JP4608827B2 - Plasma processing apparatus and plasma processing method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマエッチングなどのプラズマ処理を行うためのプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関するものであり、特に、チャンバ内へのガス導入方法の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体デバイスの高集積化に伴って、高精度の微細加工技術が要求される一方、経済性の追求という観点から、併せて生産性も重視されるようになってきている。そのため、例えば半導体デバイスの製造工程の一つであるドライエッチング工程においては、高密度プラズマを利用したドライエッチング方法を採用することにより、高エッチング選択性と高エッチングレートを実現し、高精度の微細加工と高生産性を両立する試みがなされている。
【0003】
近年、生産性向上を目的に、ウエハ寸法も直径200mmから300mm、さらには400mmと大径化しており、被エッチング面積も次第に大きくなっていることから、高密度プラズマを利用したドライエッチング方法は、益々多用される傾向にある。高密度プラズマを利用してドライエッチングを実施するためのエッチング装置としては、例えばRFバイアス印加型ECRプラズマエッチング装置、誘導結合(ICP)型プラズマエッチング装置、ヘリコン波型プラズマエッチング装置などが開発されており、各方面で利用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、エッチングプロセスにおける重要なポイントは、高速処理とマスク材や下地との高選択性、さらにはエッチングレートやエッチングプロファイルがウエハ全面において均一であることなどである。
【0005】
高速処理の実現には、ラジカル、イオンなどのエッチャントの数が多いことが必要であり、そのためには上記のような高密度プラズマが要求される。しかしながら、高密度のプラズマでは、エッチャントの解離が過度に進行し、その結果、本来のエッチングとは異なるエッチングなどが進行して選択比の低下が生ずるという問題がある。例えば、酸化膜のエッチングでは、マスク材のレジストや、下地のSi、SiNとの選択比を十分に確保することは難しい。
【0006】
均一性に関しては、エッチングガスをどのようにチャンバ内に導入するかが鍵となり、一般には、ウエハ上部に多数のガス噴出孔を設けたシャワーヘッドを設置することが均一性を向上する上で有利であると考えられている。このシャワーヘッドは、ウエハに対して極力近い位置にあることが望ましいが、例えば大口径ウエハなどにおいては、ウエハのセンター部分にデポジション性の高いガスの比率が高くなる傾向にあり、エッチングの均一性が悪化する懸念がある。特に、誘導結合型(ICP)のプラズマソースの場合、プラズマソースがウエハに近いとアンテナ形状に依存した形状の悪化を招き、また、アンテナに近い部分は電子温度が高く過度の解離やダメージが懸念される。
【0007】
本発明は、かかる従来の実情に鑑みて提案されたものであり、均一性に優れたプラズマ処理が可能で、種々のプロセスに対応することが可能なプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することを目的とする。また、導入ガスの過度の解離のない高選択なエッチングを実現することができ、同時に高速処理を実現することが可能なプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明のプラズマ処理装置は、チャンバ内にプラズマソース電極と被処理基板とが対向配置され、これらプラズマソース電極と被処理基板との間にエッチングガスを導入するためのガス供給手段が配置されていることを特徴とするものである。また、本発明のプラズマ処理方法は、チャンバ内にプラズマソース電極と被処理基板とを対向配置するとともに、これらプラズマソース電極と被処理基板との間にエッチングガスを導入するためのガス供給手段を配置し、上記被処理基板をプラズマ処理することを特徴とするものである。
【0009】
上記の構成において、ガス供給手段は被処理基板の至近距離に設置可能であり、均一なプラズマ処理が実現される。このとき、プラズマソース電極は、被処理基板に近づける必要がないことから、形状の悪化を招くこともなく、また過度の解離やダメージも回避される。また、ガス供給手段の設計により、各種プロセスに対応して容易に均一性の良いプロセスが得られる。
【0010】
特に、上記ガス供給手段により、プラズマソース電極側にバルクガスを導入するとともに、被処理基板側にエッチャントとして作用するガスを含むエッチングガスを導入し、プラズマ処理を行えば、エッチングガスの過度の解離のない高選択なプラズマ処理(エッチング)が実現される。また、このとき高密度プラズマによる高速処理も同時に実現される。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用したプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下においては、プラズマエッチング装置及びプラズマエッチング方法を例にして、その構成を説明する。
【0012】
