A part of the description of the common parts is omitted. The high frequency power output from the first high frequency power supply 101 is connected to the automatic matching machine 103 via the coaxial line 102. The frequency of the first high frequency power source was 60 MHz. This high-frequency power is introduced into the antenna 204 through the automatic matching machine 103 and further into the processing chamber 107. A gas supply means (not shown) and a vacuum exhaust means (not shown) are connected to the processing chamber 107, and the inside is maintained at a pressure and gas atmosphere suitable for the etching process. The inner surface of the processing chamber 107 is covered with a member 112 covered with yttrium oxide. Instead of using the member 112, the inner surface of the processing chamber 107 may be directly coated with yttrium oxide by a method such as thermal spraying.

処理室107の内部には被処理基板108を設置するための基板電極109が設けられ、さらに基板電極109には第2の高周波電源111が自動整合機110を介して接続されている。第2の高周波電源111の高周波が被処理基板108に印加され、処理室に第1の高周波電源よりもたらされる電力で発生したプラズマ中のイオンを被処理基板に引き込んでエッチング処理の高速化、高品質化を図っている。第2の高周波電源の周波数として2MHzのものを用いた。   A substrate electrode 109 for installing a substrate to be processed 108 is provided inside the processing chamber 107, and a second high-frequency power source 111 is connected to the substrate electrode 109 via an automatic matching machine 110. The high frequency of the second high frequency power supply 111 is applied to the substrate to be processed 108, and ions in the plasma generated by the power supplied from the first high frequency power supply are drawn into the processing chamber to the substrate to be processed, thereby increasing the etching process speed. We are trying to improve quality. The frequency of the second high frequency power source was 2 MHz.

アンテナ204の材質としては、少なくともそのプラズマに触れる面は主にシリコンまたは炭素またはシリコンカーバイドとなるよう構成している。またアンテナ204内にはガス溜り205および処理室に処理ガスを供給するための複数のガス供給孔206が設けられ、処理室107内にシャワー状に処理ガスを供給することができる。   As a material of the antenna 204, at least a surface that comes into contact with plasma is mainly silicon, carbon, or silicon carbide. In addition, a gas reservoir 205 and a plurality of gas supply holes 206 for supplying a processing gas to the processing chamber are provided in the antenna 204, and the processing gas can be supplied into the processing chamber 107 in a shower shape.

第1の実施形態と同様にハロゲンガスを用いて被処理基板をエッチング処理すると、酸化イットリウムで被覆した部材112の表面がハロゲン化される。部材112の表面が削られる主な機構としては前述の例と同様に、ハロゲン化された表面にプラズマ中のイオンが衝突し、スパッタリング作用により削られると考えられる。   When the substrate to be processed is etched using halogen gas as in the first embodiment, the surface of the member 112 covered with yttrium oxide is halogenated. As the main mechanism for scraping the surface of the member 112, it is considered that ions in the plasma collide with the halogenated surface and are shaved by the sputtering action as in the above example.

ハロゲン化イットリウムのうち、フッ化イットリウムについては第1の実施形態と同様、処理室に発生するプラズマ中に、フッ素を引き抜く作用を持つシリコン、ホウ素、炭素などのフッ素と比較的強く結合する原子を放出して部材112表面のフッ化イットリウムからフッ素と引き抜くと共に、プラズマ中に塩素原子を供給して、フッ素を引き抜かれたイットリウムに塩素を供給して、塩化イットリウムとして安定化させる。   Among the yttrium halides, yttrium fluoride, as in the first embodiment, contains atoms that bind relatively strongly to fluorine such as silicon, boron, and carbon having the action of extracting fluorine in the plasma generated in the processing chamber. While being released and extracted from the yttrium fluoride on the surface of the member 112, chlorine atoms are supplied into the plasma, and chlorine is supplied to the yttrium from which fluorine has been extracted to stabilize it as yttrium chloride.

さらに酸素を含み、ハロゲン元素を含まないガスによるプラズマに部材112の表面を処理して、塩化イットリウムを酸化イットリウムに反応させる(変換させる)。前述のシリコン、ホウ素、炭素などの比較的フッ素と強く結合する原子をプラズマ中に放出する方法として、アンテナ204表面のシリコンまたは炭素またはシリコンカーバイドをプラズマに直接触れさせ、プラズマ中イオンのスパッタリング作用によりこれらの原子を放出させることができる。   Further, the surface of the member 112 is treated with a plasma containing a gas containing oxygen and not containing a halogen element so that yttrium chloride is reacted (converted) with yttrium oxide. As a method of emitting atoms, which are relatively strongly bonded to fluorine such as silicon, boron, and carbon, into the plasma, silicon or carbon or silicon carbide on the surface of the antenna 204 is directly brought into contact with the plasma, and by sputtering action of ions in the plasma. These atoms can be released.

