JP4379771B2 - Plasma processing apparatus and plasma processing method - Google Patents

Plasma processing apparatus and plasma processing method Download PDF

Info

Publication number
JP4379771B2
JP4379771B2 JP2002241124A JP2002241124A JP4379771B2 JP 4379771 B2 JP4379771 B2 JP 4379771B2 JP 2002241124 A JP2002241124 A JP 2002241124A JP 2002241124 A JP2002241124 A JP 2002241124A JP 4379771 B2 JP4379771 B2 JP 4379771B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magnetic field
magnet
plasma
substrate
plasma processing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2002241124A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2004079915A (en
Inventor
浩二 宮田
一幸 手塚
弘一 達下
博夫 小野
一也 永関
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shin Etsu Chemical Co Ltd
Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
Tokyo Electron Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shin Etsu Chemical Co Ltd, Tokyo Electron Ltd filed Critical Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority to JP2002241124A priority Critical patent/JP4379771B2/en
Priority to AU2003257652A priority patent/AU2003257652A1/en
Priority to TW092123064A priority patent/TWI309861B/en
Priority to US10/525,240 priority patent/US20050211383A1/en
Priority to PCT/JP2003/010583 priority patent/WO2004019398A1/en
Publication of JP2004079915A publication Critical patent/JP2004079915A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4379771B2 publication Critical patent/JP4379771B2/en
Priority to US13/154,016 priority patent/US20110232846A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

