JP4616951B2

JP4616951B2 - Plasma processing equipment

Info

Publication number: JP4616951B2
Application number: JP25823399A
Authority: JP
Inventors: 宗雄古瀬; 誠縄田; 秀之数見; 正道坂口; 謙一桑原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-09-13
Filing date: 1999-09-13
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2019-09-13
Also published as: JP2001085399A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、プラズマ処理装置に係り、特にウエハにエッチング等のプラズマ処理を施す際に、エッチング速度の均一性向上に好適な、プラズマ処理装置のエッチング等の処理を行うエッチング処理室およびマイクロ波の供給部に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のプラズマ処理装置では、例えば、エッチング処理室外部からエッチング処理室中にマイクロ波を供給するプラズマ処理装置では、半導体プラズマプロセス技術（菅野卓雄編著、産業図書発行、（１９８０）、Ｐ１３９）に記載のように、マイクロ波エッチング装置の場合はマイクロ波を伝播する導波管内に石英製の放電室を有し、放電室外部に配置したコイルより発生した磁場とマイクロ波電界の作用により、エッチング処理室内でプラズマを生成させるようになっていた。また、マイクロ波以外のエッチング装置では、磁場を使用しないでエッチング処理室内でプラズマを生成させるようになっていた。そして、該プラズマを利用して半導体ウエハの表面にプラズマ処理を施し、所望の性能を得るようにしていた。
【０００３】
これらの装置においては、エッチング処理室以外の部分では、使用するマイクロ波の波長のλ／２の整数倍として均一性を向上するという方法が用いられていた。しかし、マイクロ波がプラズマ中に入ってからの挙動に関しては考慮されておらず、拡散によってプラズマを広げて均一にするという方法が用いられていた。その結果、エッチング処理室に生成されるプラズマは、常に処理室中央で高い密度を有する分布となり、ウエハにエッチング等の処理を行う際、中央と外周部を均一に行うことは困難であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術によるプラズマ処理装置では、プラズマ中でのマイクロ波の波長とエッチング処理室形状との関係は検討されていないため、ウエハにエッチング等の処理を施すと、ウエハ中央部でエッチング速度が大きくなるという傾向があった。特に、エッチング等を行う膜の厚さが薄い場合、エッチング速度の面内差が著しく大きくなる。これらの問題点を解決するために、エッチング処理室を拡大し、生成するプラズマを拡散させ、ウエハ上のプラズマを均一にするという方法もあるが、この場合も生成するプラズマは常に処理室中央で高い密度分布となる。その結果、ウエハ中央部と外周部でエッチング速度に差が生じ、均一なエッチングができなくなる。さらに、エッチング等の処理を行う膜の厚さが薄くなれば、選択比を確保しながら均一なエッチングを行うという課題を解決することは、困難であるという問題があった。
【０００５】
また、エッチング等の処理を行うウエハ口径が拡大すると、ウエハ中央部と外周部のエッチング速度の差は、更に拡大するという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、生産性の高いエッチングプロセスを可能とした、プラズマ処理装置を提供することをその目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、プラズマ処理装置において、マイクロ波の投入部からエッチング等の処理を行うウエハまでの距離を、投入するマイクロ波の波長(λ)のλ/2の整数倍とした。また、エッチング処理室中において、入射したマイクロ波が反射する壁までの距離をマイクロ波の波長(λ)のλ/2の整数倍とした。
【０００８】
さらに、エッチング処理室内に配置するアース等の、マイクロ波が反射する部材までの距離もマイクロ波の波長(λ)のλ/2の整数倍とした。マイクロ波の投入部からエッチング等の処理を行うウエハまでの距離が、マイクロ波の波長(λ)のλ/2より小さい場合、例えばマイクロ波を導入する石英窓の厚さと合わせてマイクロ波の波長(λ)のλ/2の整数倍とした。さらに、エッチング処理室、マイクロ波を導入する石英窓の厚さ、空洞部を合わせてもマイクロ波の波長(λ)のλ/2より小さい場合、導波管も含めてマイクロ波の波長(λ)のλ/2の整数倍とした。
【０００９】
本発明によれば、エッチング処理室にマイクロ波の定在波が生成されるため、主にプラズマを生成するＥＣＲ領域を制御することで、エッチング処理室中に均一なプラズマを生成することができる。従って、エッチング等の処理を行うウエハの処理速度を、ウエハ中央部と外周部でほぼ同じ値にすることが可能である。特に、エッチング等の処理を行うウエハの面積が、現在主に使用されている8インチから12インチまで大口径化しても、均一な処理を行うことが可能である。その結果、エッチング等の処理を行うウエハを全面で均一に処理するという当初の目的は達成される。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図１から図４用いて説明する。まず図１は、本発明の一実施例のプラズマ処理装置の縦断面図である。１はマグネトロンでありマイクロ波の発振源である。２はマイクロ波の導波管であり５は空気層である。これら導波管２および空気層５は、図１ないし図３に示すように、プラズマ発生装置とエッチング処理室との間に順次配設される。４はエッチング処理室であり、例えばアルミ合金で作られ、内面は対プラズマ性能向上のための表面処理が施されている。また、エッチング処理室外部は導電体であるため、マイクロ波の導波管の役目もしている。６及び７はエッチング処理室４に磁場を供給する磁場供給用コイルＡ及びＢである。８は真空ポンプであり、エッチング処理室４接続されて真空排気される。３はエッチング処理室４を真空封止しながらマイクロ波をエッチング処理室４に供給するための石英板である。この石英板３は、図１ないし図３に示すように、エッチング処理室と空気層との間に配設される。９はプラズマ処理を行なうウエハ１０を支持する試料台であり、バイアス用電源、例えばＲＦ電源１２が接続できるようになっている。１３はエッチング処理室４内にエッチング、成膜等の処理を行なうガスを供給するガス供給系である。
