JP5072066B2

JP5072066B2 - Plasma forming method

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Publication number: JP5072066B2
Application number: JP2006281620A
Authority: JP
Inventors: 泰宏森川; 友彦市川; 紅コウ鄒
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2006-10-16
Filing date: 2006-10-16
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2026-10-16
Also published as: JP2008098577A

Description

本発明は、真空槽内に形成した電場と磁場の結合によりプラズマを形成するプラズマ形成方法に関し、更に詳しくは、プラズマ源の大型化に伴うプラズマ密度分布の不均一性を改善できるプラズマ形成方法に関する。 The present invention relates to a plasma forming method for forming plasma by combining an electric field and a magnetic field formed in a vacuum chamber, and more particularly, to a plasma forming method capable of improving nonuniformity of plasma density distribution accompanying an increase in the size of a plasma source. .

近年、プラズマを利用して基板、ターゲット等の被処理物にコーティング、エッチング、スパッタリング、ＣＶＤ等の処理を行うようにした放電プラズマ処理装置が広く普及している。この種の放電プラズマ処理装置としては、プラズマを形成するプラズマ源の構成に応じて幾つかの方式に分類され、中でも、真空槽内に形成した電場と磁場との結合によりプラズマを形成するようにした有磁場放電プラズマ処理装置が知られている。 In recent years, discharge plasma processing apparatuses that perform processing such as coating, etching, sputtering, and CVD on an object to be processed such as a substrate and a target by using plasma have been widely used. This type of discharge plasma processing apparatus is classified into several methods according to the configuration of the plasma source that forms the plasma. Among them, the plasma is formed by the combination of the electric field and the magnetic field formed in the vacuum chamber. A magnetic field discharge plasma processing apparatus is known.

有磁場放電プラズマ処理装置には、電場形成手段としてプラズマ形成空間の周囲に配置された高周波コイルと、磁場形成手段として高周波コイルの外周側に配置された磁気コイルとを備えたものがある。更に、磁場形成手段の構成として、磁場形成手段が、真空槽内において磁場ゼロとなる磁気中性線を連続して形成する複数の磁気コイルからなるもの（例えば下記特許文献１参照）と、磁気形成手段が、真空槽内において発散磁場を形成する磁気コイルからなるもの（例えば下記特許文献２参照）が知られている。 Some magnetic field discharge plasma processing apparatuses include a high-frequency coil arranged around a plasma forming space as an electric field forming unit, and a magnetic coil arranged on the outer peripheral side of the high-frequency coil as a magnetic field forming unit. Furthermore, as a configuration of the magnetic field forming means, the magnetic field forming means is composed of a plurality of magnetic coils that continuously form a magnetic neutral line in which the magnetic field is zero in the vacuum chamber (see, for example, Patent Document 1 below), and magnetic There is known a means for forming a magnetic coil that forms a divergent magnetic field in a vacuum chamber (see, for example, Patent Document 2 below).

これらの有磁場放電プラズマ処理装置は、真空槽内において、高周波コイルに例えば１０ＭＨｚ以上の高周波電力を印加することにより形成される誘導電場と磁気コイルにより形成される磁場とを結合させることでプラズマを形成させ、プラズマ中のイオンによるスパッタ作用やラジカル源との反応を利用して、半導体ウエハ、ガラス基板等の被処理基板に対するエッチングあるいはプラズマＣＶＤによる成膜等の各種処理を行うようにしている。 These magnetic field discharge plasma processing apparatuses combine plasma in a vacuum chamber by combining an induction electric field formed by applying a high frequency power of, for example, 10 MHz or more to a high frequency coil and a magnetic field formed by the magnetic coil. The substrate is formed, and various processes such as etching on a substrate to be processed such as a semiconductor wafer and a glass substrate or film formation by plasma CVD are performed by using a sputtering action by ions in plasma and a reaction with a radical source.

特許第２７０５８９７号公報Japanese Patent No. 27059797 特開平７−１６９５９５号公報JP-A-7-169595 節原裕一「次世代メートルサイズ大面積プロセス用プラズマ源」 J.Plasma Fusion Res. Vol.81,No.2 (2005) 85-93Yuichi Setsuhara "Plasma Source for Next Generation Metric Size Large Area Process" J. Plasma Fusion Res. Vol.81, No.2 (2005) 85-93

近年、生産性の向上と低コスト化を実現するため、被処理基板の大型化が進められている。基板の大型化は、これを処理する真空処理装置の大型化を招き、上述した放電プラズマ処理装置においては、真空槽の大型化に加えて、プラズマを形成するための高周波コイルおよび磁気コイルの大径化が要求される一方、大面積の基板の全面にわたって均一かつ高品質のプロセスを実現できるプラズマ形成技術が要求される。 In recent years, the substrate to be processed has been increased in size in order to improve productivity and reduce costs. The increase in the size of the substrate causes an increase in the size of the vacuum processing apparatus for processing the substrate. In the above-described discharge plasma processing apparatus, in addition to the increase in the size of the vacuum chamber, the size of the high-frequency coil and magnetic coil for forming plasma is increased. While the diameter is required, a plasma forming technique capable of realizing a uniform and high-quality process over the entire surface of a large-area substrate is required.

しかしながら、周波数が１０ＭＨｚ以上の高周波電力を用いたプラズマ形成の場合、プラズマ源の大型化に伴って、誘導結合に用いられるアンテナ導体の長さが、高周波電力の伝播波長に対して無視できない程度となり、アンテナ導体上での定在波形成のために電圧あるいは電流分布の不均一性が顕在化して、形成されるプラズマの密度分布を均一にすることが困難になる（上記非特許文献１参照）。プラズマの密度分布の不均一性は、エッチングの場合、基板面内におけるエッチングレートの分布を生じさせ、大面積の基板の全面にわたって均一なエッチング処理を実現することが不可能となる。 However, in the case of plasma formation using high-frequency power with a frequency of 10 MHz or more, the length of the antenna conductor used for inductive coupling is not negligible with respect to the propagation wavelength of high-frequency power as the plasma source becomes larger. Because of the standing wave formation on the antenna conductor, the nonuniformity of the voltage or current distribution becomes obvious, making it difficult to make the density distribution of the plasma formed uniform (see Non-Patent Document 1 above). . In the case of etching, the non-uniformity of the plasma density distribution causes an etching rate distribution in the substrate surface, and it becomes impossible to realize a uniform etching process over the entire surface of a large area substrate.

