JP5097074B2 - Plasma processing apparatus and plasma processing method - Google Patents
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本発明は,処理ガスのプラズマを形成して被処理基板に所定の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。 The present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method for forming a plasma of a processing gas and performing a predetermined processing on a substrate to be processed.
被処理基板例えば半導体ウエハ(以下,単に「ウエハ」とも称する)の超高集積化に伴い要求されるサブミクロン単位,さらにサブハーフミクロン単位の超微細加工のプロセスをプラズマ処理装置により実施するためには,例えば100mTorr以下の低圧雰囲気において高密度のプラズマを高い精度で制御することが要求される。 In order to carry out a submicron unit and sub-half micron ultrafine processing process required for ultrahigh integration of a substrate to be processed, such as a semiconductor wafer (hereinafter also simply referred to as “wafer”), by a plasma processing apparatus. For example, it is required to control a high-density plasma with high accuracy in a low-pressure atmosphere of 100 mTorr or less.
このようなプラズマ処理装置として,例えば高周波アンテナを用いて高周波誘導プラズマを発生させることによりウエハの処理を行うものが知られている(例えば特許文献1参照)。この種のプラズマ処理装置は,例えばウエハを載置する載置台と対向する処理室の天井壁を石英ガラスなどの絶縁体で構成して,その外側に渦巻きコイルからなる高周波アンテナを取り付けて構成される。ウエハにプラズマ処理を行う際は,高周波アンテナに高周波電力を印加して処理室内に高周波電磁場を形成する。これにより,その電磁場空間内を流れる電子が処理ガスの中性粒子に衝突することにより処理ガスが電離してプラズマが生成され,ウエハ上に例えばプラズマエッチングなど所定の処理が行われる。 As such a plasma processing apparatus, for example, a device that processes a wafer by generating high-frequency induction plasma using a high-frequency antenna is known (see, for example, Patent Document 1). In this type of plasma processing apparatus, for example, the ceiling wall of the processing chamber facing the mounting table on which the wafer is mounted is made of an insulator such as quartz glass, and a high frequency antenna made of a spiral coil is attached to the outside thereof. The When plasma processing is performed on a wafer, high frequency power is applied to a high frequency antenna to form a high frequency electromagnetic field in the processing chamber. As a result, electrons flowing in the electromagnetic field space collide with neutral particles of the processing gas, whereby the processing gas is ionized to generate plasma, and a predetermined process such as plasma etching is performed on the wafer.
しかしながら,近年ではこのようなプラズマ処理装置でウエハを処理することにより,半導体デバイスを微細化しても,期待通りに性能が向上しないなど,微細化に伴う不具合が発生している。例えばCMOSデバイスのゲート絶縁膜などには従来よりSiO2膜が用いられてきたが,近年では動作速度の高速化,高集積化,薄膜化の更なる要請に伴ってゲート酸化膜の厚さも1〜2nm,或いはそれ以下の値が要求されている。このような非常に薄いゲート酸化膜ではトンネル電流が増大し,その結果ゲートリーク電流が増大してしまうという問題がある。 However, in recent years, by processing a wafer with such a plasma processing apparatus, even if the semiconductor device is miniaturized, a problem associated with miniaturization has occurred, for example, the performance does not improve as expected. For example, a SiO 2 film has been conventionally used for a gate insulating film of a CMOS device, but in recent years, the thickness of the gate oxide film has been reduced to 1 with the further demand for higher operating speed, higher integration, and thinner film. A value of ˜2 nm or less is required. Such a very thin gate oxide film has a problem that the tunnel current increases, and as a result, the gate leakage current increases.
このため,最近ではゲート酸化膜の材料としてこのような薄い絶縁膜をゲートリーク電流を増加させずに実現する材料として高誘電体材料,いわゆるHigh−k材料が注目されている。このような高誘電体薄膜としては,例えばHfO2,HfSiO2,ZrO2,ZrSiO4等の高融点金属材料の酸化物が挙げられる。これらの高融点金属材料をプラズマを用いてエッチング処理を行う場合には,通常,Cl,Brなどのハロゲン含有ガスを主に使用した処理ガス,例えばBCl3の単ガスやBCl3ガスとO2ガスの混合ガスなどが用いられる。 For this reason, recently, a high dielectric material, so-called High-k material, has attracted attention as a material for realizing such a thin insulating film without increasing the gate leakage current as a material of the gate oxide film. Examples of such a high dielectric thin film include oxides of refractory metal materials such as HfO 2 , HfSiO 2 , ZrO 2 , and ZrSiO 4 . In the case of performing etching process by using plasma of these refractory metal material, typically, Cl, process gas mainly used a halogen-containing gas, such as Br, for example a single gas or BCl 3 gas and O 2 of BCl 3 A mixed gas of gas is used.
ところが,このような高融点金属材料のプラズマ処理を高圧雰囲気中で行うと,気相生成物(例えばB2O3など)が発生して処理室内に付着したり,揮発し難い表面反応副生成物(例えばHfCl4,BOClなど)が発生してエッチングが進行しなかったりするなどの問題がある。従って,高融点金属材料のエッチング処理では,より低い圧力雰囲気,例えば十数mTorr以下若しくは数mTorr以下の極低圧雰囲気でのプラズマ処理が要求される。 However, when plasma processing of such a refractory metal material is performed in a high-pressure atmosphere, a vapor phase product (for example, B 2 O 3 ) is generated and adhered to the processing chamber, or a surface reaction by-product that is difficult to volatilize. things (such as HfCl 4, BOCl) occurs there are problems such as or not the etching progresses. Therefore, in the etching process of a refractory metal material, a plasma process in a lower pressure atmosphere, for example, an extremely low pressure atmosphere of 10 mTorr or less or several mTorr or less is required.
しかしながら,上述したような従来の高周波アンテナを用いたプラズマ処理装置では,処理室内が例えば十数mTorr以下の極めて低い圧力範囲では,僅かの圧力変動でもプラズマの電子温度が急激に高くなってしまう(例えば特許文献2参照)。すなわち,処理室内の圧力が低いほど,プラズマ中の電子はほとんど他の粒子と衝突せずに加速され,例えば処理室の側壁などに衝突して消失する確率が高くなる。このため,プラズマ中の電子密度が低下して電子温度が高くなり,その結果プラズマ中のイオンが加速されて高いエネルギーでウエハ上に衝突するので,ウエハがダメージを受け易くなってしまうという問題がある。 However, in the plasma processing apparatus using the conventional high-frequency antenna as described above, the electron temperature of the plasma rapidly increases even in a slight pressure fluctuation in a very low pressure range of, for example, a few dozen mTorr or less ( For example, see Patent Document 2). That is, the lower the pressure in the processing chamber, the higher the probability that electrons in the plasma are accelerated without colliding with other particles, and for example, collide with the sidewall of the processing chamber and disappear. For this reason, the electron density in the plasma is lowered and the electron temperature is increased. As a result, ions in the plasma are accelerated and collide with the wafer with high energy, so that the wafer is easily damaged. is there.
また,従来の高周波アンテナを用いたプラズマ処理装置では,100mTorr以下の低圧雰囲気においても,ウエハ上の中央部付近のプラズマ電子密度が周辺部付近のプラズマ電子密度より低くなる場合があり,ウエハの処理の均一性が低下する場合がある。従って,このようなプラズマ電子密度の均一性の改善も望まれる。 In addition, in a conventional plasma processing apparatus using a high-frequency antenna, the plasma electron density near the central portion on the wafer may be lower than the plasma electron density near the peripheral portion even in a low-pressure atmosphere of 100 mTorr or less. There is a case where the uniformity of the is reduced. Therefore, it is desired to improve the uniformity of the plasma electron density.
この点,プラズマ電子密度の均一性を改善させるために,例えば天井壁の中心部側にも別の高周波アンテナを設けて中心部側にもプラズマが生成されるようにすればよいとも考えられる。ところが,このようにすればプラズマが形成される空間の中心部側においても強力な電磁場エネルギーが投入されるので,プラズマ電子密度を高くすることはできるものの,プラズマ電子温度も上昇してしまう。 In this regard, in order to improve the uniformity of the plasma electron density, for example, another high-frequency antenna may be provided on the center side of the ceiling wall so that plasma is generated on the center side. However, if this is done, a strong electromagnetic field energy is also applied to the center of the space where the plasma is formed, so that although the plasma electron density can be increased, the plasma electron temperature also rises.
そこで,本発明は,このような問題に鑑みてなされたもので,その目的とするところは,低圧雰囲気中でプラズマを形成しても,プラズマ電子温度の上昇を抑えつつ,プラズマ電子密度の均一性も向上させることができる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にある。 Therefore, the present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to achieve uniform plasma electron density while suppressing an increase in plasma electron temperature even when plasma is formed in a low-pressure atmosphere. It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus and a plasma processing method that can improve performance.
上記課題を解決するために,本発明のある観点によれば,減圧された処理室内に処理ガスの誘導結合プラズマを生成することにより被処理基板に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって,前記処理室内に設けられ,前記被処理基板を載置する載置台と,前記処理室内に前記処理ガスを導入する処理ガス導入部と,前記処理室内を排気して減圧する排気部と,前記載置台に対向するように板状絶縁部材を介して配設された高周波アンテナと,前記載置台と前記板状絶縁部材との間のプラズマ生成空間に前記誘導結合プラズマを生成するための高周波電力を前記高周波アンテナに印加する高周波電源と,前記載置台に対向するように前記板状絶縁部材を介して配設され,前記プラズマ生成空間の上部に,下方に向かって上方に戻る経路を形成する複数の磁力線が周方向に回転する移動磁場を形成する環状の上部移動磁場形成部とを備えたことを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。 In order to solve the above problems, according to one aspect of the present invention, there is provided a plasma processing apparatus for performing a predetermined plasma process on a substrate to be processed by generating inductively coupled plasma of a processing gas in a decompressed processing chamber. , A mounting table provided in the processing chamber for mounting the substrate to be processed; a processing gas introduction portion for introducing the processing gas into the processing chamber; an exhaust portion for exhausting and depressurizing the processing chamber; A high frequency antenna disposed via a plate-like insulating member so as to face the table, and a high-frequency power for generating the inductively coupled plasma in a plasma generation space between the table and the plate-like insulating member Is disposed via the plate-like insulating member so as to face the high-frequency power source for applying to the high-frequency antenna and to return to the upper part of the plasma generation space. The plasma processing apparatus wherein a plurality of magnetic field lines which form has an upper moving magnetic field generator of the annular forming a moving magnetic field that rotates in the circumferential direction is provided.
