JP5305287B2 - Semiconductor manufacturing equipment - Google Patents

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Description

本発明は、プラズマ処理を行う半導体製造装置におけるプラズマポテンシャルの制御技術に係り、特に、プラズマポテンシャルの低減を図るべくホロープラズマ生成手段によって電子を補填する半導体製造装置に改良を加えたものである。   The present invention relates to a plasma potential control technique in a semiconductor manufacturing apparatus that performs plasma processing, and more particularly to an improvement in a semiconductor manufacturing apparatus that compensates electrons by a hollow plasma generating means in order to reduce the plasma potential.

近年、プラズマ制御技術の進展は著しく、プラズマ利用の歴史が長い半導体製造分野では、更なる技術的向上が要請されている。プラズマ処理を行う半導体製造装置としては、例えば、成膜工程における反応性イオンエッチング装置(Reactive Ion Etching、以下RIE装置とする)が知られている。   In recent years, the progress of plasma control technology has been remarkable, and further technical improvement has been demanded in the field of semiconductor manufacturing having a long history of using plasma. As a semiconductor manufacturing apparatus that performs plasma processing, for example, a reactive ion etching apparatus (reactive ion etching, hereinafter referred to as an RIE apparatus) in a film forming process is known.

RIE装置は、イオンの物理的なスパッタ効果と、ラジカルの化学的なエッチング効果とを持ち、これら二つの相乗効果によって、優れた異方性と、高い生産性を発揮することができる。そのため、半導体製造工程のエッチング装置として広く普及している。   The RIE apparatus has a physical sputtering effect of ions and a chemical etching effect of radicals, and can exhibit excellent anisotropy and high productivity by these two synergistic effects. Therefore, it is widely used as an etching apparatus for semiconductor manufacturing processes.

ここで、RIE装置の従来例について、図6の構成図を参照して具体的に説明する。図6のRIE装置は、容量結合型(Capacitively Coupled Plasma)である。   Here, a conventional example of the RIE apparatus will be specifically described with reference to the configuration diagram of FIG. The RIE apparatus in FIG. 6 is a capacitively coupled plasma.

図6に示すように、処理室である真空チャンバー1内には、CF、Cl、SF、SiClなどのエッチングガス6が1〜100Pa台の圧力で導入されている。また、真空チャンバー1の底部にはカソード極となるカソードステージ2が配置されている。カソードステージ2の上面部には被処理基板であるウェーハWが載置されている。 As shown in FIG. 6, an etching gas 6 such as CF 4 , Cl 2 , SF 6 , SiCl 4 or the like is introduced into the vacuum chamber 1 that is a processing chamber at a pressure of about 1 to 100 Pa. In addition, a cathode stage 2 serving as a cathode electrode is disposed at the bottom of the vacuum chamber 1. A wafer W, which is a substrate to be processed, is placed on the upper surface portion of the cathode stage 2.

カソードステージ2にはブロッキングキャパシター4を介して、プラズマ発生手段としてRFやVHFなどの高周波電源5が電気的に接続されている。また、カソードステージ2の上方にはアノード極3が対向配置されている。アノード極3及び真空チャンバー1は接地されている。さらに、真空チャンバー1底面部の側壁部付近にはエッチングガスを排気するための排気穴10が設けられており、真空ポンプ(図示せず)に接続されている。   A high frequency power source 5 such as RF or VHF is electrically connected to the cathode stage 2 through a blocking capacitor 4 as plasma generating means. Further, an anode electrode 3 is disposed above the cathode stage 2 so as to face each other. The anode 3 and the vacuum chamber 1 are grounded. Further, an exhaust hole 10 for exhausting an etching gas is provided in the vicinity of the side wall of the bottom surface of the vacuum chamber 1 and is connected to a vacuum pump (not shown).

以上の構成を有するRIE装置では、高周波電源5によって高周波電圧をカソードステージ(平板電極)2に印加すると、エッチングガス6がプラズマ化して、カソードステージ2及びアノード極(対向電極)3間にプラズマPが発生する。このとき、プラズマPの発生した空間に存在する電子は、活性ガスである陽イオンに比べて軽く高速で移動する。したがって、カソードステージ2とアノード極3に急速に電子が集まる。   In the RIE apparatus having the above configuration, when a high frequency voltage is applied to the cathode stage (plate electrode) 2 by the high frequency power source 5, the etching gas 6 is turned into plasma, and the plasma P is generated between the cathode stage 2 and the anode electrode (counter electrode) 3. Will occur. At this time, the electrons existing in the space where the plasma P is generated move lightly and at a higher speed than the cations that are the active gas. Therefore, electrons rapidly gather on the cathode stage 2 and the anode electrode 3.