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の磁極が交互に隣り合うように配列し、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、マルチポール磁場を形成した状態でプラズマエッチング処理を行った方がエッチング速度の面内均一性が向上する場合と、これとは逆に、マルチポール磁場がない状態でプラズマエッチング処理を行った方がエッチング速度の面内均一性が向上する場合とがあることが判明した。
【0006】
例えば、シリコン酸化膜等のエッチングを行う場合は、マルチポール磁場を形成してエッチングを行った方が、マルチポール磁場を形成せずにエッチングを行った場合に比べて半導体ウエハの面内のエッチングレート(エッチング速度)の均一性を向上させることができる。すなわち、マルチポール磁場を形成せずにエッチングを行った場合には、半導体ウエハの中央部でエッチングレートが高くなると共に半導体ウエハの周縁部でエッチングレートが低くなるという不具合(エッチングレートの不均一性)が生じる。
【0007】
これとは逆に、有機系の低誘電率膜(いわゆるLow−K)等のエッチングを行う場合にはマルチポール磁場を形成せずにエッチングを行った方が、マルチポール磁場を形成してエッチングを行った場合に比べて半導体ウエハ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。すなわち、この場合、マルチポール磁場を形成してエッチングを行った場合には、半導体ウエハの中央部でエッチングレートが低くなると共に半導体ウエハの周縁部でエッチングレートが高くなるという不具合(エッチングレートの不均一性)が生じる。
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
【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、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有するプラズマ処理装置に関し、前記磁場形成機構は、回転可能に設けられて磁場方向が変更可能な第1の磁石セグメントと、前記処理室の中心に対し周方向の磁化をもち前記第1の磁石セグメントの隣に設けられ且つ固定された第2の磁石セグメントとを有することを特徴とするプラズマ処理装置である。
【0011】
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、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有するプラズマ処理装置に関し、前記磁場形成機構は、回転可能に設けられて磁場方向が変更可能な第1の磁石セグメントと、前記処理室の中心に対し径方向の磁化をもち前記第1の磁石セグメントの隣に設けられ且つ固定された第2の磁石セグメントとを有することを特徴とするプラズマ処理装置である。
【0012】
前記第1及び第2の磁石セグメントはリング状に配置され、該リング状に配置された第1及び第2の磁石セグメントはその外側で磁性体のリングで囲まれていることを特徴とする。
【0013】
更に、前記磁場形成機構は、上下に分離して設けられた上側磁場形成機構と下側磁場形成機構とを有するようにしてもよく、これらの上側磁場形成機構と下側磁場形成機構は互いに接近し或いは遠ざけられるように上下方向に移動可能に構成されたことを特徴とする。
【0014】
更に又、前記第1の磁石セグメントを回転させることにより、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状態と、前記処理室内の前記被処理基板の周囲にマルチポール磁場を形成しない状態とに設定可能としたことを特徴とする。更に又、前記第1及び第2の磁石セグメントの形状は夫々略円筒状であることが好ましい。
【0015】
更に又、本発明は、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している。
【0016】
【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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
反応ガスとしては、例えば、ハロゲン系のガス(フッ素系、塩素系)、水素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、エッチング処理される。
【0027】
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。
【0028】
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で回転可能である。
【0029】
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(図2では32個)の磁石セグメント22a(第1の磁石セグメント)と22b(第2の磁石セグメント)を主要構成要素としている。複数の磁石セグメント22aは、真空チャンバ1側に向く磁極がS,N,S,N,…となるように他の磁石セグメント22bに対して1個置きに配置されている。磁石セグメント22bは、磁石セグメント22aに対して同様に1個置きに配置され、その磁場方向は真空チャンバ1内に形成される周方向の磁場と逆になるように配列されている。図の矢印の先がN極を示している。更に、磁石セグメント22a及び22bの外周は磁性体23で囲まれていることが好ましい。尚、以下の説明では、磁石セグメント22a及び22bを総称して参照番号22で示す場合がある。
【0030】
図2に示す状態では、磁石セグメント22bに対して1個置きに配置された磁石セグメント22aの磁極の向きは径方向で互いに逆向きであり、一方、その間の磁石セグメント22bの磁極の向きは磁場形成機構21の周方向に形成される磁場の方向と略逆向きとなって固定されている。従って、真空チャンバ1内には、磁石セグメント22bに対して1個置きに並んだ径方向の磁化の磁石セグメント22a間に図示のような磁力線が形成され、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の中心部は実質的に無磁場状態(磁場が弱められている状態を含む)となるようにマルチポール磁場が形成されている。
【0031】
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り、弱すぎるとプラズマ閉じ込めによる効果が得られなくなるためである。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。
【0032】
また、上述した半導体ウエハWの中心部における実質的な無磁場とは、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。
【0033】
さらに、本実施の形態においては、磁場形成機構21の各磁石セグメント22a(又は図4の22c)は、磁石セグメント回転機構により、磁場形成機構21内において、セグメントの垂直中心軸を中心に回転自在とされている。磁場形成機構21の各磁石セグメント22b(又は図4の22d)は固定されており回転しない特徴を有している。
【0034】
すなわち、図2及び図3(a)に示すように、各磁石セグメント22aの磁極が真空チャンバ1側に向いた状態から、図3(b)及び図3(c)に示すように、磁石セグメント22bに対して一つおきの磁石セグメント22aが同期して同方向に回転するよう構成されている。なお、図3(b)は、磁石セグメント22aが図3(a)の状態から45度回転した状態を示しており、図3(c)は磁石セグメント22aが図3(a)の状態から90度回転した状態を示している。特に、図2及び図3の場合は、磁石セグメント22aの回転は0度より大で90度(磁極が周方向を向くまで)の回転を対象とするものである。
【0035】
また、図2及び図4(a)に示すように、各磁石セグメント22cを磁石セグメント22dに対して一つおきに配置し、各磁石セグメント22cを同期して回転させ、その磁極が、真空チャンバ1の周方向に向いた状態から、図4(b)及び図4(c)に示すように、径方向に向くように構成することもできる。なお、図4(b)は、磁石セグメント22cが図4(a)の状態から90度回転した状態を示しており、図4(c)は磁石セグメント22cが図4(a)の状態から180度回転した状態を示している。特に、図2及び図4の場合は、磁石セグメント22cの回転は0度より大で180度(磁極が径方向を向くまで)の回転を対象とするものである。
【0036】
図5は、縦軸を磁場強度とし、横軸を真空チャンバ1内に配置された半導体ウエハWの中心からの距離として、図3(a)に示すように各磁石セグメント22aの磁極が真空チャンバ1側に向いた状態(曲線A)、図3(b)に示すように各磁石セグメント22aを45度回転した状態(曲線B)、図3(c)に示すように各磁石セグメント22aを90度回転した状態(曲線C)、における半導体ウエハWの中心からの距離と磁場強度との関係を示している。なお、同図に示すD/S内径とは真空チャンバ1の内壁に設けられた内壁保護用のデポシールド内径のことを示しており、実質的に真空チャンバ1(処理室)の内径を示している。
【0037】
図5の曲線Aで示すように、各磁石セグメント22aの磁極が真空チャンバ1側に向いた状態では、マルチポール磁場は実質的に半導体ウエハWの周縁部まで形成されており、一方、曲線Cで示したように、各磁石セグメント22aを90度回転した状態では、真空チャンバ1内には実質的に磁場強度がゼロ(磁場が弱められている状態)となる。更に、曲線Bで示すように、磁石セグメント22aを45度回転した状態では、上記状態の中間的な状態となる。
【0038】
このように、本実施の形態においては、磁場形成機構21を構成する各磁石セグメント22aは、その回転方向が同じ向きで且つ同期して回転可能となっている。そして、このような磁石セグメント22aの回転によって、実質的に、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が形成された状態と、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が形成されない状態とに設定できるように構成されている。
【0039】
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形成しないでエッチングを行い、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。
【0040】
図6〜図8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6〜図8の各図において、曲線Aは真空チャンバ1内にマルチポール磁場を形成しない場合、曲線B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C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を示している。
【0041】
図6はC4F8ガスでシリコン酸化膜をエッチングした場合、図7はCF4ガスでシリコン酸化膜をエッチングした場合、図8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6及び図7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形成した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8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を形成しな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。
【0042】
以上のとおり、本実施の形態においては、磁石セグメント22aを回転させることによって、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。
【0043】
なお、磁石セグメント22a及び22bの数は、図2に示した32個に限定されるものでないことは勿論である。また、その断面形状も、図2に示した円柱形に限らず、正方形、多角形等であってもよい。しかし、磁石セグメント22aを回転させることから、磁石セグメント22aの設置スペースを有効に利用して装置の小型化を図るためには、図2に示したように、磁石セグメント22a(及び22b)の断面形状を円形とし、円筒状とすることが望ましい。
【0044】
さらに、磁石セグメント22a及び22bを構成する磁石材料も特に限定されるものではなく、例えば、希土類磁石、フェライト磁石、アルニコ磁石等の公知の磁石材料を使用することが可能である。
【0045】
第2の実施の形態を図9を参照して説明する。図2〜図4に示した第1の実施の形態では、磁石セグメント22の総数を32個として16極の磁場を形成し、磁石セグメント22bに対して1個置きに配置した磁石セグメント22aを同方向に同期して回転させていた。これに対し、第2の実施の形態では、磁石セグメント22の総数を48個とし、その内、回転可能の磁石セグメント22aの数を32個、固定の磁石セグメント22bを16個として16極の磁場を形成している。即ち、磁気回路を構成する磁石セグメント22の総数以外は、図2で説明した第1の実施の形態と略同様である。したがって、第1磁石セグメントと第2磁石セグメントの配置は得られる磁場の強度により適宜配置すればよいが、第1磁石セグメントと第2磁石セグメントは隣り合って交互に配置されている場合と部分的に第2磁石セグメントを等間隔に配置する等の配置方法が考えられる。
【0046】