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、プラズマ源の大型化に伴うプラズマ密度分布の不均一性を改善し、基板の全面にわたって均一なプラズマ処理を実現することができるプラズマ形成方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and provides a plasma forming method capable of improving the non-uniformity of the plasma density distribution accompanying the increase in the size of the plasma source and realizing a uniform plasma treatment over the entire surface of the substrate. Is an issue.

以上の課題を解決するに当たり、本発明のプラズマ形成方法は、真空槽内で、電場形成手段により形成される電場と磁場形成手段により形成される磁場とを結合させてプラズマを形成するプラズマ形成方法であって、前記電場形成手段に対する前記磁場形成手段の相対位置を変化させることによって、前記真空槽内における前記プラズマの密度分布を調整することを特徴とする。 In solving the above problems, the plasma forming method of the present invention is a plasma forming method in which an electric field formed by the electric field forming means and a magnetic field formed by the magnetic field forming means are combined in a vacuum chamber to form plasma. The density distribution of the plasma in the vacuum chamber is adjusted by changing the relative position of the magnetic field forming means with respect to the electric field forming means.

真空槽内において、プラズマは、電場形成手段により形成される電場と磁場形成手段により形成される磁場との結合により形成される。電場形成手段に対して磁場形成手段の相対位置を変化させると、真空槽内において電場と磁場の分布密度が変化する。本発明は、上記のように電場形成手段と磁場形成手段との間の相対位置を変化させて、真空槽内に形成されるプラズマの密度分布の調整を図ることにより、プラズマ源の大型化に伴うプラズマ密度分布の不均一性を改善し、基板の全面にわたって均一なプラズマ処理を実現するようにしている。 In the vacuum chamber, the plasma is formed by the combination of the electric field formed by the electric field forming unit and the magnetic field formed by the magnetic field forming unit. When the relative position of the magnetic field forming means is changed with respect to the electric field forming means, the distribution density of the electric field and the magnetic field changes in the vacuum chamber. The present invention increases the size of the plasma source by adjusting the density distribution of the plasma formed in the vacuum chamber by changing the relative position between the electric field forming means and the magnetic field forming means as described above. The accompanying nonuniformity of the plasma density distribution is improved, and uniform plasma processing is realized over the entire surface of the substrate.

具体的に、電場形成手段は高周波コイルで構成され、磁場形成手段は磁気コイルで構成される。このとき、高周波コイルを構成するアンテナ導体が、高周波電力の伝播波長に対して無視できない程度の長さになると、アンテナ導体上に高周波の定在波が形成されることで、高周波コイルの周回領域で電流あるいは電圧の高密度領域と低密度領域が発生する。この高周波電力の密度分布は、真空槽内に形成されるプラズマの密度分布に不均一性をもたらす。すなわち、高周波電力の高密度領域に対応してプラズマの高密度領域が形成され、高周波電力の低密度領域に対応してプラズマの低密度領域が形成される。 Specifically, the electric field forming means is composed of a high frequency coil, and the magnetic field forming means is composed of a magnetic coil. At this time, if the antenna conductor constituting the high-frequency coil has a length that cannot be ignored with respect to the propagation wavelength of the high-frequency power, a high-frequency standing wave is formed on the antenna conductor. Thus, a high density region and a low density region of current or voltage are generated. This density distribution of the high-frequency power causes nonuniformity in the density distribution of the plasma formed in the vacuum chamber. That is, a high density region of plasma is formed corresponding to a high density region of high frequency power, and a low density region of plasma is formed corresponding to a low density region of high frequency power.

そこで、本発明では、高周波コイルの中心軸に対して磁気コイルの中心軸を相対移動させることによって、高周波電力の高密度領域においては電場と磁場との結合を弱めてプラズマ密度の低下を図る一方、高周波電力の低密度領域においては電場と磁場との結合を強めてプラズマ密度の向上を図るようにしている。これにより、高周波コイル上に形成される高周波電力の定在波を原因とするプラズマ密度分布の不均一性が改善され、基板の全面にわたって均一なプラズマ処理が実現可能となる。 Therefore, in the present invention, by moving the center axis of the magnetic coil relative to the center axis of the high-frequency coil, the plasma density is reduced by weakening the coupling between the electric field and the magnetic field in the high-frequency power high-density region. In the low density region of high frequency power, the plasma density is improved by strengthening the coupling between the electric field and the magnetic field. Thereby, the non-uniformity of the plasma density distribution caused by the standing wave of the high-frequency power formed on the high-frequency coil is improved, and a uniform plasma treatment can be realized over the entire surface of the substrate.