アノード極3では接地されているので電位に変化はないが、カソードステージ2ではブロッキングキャパシター4によって直流電流が遮断されているので、カソードステージ2側には電子が溜まり、カソードステージ2はマイナス電位になる(陰極降下)。このマイナス電位によって、プラズマP中の活性ガスである陽イオンが引かれて、ウェーハW表面に垂直に入射する。これにより、微細加工に好適な異方性エッチングを行うことができる。   Since the anode electrode 3 is grounded, the potential does not change. However, in the cathode stage 2, since the direct current is blocked by the blocking capacitor 4, electrons are accumulated on the cathode stage 2 side, and the cathode stage 2 has a negative potential. (Cathode fall). This negative potential attracts positive ions, which are active gases in the plasma P, and enters the surface of the wafer W perpendicularly. Thereby, anisotropic etching suitable for fine processing can be performed.

ところで、プラズマPにおいて真空チャンバー1の壁面部に近接する部分は、シースSと呼ばれる電位の急落領域となっている。このシースS部分では電位が急激に低下して電界が高くなるので、電子及び陽イオンは加速されてプラズマPを離れて真空チャンバー1の壁面部に衝突して消滅する(図7参照)。   By the way, a portion of the plasma P close to the wall surface of the vacuum chamber 1 is a potential drop region called a sheath S. In this sheath S portion, the electric potential rapidly decreases and the electric field increases, so electrons and cations are accelerated and leave the plasma P and collide with the wall surface of the vacuum chamber 1 and disappear (see FIG. 7).

電子の速度は陽イオンよりも速いため、壁面部で消失する電子の量は、同じく壁面部で消失するイオンの量よりも多くなる。この結果、プラズマPは電子を束縛しようと正の電位を持つようになる。そして、プラズマPの生成と消失がバランスを取り、平衡状態になったときの電位がプラズマポテンシャルとなる。   Since the speed of electrons is faster than that of positive ions, the amount of electrons disappearing at the wall surface portion is also larger than the amount of ions disappearing at the wall surface portion. As a result, the plasma P has a positive potential to bind the electrons. The generation and disappearance of the plasma P are balanced, and the potential when the equilibrium is reached becomes the plasma potential.

図6に示したRIE装置におけるプラズマポテンシャルは、次の式(1)にて表すことができる。

Figure 0005305287
The plasma potential in the RIE apparatus shown in FIG. 6 can be expressed by the following equation (1).
Figure 0005305287

一般に、半導体製造装置においてはレートを高めることが常に要求されているが、このニーズを満たすためにはシース電圧を大きくすることが有効である。このとき、上式(1)から明らかなように、プラズマポテンシャルは、シース電圧の大きさと、処理室である真空チャンバーの構成とによって決まるパラメーターなので、シース電圧が上昇すれば、必然的にプラズマポテンシャルも増加することになる。   Generally, in semiconductor manufacturing apparatuses, it is always required to increase the rate, but in order to satisfy this need, it is effective to increase the sheath voltage. At this time, as is clear from the above equation (1), the plasma potential is a parameter determined by the magnitude of the sheath voltage and the configuration of the vacuum chamber as the processing chamber. Will also increase.

但し、プラズマポテンシャルはイオンエナジの大きさにも関与しており、シース電圧を高めるべくプラズマポテンシャルを不用意に増加させると、イオン衝撃によるダスト面やライフ面で問題が生じる。イオンエナジとは、プラズマポテンシャルとアースフローティングポテンシャルとの差から導かれる値である。このイオンエナジが大きくなれば、対向電極であるアノード極3や真空チャンバー1壁面部へのイオン衝撃が増加する。   However, the plasma potential is also related to the size of the ion energy, and if the plasma potential is inadvertently increased to increase the sheath voltage, there will be a problem in terms of dust and life due to ion bombardment. The ion energy is a value derived from the difference between the plasma potential and the earth floating potential. If this ion energy is increased, ion bombardment to the anode electrode 3 and the wall surface of the vacuum chamber 1 which are counter electrodes increases.

イオン衝撃の増加は、真空チャンバー1内に発生するダスト量が増やすだけでなく、イオンが衝突する部分の耐久性低下を招くおそれがある。そこで、イオンエナジに関してはこれを小さくすることが求められている。したがって、イオンエナジを低減する観点からは、プラズマポテンシャルは低くした方が望ましいと言える。   The increase in ion bombardment not only increases the amount of dust generated in the vacuum chamber 1, but also may lead to a decrease in durability at the portion where ions collide. Therefore, it is required to reduce the ion energy. Therefore, it can be said that it is desirable to lower the plasma potential from the viewpoint of reducing ion energy.

以上述べたように、高いレートを得るためにシース電圧を上昇させるとプラズマポテンシャルも大きくなり、それに比例してイオンエナジが増大する。したがって、処理室の壁面や対向電極に衝突するイオン衝撃も増加し、ダストの増大やパーツ寿命の短縮化といった弊害が起きた。   As described above, when the sheath voltage is increased in order to obtain a high rate, the plasma potential increases, and the ion energy increases in proportion thereto. Therefore, ion bombardment that collides with the wall of the processing chamber and the counter electrode also increases, resulting in problems such as increased dust and shortened part life.