このような本発明によれば,排気部によって所定の圧力に減圧された処理室内に処理ガス導入部から処理ガスを導入して,高周波アンテナに高周波電力を印加することにより,処理室内のプラズマ生成空間に処理ガスの誘導結合プラズマが生成される。その際に上部移動磁場形成部によってプラズマ生成空間の上部領域で回転する移動磁場を形成することができる。この移動磁場のサイクロトロン共鳴効果によって,高周波アンテナにより生成された誘導結合プラズマの電子をプラズマ生成空間に閉じ込めることができるので,プラズマの電子温度の上昇を抑えることができるとともに,プラズマ電子密度の均一性を向上させることができる。これにより,例えば100mTorr以下の低圧雰囲気中はもちろん,十数mTorr以下の極低圧雰囲気中であっても,被処理基板に対してダメージを与えることなく,被処理基板の面内においてより均一な処理を行うことができる。 According to the present invention as described above, plasma is generated in the processing chamber by introducing the processing gas from the processing gas introduction section into the processing chamber whose pressure is reduced to a predetermined pressure by the exhaust section and applying high-frequency power to the high-frequency antenna. A process gas inductively coupled plasma is generated in the space. At that time, the moving magnetic field rotating in the upper region of the plasma generation space can be formed by the upper moving magnetic field forming unit. The cyclotron resonance effect of this moving magnetic field can confine the electrons of the inductively coupled plasma generated by the high-frequency antenna in the plasma generation space, so that the rise of the plasma electron temperature can be suppressed and the uniformity of the plasma electron density. Can be improved. Thereby, for example, in a low pressure atmosphere of 100 mTorr or less, and even in an extremely low pressure atmosphere of tens of mTorr or less, a more uniform process can be performed within the surface of the substrate to be processed without damaging the substrate to be processed. It can be performed.
この場合,上記上部移動磁場形成部は,例えば前記板状絶縁部材の上側に前記高周波アンテナとともに配設される環状コアと,前記環状コアの下面に突出して形成され,前記環状コアの内側から外側に放射状に延びるように周方向に配列した複数のティース部と,前記複数のティース部間に下方に向かって上方に戻る経路を形成する磁力線が前記環状コアの周方向全周に亘って複数発生するように前記複数のティース部間に巻回した複数の巻線からなるコイルとを備え,前記コイルの各巻線にそれぞれ位相の異なる交流電流を流して前記磁力線を時間的に変化させることで前記プラズマ生成空間の上部で周方向に回転する移動磁場を形成する交流電源を設けて構成される。例えば上記コイルは3組の巻線からなり,これら各巻線にそれぞれ前記磁場形成用電源から三相交流電流を供給する。 In this case, the upper moving magnetic field forming section is formed, for example, on the upper side of the plate-like insulating member, with an annular core disposed together with the high-frequency antenna, and on the lower surface of the annular core. A plurality of teeth portions arranged in a circumferential direction so as to extend radially, and a plurality of magnetic lines of force that form a path returning upward between the plurality of teeth portions are generated over the entire circumference of the annular core. And a coil composed of a plurality of windings wound between the plurality of teeth portions, and by passing the alternating currents having different phases through the windings of the coil to change the lines of magnetic force with time, An AC power source is provided that forms a moving magnetic field that rotates in the circumferential direction above the plasma generation space. For example, the coil includes three sets of windings, and a three-phase alternating current is supplied to each of the windings from the magnetic field forming power source.
これによれば,上部磁場形成用電源からの交流電流をコイルに供給することにより,環状コアの下方には複数のティース部間に下方に向かって上方に戻る経路を形成する磁力線が発生するとともにこれらの磁力線が時間的に変化して,プラズマ生成空間の上部領域に周方向に回転する移動磁場を形成することができる。 According to this, when an alternating current from the upper magnetic field forming power source is supplied to the coil, magnetic lines of force are formed below the annular core to form a downward path between the plurality of teeth portions. These lines of magnetic force change with time, and a moving magnetic field that rotates in the circumferential direction can be formed in the upper region of the plasma generation space.
また,上記高周波アンテナは,例えば前記環状コアの周りを囲うように配設された平面コイル状に形成する。これによれば,高周波アンテナで生成された誘導結合プラズマの中央プラズマ領域で移動磁場を形成することができるので,生成された誘導結合プラズマの電子をその内側の中央プラズマ領域で閉じ込めることができる。これにより,中央プラズマ領域のプラズマ電子密度を周辺プラズマ領域に比して制御できるので,プラズマ全域においてプラズマ電子密度の均一性をより高めることができ,被処理基板の処理の均一性を向上させることができる。 The high-frequency antenna is formed in a planar coil shape so as to surround the annular core, for example. According to this, since the moving magnetic field can be formed in the central plasma region of the inductively coupled plasma generated by the high frequency antenna, the electrons of the generated inductively coupled plasma can be confined in the central plasma region inside. As a result, the plasma electron density in the central plasma region can be controlled as compared with the peripheral plasma region, so that the uniformity of the plasma electron density can be further increased in the entire plasma region, and the processing uniformity of the substrate to be processed can be improved. Can do.
さらに,上記被処理基板の処理条件を記憶する記憶部と,前記記憶部に記憶された処理条件に応じて前記磁場形成用電源からの交流電流を制御することにより前記上部移動磁場形成部により形成される前記移動磁場を制御する制御部とを設けるようにしてもよい。これによれば,制御部により被処理基板の処理条件(例えば処理室内圧力)に応じて磁場形成用電源からコイルに流れる交流電流が制御されることにより,移動磁場の強さや回転速度などを容易に制御することができる。これにより,例えば処理室内圧力などの処理条件に応じて適切な移動磁場を形成できるので,プラズマ電子温度の上昇を効率よく抑えることができるとともに,プラズマ電子密度の分布を制御できる。 Further, the storage unit stores processing conditions of the substrate to be processed, and the upper moving magnetic field forming unit controls the alternating current from the magnetic field forming power source according to the processing conditions stored in the storage unit. And a control unit that controls the moving magnetic field. According to this, the control unit controls the alternating current flowing from the magnetic field forming power source to the coil in accordance with the processing conditions of the substrate to be processed (for example, the pressure in the processing chamber). Can be controlled. As a result, an appropriate moving magnetic field can be formed according to processing conditions such as the pressure in the processing chamber, for example, so that an increase in plasma electron temperature can be efficiently suppressed and the distribution of plasma electron density can be controlled.
さらに,上記プラズマ生成空間の周辺部を囲むように筒状絶縁部材を介して配設され,前記プラズマ生成空間の周辺部に,内側に向かって外側に戻る経路を形成する複数の磁力線が周方向に回転する移動磁場を形成する周辺部移動磁場形成部を備えるようにしてもよい。この場合,上記周辺部移動磁場形成部は,例えば前記プラズマ生成空間を囲むように筒状絶縁部材を介して配設される環状コアと,前記環状コアの内側面に突出して形成され,前記環状コアの上下方向に延びるように周方向に配列した複数のティース部と,前記複数のティース部間に内側に向かって外側に戻る経路を形成する磁力線が前記環状コアの周方向全周に亘って複数発生するように前記複数のティース部間に巻回した複数の巻線からなるコイルと,前記コイルの各巻線にそれぞれ位相の異なる交流電流を流して前記磁力線を時間的に変化させることで前記プラズマ生成空間の周辺部に周方向に回転する移動磁場を形成するための交流電源を設けて構成される。 Furthermore, a plurality of lines of magnetic force are disposed around the periphery of the plasma generation space via a cylindrical insulating member, and a plurality of lines of magnetic force are formed in the periphery of the plasma generation space to form a path returning inward toward the outside. A peripheral moving magnetic field forming unit that forms a rotating moving magnetic field may be provided. In this case, the peripheral moving magnetic field forming section is formed, for example, by an annular core disposed through a cylindrical insulating member so as to surround the plasma generation space, and projecting from an inner surface of the annular core. A plurality of teeth portions arranged in the circumferential direction so as to extend in the vertical direction of the core, and a magnetic line of force that forms a path returning to the outside toward the inside between the plurality of teeth portions extends over the entire circumference of the annular core. A coil composed of a plurality of windings wound between the plurality of tooth portions so as to generate a plurality, and by passing alternating currents having different phases through the windings of the coil to change the lines of magnetic force in time. An AC power supply for forming a moving magnetic field rotating in the circumferential direction is provided at the periphery of the plasma generation space.
これによれば,上部移動磁場形成部によってプラズマ生成空間の上部領域で回転する移動磁場を形成できるとともに,周辺部移動磁場形成部によってプラズマ生成空間の周辺領域でも周方向に沿って回転する移動磁場を形成できる。このため,高周波アンテナによって生成されたプラズマの電子を,中央プラズマ領域の上部のみならず,周辺プラズマ領域でも閉じ込めることができる。これにより,プラズマの電子温度の上昇をより効果的に抑えることができるとともに,プラズマ電子密度の均一性をより向上させることができる。 According to this, the moving magnetic field rotating in the upper region of the plasma generation space can be formed by the upper moving magnetic field forming unit, and the moving magnetic field rotating in the peripheral region in the peripheral region of the plasma generating space by the peripheral moving magnetic field forming unit. Can be formed. For this reason, plasma electrons generated by the high-frequency antenna can be confined not only in the upper part of the central plasma region but also in the peripheral plasma region. As a result, the increase in plasma electron temperature can be more effectively suppressed, and the uniformity of plasma electron density can be further improved.
上記課題を解決するために,本発明の別の観点によれば,処理室内に配設した載置台に対向して板状絶縁部材を介して設けた高周波アンテナを設け,所定の圧力に減圧された前記処理室内に処理ガスを導入して前記高周波アンテナに高周波電力を印加することにより,前記処理室内に処理ガスの誘導結合プラズマを生成して,前記載置台上の被処理基板に所定の処理を施すプラズマ処理装置のプラズマ処理方法であって,前記載置台に対向するように前記板状絶縁部材を介して配設した環状の上部移動磁場形成部によって,この上部移動磁場形成部の下面に,この下面から前記プラズマ生成空間に向かいそのプラズマ生成空間の上部領域内でUターンする複数の磁力線を発生させて,これらの磁力線が上部移動磁場形成部の下面に沿って回転する移動磁場を形成することを特徴とするプラズマ処理方法が提供される。 In order to solve the above problems, according to another aspect of the present invention, a high-frequency antenna provided via a plate-like insulating member is provided so as to face a mounting table disposed in a processing chamber, and the pressure is reduced to a predetermined pressure. In addition, by introducing a processing gas into the processing chamber and applying high-frequency power to the high-frequency antenna, inductively coupled plasma of the processing gas is generated in the processing chamber, and a predetermined processing is performed on the substrate to be processed on the mounting table. The plasma processing method of the plasma processing apparatus for applying an annular upper moving magnetic field forming portion disposed through the plate-like insulating member so as to face the mounting table is provided on the lower surface of the upper moving magnetic field forming portion. , Generate a plurality of magnetic lines that make U-turns in the upper region of the plasma generation space from the lower surface toward the plasma generation space, and these magnetic field lines rotate along the lower surface of the upper moving magnetic field forming unit A plasma processing method characterized by forming a moving magnetic field is provided that.