高周波コイルに対する磁気コイルの相対移動によって生じるプラズマ密度分布の変化の態様は、プラズマ源を構成する磁気コイルの形態によって異なる。例えば、磁場形成手段が、真空槽内において磁場ゼロの磁気中性線を連続して形成する複数の磁気コイルからなる場合、高周波コイルに対して磁気コイルを相対移動させて、高周波コイルと磁気コイルとの間の距離が遠くなった領域についてプラズマの形成密度を高くすることができる。一方、磁場形成手段が、真空槽内に発散磁場を形成する磁気コイルからなる場合は、高周波コイルに対して磁気コイルを相対移動させて、高周波コイルと磁気コイルとの間の距離が近くなった領域についてプラズマの形成密度を高くすることができる。 The aspect of the change in the plasma density distribution caused by the relative movement of the magnetic coil with respect to the high-frequency coil differs depending on the form of the magnetic coil constituting the plasma source. For example, when the magnetic field forming means is composed of a plurality of magnetic coils that continuously form a magnetic neutral line with zero magnetic field in a vacuum chamber, the magnetic coil is moved relative to the high frequency coil, and the high frequency coil and the magnetic coil are moved. The formation density of plasma can be increased in a region where the distance between is increased. On the other hand, when the magnetic field forming means is composed of a magnetic coil that forms a divergent magnetic field in the vacuum chamber, the distance between the high frequency coil and the magnetic coil is reduced by moving the magnetic coil relative to the high frequency coil. The formation density of plasma can be increased for the region.

以上述べたように、本発明のプラズマ形成方法によれば、プラズマ源の大型化に伴うプラズマ密度分布の不均一性を改善でき、これにより、基板の全面にわたって均一なプラズマ処理を実現することができる。 As described above, according to the plasma forming method of the present invention, it is possible to improve the nonuniformity of the plasma density distribution accompanying the increase in the size of the plasma source, thereby realizing a uniform plasma treatment over the entire surface of the substrate. it can.

以下、本発明の各実施の形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

（第１の実施形態）
図１は本発明の一実施形態によるプラズマ形成方法に用いられるプラズマ処理装置２０の概略構成図である。図示するプラズマ処理装置２０は、ＮＬＤ（magnetic Neutral Loop Discharge）型のプラズマエッチング装置を構成している。 (First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a plasma processing apparatus 20 used in a plasma forming method according to an embodiment of the present invention. The illustrated plasma processing apparatus 20 constitutes an NLD (magnetic Neutral Loop Discharge) type plasma etching apparatus.

図１において、２１は真空槽であり、内部にプラズマ形成空間２１ａと基板処理部２１ｂとを形成している。真空槽２１にはターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）等の真空ポンプが接続され、真空槽２１の内部が所定の真空度に真空排気されている。 In FIG. 1, reference numeral 21 denotes a vacuum chamber, in which a plasma forming space 21a and a substrate processing portion 21b are formed. A vacuum pump such as a turbo molecular pump (TMP) is connected to the vacuum chamber 21, and the inside of the vacuum chamber 21 is evacuated to a predetermined degree of vacuum.

プラズマ形成空間２１ａを構成するベルジャ２２の周囲には、例えば周波数１３．５６ＭＨｚの第１高周波電源ＲＦ１に接続されたプラズマ発生用の高周波コイル（アンテナ）２３と、この高周波コイル２３の外周側に配置された三つの磁気コイル（電磁コイル）２４（２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ）がそれぞれ配置されている。磁気コイル２４Ａと磁気コイル２４Ｃにはそれぞれ同一方向に電流が供給され、磁気コイル２４Ｂには他の磁気コイル２４Ａ，２４Ｃと逆方向に電流が供給される。その結果、プラズマ形成空間２１ａにおいて、磁場ゼロとなる磁気中性線２５がリング状に連続して形成され、高周波コイル２３により磁気中性線２５に沿って誘導電場が印加されることで、磁気中性線２５に放電プラズマが形成される。 Around the bell jar 22 constituting the plasma forming space 21a, for example, a high frequency coil (antenna) 23 for generating plasma connected to a first high frequency power supply RF1 having a frequency of 13.56 MHz and an outer peripheral side of the high frequency coil 23 are arranged. Three magnetic coils (electromagnetic coils) 24 (24A, 24B, 24C) are arranged. Current is supplied to the magnetic coil 24A and the magnetic coil 24C in the same direction, and current is supplied to the magnetic coil 24B in the opposite direction to the other magnetic coils 24A and 24C. As a result, in the plasma formation space 21a, the magnetic neutral line 25 having a magnetic field of zero is continuously formed in a ring shape, and an induction electric field is applied along the magnetic neutral line 25 by the high-frequency coil 23. A discharge plasma is formed on the neutral wire 25.

一方、基板処理部２１ｂには、半導体ウエハやガラス基板等の被処理基板（図示略）を支持するステージ２６が設置されている。このステージ２６は、ブロッキングコンデンサ２７を介してバイアス電源として例えば周波数１２．５ＭＨｚの第２高周波電源ＲＦ２に接続されている。また、ステージ２６の対向電極としてプラズマ形成空間２１ａの上部に形成された天板２８には、コンデンサ２９を介して例えば周波数１２．５ＭＨｚの第３高周波電源ＲＦ３が接続されている。 On the other hand, the substrate processing unit 21b is provided with a stage 26 that supports a target substrate (not shown) such as a semiconductor wafer or a glass substrate. This stage 26 is connected via a blocking capacitor 27 to a second high frequency power source RF2 having a frequency of 12.5 MHz, for example, as a bias power source. Further, a third high frequency power supply RF3 having a frequency of 12.5 MHz, for example, is connected to a top plate 28 formed on the upper part of the plasma forming space 21a as a counter electrode of the stage 26 via a capacitor 29.

エッチングガスは、天板２８の近傍に設置されたガス導入部３０を介してプラズマ形成空間２１ａに導入される。エッチングガスは、例えばＳＦ系、ＣＦ系、ＣＨＦ系などのハロゲン系ガスが用いられるが、特に制限されない。導入されたエッチングガスは、プラズマ形成空間２１ａでプラズマ化し、生成されたイオンとラジカルによりステージ２６上の被処理基板（図示略）をエッチング処理する。高周波電源ＲＦ２は、基板バイアスによりイオンをステージ２６側に加速させ、被処理基板上のラジカル生成物をスパッタ除去してエッチング性を高める。高周波電源ＲＦ３は、エッチング領域の正イオンによるチャージアップを抑制し、高アスペクト比のエッチング加工を実現する。 The etching gas is introduced into the plasma formation space 21 a through the gas introduction part 30 installed in the vicinity of the top plate 28. As the etching gas, for example, a halogen-based gas such as SF-based, CF-based, or CHF-based is used, but is not particularly limited. The introduced etching gas is turned into plasma in the plasma forming space 21a, and the substrate to be processed (not shown) on the stage 26 is etched by the generated ions and radicals. The high frequency power supply RF2 accelerates ions to the stage 26 side by the substrate bias, and sputters and removes radical products on the substrate to be processed to improve the etching property. The high frequency power supply RF3 suppresses charge-up due to positive ions in the etching region, and realizes etching processing with a high aspect ratio.