本例のプラズマエッチング装置においては、図1にその基本構造を示すように、真空チャンバ1内にウエハ支持部材2に支持された状態で被処理基板であるウエハ3が設置され、これと対向して、真空チャンバ1の上部にプラズマソース電極4が設けられている。また、上記ウエハ3とプラズマソース電極4の間には、ガス供給手段であるプロセスガス導入治具5が設置されており、ここからプロセスガスを供給するようになっている。
【0013】
適用可能なプラズマエッチング装置としては、RFバイアス印加型ECRプラズマエッチング装置、誘導結合(ICP)型プラズマエッチング装置、ヘリコン波型プラズマエッチング装置などを挙げることができる。例えばICP型プラズマエッチング装置では、マイクロストリップ型の電磁波放射アンテナを用いてUHF帯域の電磁波を真空チャンバ1内に導入してプラズマを発生させ、真空チャンバ1内に設置されたウエハ3の表面のシリコン酸化膜のエッチング処理を行う。したがって、上記プラズマソース電極4は、アンテナを備えた上部プレートということになる。勿論、これに限らず、種々のプラズマエッチング装置に適用可能であることは言うまでもない。
【0014】
本発明において特徴的なのは、上記ウエハ3とプラズマソース電極4の間にガス供給手段であるプロセスガス導入治具5を設置したことであり、エッチングに際しては、上記プロセスガス導入治具5の上方及び下方からプロセスガスを導入している。これまで、このような位置からプロセスガスを導入した例はない。
【0015】
ここで、上記プロセスガス導入治具5から上方に向かって、すなわちプラズマソース電極4に向かって吹き出されるガスは、Arなどのバルクガスである。このバルクガスは、プラズマを発生するために必要なものであるが、解離について考慮する必要がなく、たとえ過度に解離されたとしてもエッチングの選択性に影響を及ぼすことはない。
【0016】
一方、上記プロセスガス導入治具5から下方に向かって、すなわちウエハ3に向かって吹き出されるガスは、いわゆるエッチャントとして作用するガスを含むエッチングガスである。エッチャントとして作用するガスとしては、Cなどのフッ化炭素系のガスを挙げることができる。これらフッ化炭素系のガスは、分子量がある程度大きく、電子温度が高いプラズマなどに晒されると過度に解離し、例えばCFやフッ素にまで解離する。解離したCFやフッ素のラジカルやイオンは、本来エッチャントとして機能するCのラジカル、イオンとは異なるエッチング特性を示し、例えば酸化膜エッチングではマスク材のレジストや下地のSi、SiNなどとの選択比を得ることが困難になる。
【0017】
上記のように、エッチャントを含むエッチングガスをプロセスガス導入治具5からプラズマソース電極4の反対側に向かって吹き出せば、真空チャンバ1の下方の電子温度の低い領域へ導入されることになり、上記エッチャントとして作用するガスの過度の解離が抑制される。また、プロセスガス導入治具5とウエハ3との距離が近いために、エッチングガスがウエハ3上に解離の進行が過度に進む前に到達する。したがって、例えば酸化膜エッチングにおいて、マスク材や下地に対して高い選択比を得ることが可能である。
【0018】
また、上記プロセスガス導入治具5は、ウエハ3とプラズマソース電極4の間に設置されており、その位置(特にウエハ3に対する高さh)は任意に設定することができる。したがって、プラズマソース電極4をウエハ3に近づけることなくプロセスガス導入治具5のみをウエハ3の至近距離まで近づけることができる。これにより、例えばICP型プラズマエッチング装置において問題になるアンテナ形状に依存するプラズマの不均一性による影響を回避しながら、シャワーヘッドと同様の効果による均一なガス導入により、均一なエッチング特性を得ることができる。特に、センターとエッジでガス導入の影響により不均一性が生じ易い直径300mm以上の大口径ウエハにおいても、均一なエッチング特性を得ることができ、その効果は絶大である。
【0019】
上記プロセスガス導入治具5には、プラズマソース電極4に向かって吹き出されるバルクガスと、ウエハ3に向かって吹き出されるエッチングガスの2種類のガスが供給される。各ガスは、マスフローコントローラによって制御され、その組成、流量が設定される。例えば、図1に示すエッチング装置では、プラズマソース電極4に向かって吹き出されるバルクガスは、マスフローコントローラ6a,6bによって2種類のガスが混合され、導入されている。同様に、ウエハ3に向かって吹き出されるエッチングガスは、マスフローコントローラ7a,7b,7c,7dによって4種類のガスが混合され、導入されている。
【0020】
ここで、上記各マスフローコントローラを調整し、上方へ流すバルクガスの組成、流量と、下方へ流すエッチングガスの組成、流量を所定の設定(レシピ)に従ってコントロールすることにより、種々のプロセスに対応することが可能である。また、上記プロセスガス導入治具5の高さhを変えることでも種々のプロセスに対応可能である。さらに、プロセスガス導入治具5のガスの吹き出し方向、速度を変えたものを複数常備するようにし、処理プロセスに応じて最適なものを使用することで、各種プロセスに対し容易に均一性の良いプロセスを実現することができる。
【0021】
上記の構成を有するプラズマエッチング装置においては、プロセスガス導入治具5から2種類のガスを導入する必要があり、これに対応してプロセスガス導入治具5の構造を工夫する必要がある。そこで、以下、このプロセスガス導入治具5の構造例について説明する。
【0022】