【００１１】
図１では、石英板３の下面からエッチング等の処理を行うウエハ１０までの距離を、マグネトロン１から供給されるマイクロ波の波長(λ)のλ／２の整数倍の距離に設定した一例である。この図1においては、空気層５および石英板３もマイクロ波の波長(λ)のλ／２の整数倍にすることが可能である。その結果、マイクロ波を導入する導波管を含むすべてが、マイクロ波の波長(λ)のλ／２の整数倍にすることが可能となり、エッチング等の処理を行うウエハ１０のウエハ面内のエッチング速度分布は均一になる。
【００１２】
図２は、石英板３の下面からエッチング等の処理を行うウエハ１０までの距離が、マイクロ波の波長(λ)のλ／２の整数倍にできない場合の例である。この場合は、石英板３とエッチング処理室４を通過するマイクロ波の波長を合わせて、マイクロ波の波長(λ)のλ／２の整数倍にすることが可能である。さらに、石英板３とエッチング処理室４を通過する距離を合わせてもマイクロ波の波長(λ)のλ／２の整数倍にできない場合、空気層５と石英板３とエッチング処理室４を通過するマイクロ波の波長を合わせて、マイクロ波の波長(λ)のλ／２の整数倍にすることが可能である。その結果、マイクロ波を導入する導波管を含むすべてが、マイクロ波の波長(λ)のλ／２の整数倍にすることが可能となり、エッチング等の処理を行うウエハ１０のウエハ面内のエッチング速度分布は均一になる。
【００１３】
図３は、エッチング処理室４内部に、入射したマイクロ波が反射するような、たとえばアース１４を設置した例である。この場合も石英板３下面からアース１４までの距離を、マグネトロン１から供給されるマイクロ波の波長(λ)のλ／２の整数倍の距離に設定することが可能である。その結果、マイクロ波を導入する導波管を含むすべてと、エッチング処理室４内のマイクロ波の反射端までの距離を、マイクロ波の波長(λ)のλ／２の整数倍にすることが可能となり、エッチング等の処理を行うウエハ１０のウエハ面内のエッチング速度分布は均一になる。また、この反射端は、アース以外でもエッチング処理室４内でマイクロ波が反射する物であれば、すべてに適用することができる。
【００１４】
図４は、実際に１２インチウエハをエッチングした結果であり、石英板３の下面からエッチング等の処理を行うウエハ１０までの距離を、マグネトロン１から供給されるマイクロ波の波長(λ)のλ/2の整数倍の距離に設定した場合、エッチング等の処理を行うウエハ１０のウエハ面内のエッチング速度分布は均一になる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので以下に記載されるような効果を奏する。プラズマ処理装置において、石英板３の下面からエッチング等の処理を行うウエハ１０までの距離を、マグネトロン１から供給されるマイクロ波の波長(λ)のλ/2の整数倍の距離に設定すれば、エッチング等の処理を行うウエハ１０のウエハ面内のエッチング速度分布は均一になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のプラズマ処理装置の構成図。
【図２】本発明の第２の実施例のプラズマ処理装置の構成図。
【図３】本発明の第２の実施例のプラズマ処理装置の構成図。
【図４】本発明の実施例で得られたエッチング速度の分布。
【符号の説明】
１：マグネトロン、２：導波管、３：石英板、４：エッチング処理室、５：空気層、６：磁場供給用コイルＡ、７：磁場供給用コイルＢ、８：真空ポンプ、９：試料台、１０：ウエハ、１２：ＲＦ電源、１３：ガス供給系、１４：アース[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a plasma processing apparatus, and in particular, when performing plasma processing such as etching on a wafer, an etching processing chamber for performing processing such as etching of the plasma processing apparatus, which is suitable for improving uniformity of etching speed, and a microwave It relates to the supply section.
[0002]
[Prior art]
In a conventional plasma processing apparatus, for example, in a plasma processing apparatus that supplies microwaves into the etching processing chamber from the outside of the etching processing chamber, it is described in the semiconductor plasma processing technology (edited by Takuo Kanno, published by Sangyo Tosho, (1980), P139) In the case of a microwave etching apparatus, a quartz discharge chamber is provided in a waveguide that propagates microwaves, and etching is performed by the action of a magnetic field generated by a coil disposed outside the discharge chamber and a microwave electric field. Plasma was generated in the room. Moreover, in etching apparatuses other than microwaves, plasma is generated in the etching chamber without using a magnetic field. Then, subjected to plasma treatment on the surface of the semiconductor c d c by using the plasma, it has been to obtain a desired performance.