特に、図6に示したような容量結合型のRIE装置では、ダストが発生し易い。すなわち、ウェーハWを載置したカソードステージ2側に高周波電圧を印加してプラズマPを生成しているので、アノード極3側には大きな電圧がかからず、ここにエッチング生成物が堆積する。   In particular, dust is easily generated in the capacitively coupled RIE apparatus as shown in FIG. That is, since the plasma P is generated by applying a high-frequency voltage to the cathode stage 2 side on which the wafer W is placed, a large voltage is not applied to the anode electrode 3 side, and etching products are deposited here.

アノード極3はカソードステージ2の上方に位置しているため、アノード極3へのイオン衝撃は、アノード極3側に堆積したエッチング生成物を振り落とすことになる。したがって、エッチング生成物がダストとなってカソードステージ2上のウェーハWに降りかかるおそれがある。   Since the anode electrode 3 is located above the cathode stage 2, the ion bombardment on the anode electrode 3 shakes off the etching product deposited on the anode electrode 3 side. Therefore, the etching product may become dust and fall on the wafer W on the cathode stage 2.

以上のようなイオン衝撃による弊害を回避するために、イオンエナジ増大の原因であるプラズマポテンシャルを低下させることが重要となっている。プラズマポテンシャルを低下させる手法の1つとして、シース容量を変化させることが考えられるが、チャンバーの構成上、シース容量の変更は困難である。   In order to avoid the harmful effects of ion bombardment as described above, it is important to lower the plasma potential that causes an increase in ion energy. One method for reducing the plasma potential is to change the sheath capacity, but it is difficult to change the sheath capacity due to the configuration of the chamber.

例えば、アノードシース容量を増加させるとなると、アノードの面積を広くしなくてはならず、装置の設置面積が増大する。装置の設置面積の増大は、クリーンルーム面積における占有面積の増加につながるので、良好なパフォーマンスを得にくくなり、好ましくない。   For example, when the anode sheath capacity is increased, the area of the anode must be increased, and the installation area of the apparatus increases. An increase in the installation area of the apparatus leads to an increase in the occupied area in the clean room area, which makes it difficult to obtain good performance, which is not preferable.

また、プラズマポテンシャルを低下させるための別のアプローチとしては、真空チャンバーの側壁部にDC電圧を印加して、プラズマの閉じ込み性を上げるといった手法も考えられる。しかし、この手法では、交流電圧を印加する高周波電源とは別に、DC電源を備える必要があり、構成が複雑化するといった不具合がある。   Further, as another approach for reducing the plasma potential, a method of applying a DC voltage to the side wall portion of the vacuum chamber to improve the plasma confining property is also conceivable. However, in this method, it is necessary to provide a DC power source separately from the high-frequency power source that applies the AC voltage, and there is a problem that the configuration becomes complicated.

そこで従来では、プラズマポテンシャルの発生原理に基づき、チャンバー壁面部への衝突による電子の消失にてプラズマポテンシャルが決定されることに着目して、プラズマに電子を補給することでプラズマの正の電位を下げ、プラズマポテンシャルを低下させる技術が提案されている。このような従来例について図8を用いて説明する。   Therefore, in the past, focusing on the generation principle of the plasma potential, focusing on the fact that the plasma potential is determined by the disappearance of electrons due to collision with the chamber wall surface, the positive potential of the plasma is increased by supplying electrons to the plasma. Techniques for lowering and lowering the plasma potential have been proposed. Such a conventional example will be described with reference to FIG.

図8に示すように、対向電極であるアノード極3には、プラズマPへの電子供給源として、ホローカソード7が設けられている。ホローカソード7とは、直径10mm程度の中空陰極であって、いわゆるホローカソード現象により高密度のホロープラズマHPを生成するものである。   As shown in FIG. 8, a hollow cathode 7 is provided as an electron supply source to the plasma P on the anode electrode 3 which is a counter electrode. The hollow cathode 7 is a hollow cathode having a diameter of about 10 mm, and generates a high-density hollow plasma HP by a so-called hollow cathode phenomenon.

ホローカソード現象とは、次のようなメカニズムによって起きる現象である。すなわち、イオン衝撃でホローカソード7から2次電子が放出されると、放出された2次電子はシースによって半径方向に加速される。2次電子の平均自由行程がホローカソード7の内径Dよりも長い時、反対側の陰極面に近づく。   The hollow cathode phenomenon is a phenomenon caused by the following mechanism. That is, when secondary electrons are emitted from the hollow cathode 7 by ion bombardment, the emitted secondary electrons are accelerated in the radial direction by the sheath. When the mean free path of secondary electrons is longer than the inner diameter D of the hollow cathode 7, it approaches the opposite cathode surface.