第2の実施の形態によれば、図9に白抜きの矢印で示すように、磁石セグメント22aを同期して回転させることによりマルチポールの状態から磁場ゼロの状態を作ることができる。このように磁石セグメントの総数を増やすと、第1の実施の形態に比べて90度回転したときのウエハ周辺部の磁場強度をよりゼロに近づけることができる。
【0047】
ところで、図10に示す比較例のように、磁場形成機構の全ての磁石セグメント22を白抜き矢印の方向に回転させてもチャンバ内部の磁場をマルチポールからゼロにすることができる。しかしながら、この比較例に対し、本発明は回転する磁石セグメント数を削減することができるので装置を簡略化することが可能である。さらに、本発明に係る実施の形態の方が磁気効率がよいのでマルチポール状態でのチャンバ位置での磁場強度を比較例に比べて約20%強くすることができる。言い換えれば、少ない磁石量で同等の磁場強度を得ることができるという効果が得られる。
【0048】
さらに図11を用いて磁性体リング23の効果を述べる。磁性体リング23は、上述した磁石セグメントの外周部に形成されることが好ましい。磁性体としては純鉄、炭素鋼、鉄−コバルト鋼、ステンレス鋼等が挙げられる。磁性体リング23には、マルチポール状態ではチャンバ部分の磁場を強めるように磁束が流れ、磁石セグメントを回転して磁場ゼロの状態ではチャンバ部分の磁場を弱めるように磁束が流れるので、磁場の可変幅を広く採れるという効果がある。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
この時、上述したように、実施するプラズマ処理プロセスの種類等により、予め各磁石セグメント22aを所定の向きに設定しておき、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が形成しない状態に設定しておく。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
上述の実施の形態においては、磁石セグメント22のうちの少なくとも一部を、垂直方向の回転軸の回りに水平面内で回転可能に構成し磁極の方向を変更させてマルチポール磁場の制御を行う場合について説明した。以下では、マルチポール磁場の制御機構の他の実施の形態について説明する。なお、この実施の形態においても、磁石セグメント22a(及び22a´)を回転させることによりマルチポール磁場の制御を行う点は、上述の実施の形態と同様である。
【0058】
さらに、図12に示すように、この実施の形態では、リング状の磁場形成機構が上下に分割されて上側磁場形成機構と下側磁場形成機構とから構成されることもあり、上側磁場形成機構に設けた磁石セグメント22aと、下側磁場形成機構に設けた磁石セグメント22a´とを、互いに近づけたり離したりできるように上下方向に移動可能に構成している。このような構成の場合、磁石セグメント22aと、磁石セグメント22a´とを近接させた場合、図12(a)の矢印で示すように、磁場強度は大きくなり、他方、磁石セグメント22aと磁石セグメント22a´とを離した場合には、図12(b)の矢印で示すように、磁場強度は小さくなる。また、第2磁石セグメント22bも22aと同様の配置となる。尚、第2磁石セグメント22b(及び22b´)は図12には示していないが、上述の実施の形態からその配置等は容易に理解できる。このような構成により、真空チャンバ1内のマルチポール磁場を制御するようにしてもよい。この構成の場合であっても、図1に示した回転機構25によって、リング状の磁場形成機構21の全体を、真空チャンバ1の周囲で所定の回転速度で回転させるように構成することが好ましい。
【0059】
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。
【0060】
【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】本発明の実施の形態が適用されるプラズマ処理装置の一例の概略を示す図。
【図2】図1の装置に使用される磁場形成機構の一例の概略を示す概略図。
【図3】図2の磁場形成機構を構成する磁石セグメントの回転動作を説明するための図。
【図4】図2の磁場形成機構を構成する磁石セグメントの回転動作を説明するための図。
【図5】図1に示す装置を構成する真空チャンバ内の磁場強度の状態を示す図。
【図6】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7】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8】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9】図1に示す装置に使用される磁場形成機構の他の実施の形態の概略を示す図。
【図10】本発明の実施の形態の磁場形成機構と比較するための磁場形成機構(比較例)を示す図。
【図11】本発明の実施の形態の磁場形成機構に使用される磁性体リングの効果を示す図。
【図12】本発明に係る磁場形成機構の更に他の実施の形態を示す図。
【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…磁石セグメント、23…磁性体リング、24…ゲートバルブ、25…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 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 research by the present inventors, in plasma processing, for example, plasma etching, the in-plane uniformity of the etching rate is improved by performing plasma etching processing in a state where a multipole magnetic field is formed. On the contrary, it has been found that the in-plane uniformity of the etching rate may be improved by performing the plasma etching process in the absence of the multipole magnetic field.
[0006]
For example, when etching a silicon oxide film or the like, in-plane etching of the semiconductor wafer is performed by forming a multipole magnetic field compared to etching without forming a multipole magnetic field. The uniformity of the rate (etching rate) can be improved. That is, when etching is performed without forming a multipole magnetic field, the etching rate increases at the center of the semiconductor wafer and decreases at the periphery of the semiconductor wafer (nonuniform etching rate). ) Occurs.
[0007]
On the other hand, when etching organic low dielectric constant films (so-called Low-K) etc., etching without forming a multipole magnetic field forms a multipole magnetic field. The uniformity of the etching rate within the semiconductor wafer surface can be improved as compared with the case where the above is performed. That is, in this case, when etching is performed by forming a multipole magnetic field, the etching rate is lowered at the central portion of the semiconductor wafer and the etching rate is increased at the peripheral portion of the semiconductor wafer. Uniformity) occurs.
[0008]
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.
[0009]
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.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a processing chamber that accommodates a substrate to be processed, a mechanism that is provided in the processing chamber and generates plasma for performing a predetermined plasma process on the substrate to be processed, and is provided outside the processing chamber and performs the processing. The present invention relates to a plasma processing apparatus having a magnetic field forming mechanism for forming a predetermined multipole magnetic field around the substrate to be processed in a room, wherein the magnetic field forming mechanism is rotatably provided and a first magnet capable of changing a magnetic field direction. A plasma processing apparatus comprising: a segment; and a second magnet segment which is provided adjacent to the first magnet segment and has a magnetization in a circumferential direction with respect to a center of the processing chamber, and is fixed.
[0011]
The present invention provides a processing chamber that accommodates a substrate to be processed, a mechanism that is provided in the processing chamber and generates plasma for performing a predetermined plasma process on the substrate to be processed, and is provided outside the processing chamber and performs the processing. The present invention relates to a plasma processing apparatus having a magnetic field forming mechanism for forming a predetermined multipole magnetic field around the substrate to be processed in a room, wherein the magnetic field forming mechanism is rotatably provided and a first magnet capable of changing a magnetic field direction. A plasma processing apparatus comprising: a segment; and a second magnet segment which is provided adjacent to the first magnet segment and has a magnetization in a radial direction with respect to a center of the processing chamber.
[0012]
The first and second magnet segments are arranged in a ring shape, and the first and second magnet segments arranged in the ring shape are surrounded by a magnetic ring on the outside thereof.
[0013]