さて、周波数が１０ＭＨｚ以上の高周波電力を用いたプラズマ形成の場合、プラズマ源の大型化に伴って、誘導結合により用いられるアンテナ導体（高周波コイル）の長さが、高周波電力の伝播波長に対して無視できない程度となり、アンテナ導体１上での定在波形成のために電圧あるいは電流分布の不均一性が顕在化して、図２Ａ，Ｂに示すように、アンテナ導体１上に高周波電力の高密度領域２が形成される。この高周波電力の高密度領域２の形成位置は不定であり、アンテナ導体長や高周波電力の周波数などによって変化する。従って、図１に示したプラズマ処理装置２０においても同様に、被処理基板の大型化に伴い、プラズマ源を構成する高周波コイル２３が大径化することで、上述したような高周波電力の定在波が形成され易くなる。 Now, in the case of plasma formation using high-frequency power with a frequency of 10 MHz or higher, the length of the antenna conductor (high-frequency coil) used by inductive coupling is increased with respect to the propagation wavelength of high-frequency power as the plasma source becomes larger. As the standing wave formation on the antenna conductor 1 becomes non-negligible, the nonuniformity of the voltage or current distribution becomes obvious, and as shown in FIGS. Region 2 is formed. The position where the high-frequency power high-density region 2 is formed is indefinite, and varies depending on the antenna conductor length, the frequency of the high-frequency power, and the like. Accordingly, in the plasma processing apparatus 20 shown in FIG. 1 as well, as the substrate to be processed increases in size, the high-frequency coil 23 constituting the plasma source increases in diameter, so that the high-frequency power as described above can be maintained. Waves are easily formed.

図３および図４は、プラズマ処理装置２０のプラズマ形成空間２１ａを上方から見たときの構成を模式的に示す要部断面図である。なお、ベルジャ２２等の図示は省略している。図３Ａに示すように、プラズマ源を構成する電場形成手段としての高周波コイル２３と磁場形成手段としての磁気コイル２４は、互いに同心円状に配置されている。この状態で、高周波コイル２３に第１高周波電源ＲＦ１を接続する一方、磁気コイル２４（２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ）へ所定の直流電流を供給することで、プラズマ形成空間２１ａ内の磁気中性線２５に沿ってプラズマが形成される。 FIG. 3 and FIG. 4 are cross-sectional views schematically showing main parts of the plasma forming space 21a of the plasma processing apparatus 20 as viewed from above. The illustration of the bell jar 22 and the like is omitted. As shown in FIG. 3A, the high-frequency coil 23 as the electric field forming means and the magnetic coil 24 as the magnetic field forming means constituting the plasma source are arranged concentrically with each other. In this state, the first high-frequency power source RF1 is connected to the high-frequency coil 23, while a predetermined direct current is supplied to the magnetic coil 24 (24A, 24B, 24C), so that the magnetic neutral line 25 in the plasma forming space 21a is supplied. A plasma is formed along.

そして、高周波コイル２３が大径化しアンテナ導体長が高周波電力の伝播波長に対して無視できない程度の長さになると、図３Ｂに示すように、アンテナ導体上の所定の周回領域において高周波電力の定在波形成による電圧あるいは電流の高密度領域２３ａと低密度領域２３ｂが形成される。この高周波電力の密度分布は、プラズマ形成空間２１ａに形成されるプラズマの密度分布に不均一性をもたらす。すなわち、図４Ａに示すように、高周波電力の高密度領域に対応してプラズマの高密度領域（以下「高密度プラズマ領域」という。）３１ａが形成され、高周波電力の低密度領域に対応してプラズマの低密度領域（以下「低密度プラズマ領域」という。）３１ｂが形成される。なお、本例では、高周波コイル２３の入出力端近傍に高周波電力の低密度領域２３ｂが形成され、そこから１８０°隔てた位置に高周波電力の高密度領域２３ａが形成される例を示している。 Then, when the diameter of the high-frequency coil 23 is increased and the antenna conductor length becomes a length that cannot be ignored with respect to the propagation wavelength of the high-frequency power, as shown in FIG. A high-density region 23a and a low-density region 23b of voltage or current due to standing wave formation are formed. The density distribution of the high-frequency power causes nonuniformity in the density distribution of the plasma formed in the plasma forming space 21a. That is, as shown in FIG. 4A, a high-density plasma region (hereinafter referred to as a “high-density plasma region”) 31a is formed corresponding to a high-density region of high-frequency power, and corresponds to a low-density region of high-frequency power. A low density region (hereinafter referred to as “low density plasma region”) 31b of plasma is formed. In this example, a low-density region 23b for high-frequency power is formed near the input / output end of the high-frequency coil 23, and a high-density region 23a for high-frequency power is formed at a position 180 ° away from the low-density region 23b. .