このような本発明によれば,所定の圧力に減圧された処理室内に処理ガスを導入して,高周波アンテナに高周波電力を印加することにより,処理室内のプラズマ生成空間に処理ガスの誘導結合プラズマが生成される。その際に上部移動磁場形成部によってプラズマ生成空間の上部領域で回転する移動磁場を形成することができる。この移動磁場のサイクロトロン共鳴効果によって,高周波アンテナにより生成された誘導結合プラズマの電子をプラズマ生成空間に閉じ込めることができるので,プラズマの電子温度の上昇を抑えることができるとともに,プラズマ電子密度の均一性を向上させることができる。これにより,例えば100mTorr以下の低圧雰囲気中はもちろん,十数mTorr以下の極低圧雰囲気中であっても,被処理基板に対してダメージを与えることなく,被処理基板の面内においてより均一な処理を行うことができる。 According to the present invention, the processing gas is introduced into the processing chamber whose pressure is reduced to a predetermined pressure, and the high frequency power is applied to the high frequency antenna, whereby the inductively coupled plasma of the processing gas is generated in the plasma generation space in the processing chamber. Is generated. At that time, the moving magnetic field rotating in the upper region of the plasma generation space can be formed by the upper moving magnetic field forming unit. The cyclotron resonance effect of this moving magnetic field can confine the electrons of the inductively coupled plasma generated by the high-frequency antenna in the plasma generation space, so that the rise of the plasma electron temperature can be suppressed and the uniformity of the plasma electron density. Can be improved. Thereby, for example, in a low pressure atmosphere of 100 mTorr or less, and even in an extremely low pressure atmosphere of tens of mTorr or less, a more uniform process can be performed within the surface of the substrate to be processed without damaging the substrate to be processed. It can be performed.
この場合,上記プラズマ生成空間の周辺部を囲むように筒状絶縁部材を介して配設した環状の周辺部移動磁場形成部によって,この周辺部移動磁場形成部の内側面に,その内側面から前記プラズマ生成空間に向かいそのプラズマ生成空間の周辺部領域でUターンする複数の磁力線を発生させて,これらの磁力線が周辺部移動磁場形成部の内側面に沿って回転する移動磁場を形成するようにしてもよい。これによれば,上部移動磁場形成部によってプラズマ生成空間の上部領域で回転する移動磁場を形成できるとともに,周辺部移動磁場形成部によってプラズマ生成空間の周辺領域でも周方向に沿って回転する移動磁場を形成できる。このため,高周波アンテナによって生成されたプラズマの電子を,中央プラズマ領域の上部のみならず,周辺プラズマ領域でも閉じ込めることができる。これにより,プラズマの電子温度の上昇をより効果的に抑えることができるとともに,プラズマ電子密度の均一性をより向上させることができる。 In this case, an annular peripheral moving magnetic field forming unit disposed via a cylindrical insulating member so as to surround the peripheral part of the plasma generation space is connected to the inner side surface of the peripheral moving magnetic field forming unit from the inner side surface thereof. A plurality of magnetic field lines that turn to the plasma generation space and make U-turns in the peripheral region of the plasma generation space are generated, and these magnetic field lines form a moving magnetic field that rotates along the inner surface of the peripheral moving magnetic field forming unit. It may be. According to this, the moving magnetic field rotating in the upper region of the plasma generation space can be formed by the upper moving magnetic field forming unit, and the moving magnetic field rotating in the peripheral region in the peripheral region of the plasma generating space by the peripheral moving magnetic field forming unit. Can be formed. For this reason, plasma electrons generated by the high-frequency antenna can be confined not only in the upper part of the central plasma region but also in the peripheral plasma region. As a result, the increase in plasma electron temperature can be more effectively suppressed, and the uniformity of plasma electron density can be further improved.
本発明によれば,低圧雰囲気中でプラズマを形成しても,プラズマ生成空間にプラズマの電子を閉じ込めることができるので,プラズマ電子温度の上昇を抑えることができるとともにプラズマ電子密度の均一性も向上させることができる。これにより,たとえ低圧雰囲気においても被処理基板へのダメージがなく,被処理基板の面内に均一なプラズマ処理を行うことができる。 According to the present invention, even if plasma is formed in a low-pressure atmosphere, plasma electrons can be confined in the plasma generation space, so that the rise in plasma electron temperature can be suppressed and the uniformity of plasma electron density is improved. Can be made. Thereby, even in a low pressure atmosphere, there is no damage to the substrate to be processed, and uniform plasma processing can be performed on the surface of the substrate to be processed.
以下に添付図面を参照しながら,本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお,本明細書及び図面において,実質的に同一の機能構成を有する構成要素については,同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and drawings, components having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
(プラズマ処理装置の構成例)
先ず,本発明の第1実施形態にかかるプラズマ処理装置100の構成例について図面を参照しながら説明する。図1は,プラズマ処理装置100の概略構成を示している。このプラズマ処理装置100は,被処理基板例えば半導体ウエハ(以下,単に「ウエハ」とも称する)Wにエッチング処理を施す誘導結合型のプラズマエッチング処理装置として構成されている。プラズマ処理装置100は,金属製(例えば,アルミニウム製またはステンレス製)の円筒状又は矩形状に形成された処理室(チャンバ)102を備える。
(Configuration example of plasma processing equipment)
First, a configuration example of the
処理室102の底部には,セラミックなどの絶縁板103を介して,ウエハWを載置するための略円柱状の載置台104が収容されている。載置台104は,アルミニウムなどにより円柱状に成形されたサセプタ支持台104aと,この上にボルト104bなどにより着脱自在に設けられたアルミニウムなどよりなるサセプタ104cとから主に構成されている。このようにサセプタ104cを着脱自在に構成することにより,メンテナンスなどを容易に実施することができる。
A substantially cylindrical mounting table 104 for mounting the wafer W is housed in the bottom of the
上記サセプタ支持台104aには,温度調整手段の1例としての温調媒体流路109が設けられている。温調媒体流路109には図示しない温調媒体供給源からの温調媒体が導入管111を介して導入され,温調媒体流路109を循環して排出管112より排出される。温調媒体は,ウエハWの調整温度に応じて選択される。例えばウエハWを冷却する場合は水や冷媒が温調媒体として用い,ウエハWを加熱する場合は加熱媒体を温調媒体として用いるようにしてもよい。ここでは,冷媒として例えばガルデンなどを用いる。このような冷媒が温調媒体流路109を流通することにより,サセプタ104cを介してウエハWを所望の温度(ここでは例えば−50℃ないし−150℃程度)に冷却することができる。
The
上記サセプタ104c上面のウエハ載置部には,静電チャック113がウエハ面積と略同面積で形成されている。この静電チャック113は,例えば2枚の高分子ポリイミドフィルム間に銅箔などの導電膜113aを絶縁状態で挟み込むことにより形成され,この導電膜113aは可変直流高圧電源114に接続されている。したがってこの導電膜113aに高電圧を印加することによって,静電チャック113の上面にウエハWをクーロン力により吸着保持することができるように構成されている。
An
上記サセプタ支持台104aおよびサセプタ104cには,これらを貫通してHeなどの伝熱用ガス(バッククーリングガス)を図示しない伝熱用ガス供給源からウエハWの裏面やサセプタ104cを構成する各部材の接合部などに供給するためのガス通路116が形成されている。また上記サセプタ104cの上端周辺部には,ウエハWを囲むように環状のフォーカスリング117が配置されている。
The
さらに上記サセプタ104cには,マッチング用コンデンサ118を介して高周波電源119が接続されており,処理時には例えば1〜15MHzの周波数をサセプタ104cに印加することにより,プラズマとの間にバイアス電位を生じさせプラズマ流を被処理体の被処理面にダメージを生じさせることなく効果的に照射させることが可能である。
Further, a high
上記静電チャック113と温調媒体流路109との間のサセプタ104cの下部にはヒータ固定台131に収容された温調用ヒータ132が設けられている。この温調用ヒータ132へヒータ電源133より供給される電力を調整することにより,温調媒体流路109からの冷熱の伝導を制御して,ウエハWの温度調節を行うことができるように構成されている。
A
載置台104の載置面とほぼ対向する処理室102の天井壁105は,例えば石英ガラスやセラミックなどの板状絶縁部材からなる。処理室102の天井壁105には,その略中央にガス導入口121が形成されており,ガス導入口121にはガス供給部120が接続されている。ガス供給部120は,エッチングガスなどの処理ガスを供給するガス供給源122を備える。ガス供給源122はガス供給配管123を介してガス導入口121に接続されている。ガス供給配管123の途中には処理ガスの流量を制御する流量制御器例えばマスフローコントローラ124が介在している。その他,ガス供給配管123には開閉バルブを設けるようにしてもよい。このようなガス供給部120によれば,ガス供給源122からの処理ガスは,マスフローコントローラ(MFC)124により所定の流量に制御されて,ガス導入口121から処理室102内に供給される。