アンテナ204の電位は直流的に絶縁してもよい。その場合、アンテナ204の表面はプラズマシースの非線形性により直流的にバイアスされ、プラズマ中のイオンが加速されて、アンテナ204表面に衝突する。この場合はイオンの衝突でアンテナ204表面がスパッタリングされ、アンテナ204表面の原子がプラズマ中に効率よく放出することができる。   The electric potential of the antenna 204 may be galvanically isolated. In that case, the surface of the antenna 204 is DC-biased by the non-linearity of the plasma sheath, and ions in the plasma are accelerated and collide with the surface of the antenna 204. In this case, the surface of the antenna 204 is sputtered by ion collision, and atoms on the surface of the antenna 204 can be efficiently emitted into the plasma.

なお、処理室に、塩素を含み、フッ素を含まず、シリコン原子、またはホウ素原子または炭素原子を含むガスを供給する方法として、(1)ガス供給手段を介して供給する方法、(2)シリコン原子または炭素原子が表面に露出した被処理基板にバイアス電力を印加して、該被処理基板よりシリコン原子または炭素原子を含む物質を処理室内に放出させる方法、(3)アンテナのプラズマに触れる面はシリコン、炭素、またはシリコンカーバイトで構成し、該表面よりシリコン原子または炭素原子を含む物質を処理室内に放出させる方法、について説明したが、これらを組み合わせて前記ガスを供給してもよい。   In addition, as a method of supplying a gas containing chlorine, not containing fluorine, and containing silicon atoms, boron atoms, or carbon atoms into the processing chamber, (1) a method of supplying via a gas supply means, (2) silicon A method in which a bias power is applied to a substrate to be processed having atoms or carbon atoms exposed on the surface, and a substance containing silicon atoms or carbon atoms is emitted from the substrate to be processed into the processing chamber; Has been described with respect to a method in which silicon, carbon, or silicon carbide is used and a substance containing silicon atoms or carbon atoms is released from the surface into the processing chamber, but the gas may be supplied in combination.

以上説明したように、本発明の実施形態によれば、プラズマに触れる処理室壁面の消耗を抑制し、また、処理室壁面の削れによる生成物の処理室内の他の面への付着を抑制し、プラズマ処理品質を高めることができる。また、メンテナンスの労力を低減させることができる。   As described above, according to the embodiment of the present invention, the consumption of the processing chamber wall surface that comes into contact with plasma is suppressed, and the adhesion of the product to other surfaces of the processing chamber due to the scraping of the processing chamber wall surface is suppressed. , Plasma processing quality can be improved. In addition, maintenance labor can be reduced.

第1の実施形態に係るエッチング装置を説明する図である。It is a figure explaining the etching apparatus concerning a 1st embodiment. 第2の実施形態を説明する図である。It is a figure explaining 2nd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

101 第1の高周波電源
102 同軸線路
103,110 自動整合機
104 アンテナ
105 石英窓
106 シャワープレート
107 処理室
108 被処理基板(試料)
109 基板電極
111 第2の高周波電源
112 酸化イットリウム皮膜で被覆された部材
113 静磁界発生装置
114 制御装置
205 ガス溜り
206 ガス供給孔
101 First high frequency power source 102 Coaxial line 103, 110 Automatic matching machine 104 Antenna 105 Quartz window 106 Shower plate 107 Processing chamber 108 Substrate to be processed (sample)
109 Substrate electrode 111 Second high-frequency power source 112 Member coated with yttrium oxide film 113 Static magnetic field generator 114 Controller 205 Gas reservoir 206 Gas supply hole

Claims (10)