そこで、本実施形態においては、電場形成手段である高周波コイル２３に対して、磁場形成手段である磁気コイル２４の相対位置を変化させることによって、プラズマ形成空間２１ａにおけるプラズマの密度分布を調整するようにしている。高周波コイル２３と磁気コイル２４の相対位置を変化させることにより、プラズマ形成空間２１ａにおける電場と磁場の分布密度が変化するので、プラズマ形成空間２１ａに形成されるプラズマの分布密度の調整を図ることが可能となる。これにより、プラズマ源の大型化に伴うプラズマ密度分布の不均一性を改善し、基板の全面にわたって均一なプラズマ処理（本例ではエッチング処理）を実現することができる。 Therefore, in the present embodiment, the plasma density distribution in the plasma forming space 21a is adjusted by changing the relative position of the magnetic coil 24 as the magnetic field forming means with respect to the high frequency coil 23 as the electric field forming means. I have to. By changing the relative position of the high-frequency coil 23 and the magnetic coil 24, the distribution density of the electric field and magnetic field in the plasma formation space 21a changes. Therefore, the distribution density of the plasma formed in the plasma formation space 21a can be adjusted. It becomes possible. Thereby, the nonuniformity of the plasma density distribution accompanying the increase in the size of the plasma source can be improved, and a uniform plasma process (etching process in this example) can be realized over the entire surface of the substrate.

本実施形態では、高周波コイル２３の中心軸に対して磁気コイル２４の中心軸を相対移動させるようにしている。具体的に、ＮＬＤ型のプラズマ処理装置においては、図４Ａに示したように、プラズマ形成空間２１ａにおいて図中下方側に高密度プラズマ領域３１ａが形成され、図中上方側に低密度プラズマ領域３１ｂが形成される場合には、図４Ｂに示すように、高周波コイル２３の中心軸２３Ｘに対して磁気コイル２４の中心軸２４Ｘが上方側に相対移動するように磁気コイル２４を移動させる。これにより、プラズマ形成空間２１ａにおけるプラズマ密度の分布勾配が緩和され、磁気コイル２４を移動させる前に存在していた高密度プラズマ領域３１ａおよび低密度プラズマ領域３１ｂが消失して、図４Ｂに示したような互いに同等の密度のプラズマ領域３１ｃが形成される。 In the present embodiment, the central axis of the magnetic coil 24 is moved relative to the central axis of the high-frequency coil 23. Specifically, in the NLD type plasma processing apparatus, as shown in FIG. 4A, in the plasma forming space 21a, a high density plasma region 31a is formed on the lower side in the drawing, and a low density plasma region 31b on the upper side in the drawing. 4B, the magnetic coil 24 is moved so that the central axis 24X of the magnetic coil 24 is moved relative to the central axis 23X of the high-frequency coil 23 as shown in FIG. 4B. As a result, the distribution gradient of the plasma density in the plasma forming space 21a is relaxed, and the high-density plasma region 31a and the low-density plasma region 31b that existed before the magnetic coil 24 is moved disappear and are shown in FIG. 4B. Such plasma regions 31c having the same density are formed.

特に、本実施形態のプラズマ処理装置２０においては、磁気コイル２４によってプラズマ形成空間２１ａに磁場ゼロの磁気中性線２５を形成し、この磁気中性線２５と高周波コイル２３によって形成される誘導電場のカップリング作用を利用してプラズマを形成している。磁気中性線２５の形成領域は磁場勾配の大きい領域であるためプラズマ密度が高く、従って、これら磁気中性線２５と誘導電場の結合が強いほど高い密度のプラズマが形成されることになる。そこで、高周波コイル２３に対して磁気コイル２４を相対移動させることにより、プラズマ形成空間２１ａにおける磁気中性線２５の形成領域を移動させて、図５Ａ，Ｂに示すように、高周波電力の高密度領域２３ａについては磁気中性線２５とのカップリングが弱まるように、また、高周波電力の低密度領域２３ｂについては磁気中性線２５のカップリングが強まるように、磁気コイル２４を高周波コイル２３に対して相対移動させる。 In particular, in the plasma processing apparatus 20 of the present embodiment, a magnetic neutral line 25 having a magnetic field of zero is formed in the plasma forming space 21 a by the magnetic coil 24, and an induction electric field formed by the magnetic neutral line 25 and the high-frequency coil 23. The plasma is formed by utilizing the coupling action. Since the formation region of the magnetic neutral line 25 is a region having a large magnetic field gradient, the plasma density is high. Therefore, the stronger the coupling between the magnetic neutral line 25 and the induction electric field, the higher the density plasma is formed. Therefore, by moving the magnetic coil 24 relative to the high-frequency coil 23, the formation region of the magnetic neutral wire 25 in the plasma formation space 21a is moved, and as shown in FIGS. The magnetic coil 24 is changed to the high frequency coil 23 so that the coupling with the magnetic neutral line 25 is weakened in the region 23a, and the coupling of the magnetic neutral wire 25 is strengthened in the low density region 23b of the high frequency power. Move relative to it.

従って、ＮＬＤプラズマ処理装置２０においては、高周波コイル２３に対して磁気コイル２４を相対移動させて、高周波コイル２３と磁気コイル２４との間の距離が遠くなった領域についてプラズマの形成密度を高くすることができる。これにより、プラズマ形成空間２１ａにおけるプラズマの高密度領域と低密度領域の偏在をなくして、全体的に均一なプラズマ領域３１ｃを形成することができる。 Therefore, in the NLD plasma processing apparatus 20, the magnetic coil 24 is moved relative to the high-frequency coil 23 to increase the plasma formation density in the region where the distance between the high-frequency coil 23 and the magnetic coil 24 is increased. be able to. As a result, it is possible to eliminate the uneven distribution of the high density region and the low density region of the plasma in the plasma formation space 21a, and to form a plasma region 31c that is uniform throughout.