The
図1では説明を簡単にするため,ガス供給部120を一系統のガスラインで表現しているが,ガス供給部120は単一のガス種の処理ガスを供給する場合に限られるものではなく,複数のガス種を処理ガスとして供給するものであってもよい。この場合には,複数のガス供給源を設けて複数系統のガスラインで構成し,各ガスラインにマスフローコントローラを設けてもよい。
In FIG. 1, the
このようなガス供給部120により処理室102内に供給する処理ガスとしては,例えば酸化膜のエッチングでは,Clなどを含むハロゲン系ガスが用いられる。具体的にはSiO2膜などのシリコン酸化膜をエッチングする場合には,CHF3ガスなどが処理ガスとして用いられる。また,HfO2,HfSiO2,ZrO2,ZrSiO4などの高誘電体薄膜をエッチングする場合には,BCl3ガスを処理ガスとしたり,BCl3ガスとO2ガスとの混合ガスを処理ガスとして用いられる。
As a processing gas supplied into the
天井壁105の外側面(上側面)には,処理室102内に上記処理ガスのプラズマを生成するための高周波アンテナ106が配置されている。高周波アンテナ106は,例えば銅板,アルミニウム,ステンレスなどの導体を渦巻きコイル状に形成される。高周波アンテナ106の両端子(内側端子106aおよび外側端子106b)間には,プラズマ生成用の高周波電源107より整合器108を介して,例えば13.56MHzの高周波電力を印加可能に構成されている。
On the outer side surface (upper side surface) of the
また,天井壁105の外側面の上記高周波アンテナ106の内側には,高周波アンテナ106によって生成されたプラズマ中の電荷(主に電子)を閉じ込めるための上部移動磁場形成部300が配設されている。上部移動磁場形成部300は,例えばガス導入口121を囲む環状(例えば同心状)に形成される。上部移動磁場形成部300は,交流電源(上部移動磁場形成用交流電源)302からの交流電流の供給により中央プラズマ領域で回転する移動磁場を形成する。これら上部移動磁場形成部300と交流電源302とは移動磁場形成手段を構成する。なお,このような上部移動磁場形成部300の具体的構成とその作用効果の詳細については後述する。
Further, an upper moving magnetic
上記処理室102の底部壁には排気管130が接続されて,この処理室102内の雰囲気を真空ポンプなどにより構成される排気部140により排出し得るように構成される。処理室102の側壁にはウエハ搬出入口が形成され,ウエハ搬出入口にはゲートバルブ137が設けられている。例えばウエハWの搬入する際には,ゲートバルブ137を開いて図示しない搬送アームなどの搬送機構によってウエハWを処理室102内のサセプタ104c上に載置し,ゲートバルブ137を閉じてウエハWの処理を行う。
An
なお,上記処理室102の側壁には,処理室102内に発生する発光スペクトルに関する信号を検出する光学センサ136を設けてもよい。具体的には例えば処理室102の側壁に石英ガラスなどの透明な材料から構成される透過窓134を設け,この透過窓134を透過する処理室102内の光を光学系135を介して光学センサ136に送り,処理室102内から発生する発光スペクトルに関する信号を後述の制御部200に送ることができるように構成される。また,処理室102には処理室102内の圧力などを検出するための圧力センサ138を取り付け,処理室102内の圧力などに関する信号を制御部200に送ることができるようになっている。
Note that an
プラズマ処理装置100には,装置全体の動作を制御する制御部200が設けられている。制御部200は,所定のプログラムにより所定の処理条件に基づいて各部を制御することにより,例えばエッチングなどの処理室内での所定の処理を行うようになっている。
The
(制御部の構成例)
このような制御部200の具体的な構成例について図面を参照しながら説明する。制御部200は,図2に示すように,制御部本体を構成するCPU(中央処理装置)210,CPU210が各部を制御するデータなどを格納するROM(リード・オンリ・メモリ)220,CPU210が行う各種データ処理のために使用されるメモリエリア等を設けたRAM(ランダム・アクセス・メモリ)230,操作画面や選択画面などを表示する液晶ディスプレイなどで構成される表示部240,オペレータによる各種の操作や情報の入力などを行うことができる操作パネル250,例えばブザーのような警報器等で構成される報知部260を備える。
(Configuration example of control unit)
A specific configuration example of the
また,制御部200は,プラズマ処理装置100の各部を制御するための各種コントローラ270を備える。各種コントローラ270には,高周波電源107,119,ヒータ電源133,マスフローコントローラ124,交流電源302,排気部140の他,冷媒源,伝熱用ガス供給源などを制御するコントローラが含まれる。
In addition, the
さらに,制御部200は,プラズマ処理装置100の処理を行うプログラムデータを格納するプログラムデータ記憶部280,およびプログラムデータに基づく処理を実行するときに使用するレシピデータなどの各種処理条件を記憶する処理条件記憶部290を備える。ここでいう処理条件としては,例えば処理ガスの種類,処理ガスの流量,高周波電力,処理室内圧力などが含まれる。プログラムデータ記憶部280と処理条件記憶部290は,例えばフラッシュメモリ,ハードディスク,CD−ROMなどの記録媒体で構成され,必要に応じてCPU210によってデータが読み出される。
In addition, the
これらCPU210と,ROM220,RAM230,表示部240,操作パネル250,報知部260,各種コントローラ270,プログラムデータ記憶部280,処理条件記憶部290とは,制御バス,システムバス,データバス等のバスラインによって電気的に接続されている。
The
制御部200は,プログラムデータ記憶部280から読み出した所定のプログラムにより,処理条件記憶部290から読み出した所定の処理条件に基づいて,各部を制御することにより,例えばエッチングなどの処理室102内での所定の処理を行うようになっている。このとき,例えば上記光学センサ136,圧力センサ138などの各種センサからのフィードバック信号あるいは予め設定された設定値に基づいて制御信号を送って各部を制御する。これにより,プラズマ処理装置100の動作環境を最適に調整することができる。
The
このように構成されたプラズマ処理装置100において,処理室102内でウエハWのエッチング処理を行う際には,先ず,先ずゲートバルブ137を開いて図示しない搬送アームによりウエハWを処理室102内に搬入し,載置台104に載置し,ゲートバルブ137を閉じる。このとき,ウエハWを静電チャック113により静電保持させて,ウエハWの裏面に向けて伝熱用ガスを供給しながら,温調媒体流路109に例えば冷媒を供給し,ウエハWを所望の温度(例えば−50℃ないし−150℃)に調整する。
In the
その後,排気部140により真空排気して所定の圧力に減圧しながら,ガス供給部120から所定の処理ガスを所定の流量で処理室102内に導入する。そして,高周波電源107から整合器108を介して高周波アンテナ106に例えば13.56MHzの高周波電力を印加し,必要に応じて載置台104に1〜15MHzの周波数のバイアス電位をかける。こうして,高周波アンテナ106からの高周波によって処理室102内に誘導電磁界が発生し,プラズマ生成空間Sに処理ガスの誘導結合プラズマが励起される。このプラズマ中のラジカルやイオンによってウエハWの表面が物理的または化学的にエッチングされる。
Thereafter, a predetermined processing gas is introduced into the
なお,ここでのプラズマ生成空間Sは,主として処理室102内の天井壁105とサセプタ104cとの間のプラズマが生成される空間であるが,サセプタ104cに載置されるウエハW上の空間に限定されるものではなく,それよりも半径方向外側の空間に広がって処理室102の内壁または側壁近傍まで延在するものである。ここでは,プラズマ生成空間Sのうち,上部移動磁場形成部300の直下であるウエハWの中心側の中央部領域上の空間を「中央プラズマ領域」と称し,その周りの空間(ウエハWのエッジ側の周辺部領域上の空間及びその外側の処理室102の内壁または側壁近傍までの空間)を「周辺プラズマ領域」と称する。
Here, the plasma generation space S is a space in which plasma is mainly generated between the
このようなエッチング処理が完了すると,ゲートバルブ137を開いてその処理済みのウエハWを処理室102から搬出する。こうして,1ロット(例えば25枚)のウエハWに対するエッチング処理を一枚ずつ連続して行った後,一連の処理を完了する。
When such an etching process is completed, the
第1実施形態にかかるプラズマ処理装置100では,このように高周波アンテナ106によってプラズマを形成する際に,上部移動磁場形成部300を駆動させることで,プラズマ生成空間Sの上部領域で回転する移動磁場を形成させることができる。この移動磁場によって,高周波アンテナ106により生成されたプラズマ中の電荷(主に電子)をプラズマ生成空間Sの上部領域で閉じ込めることができる。これにより,プラズマの電子温度の上昇を抑えることができるとともに,プラズマ電子密度の均一性を向上させることができる。これにより,例えば100mTorr以下の低圧雰囲気中はもちろん,十数mTorr以下の極低圧雰囲気中であっても,ウエハWに対してダメージを与えることなく,ウエハWの面内においてより均一な処理を行うことができる。
In the
(移動磁場形成部の具体的構成例)
このような上部移動磁場形成部300の具体的構成例について図面を参照しながら説明する。図3は,上部移動磁場形成部300の外観を示す図であり,図4は,上部移動磁場形成部300の内部構成の一部を示す図である。なお,説明を簡単にするために,図3ではコイルを省略しており,図4ではコイルを環状コアの内周面で切断している。
(Specific configuration example of the moving magnetic field generator)
A specific configuration example of the upper moving magnetic
図3,図4に示すように,上部移動磁場形成部300は,コイル320を巻回した環状コア310をケーシング330で覆って構成される。環状コア310は金属系,フェライト系,セラミック系などの磁性体で構成される。ここでは,環状コア310を環状鉄芯で構成した場合を例に挙げる。ケーシング330は,環状コア310の下面に発生する磁力線が透過するように,例えばセラミックスや石英で構成される。また,ケーシング330の材質は上記のものに限られるものではなく,例えばケーシング330の下面だけをセラミックスや石英で構成し,その他の部分はステンレスで構成してもよい。ケーシング330の下面は周方向に渡って開口していてもよい。
As shown in FIGS. 3 and 4, the upper moving magnetic
環状コア310は,その下面に周方向に一定の間隔を置いて複数のティース部312が形成されている。各ティース部312の間は溝部314が形成されており,コイル320は溝部314に挿通して各ティース部312に巻き付けられる。コイル320は,例えば図4に示すように複数のティース部312間にこれらの下面から下方に向かって上方に戻る経路を形成するU字状の磁力線が環状コア310の周方向全周に亘って複数発生するように巻回される。このようなコイル320の巻回状態の具体例を図5,図6に示す。図5は,環状コア310を下方から見た図であり,説明を簡単にするためにコイル320は直線で模式的に示している。図5は,コイルの巻回状態の全体を示す結線図であり,図6は,コイルの巻回状態の一部を示す結線図である。図6では下方が環状コア310の内側であり,上方が環状コア310の外側である。
A plurality of
図5に示すように,コイル320は,3つの巻線320A,320B,320Cからなる。環状コア310の溝部314には巻線320A,320B,320Cのうちのいずれかがそれぞれ1本ずつ挿通され,各溝部314に巻線320A,320C,320Bの順に環状コア310の内側から外側,外側から内側というように方向を変えて巻回されている。すなわち,図6に示すように環状コア310の溝部314を左から順に第1番目〜第6番目とすると,巻線320Aは第1番目,第4番目の溝部314にそれぞれ内側から外側,外側から内側に挿通するように巻かれている。巻線320Bは第3番目,第6番目の溝部314にそれぞれ内側から外側,外側から内側に挿通するように巻かれている。巻線320Cは第2番目,第5番目の溝部314にそれぞれ外側から内側,内側から外側に挿通するように巻かれている。
As shown in FIG. 5, the
コイル320の各巻線320A,320B,320Cはそれぞれが閉ループになっている。このような各巻線320A,320B,320Cにそれぞれ,交流電源302から例えば図7に示すように120度ずつ位相をずらした三相交流電流A,B,Cを図5,図6に示す矢印のように流すことにより,ティース部312に合成磁界を発生させることができる。
Each winding 320A, 320B, 320C of the