Further, the magnetic field forming mechanism may have an upper magnetic field forming mechanism and a lower magnetic field forming mechanism which are provided separately in a vertical direction, and the upper magnetic field forming mechanism and the lower magnetic field forming mechanism are close to each other. However, it is configured to be movable in the vertical direction so that it can be kept away.
[0014]
Furthermore, a state in which a predetermined multipole magnetic field is formed around the substrate to be processed in the processing chamber by rotating the first magnet segment, and a multipole around the substrate to be processed in the processing chamber is formed. It can be set to a state in which a magnetic field is not formed. Furthermore, it is preferable that each of the first and second magnet segments has a substantially cylindrical shape.
[0015]
Furthermore, the present invention is characterized in that plasma is applied to the substrate to be processed to perform an etching process.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0017]
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.
[0018]
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.
[0019]
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.
[0020]
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.
[0021]
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 bellows 8 made of stainless steel (SUS). A bellows cover 9 is provided on the outside.
[0022]
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.
[0023]
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.
[0024]
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.
[0025]
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.
[0026]
As the reaction gas, for example, a halogen-based gas (fluorine-based or chlorine-based), hydrogen gas, or the like can be used. As the 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. The film is supplied to the formed film for etching.
[0027]
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.
[0028]
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 at a predetermined rotational speed by a rotating mechanism 25.
[0029]
As shown in FIG. 2, the magnetic field forming mechanism 21 includes a plurality (32 in FIG. 2) of magnet segments 22a (first magnet segments) and 22b (second magnets) supported by a support member (not shown). Segment) is the main component. The plurality of magnet segments 22a are arranged every other magnet segment 22b so that the magnetic poles facing the vacuum chamber 1 side are S, N, S, N,. Similarly, the magnet segments 22b are alternately arranged with respect to the magnet segment 22a, and the magnetic field direction is arranged to be opposite to the circumferential magnetic field formed in the vacuum chamber 1. The tip of the arrow in the figure indicates the N pole. Furthermore, it is preferable that the outer circumferences of the magnet segments 22 a and 22 b are surrounded by the magnetic body 23. In the following description, the magnet segments 22a and 22b may be collectively indicated by the reference numeral 22.
[0030]
In the state shown in FIG. 2, the direction of the magnetic poles of the magnet segments 22a arranged alternately with respect to the magnet segment 22b is opposite to each other in the radial direction, while the direction of the magnetic poles of the magnet segment 22b therebetween is a magnetic field. The direction of the magnetic field formed in the circumferential direction of the forming mechanism 21 is fixed in a substantially opposite direction. Therefore, in the vacuum chamber 1, magnetic field lines as shown in the figure are formed between the magnet segments 22a of the magnetization in the radial direction arranged every other magnet segment 22b, and the periphery of the processing space, that is, the vacuum chamber 1 is formed. A magnetic field of, for example, 0.02 to 0.2 T (200 to 2000 G), preferably 0.03 to 0.045 T (300 to 450 G) is formed in the vicinity of the inner wall of the semiconductor wafer W. Multi-pole magnetic field is formed so that
[0031]
The reason why the magnetic field strength range is defined in this manner is that if the magnetic field strength is too strong, magnetic flux leaks, and if it is too weak, the effect of plasma confinement cannot 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.
[0032]
In addition, it is desirable that the substantially no magnetic field in the central portion of the semiconductor wafer W described above is originally zero T (Tesla), but a magnetic field that affects the etching process is not formed in the arrangement portion of the semiconductor wafer W. Any value that does not substantially affect the wafer processing may 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.
[0033]
Further, in the present embodiment, each magnet segment 22a (or 22c in FIG. 4) of the magnetic field forming mechanism 21 is rotatable around the vertical central axis of the segment in the magnetic field forming mechanism 21 by the magnet segment rotating mechanism. It is said that. Each magnet segment 22b (or 22d in FIG. 4) of the magnetic field forming mechanism 21 is fixed and does not rotate.
[0034]
That is, as shown in FIGS. 2 and 3 (a), from the state in which the magnetic pole of each magnet segment 22a faces the vacuum chamber 1 side, as shown in FIGS. 3 (b) and 3 (c), the magnet segment Every other magnet segment 22a is configured to rotate in the same direction in synchronization with 22b. 3B shows a state in which the magnet segment 22a is rotated 45 degrees from the state of FIG. 3A, and FIG. 3C shows that the magnet segment 22a is 90 ° from the state of FIG. It shows a state rotated by a degree. In particular, in the case of FIGS. 2 and 3, the rotation of the magnet segment 22a is intended to be a rotation greater than 0 degree and 90 degrees (until the magnetic pole faces the circumferential direction).
[0035]