上記プロセスガス導入治具5は、図2に示すように、上記各ガスを供給するための直線状の主経路11,12と、円環状の枝経路13とから構成されている。主経路11と主経路12とは、互いに直交する形で配置されており、それぞれ枝経路13を貫通する形で当該枝経路13と連通されている。
【0023】
枝経路13は、径の異なる複数の円環状のガス吹き出し管13a,13b,13c,13dが同心円状に配置されており、大口径のウエハ3に対しても均等にガスが供給されるように工夫されている。ここで、上記ガス吹き出し管13a,13b,13c,13dの数は、ガスの導入の均一性の観点からは多い方が良い。また、積極的にプロセスガス導入管5の上下のプラズマを分離したい場合も、ガス吹き出し管13a,13b,13c,13dの数が多い方が好ましい。逆に、プラズマへの影響を低減したい場合には、ガス吹き出し管13a,13b,13c,13dの数は少ない方が好ましい。本例では、ガス吹き出し管13a,13b,13c,13dの数は4本としている。
【0024】
上記各ガス吹き出し管13a,13b,13c,13dは2重構造を有しており、バルクガスとエッチングガスとを別々に導入し得る構造を採用している。図3は、各ガス吹き出し管13a,13b,13c,13dの構造を示すものである。各ガス吹き出し管13a,13b,13c,13dは、図3に示すように、バルクガスの通路となる溝21aが形成された第1の半管状部材21と、エッチングガスの通路となる溝22aが形成された第2の半管状部材22とを、仕切り板23を介して接合してなる構造を有しており、上記溝21aにより形成される空間と、上記溝22aにより形成される空間は、上記仕切り板23によって互いに独立したガス導入路とされている。また、上記第1の半管状部材21及び第2の半管状部材22には、上記各溝21a,22aのほぼ中央に沿った形でそれぞれガス吹き出し孔21b,22bが配列形成されている。
【0025】
したがって、例えばバルクガスは、主経路11から導入され、各ガス吹き出し管13a,13b,13c,13dの2階建て構造のうちの上段の溝21aを通ってガス吹き出し孔21bから上方に向かって(プラズマソース電極4に向かって)吹き出される。エッチングガスは、主経路12から導入され、各ガス吹き出し管13a,13b,13c,13dの下段の溝22aを通ってガス吹き出し孔22bから下方に向かって(ウエハ3に向かって)吹き出される。
【0026】
上記枝経路13を構成する円環状のガス吹き出し管13a,13b,13c,13dの材質は、積極的にFラジカルなどをトラップする目的で、SiやSiCなどとすることが好ましい。例えば、上記ガス吹き出し管13a,13b,13c,13dの材質をSiとし、これをウエハ3の直近に設ければ、上記ガス吹き出し管13a,13b,13c,13dがFによってスパッタされ、FはSiFとなってスカベンジされる。その結果、たとえ過剰な解離によりFラジカル、Fイオンが生じたとしても、本来のエッチングに悪影響を及ぼすことはない。また、プラズマソース電極4(アンテナを備えた上部プレート)にこのような役割を負わせる必要がなくなるので、上部プレートの材質を非消耗材とすることも可能である。なお、上記において、ガス吹き出し管13a,13b,13c,13d全体のの材質をSiやSiCなどの消耗材としてもよいし、下部の半管状部材22のみをSiなどの消耗材とし、上部の半管状部材21は石英やアルミアルマイト、セラミックなどの非消耗材とすることも可能である。
【0027】
次に、プロセスガス導入治具の実際の使用例について説明する。本例は、ICP型プラズマエッチング装置において酸化膜をエッチングする場合の使用例である。ICP型プラズマエッチング装置における設定は下記の通りである。
ソースアンテナパワー:周波数13.56MHz、パワー2kW
下部電極バイアスパワー:周波数800kHz、パワー500kW
圧力:100mTorr
上段導入(上方噴出)バルクガス流量:CO 200sccm、Ar 500sccm
下段導入(下方噴出)エッチングガス流量:CHF 5sccm、C10sccm、CO 100sccm
【0028】
本例では、解離を抑制したいCHF、Cガスを下方の電子温度の低い領域へ導入しており、プラズマ生成のためのAr(バルクガス)を上部プレート方向へ噴出させている。これにより、CHF、Cガスの過度な解離による選択比の劣化を招くことなく、均一なエッチングを実現することができた。
【0029】
以上、本発明を適用したプラズマ処理装置、プラズマ処理方法について説明してきたが、本発明がこれらの例に限定されるものではなく、本願発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることは言うまでもない。例えば、上記においてはプラズマエッチング装置、プラズマエッチング方法を中心に説明したが、プラズマCVD装置、プラズマCVD方法など、プラズマ処理装置、プラズマ処理方法全般に適用することが可能である。また、プロセスガス導入治具から導入するガスは、必ずしも上下で分ける必要はなく、単にプロセスガスを上部プレートとウエハの間から供給するようにし、例えばプロセスガス導入治具の位置を調整することなどによっても、ある程度の効果を得ることができる。