例えば三相交流電流A,B,Cをそれぞれ,I0cosωt,I0cos(ωt−2/3π),I0cos(ωt−4/3π)とする。このとき,各溝部314に挿通された各巻線320A,320B,320Cにおいて,図6に示すように環状コア310の内側から外側に向かって流れる電流をa,b,cとし,外側から内側に向かって流れる電流を−a,−b,−cとすれば,電流a,b,cはそれぞれ,I0cosωt,I0cos(ωt−2/3π),I0cos(ωt−4/3π)となり,電流−a,−b,−cはそれぞれ,−I0cosωt,−I0cos(ωt−2/3π),−I0cos(ωt−4/3π)となる。
For example a three-phase alternating currents A, B, and C, respectively, I 0 cosωt, I 0 cos (ωt-2 / 3π), and I 0 cos (ωt-4 / 3π). At this time, in the
この場合,図6に示す環状コア310を外側から見ると,各溝部314に挿通された各巻線320A,320B,320Cに流れる電流は図8に示すように左から順にa,−c,b,−a,c,−bとなる。このとき,流れる電流の方向と大きさに応じて各巻線320A,320B,320Cの周り(溝部314周り)に磁界が発生するため,例えばある瞬間においては図8に矢印で示すような磁界が発生すると,各ティース部312には図9に示すような合成磁界が発生する。このため,全体としては図10に示すように,あるティース部312の下面から下方に向かい,Uターンして別のティース部312の下面に戻る経路を形成するU字状の磁力線が周方向に沿って複数発生する。
In this case, when the
三相交流電流A,B,Cは図7に示すように時間経過に連れてそれぞれ大きさが連続して変わるため,環状コア310の下面に発生する磁力線の強さも連続して変わることになる。これにより,上部移動磁場形成部300の直下の中央プラズマ領域には,環状コア310の下面に沿って周方向に回転する移動磁場が形成される。
Since the three-phase alternating currents A, B, and C continuously change in magnitude as time passes as shown in FIG. 7, the strength of the magnetic field lines generated on the lower surface of the
このような移動磁場であれば,プラズマ生成空間Sの上部のみに作用し,その下方までには作用しない。これにより,載置台104上のウエハWに磁界が作用してウエハW上のデバイスにダメージやストレスを与える可能性を回避または低減することができる。ここで,ウエハW上のデバイスにダメージやストレスを与えないような無磁場状態は,磁界強度の面で好ましくは地磁気レベル(たとえば0.5G)以下の状態であるが,5G程度でも支障ない(実質的な無磁場状態といえる)場合がある。 With such a moving magnetic field, it acts only on the upper part of the plasma generation space S and does not act on the lower part thereof. Accordingly, it is possible to avoid or reduce the possibility that a magnetic field acts on the wafer W on the mounting table 104 to cause damage or stress to the device on the wafer W. Here, the non-magnetic field state that does not damage or stress the devices on the wafer W is preferably a state below the geomagnetic level (for example, 0.5 G) in terms of magnetic field strength, but even about 5 G is not a problem ( It may be said that it is a substantially no magnetic field state.
第1実施形態にかかる上部移動磁場形成部300では,制御部200によって交流電源302を制御して,コイル320に流す三相交流電流A,B,Cの大きさ(I0),周波数,位相などを変えることにより,容易に移動磁場の強さや回転速度を変えることができる。例えば移動磁場の強さは,三相交流電流A,B,Cの大きさ,周波数などを変えることにより可変可能である。また,移動磁場の回転速度は,三相交流電流A,B,Cの周波数などを変えることにより可変可能である。このため,例えば磁場の強さなどを変える際に,従来のようにセグメント磁石などを用いる場合のような磁石の交換を不要にできるとともに,またセグメント磁石を回転させるときに発生し易い振動もなくすことができる。
In the upper moving magnetic
なお,移動磁場の強さや回転速度は,各ティース部312間のピッチやティース部312の数によっても変わるので,例えばプラズマ処理装置100ごとに各ティース部312間のピッチやティース部312の数を妥当に設計した上で取り付け,その後は制御部200によって交流電源302を制御することで容易に移動磁場の強さや回転速度を調整できる。
Note that the strength and rotational speed of the moving magnetic field vary depending on the pitch between the
このような上部移動磁場形成部300の配置例を図11に示す。第1実施形態にかかるプラズマ処理装置100では,上部移動磁場形成部300を天井壁105の外側面(上側面)に設けた場合を例に挙げている。例えば図11に示すように上部移動磁場形成部300を渦巻きコイル状に形成した高周波アンテナ106の内側に配置する。
An arrangement example of such an upper moving magnetic
次に,このように配置した上部移動磁場形成部300について,移動磁場を形成した場合を形成しない場合と比較しながら,その作用についてより詳細に説明する。図12,図13は上部移動磁場形成部300による移動磁場の作用を説明するための図であり,移動磁場の作用を分かり易く説明するため,図1に示すプラズマ処理装置の構成をより簡略化している。図12は移動磁場を形成しない場合を示し,図13は移動磁場を形成した場合を示しており,それぞれの場合に形成されるプラズマを模式的に表している。
Next, the operation of the upper moving magnetic
図14は移動磁場を形成しない場合におけるプラズマ電子温度(eV)とプラズマ電子密度(Ne)の面内均一性との処理室内圧力依存性についての傾向をグラフに示した図である。図14は,ウエハW上のSiO2膜をCHF3ガスのプラズマによってエッチングした場合の実験結果である。図14のプラズマ電子温度(eV)については,処理室102内にプラズマを生成して処理室102内の圧力を変化させながら,その都度処理室102内の電子温度をラングミュアプローブで測定してグラフにしたものである。プラズマ電子密度(Ne)の面内均一性については,プラズマの中心付近の電子密度Necenterとプラズマのエッジ付近の電子密度Needgeを測定して面内均一性を求めてグラフにしたものである。
FIG. 14 is a graph showing the tendency of the in-plane uniformity of the plasma electron temperature (eV) and the plasma electron density (Ne) when the moving magnetic field is not formed in the processing chamber pressure. FIG. 14 shows the experimental results when the SiO 2 film on the wafer W is etched by the plasma of CHF 3 gas. The plasma electron temperature (eV) in FIG. 14 is a graph obtained by measuring the electron temperature in the
先ず,上部移動磁場形成部300による移動磁場を形成せずに,高周波アンテナ106によりプラズマを生成した場合には,図12に示すようにウエハエッジ側の周辺プラズマ領域に対してウエハ中心側の中央プラズマ領域の方が相対的にプラズマ電子密度が低くなる傾向がある。これを処理室102内の圧力との関係で見ると,図14に示すように100mTorr以下の低圧雰囲気において,処理室102内の圧力が比較的低い範囲(例えば20〜10mTorr以下)では処理室102内の圧力が低くなるほど,僅かの圧力変動で電子温度が大きく変動するので,ウエハWに対するダメージを与える可能性が高くなる。
First, in the case where plasma is generated by the
これに対して,処理室102内の圧力が20〜10mTorrより高い範囲(同図では50mTorrまで示した)では圧力が上昇しても電子温度が4eV〜2eVまで緩やかに低下し,この範囲では圧力が高いほどプラズマ電子温度が安定しているので,安定したプラズマを得ることができ,ウエハWにダメージを与える可能性も低いことがわかる。ところが,処理室102内の圧力が比較的高い範囲(例えば70〜80mTorr以上)ではプラズマ電子密度の均一性が大きく低下するので,ウエハWに対する処理の面内均一性が低下する可能性が高くなってしまう。
On the other hand, in the range where the pressure in the
これは処理室102内の圧力が低いほど,プラズマ中の電子はほとんど他の粒子と衝突せずに加速され,例えば処理室の側壁などに衝突して消失する確率が高くなるからである。この場合には,プラズマ中の電子密度が低下して電子温度が高くなり,その結果プラズマ中のイオンが加速されて高いエネルギーでウエハ上に衝突するので,ウエハがダメージを受け易くなる。また,処理室102内の圧力が高いほどプラズマ中の電子の加速も大きくなり,中心部にとどまることなく,その周辺部からさらにその外側に向けて拡散する可能性が高くなる。このため,プラズマ電子密度もウエハエッジ側に比してウエハ中心側が相対的に低下するので,ウエハWに対する処理の面内均一性が低下する。
This is because, as the pressure in the
この点,上部移動磁場形成部300による移動磁場を形成しながら,高周波アンテナ106によりプラズマを生成した場合には,図13に示すように上部移動磁場形成部300の直下の中央プラズマ領域には,上部移動磁場形成部300の下面からプラズマ領域に向かいそのプラズマ領域の上部の領域内でUターンする磁力線が周方向に複数発生する。これらの磁力線の強さが大きくなったり小さくなったりしながら,全体的には上部移動磁場形成部300の下面に沿って周方向の一方向に回転する移動磁場GCが形成される。
In this regard, when plasma is generated by the high-
これにより,プラズマ中において高周波電界下でドリフト運動する電荷(主に電子)が中央プラズマ領域において移動磁場によって力(ローレンツ力)を受けることで,サイクロトロン共鳴効果により閉じ込められ,中央プラズマ領域から天井壁105や側壁に加速して拡散してしまうことを防止できる。これにより,プラズマの拡散や消滅による急激なプラズマの電子密度の低下を防止でき,プラズマの電子温度の上昇を抑えることができる。例えば図14に示す場合には,プラズマの電子温度が緩やかに安定したプラズマを得ることができる範囲(例えば4eV〜2eV程度の範囲)まで抑えることができる。この程度の範囲まで抑えられればウエハWにダメージを与える可能性は低くなる。 As a result, charges (mainly electrons) that drift in the plasma under a high-frequency electric field receive a force (Lorentz force) by the moving magnetic field in the central plasma region, and are confined by the cyclotron resonance effect, and the ceiling wall from the central plasma region. It is possible to prevent accelerating and diffusing to 105 and the side wall. As a result, it is possible to prevent a rapid decrease in the electron density of the plasma due to the diffusion and extinction of the plasma, and to suppress an increase in the plasma electron temperature. For example, in the case shown in FIG. 14, the plasma can be suppressed to a range where the plasma electron temperature can be obtained stably (for example, a range of about 4 eV to 2 eV). If it is suppressed to such a range, the possibility of damaging the wafer W is reduced.