Further, as shown in FIGS. 2 and 4 (a), the magnet segments 22c are arranged alternately with respect to the magnet segment 22d, and the magnet segments 22c are rotated in synchronism with each other so that the magnetic poles are in a vacuum chamber. It can also be configured so as to face in the radial direction, as shown in FIGS. 4B shows a state in which the magnet segment 22c is rotated 90 degrees from the state of FIG. 4A, and FIG. 4C shows that the magnet segment 22c is 180 degrees from the state of FIG. 4A. It shows a state rotated by a degree. In particular, in the case of FIG. 2 and FIG. 4, the rotation of the magnet segment 22 c is intended to be a rotation greater than 0 degree and 180 degrees (until the magnetic pole faces the radial direction).
[0036]
5, the vertical axis represents the magnetic field strength, and the horizontal axis represents the distance from the center of the semiconductor wafer W disposed in the vacuum chamber 1. As shown in FIG. 1 (curve A), a state where each magnet segment 22a is rotated by 45 degrees as shown in FIG. 3B (curve B), and 90% of each magnet segment 22a as shown in FIG. 3C. The relationship between the distance from the center of the semiconductor wafer W and the magnetic field strength in a state rotated by a degree (curve C) is shown. The D / S inner diameter shown in the figure indicates the inner diameter of the deposit shield for protecting the inner wall provided on the inner wall of the vacuum chamber 1, and substantially indicates the inner diameter of the vacuum chamber 1 (processing chamber). Yes.
[0037]
As shown by a curve A in FIG. 5, in a state where the magnetic poles of the magnet segments 22a face the vacuum chamber 1, the multipole magnetic field is formed substantially to the peripheral edge of the semiconductor wafer W, while the curve C As shown by the above, in the state where each magnet segment 22a is rotated 90 degrees, the magnetic field strength is substantially zero (the magnetic field is weakened) in the vacuum chamber 1. Furthermore, as shown by the curve B, when the magnet segment 22a is rotated 45 degrees, the state is intermediate to the above state.
[0038]
Thus, in this Embodiment, each magnet segment 22a which comprises the magnetic field formation mechanism 21 is the same direction, and can rotate synchronously. Then, by such rotation of the magnet segment 22a, the multipole magnetic field is substantially formed around the semiconductor wafer W in the vacuum chamber 1 and substantially around the semiconductor wafer W in the vacuum chamber 1. The multi-pole magnetic field can be set to a state where no multi-pole magnetic field is formed.
[0039]
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 above-described organic low dielectric constant film (Low-K) or the like is etched, the etching is performed without forming a multipole magnetic field around the semiconductor wafer W in the vacuum chamber 1. The uniformity of the etching rate in the W plane can be improved.
[0040]
6 to 8 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. In each of FIGS. 6 to 8, the curve A indicates a case where a multipole magnetic field is not formed in the vacuum chamber 1, and the curve B indicates a curve C when a multipole magnetic field of 0.03 T (300 G) is formed in the vacuum chamber 1. Shows a case where a multipole magnetic field of 0.08 T (800 G) is formed in the vacuum chamber 1.
[0041]
6 shows a case where a silicon oxide film is etched with C 4 F 8 gas, FIG. 7 shows a case where a silicon oxide film is etched with CF 4 gas, and FIG. 8 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. 6 and 7, 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 with a multipole magnetic field formed in the vacuum chamber 1. It can be seen that the in-plane uniformity of the etching rate can be improved by performing the above. Further, as shown in FIG. 8, when an organic low dielectric constant film (Low-K) is etched with a mixed gas containing N 2 and H 2 , etching is performed without forming a multipole magnetic field in the vacuum chamber 1. It can be seen that the in-plane uniformity of the etching rate can be improved by performing the above.
[0042]
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 magnet segment 22a. Good processing can be performed in the state.
[0043]
Needless to say, the number of magnet segments 22a and 22b is not limited to 32 as shown in FIG. Moreover, the cross-sectional shape is not limited to the cylindrical shape shown in FIG. 2, and may be a square, a polygon, or the like. However, since the magnet segment 22a is rotated, the cross-section of the magnet segment 22a (and 22b) can be used to reduce the size of the apparatus by effectively using the installation space of the magnet segment 22a as shown in FIG. The shape is preferably circular and cylindrical.
[0044]
Furthermore, the magnet material which comprises the magnet segments 22a and 22b is not specifically limited, For example, it is possible to use well-known magnet materials, such as a rare earth magnet, a ferrite magnet, and an alnico magnet.
[0045]
A second embodiment will be described with reference to FIG. In the first embodiment shown in FIGS. 2 to 4, the total number of magnet segments 22 is 32, a 16-pole magnetic field is formed, and magnet segments 22a arranged every other magnet segment 22b are the same. It was rotating in sync with the direction. On the other hand, in the second embodiment, the total number of magnet segments 22 is 48, of which 32 are rotatable magnet segments 22a and 16 fixed magnet segments 22b are 16 poles. Is forming. That is, except for the total number of the magnet segments 22 constituting the magnetic circuit, it is substantially the same as the first embodiment described in FIG. Therefore, the arrangement of the first magnet segment and the second magnet segment may be appropriately arranged depending on the strength of the magnetic field to be obtained. However, the first magnet segment and the second magnet segment are partially arranged adjacent to each other and partially. An arrangement method such as arranging the second magnet segments at equal intervals is also conceivable.
[0046]
According to the second embodiment, a magnetic field zero state can be created from a multipole state by rotating the magnet segment 22a synchronously as shown by the white arrow in FIG. When the total number of magnet segments is increased in this way, the magnetic field strength at the wafer peripheral portion when rotated 90 degrees as compared with the first embodiment can be made closer to zero.