[0003]
In these apparatuses, a method of improving the uniformity as an integral multiple of λ / 2 of the wavelength of the microwave used has been used in a portion other than the etching processing chamber. However, the behavior after the microwave enters the plasma is not considered, and a method of spreading and uniforming the plasma by diffusion has been used. As a result, plasma that will be generated et etching process chamber, always distribution with a high density in the processing chamber central, when performing processing such as etching on a wafer, it is difficult to perform the central and the peripheral portion uniformly .
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional plasma processing apparatus, the relationship between the wavelength of the microwave in the plasma and the shape of the etching chamber has not been studied. Therefore, when the wafer is subjected to processing such as etching, the etching rate increases at the center of the wafer. There was a tendency to become. In particular, when the thickness of the film to be etched is thin, the in-plane difference in the etching rate becomes remarkably large. In order to solve these problems, there is a method of expanding the etching process chamber, diffusing the generated plasma, and making the plasma on the wafer uniform, but in this case as well, the generated plasma is always in the center of the process chamber. High density distribution. As a result, there is a difference in etching rate between the wafer center and the outer periphery, and uniform etching cannot be performed. Further, if the thickness of the film to be processed such as etching is reduced, there is a problem that it is difficult to solve the problem of performing uniform etching while ensuring the selection ratio.
[0005]
Further, when the diameter of the wafer to be processed such as etching is enlarged, there is a problem that the difference in the etching rate between the central part and the outer peripheral part of the wafer is further enlarged.
[0006]
An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus that solves the above-described problems of the prior art and enables an etching process with high productivity.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, in the plasma processing apparatus, the distance from the microwave input portion to the wafer on which the processing such as etching is performed is an integral multiple of λ / 2 of the wavelength (λ) of the input microwave. In the etching chamber, the distance to the wall where the incident microwave is reflected is an integral multiple of λ / 2 of the wavelength (λ) of the microwave.