しかも,第1実施形態における上部移動磁場形成部300は,中央プラズマ領域上に配置されるので,その直下の中央プラズマ領域にプラズマ中の電荷(主に電子)を閉じ込めることができるので,その領域のプラズマ電子密度の分布を制御でき,これによってプラズマの全体領域の分布を制御できる。
Moreover, since the upper moving magnetic
従って,例えば100mTorr以下の低圧雰囲気において上部移動磁場形成部300による移動磁場を形成することにより,例えば図14に示す矢印のように処理室102内の圧力が比較的低い十数mTorr以下〜数mTorr以下の極低圧雰囲気で問題となる電子温度の上昇を防止できるとともに,処理室内圧力が比較的高い数十mTorr以上の圧力雰囲気において問題となる電子密度の面内均一性の低下を防止できる。これにより,100mTorr以下のどの圧力範囲内でもウエハWにダメージを与えることなく,しかもウエハWの面内において均一な処理を行うことができる。
Therefore, for example, by forming a moving magnetic field by the upper moving magnetic
このように,本実施形態によれば上部移動磁場形成部300による移動磁場を形成することで,十数mTorr以下〜数mTorr以下の極低圧雰囲気において電子温度の上昇を効果的に防止できるので,ゲート酸化膜の材料として従来から用いられているSiO2膜のみならず,近年注目されている高融点金属材料のエッチングに対しても大きな効果を発揮する。すなわち,HfO2,HfSiO2,ZrO2,ZrSiO4等の高融点金属材料をエッチングする場合には,プラズマ電子温度が上昇し易い極低圧雰囲気でのプラズマ処理が要求される。
As described above, according to the present embodiment, by forming the moving magnetic field by the upper moving magnetic
例えば図15,図16は,HfO2膜又はSiO2膜をエッチングしたときのエッチングレートの圧力依存性をグラフに示した図であって,図15はBCl3ガスのプラズマによってエッチングした場合であり,図16はBCl3ガスとO2ガスの混合ガスのプラズマによってエッチングした場合である。図17は本実施形態における移動磁場を形成しない場合のBCl3ガスを用いたプラズマの電子温度と圧力の関係を示している。 For example, FIG. 15 and FIG. 16 are graphs showing the pressure dependence of the etching rate when an HfO 2 film or SiO 2 film is etched, and FIG. 15 is a case where etching is performed by plasma of BCl 3 gas. FIG. 16 shows a case where etching is performed by plasma of a mixed gas of BCl 3 gas and O 2 gas. FIG. 17 shows the relationship between the electron temperature and pressure of plasma using BCl 3 gas when the moving magnetic field is not formed in this embodiment.
これによれば,HfO2膜をエッチングする場合にエッチングを有効に進行させるには,BCl3ガスのプラズマでは図15に示すように6〜12mTorr程度の圧力範囲が好ましく,またBCl3ガスとO2ガスの混合ガスのプラズマでは図16に示すように12mTorr以下の圧力範囲が好ましい。しかも,BCl3ガスのプラズマに比してBCl3ガスとO2ガスの混合ガスのプラズマの方がエッチングレートが高い。ところが,このようなBCl3ガスを用いたプラズマにおいて用いられる圧力範囲(例えば12mTorr以下の極低圧雰囲気)では図17に示すようにプラズマ電子温度が急激に高くなってしまうことがわかる。 According to this, in order to proceed effectively etching when etching the HfO 2 film, it is preferably a pressure range of about 6~12mTorr as shown in FIG. 15 is a plasma BCl 3 gas and BCl 3 gas and O In the mixed gas plasma of two gases, a pressure range of 12 mTorr or less is preferable as shown in FIG. Moreover, towards the plasma BCl 3 gas and a mixed gas of O 2 gas in comparison with the plasma of BCl 3 gas is higher etching rate. However, it can be seen that in the pressure range used in the plasma using such BCl 3 gas (for example, an extremely low pressure atmosphere of 12 mTorr or less), the plasma electron temperature rapidly increases as shown in FIG.
従って,このような所謂難エッチング特性を有する高融点金属材料をエッチングする場合のように極低圧雰囲気でのプラズマ処理を行う際に,上部移動磁場形成部300による移動磁場を形成することで,プラズマ生成空間にプラズマの電子を閉じ込めることができるので,プラズマ電子温度の上昇を抑えることができるとともにプラズマ電子密度の均一性も向上させることができる。これにより,ウエハWへのダメージがなく,ウエハ面内に均一なプラズマ処理を行うことができる。また,ウエハWへのダメージの虞がないため,より低圧にしてエッチングを行うこともできる。これにより,ウエハWへのダメージを与えずに,高融点金属材料のエッチングレートを従来以上に高めることができる。
Therefore, when performing a plasma treatment in an extremely low pressure atmosphere as in the case of etching a refractory metal material having such a so-called difficult-to-etch characteristic, a plasma is generated by forming a moving magnetic field by the upper moving magnetic
なお,SiO2膜については,図15に示すようにBCl3ガスのプラズマではほとんどエッチングが進行しないが,図16に示すようにBCl3ガスとO2ガスの混合ガスのプラズマでは12mTorr以下の極低圧雰囲気では圧力を低くするほどエッチングレートが高くなる。従って,この場合も,上部移動磁場形成部300による移動磁場を形成することで,ウエハWへのダメージがなく,ウエハ面内に均一なプラズマ処理を行うことができる。
As shown in FIG. 15, the SiO 2 film is hardly etched in the BCl 3 gas plasma as shown in FIG. 15. However, in the plasma of the mixed gas of BCl 3 gas and O 2 gas as shown in FIG. In a low pressure atmosphere, the lower the pressure, the higher the etching rate. Therefore, in this case as well, by forming the moving magnetic field by the upper moving magnetic
また,図14,図17に示すように圧力が低くなるほどプラズマ電子温度の上昇率も大きくなる傾向があることがわかる。従って,制御部200によって,ウエハWのプラズマ処理を行う際の処理室102内の圧力に応じて,交流電源302から上部移動磁場形成部300のコイル320に流す交流電流を制御することで移動磁場の強さを大きくしたり,回転速度を速くするようにしてもよい。このように,圧力に応じて最適な移動磁場を形成することによって効果的にプラズマ電子温度の上昇を抑えることができる。
Further, as shown in FIGS. 14 and 17, it can be seen that the rate of increase in plasma electron temperature tends to increase as the pressure decreases. Therefore, the
また,例えばプラズマ処理の種類や処理条件(例えば処理ガスの種類や流量,処理室内圧力など)に応じて移動磁場の強さや回転速度を制御することでプラズマ処理の均一性を制御することもできる。例えば処理ガスの種類,処理室102内の圧力,処理ガスの流量,高周波電力,のうちのいずれか1つ又は2つ以上の任意の組合せに着目し,着目した項目の値が変わる処理条件の場合にはその処理条件に応じて移動磁場の強さや回転速度を微調整する。これらの処理条件が変わることでプラズマ分布が変化したとしても,交流電源302からコイル320に流す交流電流を制御することにより,常に最適なプラズマ分布になるように制御することができる。
Further, for example, the uniformity of plasma processing can be controlled by controlling the strength and rotation speed of the moving magnetic field in accordance with the type of plasma processing and processing conditions (for example, the type and flow rate of processing gas, the pressure in the processing chamber, etc.). . For example, paying attention to any one or a combination of two or more of the types of processing gas, the pressure in the
このような処理条件の中で,ウエハWの中心側の中央部領域とウエハWのエッジ側の周辺部領域とのプラズマ分布に影響を与え易いのは,処理ガスの種類,処理室102内の圧力,処理ガスの流量,高周波電力の順であり,高周波電力については周波数が高いほど影響を与え易い傾向にある。このため,ウエハ中心側とウエハエッジ側とのプラズマ分布を調整する場合には,少なくとも処理ガスの種類に応じて制御部200によって交流電源302を制御することが好ましい。また,プラズマ分布に影響を与え易い処理ガスの種類,処理室102内の圧力,処理ガスの流量のいずれかが変わればそれに応じて制御部200によって交流電源302を制御することで,より細かくプラズマ分布を制御することができる。
Under such processing conditions, it is easy to influence the plasma distribution in the central region on the center side of the wafer W and the peripheral region on the edge side of the wafer W. The order is pressure, flow rate of processing gas, and high-frequency power. The higher the frequency, the more likely the influence is higher. For this reason, when adjusting the plasma distribution between the wafer center side and the wafer edge side, it is preferable to control the
ところで,このようなプラズマ電子密度の均一性を改善させるためには,上部移動磁場形成部300の代わりに,例えば天井壁の中心部側にも別の高周波アンテナを設けて中心部側にもプラズマが生成されるようにすることも考えられる。ところが,このようにすればプラズマが形成される空間の中心部側においても強力な電磁場エネルギーが投入されるので,プラズマ電子密度を高くすることはできるものの,プラズマ電子温度も例えば10〜20eV以上に高くなってしまう。このため,ウエハWにダメージを与える可能性が高くなってしまう。
By the way, in order to improve the uniformity of the plasma electron density, instead of the upper moving magnetic
これに対して,本実施形態のような上部移動磁場形成部300によって移動磁場を形成する場合には,その直下にプラズマを形成するわけではなく,別の場所で形成されたプラズマの電子が移動磁場により引きつけられて弱い磁場で閉じ込められるだけなので,プラズマ電子温度を例えば2〜4eV以下に低く抑えながら,プラズマ電子密度を高くすることができる。これにより,ウエハWへのダメージを抑えながら,均一なプラズマ処理を行うことができる。
On the other hand, when the moving magnetic field is formed by the upper moving magnetic
なお,上記第1実施形態では,上部移動磁場形成部300を高周波アンテナ106の内側に配置して,中央プラズマ領域の上部領域に移動磁場を形成するように構成した場合について説明したが,上部移動磁場形成部300の配置はこれに限定されるものではない。例えば,図18に示すように上部移動磁場形成部300を高周波アンテナ106の外側に配置して,周辺プラズマ領域の上部領域に移動磁場を形成するように構成してもよい。
In the first embodiment, the case where the upper moving magnetic