【0030】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明のプラズマ処理装置、プラズマ処理方法によれば、電子温度の高い上部プレート(プラズマソース電極)直下にバルクガスが導入され、プロセスガスが解離の進行が過度に進む前にウエハ(被処理基板)直上へ到達するため、例えばプラズマエッチングを行う場合、マスク材やストップ材に対して高い選択比を得ることができる。
【0031】
また、上部プレートをウエハに近づけずにガスの導入のみをウエハ直上に設置できるので、例えば上部プレートのアンテナ形状に依存するプラズマの不均一性による影響が小さく、シャワーヘッドと同様の効果による均一なガスの導入により均一な処理を実現することができる。特に、センターとエッジでガス導入の影響による均一性の悪化の生じやすい直径300mm以上の大口径ウエハにおいても、均一な処理特性を実現することができる。
【0032】
さらに、本発明においては、上方へ流すガスの組成、流量と、下方へ流すガスの組成、流量をレシピでコントロールすることにより、種々のプロセスに対応することができる。また、ガス供給手段であるプロセスガス導入治具の設置位置(設置高さ)を変えることによっても、種々のプロセスに対応可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用したプラズマエッチング装置の一構成例を示す模式図である。
【図2】プロセスガス導入治具の一例を示す概略斜視図である。
【図3】円環状のガス吹き出し管の構造例を一部破断して示す要部概略斜視図である。
【符号の説明】
1 真空チャンバ、3 ウエハ、4 プラズマソース電極、5 プロセスガス導入治具、11,12 主経路、13 枝経路、13a,13b,13c,13dガス吹き出し管、21,22 半管状部材、21b,22b ガス吹き出し孔
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method for performing plasma processing such as plasma etching, and more particularly to improvement of a method for introducing a gas into a chamber.
[0002]
[Prior art]
With the high integration of semiconductor devices, high-precision microfabrication technology is required, while productivity is also being emphasized from the viewpoint of economic efficiency. Therefore, for example, in the dry etching process, which is one of the manufacturing processes of semiconductor devices, a high etching selectivity and a high etching rate are realized by adopting a dry etching method using high-density plasma, and a high-precision fine pattern is realized. Attempts have been made to achieve both processing and high productivity.
[0003]
In recent years, for the purpose of improving productivity, the wafer size has been increased from 200 mm to 300 mm, and further to 400 mm, and the area to be etched has gradually increased. Therefore, the dry etching method using high-density plasma is It tends to be used more and more. As an etching apparatus for performing dry etching using high-density plasma, for example, an RF bias application type ECR plasma etching apparatus, an inductively coupled (ICP) type plasma etching apparatus, a helicon wave type plasma etching apparatus, and the like have been developed. It is used in various areas.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, important points in the etching process are high-speed processing and high selectivity between the mask material and the base, and that the etching rate and etching profile are uniform over the entire wafer surface.