内壁のプラズマに触れる部分に酸化イットリウムを形成した真空処理室と、
該処理室内にハロゲンを含む処理ガスを供給するガス供給手段と、
アンテナを備え第1の高周波電源から処理室内に高周波電力を供給して処理室内にプラズマを生成するプラズマ生成手段と、
処理室内に配置され試料を載置する基板電極と、
該基板電極に高周波バイアス電圧を供給する第2の高周波電源を備え、
一枚または複数枚の試料の処理終了毎に、塩素を含み、フッ素を含まず、シリコン原子またはホウ素原子または炭素原子を含むガス中で処理室内面にプラズマ処理を施し、次いで、酸素を含むガスを処理室に供給して処理室内面にプラズマ処理を施すことを特徴とするプラズマ処理方法。
A vacuum processing chamber in which yttrium oxide is formed on the inner wall in contact with the plasma;
Gas supply means for supplying a processing gas containing halogen into the processing chamber;
A plasma generating means for generating plasma in the processing chamber by supplying high-frequency power from the first high-frequency power source to the processing chamber by including an antenna;
A substrate electrode placed in the processing chamber and on which a sample is placed;
A second high frequency power supply for supplying a high frequency bias voltage to the substrate electrode;
Each time one or more samples are processed, plasma treatment is performed on the inside of the processing chamber in a gas containing chlorine, not containing fluorine, and containing silicon atoms, boron atoms, or carbon atoms, and then containing oxygen. Is supplied to the processing chamber, and the plasma processing is performed on the inner surface of the processing chamber.
請求項1記載のプラズマ処理方法において、
前記アンテナのプラズマに触れる面はシリコン、炭素、またはシリコンカーバイトで構成されていることを特徴とするプラズマ処理方法。
The plasma processing method according to claim 1,
A plasma processing method, wherein a surface of the antenna that comes into contact with plasma is made of silicon, carbon, or silicon carbide.
請求項1記載のプラズマ処理方法において、
一枚または複数枚の試料の処理終了毎に、塩素を含み、フッ素を含まず、シリコン原子またはホウ素原子または炭素原子を含むガス中で処理室内面に施すプラズマ処理は、シリコンまたはシリコンカーバイトを含む基板を被処理基板としたエッチング処理であることを特徴とするプラズマ処理方法。
The plasma processing method according to claim 1,
At the end of processing of one or more samples, plasma treatment applied to the inside of the processing chamber in a gas containing chlorine, not containing fluorine, and containing silicon atoms, boron atoms, or carbon atoms is performed using silicon or silicon carbide. A plasma processing method, which is an etching process using a substrate to be processed as a substrate to be processed.
請求項1記載のプラズマ処理方法において、
塩素を含み、フッ素を含まず、シリコン原子、またはホウ素原子または炭素原子を含むガスは前記ガス供給手段から供給することを特徴とするプラズマ処理方法。
The plasma processing method according to claim 1,
A plasma treatment method, wherein a gas containing chlorine, not containing fluorine, and containing silicon atoms, boron atoms, or carbon atoms is supplied from the gas supply means.
請求項1記載のプラズマ処理方法において、
真空処理室内壁のプラズマに触れる部分には酸化イットリウムを溶射したことを特徴とするプラズマ処理方法。
The plasma processing method according to claim 1,
A plasma processing method characterized by spraying yttrium oxide on a portion of a vacuum processing chamber wall that comes into contact with plasma.
内壁のプラズマに触れる部分に酸化イットリウムを形成した真空処理室と、
該処理室内にハロゲンを含む処理ガスを供給するガス供給手段と、
アンテナを備え第1の高周波電源から処理室内に高周波電力を供給して処理室内にプラズマを生成するプラズマ生成手段と、
処理室内に配置され試料を載置する基板電極と、
該基板電極に高周波バイアス電圧を供給する第2の高周波電源と、
装置全体を制御する制御装置を備え、
該制御装置は、試料に対するエッチング処理後に、塩素を含み、フッ素を含まず、シリコン原子またはホウ素原子または炭素原子を含むガス中での処理室内面のプラズマ処理、及び酸素を含むガスでの処理室内面のプラズマ処理を順次施すことを特徴とするプラズマ処理装置。
A vacuum processing chamber in which yttrium oxide is formed on the inner wall in contact with the plasma;
Gas supply means for supplying a processing gas containing halogen into the processing chamber;
A plasma generating means for generating plasma in the processing chamber by supplying high-frequency power from the first high-frequency power source to the processing chamber by including an antenna;
A substrate electrode placed in the processing chamber and on which a sample is placed;
A second high frequency power supply for supplying a high frequency bias voltage to the substrate electrode;
A control device for controlling the entire device is provided,
The control device includes a plasma treatment of a treatment chamber surface in a gas containing chlorine, not containing fluorine, and containing silicon atoms, boron atoms, or carbon atoms after etching the sample, and a treatment chamber with a gas containing oxygen. A plasma processing apparatus characterized by sequentially performing surface plasma processing.
請求項6記載のプラズマ処理装置において、
前記アンテナのプラズマに触れる面はシリコン、炭素、またはシリコンカーバイトで構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 6, wherein
A plasma processing apparatus, wherein a surface of the antenna that comes into contact with plasma is made of silicon, carbon, or silicon carbide.
請求項6記載のプラズマ処理装置において、
塩素を含み、フッ素を含まず、シリコン原子またはホウ素原子を含むガス中で処理室内面に施すプラズマ処理は、シリコンまたはシリコンカーバイトを含む基板を被処理基板としたエッチング処理であることを特徴とするプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 6, wherein
The plasma treatment applied to the inside of the processing chamber in a gas containing chlorine, fluorine, and silicon atoms or boron atoms is an etching process using a substrate containing silicon or silicon carbide as a substrate to be processed. Plasma processing equipment.
請求項6記載のプラズマ処理装置において、
塩素を含み、フッ素を含まず、シリコン原子、またはホウ素原子または炭素原子を含むガスは前記ガス供給手段から供給することを特徴とするプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 6, wherein
A plasma processing apparatus, wherein a gas containing chlorine, not containing fluorine, and containing silicon atoms, boron atoms, or carbon atoms is supplied from the gas supply means.
請求項6記載のプラズマ処理装置において、
真空処理室内壁のプラズマに触れる部分には酸化イットリウムを溶射したことを特徴とするプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 6, wherein
A plasma processing apparatus characterized in that yttrium oxide is thermally sprayed on a portion of the vacuum processing chamber wall that comes into contact with plasma.
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