これによれば,交流電源302から上述した三相交流電流を上部移動磁場形成部300に供給すると,図18に模式的に示すように,上部移動磁場形成部300の直下の周辺プラズマ領域には,上部移動磁場形成部300の下面からプラズマ領域に向かいそのプラズマ領域の上部の領域内でUターンする磁力線が周方向に複数発生する。これらの磁力線の強さが大きくなったり小さくなったりしながら,全体的には上部移動磁場形成部300の下面に沿って周方向の一方向に回転する移動磁場GCが形成される。
According to this, when the above-described three-phase AC current is supplied from the
すなわち,周辺プラズマ領域のうちウエハWの周辺部領域近傍からその外側の領域で,カーテンのように回転しながら取り囲む鉛直型の磁場(プラズマの拡散方向に直交する磁場)を形成することができる。これにより,例えば高周波電源107から高周波電力を高周波アンテナ106に印加してプラズマを形成する際に,さらに上部移動磁場形成部300を駆動させてその直下に移動磁場を形成することにより,形成されたプラズマ中において高周波電界下でドリフト運動する電荷(主に電子)が周辺プラズマ領域において上記移動磁場によって力(ローレンツ力)を受けることで,サイクロトロン共鳴効果により閉じ込められ,それよりも外側に加速して拡散してしまうことを防止できる。これにより,プラズマの拡散や消滅による急激なプラズマの電子密度の低下を防止でき,プラズマの電子温度の上昇を抑えることができる。
That is, in the peripheral plasma region, a vertical magnetic field (magnetic field perpendicular to the plasma diffusion direction) that surrounds while rotating like a curtain can be formed from the vicinity of the peripheral region of the wafer W to the outer region. Thus, for example, when high-frequency power is applied from the high-
しかも,図18に示す上部移動磁場形成部300は,周辺プラズマ領域上に配置されるので,その直下の周辺プラズマ領域にプラズマ中の電荷(主に電子)を閉じ込めることができるので,その領域のプラズマ電子密度の分布を制御でき,これによってプラズマの全体領域の分布を制御できる。
In addition, since the upper moving magnetic
次に,本発明の第2実施形態にかかるプラズマ処理装置について図面を参照しながら説明する。図19は,第2実施形態にかかるプラズマ処理装置の概略構成図である。図19では,移動磁場の作用を分かり易くするため,処理室102の構成を簡略化している。図20は,周辺部移動磁場形成部340の外観を示す図である。
Next, a plasma processing apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 19 is a schematic configuration diagram of a plasma processing apparatus according to the second embodiment. In FIG. 19, the configuration of the
第2実施形態では,第1実施形態の構成(例えば処理室102の天井壁105の外側に設けた上部移動磁場形成部300)に加えて,処理室102の側壁の外側にもその周りを囲むように周辺部移動磁場形成部340を設けた場合を例に挙げる。なお,第2実施形態では,処理室102の天井壁105のみならず,処理室102の側壁についても例えば石英などの絶縁部材で構成するようにしてもよい。この場合,図19に示すように,側壁全体のうち周辺部移動磁場形成部340に囲まれる部分を筒状絶縁部材344として石英などで構成してもよく,また処理室102の側壁全体を筒状絶縁部材として石英などで構成してもよい。
In the second embodiment, in addition to the configuration of the first embodiment (for example, the upper moving magnetic
図19に示す周辺部移動磁場形成部340は,その内側面に,その内側面からプラズマ生成空間Sに向かいそのプラズマ生成空間Sの周辺部領域でUターンする複数の磁力線を発生させて,これらの磁力線が周辺部移動磁場形成部340の内側面に沿って回転する移動磁場を形成するものである。
The peripheral moving magnetic
具体的には図20に示すように,周辺部移動磁場形成部340はその内面が図3に示す上部移動磁場形成部300の下面に相当するように構成される。すなわち,周辺部移動磁場形成部340はプラズマ生成空間Sを囲むように筒状絶縁部材344を介して配設された環状コア310を有する。環状コア310には図示省略のコイル320が巻回されケーシング330で覆われている。
Specifically, as shown in FIG. 20, the peripheral moving magnetic
環状コア310は,その内側面に周方向に一定の間隔を置いて複数のティース部312が形成されている。各ティース部312の間は溝部314が形成されている。コイル320は溝部314に挿通して各ティース部312に巻き付けられる。コイル320は複数のティース部312間に内側に向かって外側に戻る経路を形成する磁力線が環状コア310の周方向全周に亘って複数発生するように複数のティース部312間に巻回された複数の巻線からなる。具体的には例えば図4〜図6に示すのと同様に巻回される。第2実施形態の場合には,周辺部移動磁場形成部340はその内面が図3に示す上部移動磁場形成部300の下面に相当するので,図4〜図6において上部移動磁場形成部300の外側と内側は,周辺部移動磁場形成部340の上側と下側に相当する。従って,周辺部移動磁場形成部340のコイル320も,例えば図6と同様の3つの巻線320A,320B,320Cにより構成される。すなわち,図6を周辺部移動磁場形成部340の内側から見た図と考えた場合のコイル320の巻き方とほぼ同様である。
The
コイル320の各巻線320A,320B,320Cにそれぞれ,交流電源(周辺部移動磁場形成用交流電源)342から例えば図7に示すように120度ずつ位相をずらした三相交流電流A,B,Cを図6に示す矢印のように流すことにより,ティース部312に合成磁界を発生させることができる。周辺部移動磁場形成部340の交流電源342は,上部移動磁場形成部300の交流電源302と別系統で設けることにより,別々に制御することができる。
Three-phase AC currents A, B, and C whose phases are shifted from each other by 120 degrees as shown in FIG. 7, for example, from an AC power source (AC power source for forming a peripheral moving magnetic field) 342 to the
このように構成された第2実施形態にかかるプラズマ処理装置においては,高周波アンテナ106により処理ガスの誘導結合プラズマを生成してウエハWに処理を施す際に,交流電源302,342からの所定の三相交流電流をそれぞれ,上部移動磁場形成部300と周辺部移動磁場形成部340に供給する。これにより,図19に示すように,プラズマ領域の上部領域に移動磁場GCが形成されるとともに,プラズマ領域の周辺領域を囲むように移動磁場GEが形成される。
In the plasma processing apparatus according to the second embodiment configured as described above, when the inductively coupled plasma of the processing gas is generated by the high-
すなわち,周辺部移動磁場形成部340の内側面にはその内側面からプラズマ領域に向けて周辺プラズマ領域内でUターンする磁力線が周方向に複数発生し,これらの磁力線の強さが大きくなったり小さくなったりしながら,全体的には周辺部移動磁場形成部340の内周面に沿って周方向の一方向に回転する移動磁場GEが形成される。
That is, a plurality of magnetic lines that make U-turns in the peripheral plasma region are generated in the peripheral direction from the inner surface toward the plasma region on the inner surface of the peripheral moving magnetic
これによれば,高周波アンテナ106によって生成されたプラズマの電子を,中央プラズマ領域の上部のみならず,周辺プラズマ領域でも閉じ込めることができる。しかも,周辺部移動磁場形成部340によって処理室102の側壁近傍にその周囲を回転する移動磁場を形成するので,処理室102の側壁近傍におけるプラズマの拡散や消滅をより効果的に抑制できる。これにより,プラズマの電子温度の上昇をより効果的に抑えることができるとともに,プラズマ電子密度の均一性をより向上させることができる。
According to this, the plasma electrons generated by the high-
なお,上述した第1及び第2実施形態においては,主に100mTorr以下の低圧雰囲気でのウエハWのプラズマ処理を行う場合を例に挙げて説明したが,100mTorrを超える圧力範囲でウエハWのプラズマ処理を行う場合であっても,上部移動磁場形成部300による移動磁場を形成することで,中心側と周辺側とのプラズマ電子密度の均一性を制御することができる。
In the first and second embodiments described above, the case where the plasma processing of the wafer W is mainly performed in a low-pressure atmosphere of 100 mTorr or less has been described as an example. However, the plasma of the wafer W in a pressure range exceeding 100 mTorr is described. Even when processing is performed, the uniformity of the plasma electron density between the central side and the peripheral side can be controlled by forming the moving magnetic field by the upper moving magnetic
上記第1及び第2実施形態により詳述した本発明については,複数の機器から構成されるシステムに適用しても,1つの機器からなる装置に適用してもよい。上述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムを記憶した記憶媒体等の媒体をシステムあるいは装置に供給し,そのシステムあるいは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU)が記憶媒体等の媒体に格納されたプログラムを読み出して実行することによっても,本発明が達成され得る。 The present invention described in detail with reference to the first and second embodiments may be applied to a system composed of a plurality of devices or an apparatus composed of a single device. A medium such as a storage medium storing a software program for realizing the functions of the above-described embodiments is supplied to the system or apparatus, and the computer (or CPU or MPU) of the system or apparatus is stored in the medium such as the storage medium. The present invention can also be achieved by reading and executing the program.
この場合,記憶媒体等の媒体から読み出されたプログラム自体が上述した実施形態の機能を実現することになり,そのプログラムを記憶した記憶媒体等の媒体は本発明を構成することになる。プログラムを供給するための記憶媒体等の媒体としては,例えば,フロッピー(登録商標)ディスク,ハードディスク,光ディスク,光磁気ディスク,CD−ROM,CD−R,CD−RW,DVD−ROM,DVD−RAM,DVD−RW,DVD+RW,磁気テープ,不揮発性のメモリカード,ROMなどが挙げられる。また,媒体に対してプログラムを,ネットワークを介してダウンロードして提供することも可能である。 In this case, the program itself read from the medium such as a storage medium realizes the functions of the above-described embodiment, and the medium such as the storage medium storing the program constitutes the present invention. Examples of the medium such as a storage medium for supplying the program include a floppy (registered trademark) disk, a hard disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a CD-R, a CD-RW, a DVD-ROM, and a DVD-RAM. DVD-RW, DVD + RW, magnetic tape, nonvolatile memory card, ROM, and the like. It is also possible to provide a program downloaded to a medium via a network.