[0005]
In order to realize high-speed processing, it is necessary that the number of etchants such as radicals and ions is large. For this purpose, high-density plasma as described above is required. However, in the high-density plasma, the etchant dissociates excessively, and as a result, etching different from the original etching proceeds and the selectivity is lowered. For example, in the etching of an oxide film, it is difficult to ensure a sufficient selection ratio with the mask material resist and the underlying Si and SiN.
[0006]
With respect to uniformity, the key is how to introduce the etching gas into the chamber, and in general, it is advantageous to improve the uniformity by installing a shower head provided with a number of gas ejection holes above the wafer. It is considered to be. This shower head is desirably located as close as possible to the wafer. However, for example, in a large-diameter wafer, the ratio of highly depositable gas tends to be high in the center portion of the wafer, and etching is uniform. There is concern that sex will deteriorate. In particular, in the case of an inductively coupled (ICP) plasma source, when the plasma source is close to the wafer, the shape depending on the antenna shape is deteriorated, and the portion near the antenna has a high electron temperature and there is a concern about excessive dissociation or damage. Is done.
[0007]
The present invention has been proposed in view of such conventional circumstances, and provides a plasma processing apparatus and a plasma processing method capable of performing plasma processing with excellent uniformity and capable of dealing with various processes. With the goal. It is another object of the present invention to provide a plasma processing apparatus and a plasma processing method capable of realizing highly selective etching without excessive dissociation of the introduced gas and simultaneously realizing high-speed processing.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the plasma processing apparatus of the present invention, a plasma source electrode and a substrate to be processed are disposed opposite to each other in a chamber, and an etching gas is introduced between the plasma source electrode and the substrate to be processed. The gas supply means for this is arrange | positioned, It is characterized by the above-mentioned. Further, the plasma processing method of the present invention has a gas supply means for introducing an etching gas between the plasma source electrode and the substrate to be processed while the plasma source electrode and the substrate to be processed are disposed opposite to each other in the chamber. It arrange | positions and the said to-be-processed substrate is plasma-processed, It is characterized by the above-mentioned.
[0009]
In the above configuration, the gas supply means can be installed at a close distance of the substrate to be processed, and uniform plasma processing is realized. At this time, since the plasma source electrode does not need to be close to the substrate to be processed, the shape is not deteriorated, and excessive dissociation and damage are avoided. In addition, by designing the gas supply means, a process with good uniformity can be easily obtained corresponding to various processes.
[0010]
In particular, when the gas supply means introduces a bulk gas to the plasma source electrode side and introduces an etching gas containing a gas acting as an etchant to the substrate to be processed, and plasma treatment is performed, excessive dissociation of the etching gas is caused. Highly selective plasma processing (etching) is realized. At this time, high-speed processing using high-density plasma is also realized at the same time.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a plasma processing apparatus and a plasma processing method to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the configuration of the plasma etching apparatus and the plasma etching method will be described as an example.
[0012]
In the plasma etching apparatus of this example, as shown in FIG. 1, a wafer 3 that is a substrate to be processed is placed in a vacuum chamber 1 while being supported by a wafer support member 2, and is opposed to the wafer 3. A plasma source electrode 4 is provided on the vacuum chamber 1. Further, a process gas introduction jig 5 serving as a gas supply means is installed between the wafer 3 and the plasma source electrode 4, and the process gas is supplied therefrom.
[0013]
Examples of applicable plasma etching apparatuses include an RF bias application type ECR plasma etching apparatus, an inductively coupled (ICP) type plasma etching apparatus, and a helicon wave type plasma etching apparatus. For example, in an ICP type plasma etching apparatus, UHF band electromagnetic waves are introduced into the vacuum chamber 1 using a microstrip type electromagnetic radiation antenna to generate plasma, and the silicon on the surface of the wafer 3 installed in the vacuum chamber 1 An oxide film is etched. Therefore, the plasma source electrode 4 is an upper plate provided with an antenna. Needless to say, the present invention is not limited to this and can be applied to various plasma etching apparatuses.
[0014]
A characteristic of the present invention is that a process gas introduction jig 5 as a gas supply means is installed between the wafer 3 and the plasma source electrode 4. Process gas is introduced from below. Until now, there has been no example of introducing process gas from such a position.