また、本実施形態によれば、磁気コイル２４の位置調整を行うに当たり、高密度プラズマ領域３１ａと低密度プラズマ領域３１ｂの存在位置を確認した後、高密度プラズマ領域３１ａに関して低密度プラズマ領域３１ｂが存在する方向に磁気コイル２４を移動させることで、プラズマ密度の均一化を図ることができる。図６Ａは、上述の例のように、低密度プラズマ領域３１ｂが高密度プラズマ領域３１ａに関して図中上方側に存在する場合を示し、図６Ｂは、低密度プラズマ領域３１ｂが高密度プラズマ領域３１ａに関して図中右方側に存在する場合を示している。これらの場合、磁気コイル２４は、アンテナコイル２３に対して、図６Ａに関しては図中上方側に、また、図６Ｂに関しては図中右方側に、それぞれ最適な距離だけ移動させればよい。 Further, according to the present embodiment, when the position of the magnetic coil 24 is adjusted, after confirming the existence positions of the high-density plasma region 31a and the low-density plasma region 31b, the low-density plasma region 31b is related to the high-density plasma region 31a. By moving the magnetic coil 24 in the existing direction, the plasma density can be made uniform. 6A shows a case where the low density plasma region 31b exists on the upper side in the drawing with respect to the high density plasma region 31a as in the above-described example, and FIG. 6B shows that the low density plasma region 31b relates to the high density plasma region 31a. The case where it exists in the right side in the figure is shown. In these cases, the magnetic coil 24 may be moved with respect to the antenna coil 23 by an optimum distance from the upper side in the drawing with respect to FIG. 6A and to the right side in the drawing with respect to FIG. 6B.

特に、ＮＬＤプラズマ処理装置２０においては、磁気コイル２４Ａ〜２４Ｃに流す電流の大きさによって、磁気中性線２５の形成位置および大きさを調整することができる。すなわち、磁気コイル２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃに流す電流をそれぞれＩ_A、Ｉ_B、Ｉ_Cとしたとき、Ｉ_A＞Ｉ_Cの場合は磁気中性線２５の形成位置は磁気コイル２４Ｃ側へ下がり、逆に、Ｉ_A＜Ｉ_Cの場合は磁気中性線２５の形成位置は磁気コイル２４Ａ側へ上がる。また、中間の磁気コイル２４Ｂに流す電流Ｉ_Bを増していくと、磁気中性線２５のリング径は小さくなると同時に、磁場ゼロの位置での磁場の勾配が緩やかになる。従って、磁気コイル２４の位置調整に加えて、これらの特性を利用することで、プラズマ密度分布の最適化を図ることも可能となる。 In particular, in the NLD plasma processing apparatus 20, the formation position and size of the magnetic neutral wire 25 can be adjusted by the magnitude of the current flowing through the magnetic coils 24 </ b> A to 24 </ b> C. That is, when the currents flowing through the magnetic coils 24A, 24B, and 24C are I _A , I _B , and I _C , respectively, when I _A > I _C , the formation position of the magnetic neutral wire 25 is lowered to the magnetic coil 24C side, On the other hand, when I _A <I _C , the formation position of the magnetic neutral line 25 goes up to the magnetic coil 24A side. Further, as the current I _B flowing through the intermediate magnetic coil 24B is increased, the ring diameter of the magnetic neutral wire 25 is reduced and the gradient of the magnetic field at the zero magnetic field position becomes gentle. Therefore, in addition to adjusting the position of the magnetic coil 24, it is possible to optimize the plasma density distribution by utilizing these characteristics.

なお、高周波コイル２３に対する磁気コイル２４の相対位置の調整は、図１に示したように、高周波コイル２３に対する磁気コイル２４の相対位置を調整する調整機構３２を用いて行うことができる。この調整機構３２は、ねじ機構やシリンダ機構などの磁気コイル２４の外周部の少なくとも一部を押動する精密送り機構や、高周波コイル２３の外周部と磁気コイル２４の内周部の間に挿入され、これら高周波コイル２３と磁気コイル２４の偏心量に対応して複数種用意されたスペーサなどで構成することができる。 The relative position of the magnetic coil 24 with respect to the high-frequency coil 23 can be adjusted using an adjustment mechanism 32 that adjusts the relative position of the magnetic coil 24 with respect to the high-frequency coil 23 as shown in FIG. This adjustment mechanism 32 is inserted between the outer periphery of the high-frequency coil 23 and the inner periphery of the magnetic coil 24, such as a precision feed mechanism that pushes at least a part of the outer periphery of the magnetic coil 24 such as a screw mechanism or a cylinder mechanism. In addition, a plurality of types of spacers corresponding to the amount of eccentricity of the high-frequency coil 23 and the magnetic coil 24 can be used.

図７Ａ，Ｂは、磁気コイル２４の位置調整前および位置調整後におけるエッチングレートの面内分布の一例を模式的に示しており、Ａは磁気コイル２４の位置調整前、Ｂはその位置調整後をそれぞれ示している。磁気コイル２４の位置調整前は、図７Ａに示すように高エッチングレート領域４１ａと低エッチングレート領域４１ｂが偏在していたのに対して、磁気コイル２４の位置調整を最適化することで、図７Ｂに示すように基板の全面にわたってほぼ均一なエッチングレート領域４１ｃを得ることができる。本発明者らの実験によれば、ウエハサイズが２００ｍｍの場合において、磁気コイル２４の位置調整前におけるエッチングレート面内均一性が±２．７３％であったのに対し、磁気コイル２４の位置調整後はエッチングレート面内均一性を±１．６２％にまで改善できたことが確認されている。 7A and 7B schematically show an example of in-plane distribution of the etching rate before and after position adjustment of the magnetic coil 24, where A is before position adjustment of the magnetic coil 24 and B is after position adjustment. Respectively. Before the position adjustment of the magnetic coil 24, the high etching rate region 41a and the low etching rate region 41b are unevenly distributed as shown in FIG. 7A. As shown in FIG. 7B, an almost uniform etching rate region 41c can be obtained over the entire surface of the substrate. According to the experiments by the inventors, when the wafer size is 200 mm, the etching rate in-plane uniformity before the position adjustment of the magnetic coil 24 is ± 2.73%, whereas the position of the magnetic coil 24 is After the adjustment, it was confirmed that the in-plane uniformity of the etching rate could be improved to ± 1.62%.