[0008]
Furthermore, the distance to the member that reflects the microwave, such as the ground disposed in the etching chamber, was also an integral multiple of λ / 2 of the wavelength (λ) of the microwave. When the distance from the microwave input part to the wafer to be processed such as etching is smaller than λ / 2 of the microwave wavelength (λ), for example, the wavelength of the microwave together with the thickness of the quartz window into which the microwave is introduced It was set to an integral multiple of λ / 2 of (λ). Furthermore, if the thickness of the quartz window into which the microwave is introduced, the cavity, and the cavity portion are smaller than λ / 2 of the microwave wavelength (λ), the wavelength of the microwave (λ ) / 2 of λ / 2.
[0009]
According to the present invention, because the generated standing wave of microwaves to the etching chamber, that mainly controls the ECR region for generating plasma, it is possible to generate a uniform plasma in the etching chamber . Therefore, it is possible to set the processing speed of the wafer for performing processing such as etching to substantially the same value at the central portion and the outer peripheral portion of the wafer. In particular, even if the area of a wafer on which processing such as etching is performed is increased from 8 inches to 12 inches, which is currently used mainly, uniform processing can be performed. As a result, the initial purpose of uniformly processing a wafer to be processed such as etching on the entire surface is achieved.
[0010]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention. Reference numeral 1 denotes a magnetron, which is a microwave oscillation source. 2 is a microwave waveguide, and 5 is an air layer. The waveguide 2 and the air layer 5 are sequentially disposed between the plasma generator and the etching chamber as shown in FIGS. Reference numeral 4 denotes an etching chamber, which is made of, for example, an aluminum alloy, and the inner surface is subjected to a surface treatment for improving plasma performance. Further, since the outside of the etching chamber is a conductor, it also serves as a microwave waveguide. Reference numerals 6 and 7 denote magnetic field supply coils A and B for supplying a magnetic field to the etching chamber 4. A vacuum pump 8 is connected to the etching chamber 4 and evacuated. Reference numeral 3 denotes a quartz plate for supplying microwaves to the etching chamber 4 while vacuum-sealing the etching chamber 4. As shown in FIGS. 1 to 3, the quartz plate 3 is disposed between the etching chamber and the air layer. Reference numeral 9 denotes a sample stage for supporting a wafer 10 to be subjected to plasma processing, and a bias power source, for example, an RF power source 12 can be connected thereto. A gas supply system 13 supplies a gas for performing processing such as etching and film formation into the etching processing chamber 4.
[0011]
FIG. 1 shows an example in which the distance from the lower surface of the quartz plate 3 to the wafer 10 to be etched is set to a distance that is an integral multiple of λ / 2 of the wavelength (λ) of the microwave supplied from the magnetron 1. is there. In FIG. 1, the air layer 5 and the quartz plate 3 can also be an integral multiple of λ / 2 of the microwave wavelength (λ). As a result, the entire waveguide including the microwave can be made an integral multiple of λ / 2 of the wavelength (λ) of the microwave. The etching rate distribution becomes uniform.
[0012]
FIG. 2 shows an example in which the distance from the lower surface of the quartz plate 3 to the wafer 10 on which processing such as etching cannot be made an integral multiple of λ / 2 of the microwave wavelength (λ). In this case, the wavelengths of the microwaves passing through the quartz plate 3 and the etching chamber 4 can be combined to be an integral multiple of λ / 2 of the wavelength (λ) of the microwaves. Furthermore, if the distance between the quartz plate 3 and the etching chamber 4 cannot be made an integral multiple of λ / 2 of the microwave wavelength (λ), the air layer 5, the quartz plate 3 and the etching chamber 4 are passed. The wavelengths of the microwaves to be combined can be made an integral multiple of λ / 2 of the wavelength (λ) of the microwaves. As a result, the entire waveguide including the microwave can be made an integral multiple of λ / 2 of the wavelength (λ) of the microwave. The etching rate distribution becomes uniform.