[0015]
Here, the gas blown upward from the process gas introduction jig 5, that is, toward the plasma source electrode 4 is a bulk gas such as Ar. Although this bulk gas is necessary for generating plasma, it is not necessary to consider dissociation, and even if it is excessively dissociated, it does not affect the selectivity of etching.
[0016]
On the other hand, the gas blown downward from the process gas introduction jig 5, that is, toward the wafer 3 is an etching gas containing a gas acting as a so-called etchant. Examples of the gas that acts as an etchant include fluorocarbon gases such as C 4 F 8 . These fluorocarbon gases are dissociated excessively when exposed to plasma having a high molecular weight and a high electron temperature, for example, CF 2 and fluorine. The dissociated CF 2 and fluorine radicals and ions exhibit etching characteristics different from those of C 4 F 8 radicals and ions that originally function as an etchant. For example, in oxide film etching, the mask material resist, the underlying Si, SiN, etc. It is difficult to obtain a selection ratio of
[0017]
As described above, if the etching gas containing the etchant is blown out from the process gas introduction jig 5 toward the opposite side of the plasma source electrode 4, the etching gas is introduced into the low electron temperature region below the vacuum chamber 1. The excessive dissociation of the gas acting as the etchant is suppressed. Further, since the distance between the process gas introduction jig 5 and the wafer 3 is short, the etching gas reaches the wafer 3 before the progress of dissociation proceeds excessively. Therefore, for example, in the oxide film etching, it is possible to obtain a high selection ratio with respect to the mask material and the base.
[0018]
The process gas introduction jig 5 is installed between the wafer 3 and the plasma source electrode 4, and the position (particularly, the height h with respect to the wafer 3) can be set arbitrarily. Therefore, only the process gas introduction jig 5 can be brought close to the closest distance of the wafer 3 without bringing the plasma source electrode 4 close to the wafer 3. As a result, uniform etching characteristics can be obtained by uniform gas introduction with the same effect as the shower head while avoiding the influence due to the plasma non-uniformity depending on the antenna shape, which is a problem in the ICP type plasma etching apparatus, for example. Can do. In particular, even in a large-diameter wafer having a diameter of 300 mm or more, which is likely to cause non-uniformity due to gas introduction at the center and the edge, uniform etching characteristics can be obtained, and the effect is great.
[0019]
The process gas introduction jig 5 is supplied with two kinds of gases, a bulk gas blown toward the plasma source electrode 4 and an etching gas blown toward the wafer 3. Each gas is controlled by a mass flow controller, and its composition and flow rate are set. For example, in the etching apparatus shown in FIG. 1, the bulk gas blown toward the plasma source electrode 4 is mixed and introduced by the mass flow controllers 6a and 6b. Similarly, as the etching gas blown toward the wafer 3, four types of gases are mixed and introduced by the mass flow controllers 7a, 7b, 7c, and 7d.
[0020]
Here, by adjusting each mass flow controller and controlling the composition and flow rate of the bulk gas flowing upward and the composition and flow rate of the etching gas flowing downward according to a predetermined setting (recipe), various processes can be handled. Is possible. Also, various processes can be handled by changing the height h of the process gas introduction jig 5. Furthermore, the process gas introduction jig 5 is provided with a plurality of gas blowing directions and speeds which are constantly changed, and by using the optimum one according to the processing process, it is easy to obtain uniform uniformity for various processes. Process can be realized.
[0021]
In the plasma etching apparatus having the above-described configuration, it is necessary to introduce two kinds of gases from the process gas introduction jig 5, and it is necessary to devise the structure of the process gas introduction jig 5 correspondingly. Therefore, a structural example of the process gas introduction jig 5 will be described below.
[0022]
As shown in FIG. 2, the process gas introduction jig 5 includes linear main paths 11 and 12 for supplying the respective gases and an annular branch path 13. The main path 11 and the main path 12 are arranged so as to be orthogonal to each other, and communicate with the branch path 13 so as to penetrate the branch path 13.
[0023]
In the branch path 13, a plurality of annular gas blowing pipes 13 a, 13 b, 13 c, and 13 d having different diameters are concentrically arranged so that gas is evenly supplied to the large-diameter wafer 3. It has been devised. Here, the number of the gas blowing pipes 13a, 13b, 13c, and 13d is preferably larger from the viewpoint of uniformity of gas introduction. Further, when it is desired to positively separate the upper and lower plasmas of the process gas introduction pipe 5, it is preferable that the number of the gas blowing pipes 13a, 13b, 13c, 13d is large. Conversely, when it is desired to reduce the influence on the plasma, it is preferable that the number of the gas blowing pipes 13a, 13b, 13c, and 13d is small. In this example, the number of gas blowing pipes 13a, 13b, 13c, and 13d is four.