（第２の実施形態）
図８および図９は本発明の第２の実施形態を示している。本実施形態では、磁場形成手段としてプラズマ形成空間２１ａに発散磁場を形成する磁気コイル３４を備えたプラズマ処理装置３３を例に挙げて、本発明に係るプラズマ形成方法について説明する。なお、図において上述の第１の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。 (Second Embodiment)
8 and 9 show a second embodiment of the present invention. In the present embodiment, the plasma forming method according to the present invention will be described by taking as an example a plasma processing apparatus 33 including a magnetic coil 34 that forms a divergent magnetic field in the plasma forming space 21a as a magnetic field forming means. In the figure, portions corresponding to those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図８Ａに示すように、本実施形態のプラズマ処理装置３３は、プラズマ源として、高周波コイル２３と、この高周波コイル２３の外周側に配置された磁気コイル３４を備えている。この磁気コイル３４は、上述の第１の実施形態と異なり、プラズマ形成空間２１ａに発散磁場を形成する電磁コイルで構成されている。 As shown in FIG. 8A, the plasma processing apparatus 33 of this embodiment includes a high-frequency coil 23 and a magnetic coil 34 disposed on the outer peripheral side of the high-frequency coil 23 as a plasma source. Unlike the above-described first embodiment, the magnetic coil 34 includes an electromagnetic coil that forms a divergent magnetic field in the plasma forming space 21a.

図８Ａにおいて、高周波コイル２３と磁気コイル３４とは互いに同心円状に配置され、各々の中心軸２３Ｘ，３４Ｘは互いに同一直線上に位置している。この状態において、プラズマ形成空間２１ａには、高周波コイル２３により形成される誘導電場と磁気コイル３４により形成される磁場との結合によりプラズマが形成される。このとき、高周波コイル２３に高周波電力を印加した際、当該高周波コイル２３上における高周波電力の定在波形成のため、プラズマ形成空間２１ａにおけるプラズマ分布密度が不均一となり、図８Ａにおいて左方側に高密度プラズマ形成領域３１ａが形成され、図８Ｂにおいて右方側に低密度プラズマ領域３１ｂが形成される場合を考える。 In FIG. 8A, the high frequency coil 23 and the magnetic coil 34 are arranged concentrically with each other, and the central axes 23X and 34X are located on the same straight line. In this state, plasma is formed in the plasma forming space 21 a by the combination of the induction electric field formed by the high frequency coil 23 and the magnetic field formed by the magnetic coil 34. At this time, when high-frequency power is applied to the high-frequency coil 23, the plasma distribution density in the plasma formation space 21a becomes non-uniform due to the formation of standing waves of the high-frequency power on the high-frequency coil 23. Consider the case where the high density plasma formation region 31a is formed and the low density plasma region 31b is formed on the right side in FIG. 8B.

この場合においても、高周波コイル２３に対する磁気コイル３４の相対位置を変化させることにより、プラズマ分布密度の均一化を図ることができる。本実施形態では、磁気コイル３４で形成される磁場が発散磁場であり、磁気コイル３４に近づくほど磁束密度が高くなり、磁気コイル３４から遠ざかるほど磁束密度が低くなる。従って、本実施形態の場合は、高密度プラズマ領域３１ａについては磁束密度が低下し、逆に、低密度プラズマ領域３１ｂについては磁束密度が大きくなる方向に、磁気コイル３４を高周波コイル２３に対して相対移動させる。 Even in this case, the plasma distribution density can be made uniform by changing the relative position of the magnetic coil 34 with respect to the high-frequency coil 23. In the present embodiment, the magnetic field formed by the magnetic coil 34 is a divergent magnetic field, and the magnetic flux density increases as it approaches the magnetic coil 34, and the magnetic flux density decreases as it moves away from the magnetic coil 34. Therefore, in the case of the present embodiment, the magnetic flux 34 is lowered with respect to the high-frequency coil 23 in the direction in which the magnetic flux density decreases in the high-density plasma region 31a and conversely the magnetic flux density increases in the low-density plasma region 31b. Move relative.

具体的には、図８Ｂに示すように、磁気コイル３４を高周波コイル２３に対して左方側に相対移動させる。これにより、プラズマ形成空間２１ａにおけるプラズマ密度の分布勾配が緩和され、磁気コイル３４を移動させる前に存在していた高密度プラズマ領域３１ａおよび低密度プラズマ領域３１ｂが消失して、図８Ｂに示したような互いに同等の密度のプラズマ領域３１ｃに調整される。 Specifically, as shown in FIG. 8B, the magnetic coil 34 is moved relative to the left side with respect to the high-frequency coil 23. As a result, the distribution gradient of the plasma density in the plasma forming space 21a is relaxed, and the high-density plasma region 31a and the low-density plasma region 31b that existed before the magnetic coil 34 is moved are lost, as shown in FIG. 8B. Thus, the plasma regions 31c having the same density are adjusted.

従って、本実施形態においては、高周波コイル２３に対して磁気コイル３４を相対移動させて、高周波コイル２３と磁気コイル３４との間の距離が近くなった領域についてプラズマの形成密度を高くすることができる。これにより、プラズマ形成空間２１ａにおけるプラズマの高密度領域と低密度領域の偏在をなくして、全体的に均一なプラズマ密度分布３１ｃに調整することができる。図９Ａは、上述の例のように、低密度プラズマ領域３１ｂが高密度プラズマ領域３１ａに関して図中上方側に存在する場合を示し、図９Ｂは、低密度プラズマ領域３１ｂが高密度プラズマ領域３１ａに関して図中右方側に存在する場合を示している。これらの場合、磁気コイル３４は、アンテナコイル２３に対して、図９Ａに関しては図中下方側に、また、図９Ｂに関しては図中左方側に、それぞれ最適な距離だけ移動させればよい。 Therefore, in the present embodiment, the magnetic coil 34 is moved relative to the high frequency coil 23 to increase the plasma formation density in the region where the distance between the high frequency coil 23 and the magnetic coil 34 is short. it can. Thereby, it is possible to eliminate the uneven distribution of the high density region and the low density region of the plasma in the plasma forming space 21a, and to adjust the plasma density distribution 31c to be uniform as a whole. FIG. 9A shows a case where the low density plasma region 31b exists on the upper side in the drawing with respect to the high density plasma region 31a as in the above example, and FIG. 9B shows that the low density plasma region 31b relates to the high density plasma region 31a. The case where it exists in the right side in the figure is shown. In these cases, the magnetic coil 34 may be moved by an optimum distance from the antenna coil 23 to the lower side in the drawing with respect to FIG. 9A and to the left side in the drawing with respect to FIG. 9B.