このとき、シース厚さdsがホローカソード7の内径Dの半径よりも小さければ、電子は反対側のシースで反射され、元の陰極面に向かって加速される。このようなシースでの反射による加速を繰り返すことで、高エネルギー電子の寿命は長くなり、電離回数が増えてプラズマ密度が高いホロープラズマHPを生成することができる。   At this time, if the sheath thickness ds is smaller than the radius of the inner diameter D of the hollow cathode 7, the electrons are reflected by the opposite sheath and accelerated toward the original cathode surface. By repeating acceleration by reflection at such a sheath, the lifetime of high-energy electrons is lengthened, and the number of ionizations is increased, and a hollow plasma HP having a high plasma density can be generated.

このようなホロープラズマHPをホローカソード7が生成することによって、プラズマPに電子を補給することができる。これにより、プラズマPから電子が消失しても、プラズマPでの正の電位の上昇を防ぐことができ、プラズマポテンシャルを低減することが可能となる。   When the hollow cathode 7 generates such a hollow plasma HP, electrons can be supplied to the plasma P. As a result, even if electrons disappear from the plasma P, it is possible to prevent the positive potential from being increased in the plasma P and to reduce the plasma potential.

以上のようにしてプラズマポテンシャルを低減することにより、イオンエナジを低下させ、イオン衝撃を緩和させることが可能である。これにより、ダストの抑制やパーツ寿命の延命化に寄与することができる。しかも、ホローカソード現象により高密度のホロープラズマHPを獲得しているので、エッチングガスを効率よく電離することが可能であり、高周波電源における消費電力低減にも貢献することができる。   By reducing the plasma potential as described above, ion energy can be reduced and ion bombardment can be mitigated. Thereby, it can contribute to suppression of dust and prolonging the life of parts. In addition, since the high-density hollow plasma HP is obtained by the hollow cathode phenomenon, the etching gas can be efficiently ionized, which can contribute to reduction of power consumption in the high-frequency power source.

上記のようなホローカソード現象を利用した公知例としては、特許文献1に記載の技術などが提案されている。特許文献1の技術は、カソード電極に凹部を形成してホロープラズマを生成するようにしたものである。
特開2001−135626号公報
As a known example using the hollow cathode phenomenon as described above, the technique described in Patent Document 1 has been proposed. The technique of Patent Document 1 is to generate a hollow plasma by forming a recess in a cathode electrode.
JP 2001-135626 A

しかしながら、これらの従来技術には次のような課題が指摘されていた。すなわち、対向電極であるアノード極側に、ホロープラズマの生成手段を設けると、高密度のプラズマが生成されることにより処理室の中央付近ではプラズマ密度がより高くなる。一方、プラズマは、処理室の壁面部に向かうと、プラズマ拡散が起きてプラズマ密度が低下するのが一般的である。   However, the following problems have been pointed out in these conventional techniques. That is, if a hollow plasma generating means is provided on the anode electrode side which is a counter electrode, a high density plasma is generated, so that the plasma density becomes higher near the center of the processing chamber. On the other hand, when the plasma moves toward the wall surface of the processing chamber, plasma diffusion generally occurs and the plasma density decreases.

このため、プラズマは、中心部と周辺部とでプラズマ密度の格差が大きくなり、プラズマ密度の均一性が低下する。近年ではウェーハや液晶ディスプレイ用ガラス基板など被処理基板は、大面積化が進められており、イオン衝撃を低減した上で、高い精度で均一な密度を有するプラズマを制御可能な半導体製造装置が要請されている。   For this reason, the plasma has a large plasma density difference between the central portion and the peripheral portion, and the uniformity of the plasma density is lowered. In recent years, substrates to be processed such as wafers and glass substrates for liquid crystal displays have been increased in area, and there has been a demand for semiconductor manufacturing equipment that can control plasma with high accuracy and uniform density while reducing ion bombardment. Has been.

本発明は、上記の課題を解消するために提案されたものであり、その目的は、イオン衝撃を緩和してダストの発生及び耐久性の低下を回避すると同時に、プラズマの拡散を抑制してプラズマ密度の均一性制御に優れた、高品質・高性能の半導体製造装置を提供することにある。   The present invention has been proposed in order to solve the above-described problems. The object of the present invention is to mitigate ion bombardment to avoid generation of dust and a decrease in durability, and at the same time, suppress plasma diffusion and suppress plasma. The object is to provide a high-quality and high-performance semiconductor manufacturing apparatus excellent in density uniformity control.