なお,コンピュータが読み出したプログラムを実行することにより,上述した実施形態の機能が実現されるだけでなく,そのプログラムの指示に基づき,コンピュータ上で稼動しているOSなどが実際の処理の一部または全部を行い,その処理によって上述した実施形態の機能が実現される場合も,本発明に含まれる。 Note that by executing the program read by the computer, not only the functions of the above-described embodiments are realized, but also an OS or the like running on the computer is part of the actual processing based on the instructions of the program. Alternatively, the case where the functions of the above-described embodiment are realized by performing all the processing and the processing is included in the present invention.
さらに,記憶媒体等の媒体から読み出されたプログラムが,コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後,そのプログラムの指示に基づき,その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるCPUなどが実際の処理の一部または全部を行い,その処理によって上述した実施形態の機能が実現される場合も,本発明に含まれる。 Furthermore, after a program read from a medium such as a storage medium is written to a memory provided in a function expansion board inserted into the computer or a function expansion unit connected to the computer, the function is determined based on the instructions of the program. The present invention also includes a case where the CPU or the like provided in the expansion board or the function expansion unit performs part or all of the actual processing and the functions of the above-described embodiments are realized by the processing.
以上,添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが,本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば,特許請求の範囲に記載された範疇内において,各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり,それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to the example which concerns. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Understood.
例えば,本発明はプラズマCVD,プラズマ酸化,プラズマ窒化,スパッタリングなどの他のプラズマ処理装置にも適用可能である。また,本発明における被処理基板は半導体ウエハに限られるものではなく,フラットパネルディスプレイ用の各種基板やフォトマスク,CD基板,プリント基板等であってもよい。 For example, the present invention can be applied to other plasma processing apparatuses such as plasma CVD, plasma oxidation, plasma nitridation, and sputtering. Further, the substrate to be processed in the present invention is not limited to a semiconductor wafer, and may be various substrates for flat panel displays, photomasks, CD substrates, printed substrates, and the like.
本発明は,処理ガスのプラズマを形成して被処理基板に所定の処理を施すプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に適用可能である。 The present invention can be applied to a plasma processing apparatus and a plasma processing method for forming a processing gas plasma and performing a predetermined processing on a substrate to be processed.
100 プラズマ処理装置
102 処理室
103 絶縁板
104 載置台
104a サセプタ支持台
104b ボルト
104c サセプタ
105 天井壁(板状絶縁部材)
106 高周波アンテナ
106a 内側端子
106b 外側端子
107,119 高周波電源
108 整合器
109 温調媒体流路
111 導入管
112 排出管
113 静電チャック
113a 導電膜
114 可変直流高圧電源
116 ガス通路
117 フォーカスリング
118 マッチング用コンデンサ
119 高周波電源
120 ガス供給部
121 ガス導入口
122 ガス供給源
123 ガス供給配管
124 マスフローコントローラ
130 排気管
131 ヒータ固定台
132 温調用ヒータ
133 ヒータ電源
134 透過窓
135 光学系
136 光学センサ
137 ゲートバルブ
138 圧力センサ
140 排気部
200 制御部
210 CPU
220 ROM
230 RAM
240 表示部
250 操作パネル
260 報知部
270 各種コントローラ
280 プログラムデータ記憶部
290 処理条件記憶部
300 上部移動磁場形成部
302,342 交流電源
310 環状コア
312 ティース部
314 溝部
320 コイル
320A,320B,320C 巻線
330 ケーシング
340 周辺部移動磁場形成部
344 筒状絶縁部材
W ウエハ
DESCRIPTION OF
106 High-
220 ROM
230 RAM
240
Claims (9)
前記処理室内に設けられ,前記被処理基板を載置する載置台と,
前記処理室内に前記処理ガスを導入する処理ガス導入部と,
前記処理室内を排気して減圧する排気部と,
前記載置台に対向するように板状絶縁部材を介して配設された高周波アンテナと,
前記載置台と前記板状絶縁部材との間のプラズマ生成空間に前記誘導結合プラズマを生成するための高周波電力を前記高周波アンテナに印加する高周波電源と,
前記載置台に対向するように前記板状絶縁部材を介して配設され,前記プラズマ生成空間の上部に,下方に向かって上方に戻る経路を形成する複数の磁力線が周方向に回転する移動磁場を形成する環状の上部移動磁場形成部と,を備え,
前記上部移動磁場形成部は,
前記板状絶縁部材の上側に前記高周波アンテナとともに配設される環状コアと,
前記環状コアの下面に突出して形成され,前記環状コアの内側から外側に放射状に延びるように周方向に配列した複数のティース部と,
前記ティース部の下側に下方に向かって上方に戻る経路を形成する磁力線が前記環状コアの周方向全周に亘って複数発生するように前記ティース部間の溝部に順に挿通されて前記環状コアに巻き付けられた複数の巻線からなるコイルと,を備え,
前記コイルの各巻線にそれぞれ位相の異なる交流電流を流して前記磁力線を時間的に変化させることで前記プラズマ生成空間の上部で周方向に回転する移動磁場を形成する交流電源を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。 A plasma processing apparatus for performing predetermined plasma processing on a substrate to be processed by generating inductively coupled plasma of a processing gas in a decompressed processing chamber,
A mounting table provided in the processing chamber for mounting the substrate to be processed;
A processing gas introduction part for introducing the processing gas into the processing chamber;
An exhaust section for exhausting and depressurizing the processing chamber;
A high-frequency antenna disposed through a plate-like insulating member so as to face the mounting table,
A high frequency power source for applying high frequency power to the high frequency antenna for generating the inductively coupled plasma in a plasma generation space between the mounting table and the plate-like insulating member;
A moving magnetic field in which a plurality of magnetic lines of force that are arranged via the plate-like insulating member so as to face the mounting table and that form a path returning upward in the upper part of the plasma generation space rotate in the circumferential direction. An annular upper moving magnetic field forming section that forms
The upper moving magnetic field forming unit is
An annular core disposed with the high-frequency antenna on the upper side of the plate-like insulating member;
A plurality of teeth formed to protrude from the lower surface of the annular core and arranged in a circumferential direction so as to extend radially from the inside to the outside of the annular core;
The annular core is sequentially inserted into the grooves between the teeth portions so that a plurality of magnetic lines of force that form a path returning downward to the lower side of the teeth portions are generated over the entire circumference of the annular core. A coil comprising a plurality of windings wound around
An AC power source is provided that forms a moving magnetic field that rotates in the circumferential direction above the plasma generation space by passing alternating currents having different phases through the windings of the coil and temporally changing the lines of magnetic force. A plasma processing apparatus.
前記プラズマ生成空間を囲むように筒状絶縁部材を介して配設される環状コアと,
前記環状コアの内側面に突出して形成され,前記環状コアの上下方向に延びるように周方向に配列した複数のティース部と,
前記複数のティース部間に内側に向かって外側に戻る経路を形成する磁力線が前記環状コアの周方向全周に亘って複数発生するように前記複数のティース部間に巻回した複数の巻線からなるコイルと,
前記コイルの各巻線にそれぞれ位相の異なる交流電流を流して前記磁力線を時間的に変化させることで前記プラズマ生成空間の周辺部に周方向に回転する移動磁場を形成するための交流電源を設けたことを特徴とする請求項6に記載のプラズマ処理装置。 The peripheral moving magnetic field forming unit is:
An annular core disposed through a cylindrical insulating member so as to surround the plasma generation space;
A plurality of teeth formed on the inner surface of the annular core and arranged in the circumferential direction so as to extend in the vertical direction of the annular core;
A plurality of windings wound between the plurality of tooth portions so that a plurality of magnetic lines of force that form a path returning inward toward the inside between the plurality of tooth portions are generated over the entire circumference in the circumferential direction of the annular core. A coil consisting of
An alternating current power source is provided for forming a moving magnetic field that rotates in the circumferential direction at the periphery of the plasma generation space by passing alternating currents having different phases through the windings of the coil and temporally changing the lines of magnetic force. The plasma processing apparatus according to claim 6 .
前記載置台に対向するように前記板状絶縁部材を介して環状の上部移動磁場形成部を配置し,
前記上部移動磁場形成部は,前記板状絶縁部材の上側に前記高周波アンテナとともに配設される環状コアと,前記環状コアの下面に突出して形成され,前記環状コアの内側から外側に放射状に延びるように周方向に配列した複数のティース部と,前記ティース部の下側に下方に向かって上方に戻る経路を形成する磁力線が前記環状コアの周方向全周に亘って複数発生するように前記ティース部間の溝部に順に挿通されて前記環状コアに巻き付けられた複数の巻線からなるコイルとを備え,前記コイルの各巻線にそれぞれ位相の異なる交流電流を流して前記磁力線を時間的に変化させることで前記プラズマ生成空間の上部で周方向に回転する移動磁場を形成する交流電源を設け,
前記上部移動磁場形成部の下面に,この下面から前記プラズマ生成空間に向かいそのプラズマ生成空間の上部領域内でUターンする複数の磁力線を発生させて,これらの磁力線が前記上部移動磁場形成部の下面に沿って回転する移動磁場を形成することを特徴とするプラズマ処理方法。 A high-frequency antenna provided via a plate-like insulating member is provided opposite to the mounting table disposed in the processing chamber, and a processing gas is introduced into the processing chamber that has been decompressed to a predetermined pressure to supply high-frequency power to the high-frequency antenna. A plasma processing method of a plasma processing apparatus for generating inductively coupled plasma of a processing gas in the processing chamber by applying a predetermined processing to a substrate to be processed on the mounting table,
Through the plate-shaped insulating member so as to face arranged upper moving magnetic field generator of the ring-shaped prior to mounting table,
The upper moving magnetic field forming part is formed on the upper side of the plate-like insulating member with an annular core disposed with the high frequency antenna, and protrudes on the lower surface of the annular core, and extends radially from the inside to the outside of the annular core. The plurality of teeth portions arranged in the circumferential direction as described above, and a plurality of lines of magnetic force that form a path returning downward toward the lower side below the teeth portions are generated over the entire circumference in the circumferential direction of the annular core. A coil composed of a plurality of windings that are sequentially inserted in the groove between the teeth and wound around the annular core, and the magnetic field lines are temporally changed by passing alternating currents of different phases through the windings of the coil. An AC power source that forms a moving magnetic field that rotates in the circumferential direction above the plasma generation space,
The lower surface of the upper moving magnetic field generator, to generate a plurality of lines of magnetic force U-turn in the upper region of the plasma generating space directed from the lower surface to the plasma generation space, these field lines of the upper moving magnetic field generator A plasma processing method comprising forming a moving magnetic field rotating along a lower surface.
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