以上、本発明の各実施形態について説明したが、勿論、本発明はこれらに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。 As mentioned above, although each embodiment of this invention was described, of course, this invention is not limited to these, Based on the technical idea of this invention, a various deformation | transformation is possible.

例えば、以上の第１の実施形態では磁場形成手段として、プラズマ形成空間２１ａにおいて磁場ゼロとなる磁気中性線２５を連続して形成する複数本の磁気コイル２４（２４Ａ〜２４Ｃ）で構成し、第２の実施形態では磁場形成手段として、プラズマ形成空間２１ａにおいて発散磁場を形成する磁気コイル３４で構成したが、これに限られず、例えば、プラズマ形成空間において、一様磁場、収束磁場、カスプ磁場、ミラー磁場などを形成する磁場形成手段を用いてもよい。 For example, in the above first embodiment, the magnetic field forming means is constituted by a plurality of magnetic coils 24 (24A to 24C) that continuously form the magnetic neutral line 25 that has zero magnetic field in the plasma forming space 21a. In the second embodiment, the magnetic field forming means is configured by the magnetic coil 34 that forms a divergent magnetic field in the plasma forming space 21a. However, the present invention is not limited to this, and for example, a uniform magnetic field, a convergent magnetic field, and a cusp magnetic field in the plasma forming space. Alternatively, magnetic field forming means for forming a mirror magnetic field or the like may be used.

また、以上の各実施形態では、プラズマエッチング装置を例に挙げて説明したが、これに限られず、例えば、プラズマＣＶＤ装置やスパッタ装置などのプラズマ源に対しても、本発明は適用可能である。 In each of the above embodiments, the plasma etching apparatus has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to a plasma source such as a plasma CVD apparatus or a sputtering apparatus. .

本発明の第１の実施形態において説明するプラズマ処理装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the plasma processing apparatus demonstrated in the 1st Embodiment of this invention. 高周波コイル上における高周波電力の定在波形成により、高周波コイルの周回上に局所的に発生する高周波電力の高密度領域を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the high-density area | region of the high frequency electric power which generate | occur | produces locally on the circumference | surroundings of a high frequency coil by the standing wave formation of the high frequency electric power on a high frequency coil. 図１のプラズマ処理装置を上から見たときの様子を模式的に示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows typically a mode when the plasma processing apparatus of FIG. 1 is seen from the top. 図１のプラズマ処理装置のプラズマ密度分布の調整方法を説明する要部平面断面図である。It is principal part plane sectional drawing explaining the adjustment method of the plasma density distribution of the plasma processing apparatus of FIG. 図１のプラズマ処理装置のプラズマ密度分布の調整方法を説明する概略側断面図である。It is a schematic sectional side view explaining the adjustment method of the plasma density distribution of the plasma processing apparatus of FIG. 図１のプラズマ処理装置における磁気コイルの移動方向を説明する要部平面断面図である。It is a principal part plane sectional view explaining the moving direction of the magnetic coil in the plasma processing apparatus of FIG. 図１のプラズマ処理装置において磁気コイルの位置調整前後にわたるプラズマ密度分布を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the plasma density distribution before and behind the position adjustment of a magnetic coil in the plasma processing apparatus of FIG. 本発明の第２の実施形態におけるプラズマ処理装置のプラズマ密度分布の調整方法を説明する概略側断面図である。It is a schematic sectional side view explaining the adjustment method of the plasma density distribution of the plasma processing apparatus in the 2nd Embodiment of this invention. 図８のプラズマ処理装置における磁気コイルの移動方向を説明する要部平面断面図である。It is principal part plane sectional drawing explaining the moving direction of the magnetic coil in the plasma processing apparatus of FIG.

Explanation of symbols

２０，３３プラズマ処理装置
２１真空槽
２１ａプラズマ形成空間
２２ベルジャ
２３高周波コイル
２４，３４磁気コイル
２５磁気中性線
２６ステージ
３０ガス導入部
３１ａ高密度プラズマ領域
３１ｂ低密度プラズマ領域
３２調整機構 20, 33 Plasma processing apparatus 21 Vacuum chamber 21a Plasma formation space 22 Berja 23 High frequency coil 24, 34 Magnetic coil 25 Magnetic neutral wire 26 Stage 30 Gas introduction part 31a High density plasma region 31b Low density plasma region 32 Adjustment mechanism

Claims

A plasma forming method for forming a plasma by combining an electric field formed by an electric field forming unit and a magnetic field formed by a magnetic field forming unit in a vacuum chamber,
The electric field forming means is a high-frequency coil disposed around the plasma forming space,
The magnetic field forming means is a plurality of magnetic coils arranged concentrically with the high frequency coil on the outer peripheral side of the high frequency coil, and continuously forming a magnetic neutral line with no magnetic field in the vacuum chamber,
By moving the central axes of the plurality of magnetic coils relative to the central axis of the high-frequency coil, the plasma formation density is increased in a region where the distance between the high-frequency coil and the magnetic coil is increased. A plasma forming method characterized by the above.