[0047]
By the way, as in the comparative example shown in FIG. 10, even if all the magnet segments 22 of the magnetic field forming mechanism are rotated in the direction of the white arrow, the magnetic field inside the chamber can be made zero from the multipole. However, in contrast to this comparative example, the present invention can reduce the number of rotating magnet segments, so that the apparatus can be simplified. Furthermore, since the magnetic efficiency of the embodiment according to the present invention is higher, the magnetic field strength at the chamber position in the multipole state can be increased by about 20% compared to the comparative example. In other words, it is possible to obtain the same magnetic field strength with a small amount of magnets.
[0048]
Further, the effect of the magnetic ring 23 will be described with reference to FIG. The magnetic ring 23 is preferably formed on the outer periphery of the magnet segment described above. Examples of the magnetic material include pure iron, carbon steel, iron-cobalt steel, and stainless steel. In the multi-pole state, magnetic flux flows in the multipole state so as to increase the magnetic field of the chamber portion, and in the state where the magnetic field is zero by rotating the magnet segment, the magnetic flux flows so as to weaken the magnetic field in the chamber portion. There is an effect that a wide range can be taken.
[0049]
Next, processing in the plasma etching apparatus configured as described above will be described.
[0050]
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.
[0051]
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.
[0052]
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).
[0053]
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.
[0054]
At this time, as described above, depending on the type of plasma processing process to be performed, each magnet segment 22a is set in a predetermined direction in advance, and a multipole magnetic field having a predetermined strength is formed in the vacuum chamber 1, or It is set in a state where a multipole magnetic field is not substantially formed in the vacuum chamber 1.
[0055]
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.
[0056]
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.
[0057]
In the embodiment described above, at least a part of the magnet segment 22 is configured to be rotatable in a horizontal plane around the vertical rotation axis, and the magnetic pole direction is changed to control the multipole magnetic field. Explained. Hereinafter, another embodiment of the control mechanism for the multipole magnetic field will be described. Also in this embodiment, the point that the multipole magnetic field is controlled by rotating the magnet segment 22a (and 22a ') is the same as in the above-described embodiment.
[0058]
Furthermore, as shown in FIG. 12, in this embodiment, the ring-shaped magnetic field forming mechanism may be divided into upper and lower parts and configured by an upper magnetic field forming mechanism and a lower magnetic field forming mechanism. The magnet segment 22a provided on the lower magnetic field forming mechanism and the magnet segment 22a ′ provided on the lower magnetic field forming mechanism are configured to be movable in the vertical direction so that they can be moved closer to and away from each other. In the case of such a configuration, when the magnet segment 22a and the magnet segment 22a ′ are brought close to each other, the magnetic field strength increases as shown by the arrow in FIG. 12 (a), while the magnet segment 22a and the magnet segment 22a. When separated from ′, the magnetic field strength decreases as shown by the arrow in FIG. Further, the second magnet segment 22b is arranged in the same manner as 22a. The second magnet segment 22b (and 22b ′) is not shown in FIG. 12, but the arrangement and the like can be easily understood from the above-described embodiment. With such a configuration, the multipole magnetic field in the vacuum chamber 1 may be controlled. Even in this configuration, it is preferable that the entire ring-shaped magnetic field forming mechanism 21 is rotated around the vacuum chamber 1 at a predetermined rotation speed by the rotation mechanism 25 shown in FIG. .
[0059]
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.
[0060]
【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 showing an example of a plasma processing apparatus to which an embodiment of the present invention is applied.
FIG. 2 is a schematic diagram showing an outline of an example of a magnetic field forming mechanism used in the apparatus of FIG.
3 is a view for explaining a rotation operation of a magnet segment constituting the magnetic field forming mechanism of FIG. 2; FIG.
4 is a view for explaining a rotation operation of a magnet segment constituting the magnetic field forming mechanism of FIG. 2; FIG.
5 is a view showing a state of magnetic field strength in a vacuum chamber constituting the apparatus shown in FIG.
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.
FIG. 7 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.
FIG. 8 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.
FIG. 9 is a diagram showing an outline of another embodiment of a magnetic field forming mechanism used in the apparatus shown in FIG. 1;
FIG. 10 is a diagram showing a magnetic field formation mechanism (comparative example) for comparison with the magnetic field formation mechanism of the embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing the effect of a magnetic ring used in the magnetic field forming mechanism according to the embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a view showing still another embodiment of the magnetic field forming mechanism according to 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 ... magnet segment, 23 ... magnetic body ring, 24 ... gate valve, 25 ... rotating mechanism