上記の目的を達成するために、本発明は、減圧可能な処理室に、被処理基板を載置する平板電極と、該平板電極に対向配置される対向電極とが設けられ、前記平板電極には高周波電源が接続され、前記平板電極及び前記対向電極間にエッチングガスを供給すると共に前記平板電極に対し前記高周波電源より高周波電圧を印加してプラズマを生成するように構成された半導体製造装置において、前記処理室の側壁部近傍にパネル部材が上下方向に移動自在に設置され、前記パネル部材には前記被処理基板の周方向に向かって開口する凹部を有するホロープラズマ生成手段が取り付けられ、前記プラズマ生成時に前記ホロープラズマ生成手段は前記平板電極の上面部と前記対向電極の下面部との間に位置することによりプラズマ密度の均一性を向上させることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides a flat chamber electrode on which a substrate to be processed is placed and a counter electrode disposed opposite to the flat plate electrode in a process chamber capable of being depressurized. Is a semiconductor manufacturing apparatus configured to connect a high frequency power source, supply an etching gas between the plate electrode and the counter electrode, and generate a plasma by applying a high frequency voltage from the high frequency power source to the plate electrode. A panel member is installed in the vicinity of the side wall of the processing chamber so as to be movable in the vertical direction, and a hollow plasma generating means having a recess opening in the circumferential direction of the substrate to be processed is attached to the panel member, toward the uniformity of the plasma density by the above hollow plasma generation means during plasma generation, located between the lower surface portion of the counter electrode and the upper surface of the flat electrode It is characterized in that to.

以上の構成を有する本発明では、ホロープラズマ生成手段をプラズマ空間の周辺部に設け、凹部より被処理基板の周方向に向かってホロープラズマを生成するので、電子を補填してプラズマポテンシャルの低減化を図ることができる。しかも、処理室の壁面部付近でのプラズマ密度の低い部分に対して電子を供給しているので、プラズマの拡散を抑制してプラズマ密度の均一性を高めることが可能である。   In the present invention having the above-described configuration, the hollow plasma generation means is provided in the peripheral portion of the plasma space, and the hollow plasma is generated from the concave portion toward the circumferential direction of the substrate to be processed. Can be achieved. In addition, since electrons are supplied to a portion having a low plasma density near the wall surface of the processing chamber, it is possible to suppress the diffusion of the plasma and improve the uniformity of the plasma density.

本発明の半導体製造装置によれば、ホロープラズマ生成手段をプラズマ空間の周辺部に設けるといった極めて簡単な構成によりプラズマポテンシャルを低減化してイオン衝撃を緩和してダストの抑制及びパーツ寿命の延命化が可能となり、さらには優れたプラズマ密度の均一性制御を実現して、プラズマ処理の高品質化に寄与することができる。   According to the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention, the plasma potential is reduced and the ion bombardment is mitigated by the extremely simple configuration in which the hollow plasma generating means is provided in the peripheral part of the plasma space, so that dust suppression and part life extension can be achieved. Further, it is possible to achieve excellent plasma density uniformity control and contribute to high quality plasma processing.

以下、本発明に係る半導体製造装置の実施形態の一例について、図1〜図5を参照して具体的に説明する。なお、下記の実施形態は、図6に示した従来例と同様、半導体製造装置であるRIE装置に適用したものであり、図6に示した従来例と同一の部材に関しては、同一符号を付して説明は省略する。   Hereinafter, an example of an embodiment of a semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention will be specifically described with reference to FIGS. The following embodiment is applied to an RIE apparatus that is a semiconductor manufacturing apparatus, as in the conventional example shown in FIG. 6, and the same members as those in the conventional example shown in FIG. The description is omitted.

(1)第1の実施形態
[構成]
図1〜図3を用いて第1の実施形態について説明する。図1は第1の実施形態の構成図、図2は図1のA−A断面図、図3は第1の実施形態における真空チャンバー1の壁面部付近の拡大図である。
(1) First Embodiment [Configuration]
The first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 is a configuration diagram of the first embodiment, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1, and FIG. 3 is an enlarged view of the vicinity of the wall surface of the vacuum chamber 1 in the first embodiment.

図1及び図2に示すように、第1の実施形態の特徴は、真空チャンバー1の側壁部の中央に、凹部を有するホロープラズマ生成部8が直接形成されている点にある。ここで、ホロープラズマ生成部8の凹部はウェーハWの周方向に向かって開口されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the first embodiment is characterized in that a hollow plasma generation unit 8 having a recess is directly formed in the center of the side wall of the vacuum chamber 1. Here, the concave portion of the hollow plasma generation unit 8 is opened toward the circumferential direction of the wafer W.

また、ホロープラズマ生成部8はカソードステージ2の上面部よりも上方で、且つアノード極3の下面部よりも下方に位置している(図1参照)。さらに、ホロープラズマ生成部8はウェーハWの周方向に沿って均等に8つ配置されている(図2参照)。   The hollow plasma generator 8 is located above the upper surface of the cathode stage 2 and below the lower surface of the anode 3 (see FIG. 1). Further, eight hollow plasma generators 8 are equally arranged along the circumferential direction of the wafer W (see FIG. 2).

なお、ホロープラズマ生成部8の位置を調節することにより、プラズマ密度分布の調整が可能であり、これによって均一化が得られると考えられる。例えば、アノード極3とカソードステージ2間の距離の1/2よりカソードステージ2寄りに配置することによってプラズマ密度分布を調整し、均一性が得られると考えられる。   In addition, it is considered that the plasma density distribution can be adjusted by adjusting the position of the hollow plasma generation unit 8, and thereby uniformization can be obtained. For example, it is considered that the plasma density distribution can be adjusted and uniformity can be obtained by disposing the anode 3 closer to the cathode stage 2 than 1/2 of the distance between the anode 3 and the cathode stage 2.