[0024]
Each of the gas blowing pipes 13a, 13b, 13c, and 13d has a double structure and adopts a structure in which a bulk gas and an etching gas can be separately introduced. FIG. 3 shows the structure of each gas blowing tube 13a, 13b, 13c, 13d. As shown in FIG. 3, each gas blowing tube 13a, 13b, 13c, 13d is formed with a first semi-tubular member 21 in which a groove 21a serving as a bulk gas passage is formed and a groove 22a serving as an etching gas passage. The second semi-tubular member 22 is joined via a partition plate 23, and the space formed by the groove 21a and the space formed by the groove 22a are The partition plates 23 form independent gas introduction paths. The first semi-tubular member 21 and the second semi-tubular member 22 have gas blowing holes 21b and 22b arranged in an array along substantially the center of the grooves 21a and 22a.
[0025]
Therefore, for example, bulk gas is introduced from the main path 11 and passes upward from the gas blowing holes 21b through the upper grooves 21a in the two-story structure of the gas blowing pipes 13a, 13b, 13c, and 13d (plasma). Blowing out (toward the source electrode 4). The etching gas is introduced from the main path 12 and blown downward (toward the wafer 3) from the gas blowing holes 22b through the lower grooves 22a of the gas blowing pipes 13a, 13b, 13c, and 13d.
[0026]
The material of the annular gas blowing pipes 13a, 13b, 13c, and 13d constituting the branch path 13 is preferably Si, SiC, or the like for the purpose of actively trapping F radicals and the like. For example, if the material of the gas blowing pipes 13a, 13b, 13c and 13d is Si and is provided in the immediate vicinity of the wafer 3, the gas blowing pipes 13a, 13b, 13c and 13d are sputtered by F, and F is SiF. It is scavenged. As a result, even if F radicals and F ions are generated due to excessive dissociation, the original etching is not adversely affected. Further, since it is not necessary to impose such a role on the plasma source electrode 4 (upper plate provided with an antenna), the material of the upper plate can be a non-consumable material. In the above, the gas blowing pipes 13a, 13b, 13c, and 13d may be made of a consumable material such as Si or SiC, or only the lower semi-tubular member 22 may be a consumable material such as Si, The tubular member 21 can also be a non-consumable material such as quartz, aluminum alumite, or ceramic.
[0027]
Next, an actual usage example of the process gas introduction jig will be described. This example is a usage example when an oxide film is etched in an ICP type plasma etching apparatus. Settings in the ICP type plasma etching apparatus are as follows.
Source antenna power: frequency 13.56 MHz, power 2 kW
Lower electrode bias power: frequency 800 kHz, power 500 kW
Pressure: 100mTorr
Upper stage introduction (upward ejection) Bulk gas flow rate: CO 200 sccm, Ar 500 sccm
Lower stage introduction (downward ejection) Etching gas flow rate: CHF 3 5 sccm, C 4 F 8 10 sccm, CO 100 sccm
[0028]
In this example, CHF 3 and C 4 F 8 gases for which dissociation is to be suppressed are introduced into the lower region of the electron temperature, and Ar (bulk gas) for plasma generation is ejected toward the upper plate. As a result, uniform etching could be realized without deteriorating the selection ratio due to excessive dissociation of CHF 3 and C 4 F 8 gases.
[0029]
The plasma processing apparatus and the plasma processing method to which the present invention is applied have been described above, but the present invention is not limited to these examples, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Needless to say. For example, in the above description, the plasma etching apparatus and the plasma etching method have been mainly described. However, the present invention can be applied to plasma processing apparatuses and plasma processing methods in general, such as a plasma CVD apparatus and a plasma CVD method. Further, the gas introduced from the process gas introduction jig does not necessarily need to be divided into upper and lower parts, but simply supply the process gas from between the upper plate and the wafer, for example, adjusting the position of the process gas introduction jig. A certain effect can be obtained.
[0030]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the plasma processing apparatus and the plasma processing method of the present invention, the bulk gas is introduced directly under the upper plate (plasma source electrode) having a high electron temperature, and the process gas is excessively dissociated. In order to reach a position just above the wafer (substrate to be processed) before proceeding to (5), for example, when performing plasma etching, a high selection ratio can be obtained with respect to the mask material and the stop material.