[0013]
FIG. 3 shows an example in which, for example, a ground 14 is installed in the etching chamber 4 so that incident microwaves are reflected. In this case as well, the distance from the lower surface of the quartz plate 3 to the ground 14 can be set to a distance that is an integral multiple of λ / 2 of the wavelength (λ) of the microwave supplied from the magnetron 1. As a result, all containing a waveguide for introducing microwaves, the distance to the reflecting end of the microwave etching treatment chamber 4, to be an integral multiple of lambda / 2 of the wavelength of the microwave (lambda) It becomes possible, and the etching rate distribution in the wafer surface of the wafer 10 which performs processing such as etching becomes uniform. Further, this reflection end can be applied to any object that reflects microwaves in the etching processing chamber 4 other than the ground.
[0014]
FIG. 4 shows the result of actually etching a 12-inch wafer. The distance from the lower surface of the quartz plate 3 to the wafer 10 on which etching or the like is performed is expressed as λ of the wavelength (λ) of the microwave supplied from the magnetron 1. When the distance is set to an integral multiple of / 2, the etching rate distribution in the wafer surface of the wafer 10 to be processed such as etching becomes uniform.
[0015]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained. In the plasma processing apparatus, if the distance from the lower surface of the quartz plate 3 to the wafer 10 to be etched is set to a distance that is an integral multiple of λ / 2 of the wavelength (λ) of the microwave supplied from the magnetron 1. The etching rate distribution in the wafer surface of the wafer 10 to be processed such as etching becomes uniform.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a plasma processing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of a plasma processing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an etching rate distribution obtained in an example of the present invention.
[Explanation of symbols]
1: Magnetron, 2: Waveguide, 3: Quartz plate, 4: Etching chamber, 5: Air layer, 6: Magnetic field supply coil A, 7: Magnetic field supply coil B, 8: Vacuum pump, 9: Sample 10: Wafer, 12: RF power supply, 13: Gas supply system, 14: Earth

Claims

Plasma generator, depressurizable etching chamber, waveguide and air layer sequentially disposed between plasma generator and etching chamber and guiding microwave to etching chamber, etching chamber and air A quartz plate disposed between the layers for supplying microwaves to the etching chamber, a magnetic field supplying device for supplying a magnetic field into the etching chamber, a gas supplying device for supplying gas to the etching chamber, and plasma In a plasma processing apparatus comprising a sample stage for supporting a wafer to be processed, a device for applying a high frequency to the wafer supported on the sample stage, and a vacuum evacuation apparatus, an etching process is performed from the lower surface of a quartz plate that supplies microwaves. The distance to the wafer to be processed is an integral multiple of λ / 2 of the wavelength (λ) of the microwave supplied into the etching chamber, and the air layer and quartz plate The combined length is also an integral multiple of λ / 2 of the wavelength (λ) of the microwave, and the length from the plasma generator provided in the waveguide to the wafer is an integer of λ / 2 of the wavelength (λ) of the microwave A plasma processing apparatus characterized by being doubled .

The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a reflector that reflects the microwave supplied to the inside of the etching processing chamber is installed, and the distance from the lower surface of the quartz plate that is a microwave supply source to the reflector is set. A plasma processing apparatus characterized in that it is an integral multiple of λ / 2 of the wavelength (λ) of the microwave supplied into the etching processing chamber.

Plasma generator, depressurizable etching chamber, waveguide and air layer sequentially disposed between plasma generator and etching chamber and guiding microwave to etching chamber, etching chamber and air A quartz plate disposed between the layers for supplying microwaves to the etching chamber, a magnetic field supplying device for supplying a magnetic field into the etching chamber, a gas supplying device for supplying gas to the etching chamber, and plasma Etching from the bottom surface of a quartz plate, which is a microwave supply source, in a plasma processing apparatus comprising a sample stage for supporting a wafer to be processed, a device for applying a high frequency to the wafer supported on the sample stage, and a vacuum exhaust system The distance to the wafer to be processed cannot be an integral multiple of λ / 2 of the wavelength (λ) of the microwave supplied into the etching processing chamber. The total distance of the etching chamber, the quartz plate, and the air layer is an integral multiple of λ / 2 of the wavelength (λ) of the microwave supplied into the etching chamber, and the plasma generator provided in the waveguide A plasma processing apparatus characterized in that a length to a wafer is an integral multiple of λ / 2 of a microwave wavelength (λ) .