Claims (7)

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、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有するプラズマ処理装置であって、前記磁場形成機構は、リング状に配置した複数の第1の磁石セグメントと複数の第2の磁石セグメントを有し、第1及び第2の磁石セグメント交互に配置、第1の磁石セグメントの夫々はその垂直軸を中心にして同方向でかつ同期して回転可能に設けられて磁場方向が変更可能であり、第2の磁石セグメントの夫々は前記処理室の中心に対し周方向または径方向の磁化をもち固定されてい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 target chamber that is provided outside the processing chamber and is in the processing chamber. A plasma processing apparatus having a magnetic field forming mechanism for forming a predetermined multipole magnetic field around a processing substrate, wherein the magnetic field forming mechanism includes a plurality of first magnet segments and a plurality of second magnets arranged in a ring shape. It has a magnet segment, the first and second magnet segments are arranged alternately, the first of each of the magnet segments field direction provided rotatably to and the same direction about synchronize its vertical axis The plasma processing apparatus is characterized in that each of the second magnet segments is fixed with a circumferential or radial magnetization with respect to the center of the processing chamber. 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、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有するプラズマ処理装置であって、前記磁場形成機構は、複数の第1の磁石セグメント、複数の第2の磁石セグメント及び複数の第3の磁石セグメントを有し、これらの複数の第1の磁石セグメント、複数の第2の磁石セグメント及び複数の第3の磁石セグメント第1、第2及び第3の磁石セグメントの順序でリング状に配置し、第1及び第2の磁石セグメントの夫々はその垂直軸を中心にして逆方向でかつ同期して回転可能に設けられて磁場方向が変更可能であり、第3の磁石セグメントの夫々は前記処理室の中心に対し周方向の磁化をもち固定されてい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 target chamber that is provided outside the processing chamber and is in the processing chamber. A plasma processing apparatus having a magnetic field forming mechanism for forming a predetermined multipole magnetic field around a processing substrate, wherein the magnetic field forming mechanism includes a plurality of first magnet segments, a plurality of second magnet segments, and a plurality of magnets. Having a third magnet segment and ringing the plurality of first magnet segments, the plurality of second magnet segments and the plurality of third magnet segments in the order of the first, second and third magnet segments placed Jo, each of the first and second magnet segments are changeable magnetic field direction is provided rotatably in opposite directions a and synchronously about its vertical axis, the third magnet The plasma processing apparatus segment each is characterized in that it is has a fixed magnetization in the circumferential direction with respect to the center of the processing chamber. 請求項1又は2記載のプラズマ処理装置において、リング状に配置された磁石セグメントはその外側で磁性体のリングで囲まれていることを特徴とするプラズマ処理装置。3. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the magnet segments arranged in a ring shape are surrounded by a magnetic ring on the outside thereof. 請求項1〜3のいずれかに記載のプラズマ処理装置において、前記磁場形成機構が、上下に分離して設けられた上側磁場形成機構と下側磁場形成機構とを有し、これらの上側磁場形成機構と下側磁場形成機構は互いに接近し或いは遠ざけられるように上下方向に移動可能に構成されたことを特徴とするプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the magnetic field forming mechanism includes an upper magnetic field forming mechanism and a lower magnetic field forming mechanism which are provided separately in a vertical direction, and these upper magnetic field forming mechanisms are provided. A plasma processing apparatus, wherein the mechanism and the lower magnetic field forming mechanism are configured to be movable in the vertical direction so as to approach or move away from each other. 請求項1〜4のいずれかに記載のプラズマ処理装置において、磁石セグメント回転により、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状態と、前記処理室内の前記被処理基板の周囲にマルチポール磁場が形成されていない状態とに設定可能としたことを特徴とするプラズマ処理装置。5. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a rotation of a magnet segment forms a predetermined multipole magnetic field around the substrate to be processed in the processing chamber, and the substrate to be processed in the processing chamber. A plasma processing apparatus characterized in that it can be set to a state in which a multipole magnetic field is not formed around a processing substrate. 請求項1〜5のいずれかに記載のプラズマ処理装置において、前記磁石セグメントは略円筒状であることを特徴とするプラズマ処理装置。6. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the magnet segment is substantially cylindrical. 請求項1〜6のいずれかに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。7. A plasma processing method using the plasma processing apparatus according to claim 1, wherein plasma is applied to the substrate to be processed to perform an etching process.
JP2002241124A 2002-08-21 2002-08-21 Plasma processing apparatus and plasma processing method Expired - Fee Related JP4379771B2 (en)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002241124A JP4379771B2 (en) 2002-08-21 2002-08-21 Plasma processing apparatus and plasma processing method
AU2003257652A AU2003257652A1 (en) 2002-08-21 2003-08-21 Magnetron plasma-use magnetic field generation device
TW092123064A TWI309861B (en) 2002-08-21 2003-08-21 Magnetic field generator for magnetron plasma
US10/525,240 US20050211383A1 (en) 2002-08-21 2003-08-21 Magnetron plasma-use magnetic field generation device
PCT/JP2003/010583 WO2004019398A1 (en) 2002-08-21 2003-08-21 Magnetron plasma-use magnetic field generation device
US13/154,016 US20110232846A1 (en) 2002-08-21 2011-06-06 Magnetic field generator for magnetron plasma