[作用効果]
以上の構成を有する第1の実施形態では、ホロープラズマ生成部8の凹部がウェーハWの周方向に向かってホロープラズマHPを生成するため、図3に示すように、真空チャンバー1壁面部付近からプラズマPに向かって電子を供給する。
[Function and effect]
In the first embodiment having the above configuration, since the recess of the hollow plasma generator 8 generates the hollow plasma HP in the circumferential direction of the wafer W, as shown in FIG. Electrons are supplied toward the plasma P.

このため、プラズマPを離れて真空チャンバー1の壁面部に衝突して消失した電子を補填することができ、プラズマPのプラズマポテンシャルを低減化できる。したがって、イオンエナジを抑えてアノード極3へのイオン衝撃を減らすことが可能となる。これにより、アノード極3上にエッチング生成物が堆積していても、カソードステージ2上のウェーハWに落下する心配がない。   For this reason, it is possible to compensate for electrons lost by colliding with the wall surface of the vacuum chamber 1 away from the plasma P, and the plasma potential of the plasma P can be reduced. Therefore, ion energy can be suppressed and ion bombardment to the anode electrode 3 can be reduced. As a result, even if an etching product is deposited on the anode 3, there is no fear of dropping onto the wafer W on the cathode stage 2.

また、イオン衝撃が減少したことで、構成部材の寿命を延ばすことができる。しかも、高密度のホロープラズマHPを得ているので、エッチングガスの電離を効率よく実施でき、高周波電源5の消費電力を低減することが可能である。   Moreover, the lifetime of a structural member can be extended because ion bombardment decreased. In addition, since the high-density hollow plasma HP is obtained, the ionization of the etching gas can be efficiently performed, and the power consumption of the high-frequency power source 5 can be reduced.

さらに、ホロープラズマ生成部8が電子供給を行う真空チャンバー1壁面部付近は、通常、プラズマの拡散が起きてプラズマ密度が低い領域である。本実施形態では、このようなプラズマ密度の低い部分に対し電子を供給するので、プラズマPの拡散を抑えることができ、プラズマ密度の均一性を高めることが可能である。   Further, the vicinity of the wall of the vacuum chamber 1 where the hollow plasma generator 8 supplies electrons is usually a region where plasma diffusion occurs and the plasma density is low. In the present embodiment, since electrons are supplied to such a low plasma density portion, the diffusion of the plasma P can be suppressed and the uniformity of the plasma density can be improved.

したがって、第1の実施形態は、ウェーハWが大面積であってもプラズマ密度の均一性を高いレベルで維持することができ、大面積化したウェーハWを処理する半導体製造装置として好適である。さらに、第1の実施形態では、ホロープラズマ生成部8を真空チャンバー1に直接設けたので、部材数を削減できる。したがって、構成の簡略化及び装置の小型化を進めることが可能である。   Therefore, the first embodiment can maintain the plasma density uniformity at a high level even if the wafer W has a large area, and is suitable as a semiconductor manufacturing apparatus that processes the wafer W having a large area. Furthermore, in the first embodiment, since the hollow plasma generator 8 is directly provided in the vacuum chamber 1, the number of members can be reduced. Accordingly, it is possible to simplify the configuration and downsize the apparatus.

(2)第2の実施形態
[構成]
続いて、図4、図5を用いて第2の実施形態について説明する。図4は第2の実施形態の構成図である。
(2) Second Embodiment [Configuration]
Subsequently, the second embodiment will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 4 is a configuration diagram of the second embodiment.

第2の実施形態では、真空チャンバー1の壁面部に近接して上下方向に移動自在なパネル部材9が設置されている。パネル部材9はパネル部9aとこれを支持する支持部9bとから構成されている。パネル部材9が上限位置にある時、パネル部9aに設けられたホロープラズマ生成部8はカソードステージ2の上面部とアノード極3の下面部との間に位置し(図4の状態)、パネル部材9が下限位置にある時、パネル部9aはカソードステージ2の上面部よりも下方に位置するようになっている(図5の状態)。   In the second embodiment, a panel member 9 that is movable in the vertical direction is provided in the vicinity of the wall surface of the vacuum chamber 1. The panel member 9 is comprised from the panel part 9a and the support part 9b which supports this. When the panel member 9 is in the upper limit position, the hollow plasma generation unit 8 provided in the panel unit 9a is located between the upper surface portion of the cathode stage 2 and the lower surface portion of the anode electrode 3 (state of FIG. 4), and the panel When the member 9 is in the lower limit position, the panel portion 9a is positioned below the upper surface portion of the cathode stage 2 (state shown in FIG. 5).

パネル部9aのウェーハWの周方向に向かい合う面に、凹部を有するホロープラズマ生成部8が形成されている。ホロープラズマ生成部8には凹部として3本の溝が設けられている。また、パネル部9aはSi系、セラミック及び石英のうち少なくとも1つを含む材料より構成されている。   A hollow plasma generation unit 8 having a recess is formed on the surface of the panel unit 9a facing the circumferential direction of the wafer W. The hollow plasma generator 8 is provided with three grooves as recesses. Moreover, the panel part 9a is comprised from the material containing at least 1 among Si type | system | group, a ceramic, and quartz.

[作用効果]
以上の構成を有する第2の実施形態は、前記第1の実施形態と同様、イオン衝撃の緩和によるダストの抑制及びパーツ寿命の延命化、さらには優れたプラズマ密度均一性の向上といった作用効果を持つが、これらに加えて、次のような独自の作用効果を有している。
[Function and effect]
As in the first embodiment, the second embodiment having the above-described configuration has the effects of suppressing dust by extending ion bombardment, extending the life of parts, and improving the excellent plasma density uniformity. In addition to these, it has the following unique effects.

すなわち、第2の実施形態においてはパネル部9aをSi系、セラミック及び石英のうち少なくとも1つを含む材料より構成したので、金属汚染を確実に抑えることができる。しかも、第2の実施形態では、真空チャンバー1とは別部材であるパネル部材9にホロープラズマ生成部8を形成している。このため、ホロープラズマ生成部8と真空チャンバー1を別々に作成することができる。したがって、ホロープラズマ生成部8の構成材料の選定が容易であり、コスト的にも安価で済む。   That is, in the second embodiment, the panel portion 9a is made of a material containing at least one of Si, ceramic and quartz, so that metal contamination can be reliably suppressed. In addition, in the second embodiment, the hollow plasma generation unit 8 is formed in the panel member 9 which is a separate member from the vacuum chamber 1. For this reason, the hollow plasma production | generation part 8 and the vacuum chamber 1 can be produced separately. Therefore, it is easy to select the constituent material of the hollow plasma generation unit 8, and the cost can be reduced.

また、第2の実施形態ではパネル部材9が下降してパネル部9aが下限位置にある時、パネル部9aはカソードステージ2の上面部よりも下方に位置するので、カソードステージ2とアノード極3との間の空間をパネル部9aが塞ぐことがない。したがって、真空チャンバー1内のメンテナンス作業性が向上するといった利点がある。   In the second embodiment, when the panel member 9 is lowered and the panel portion 9a is at the lower limit position, the panel portion 9a is located below the upper surface portion of the cathode stage 2, so that the cathode stage 2 and the anode 3 The panel portion 9a does not block the space between the two. Therefore, there is an advantage that maintenance workability in the vacuum chamber 1 is improved.

(3)他の実施形態
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、各部材の形状や材質などは適宜変更可能である。例えば、ホロープラズマ生成部8の開口部の直径は、シース厚さの2倍以上が必要であるが、その具体的な内径寸法は、放電電圧や真空チャンバー1の大きさ、あるいはエッチングガスの種類などによって、適宜選択可能である。
(3) Other Embodiments The present invention is not limited to the above embodiment, and the shape and material of each member can be appropriately changed. For example, the diameter of the opening of the hollow plasma generator 8 needs to be twice or more the sheath thickness, and the specific inner diameter is determined by the discharge voltage, the size of the vacuum chamber 1 or the type of etching gas. It is possible to select as appropriate.

また、ホロープラズマ生成部8の設置数も適宜変更可能であって、凹部を連続させて環状溝としても良い。さらに、ホロープラズマ生成部8の凹部は単なる円筒形状でもよいし、開口部に向かって狭くなる円錐台状、あるいは開口部に向かって広くなる円錐台状でも構わない。   Further, the number of the hollow plasma generation units 8 can be appropriately changed, and the recesses may be continuous to form an annular groove. Furthermore, the concave portion of the hollow plasma generation unit 8 may be a simple cylindrical shape, a truncated cone shape that narrows toward the opening portion, or a truncated cone shape that widens toward the opening portion.

また、第2の実施形態の変形例として、パネル部材9においてパネル部9aを支持部9bに対して着脱自在としてもよい。このような実施形態によれば、パネル部9aを取り外して洗浄することができるため、ホロープラズマ生成部8のメンテナンス性が良好となる。   As a modification of the second embodiment, the panel portion 9a of the panel member 9 may be detachable from the support portion 9b. According to such embodiment, since the panel part 9a can be removed and wash | cleaned, the maintainability of the hollow plasma production | generation part 8 becomes favorable.

また、可動式壁は真上から見ると真空チャンバーの壁に沿った円形でもよいが、複数の扇状に形成したものを合わせた形状でもよい。その場合、合わせた部分に異常放電が起こらないことを計算し、距離を離すものとする。また、実施形態ではカソードステージ2上にウェーハを直接載置したが、静電チャック等のウェーハを吸着する機構を介してカソードステージ2上に間接的に載置されてもよい。   Further, the movable wall may be circular along the wall of the vacuum chamber when viewed from directly above, but may be formed by combining a plurality of fan-shaped ones. In that case, it is calculated that abnormal discharge does not occur in the combined portions, and the distance is increased. In the embodiment, the wafer is directly placed on the cathode stage 2, but it may be placed indirectly on the cathode stage 2 through a mechanism for attracting the wafer such as an electrostatic chuck.

本発明に係る第1の実施形態の構成図。1 is a configuration diagram of a first embodiment according to the present invention. 図1のA−A断面図。AA sectional drawing of FIG. 第1の実施形態における真空チャンバー壁面部付近の拡大図。The enlarged view near the vacuum chamber wall surface part in 1st Embodiment. 本発明に係る第2の実施形態の構成図。The block diagram of 2nd Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第2の実施形態の構成図(パネル部材が下降した状態)。The block diagram of the 2nd Embodiment which concerns on this invention (The state which the panel member lowered | hung). 一般的な容量結合型RIE装置の構成図。The block diagram of a general capacitive coupling type RIE apparatus. 従来の真空チャンバー壁面部付近の拡大図。The enlarged view of the vacuum chamber wall surface vicinity vicinity. ホローカソードを有する容量結合型RIE装置の構成図。The block diagram of the capacitive coupling type RIE apparatus which has a hollow cathode.

符号の説明Explanation of symbols

1…真空チャンバー
2…カソードステージ
3…アノード極
4…ブロッキングキャパシター
5…高周波電源
6…エッチングガス
7…ホローカソード
8…ホロープラズマ生成部
9…パネル部材
9a…パネル部
9b…支持部
10…排気穴
D…ホローカソード7の内径
ds…シース厚さ
HP…ホロープラズマ
P…プラズマ
S…シース
W…ウェーハ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vacuum chamber 2 ... Cathode stage 3 ... Anode electrode 4 ... Blocking capacitor 5 ... High frequency power supply 6 ... Etching gas 7 ... Hollow cathode 8 ... Hollow plasma generation part 9 ... Panel member 9a ... Panel part 9b ... Support part 10 ... Exhaust hole D: Inner diameter ds of hollow cathode 7: Sheath thickness HP ... Hollow plasma P ... Plasma S ... Sheath W ... Wafer

Claims (5)

減圧可能な処理室に、被処理基板を載置する平板電極と、該平板電極に対向配置される対向電極とが設けられ、前記平板電極には高周波電源が接続され、前記平板電極及び前記対向電極間にエッチングガスを供給すると共に前記平板電極に対し前記高周波電源より高周波電圧を印加してプラズマを生成するように構成された半導体製造装置において、
前記処理室の側壁部近傍にパネル部材が上下方向に移動自在に設置され、前記パネル部材には、前記被処理基板の周方向に向かって開口する凹部を有するホロープラズマ生成手段が取り付けられ、前記プラズマ生成時に前記ホロープラズマ生成手段は前記平板電極の上面部と前記対向電極の下面部との間に位置することによりプラズマ密度の均一性を向上させることを特徴とする半導体装置。
A flat plate electrode on which a substrate to be processed is placed and a counter electrode disposed opposite to the flat plate electrode are provided in a processing chamber capable of depressurization, and a high frequency power source is connected to the flat plate electrode, and the flat plate electrode and the counter electrode In a semiconductor manufacturing apparatus configured to generate plasma by supplying an etching gas between electrodes and applying a high frequency voltage from the high frequency power source to the flat plate electrode,
The processing chamber side wall section near the panel member is movably disposed in the vertical direction, the panel member, the hollow plasma generation means mounted with a recess open toward the circumferential direction of the substrate to be processed, wherein A semiconductor device characterized in that the uniformity of plasma density is improved by positioning the hollow plasma generating means between the upper surface portion of the flat plate electrode and the lower surface portion of the counter electrode during plasma generation .
前記パネル部材は、支持部と、この支持部に対し着脱自在なパネル部とから構成されたことを特徴とする請求項1に記載の半導体製造装置。   The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the panel member includes a support portion and a panel portion detachably attached to the support portion. 前記ホロープラズマ生成手段は前記処理室の側壁部に対し着脱自在に取り付けられたことを特徴とする請求項1に記載の半導体製造装置。   The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the hollow plasma generating unit is detachably attached to a side wall portion of the processing chamber. 前記ホロープラズマ生成手段は前記被処理基板の周方向に均等に複数配置されたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体製造装置。   4. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein a plurality of the hollow plasma generation means are arranged uniformly in a circumferential direction of the substrate to be processed. 前記ホロープラズマ生成手段はSi系、セラミック及び石英のうち少なくとも1つを含む材料より構成されたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体製造装置。   5. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the hollow plasma generation unit is made of a material containing at least one of Si, ceramic, and quartz.
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