[0031]
In addition, since the introduction of gas can be installed directly on the wafer without bringing the upper plate close to the wafer, the influence of plasma non-uniformity depending on the antenna shape of the upper plate, for example, is small and uniform due to the same effect as the shower head. Uniform treatment can be realized by introducing gas. In particular, even in a large diameter wafer having a diameter of 300 mm or more, which tends to deteriorate uniformity due to the influence of gas introduction at the center and the edge, uniform processing characteristics can be realized.
[0032]
Furthermore, in the present invention, it is possible to cope with various processes by controlling the composition and flow rate of the gas flowing upward and the composition and flow rate of the gas flowing downward according to the recipe. Also, various processes can be handled by changing the installation position (installation height) of the process gas introduction jig as the gas supply means.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a plasma etching apparatus to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a schematic perspective view showing an example of a process gas introduction jig.
FIG. 3 is a schematic perspective view of a main part of a structure example of an annular gas blow-out pipe, partially broken away.
[Explanation of symbols]
1 vacuum chamber, 3 wafer, 4 plasma source electrode, 5 process gas introduction jig, 11, 12 main path, 13 branch path, 13a, 13b, 13c, 13d gas blowing pipe, 21, 22 semi-tubular member, 21b, 22b Gas blowout hole

Claims (5)

チャンバ内にプラズマソース電極と被処理基板とが対向配置され、これらプラズマソース電極と被処理基板との間にエッチングガスを導入するためのガス供給手段が配置され、上記ガス供給手段は、上記プラズマソース電極側にガスを吹き出すガス導入孔と、上記被処理基板側にガスを吹き出すガス導入孔とを有し、上記プラズマソース電極側のガス導入孔から吹き出されるガスの組成と、上記被処理基板側のガス導入孔から吹き出されるガスの組成とは異なるとともに、上記プラズマソース電極側のガス導入孔から吹き出されるガスはプラズマを発生させるためのバルクガスであり、上記被処理基板側のガス導入孔から吹き出されるガスはエッチャントとして作用するガスを含むことを特徴とするプラズマ処理装置。A plasma source electrode and a substrate to be processed are disposed opposite to each other in the chamber, gas supply means for introducing an etching gas is disposed between the plasma source electrode and the substrate to be processed, and the gas supply means includes the plasma A gas introduction hole for blowing gas to the source electrode side; and a gas introduction hole for blowing gas to the substrate to be processed; the composition of the gas blown from the gas introduction hole on the plasma source electrode side; The gas blown out from the gas introduction hole on the plasma source electrode side is different from the composition of the gas blown out from the gas introduction hole on the substrate side, and is a bulk gas for generating plasma. The plasma processing apparatus characterized in that the gas blown out from the introduction hole contains a gas acting as an etchant . 上記エッチャントとして作用するガスがフッ化炭素系ガスであることを特徴とする請求項記載のプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein gas acting as the etchant characterized in that it is a fluorocarbon-based gas. チャンバ内にプラズマソース電極と被処理基板とを対向配置するとともに、これらプラズマソース電極と被処理基板との間にエッチングガスを導入するためのガス供給手段を配置し、上記ガス供給手段により、プラズマソース電極側にバルクガスを導入するとともに、被処理基板側にエッチャントとして作用するガスを含むエッチングガスを導入し、上記被処理基板をプラズマ処理することを特徴とするプラズマ処理方法。With the plasma source electrode and the target substrate to face disposed in the chamber, a gas supply means for introducing an etching gas between these plasma source electrode and the substrate to be processed placed, by the gas supply means, the plasma A plasma processing method, wherein a bulk gas is introduced into a source electrode side and an etching gas containing a gas acting as an etchant is introduced into a substrate to be processed, and the substrate to be processed is subjected to plasma treatment. 上記エッチャントとして作用するガスとしてフッ化炭素系ガスを用いることを特徴とする請求項記載のプラズマ処理方法。4. The plasma processing method according to claim 3 , wherein a fluorocarbon gas is used as the gas acting as the etchant. 上記プラズマ処理が、プラズマエッチングであることを特徴とする請求項記載のプラズマ処理方法。The plasma processing method according to claim 3 , wherein the plasma processing is plasma etching.
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