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002241124A JP4379771B2 (en) 2002-08-21 2002-08-21 Plasma processing apparatus and plasma processing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004079915A JP2004079915A (en) 2004-03-11
JP4379771B2 true JP4379771B2 (en) 2009-12-09

Family

ID=32023716

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002241124A Expired - Fee Related JP4379771B2 (en) 2002-08-21 2002-08-21 Plasma processing apparatus and plasma processing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4379771B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101966793B1 (en) * 2017-05-17 2019-04-09 세메스 주식회사 Substrate supporting unit and substrate processing apparatus comprising the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004079915A (en) 2004-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4812991B2 (en) Plasma processing equipment
JP4412661B2 (en) Plasma processing apparatus and plasma processing method
KR100886272B1 (en) Plasma processing apparatus
JP4527431B2 (en) Plasma processing equipment
JP4377698B2 (en) Plasma etching method and plasma etching apparatus
WO2001093322A1 (en) Plasma processing device and processing method
WO2004019398A1 (en) Magnetron plasma-use magnetic field generation device
JP3892996B2 (en) Magnetron plasma processing equipment
KR20020081156A (en) Magnetron plasma etching apparatus
JP2000306845A (en) Magnetron plasma treatment apparatus and treatment method
JP4379771B2 (en) Plasma processing apparatus and plasma processing method
JP5236777B2 (en) Plasma processing equipment
JP4373061B2 (en) Plasma processing apparatus and plasma processing method
JP4031691B2 (en) Plasma processing apparatus and plasma processing method
JP4135173B2 (en) Plasma processing apparatus and plasma processing method
JP2002110646A (en) Plasma treatment apparatus
JP5174848B2 (en) Plasma processing method and plasma processing apparatus
JP4480946B2 (en) Magnetic field generation method for magnetron plasma
JP2004165266A (en) Plasma etching device
WO2003049170A1 (en) Plasma processing device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050518

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080523

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080722

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090202

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090401

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20090910

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20090910

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121002

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4379771

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131002

Year of fee payment: 4

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R360 Written notification for declining of transfer of rights

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R370 Written measure of declining of transfer procedure

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R370

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees