JP6317921B2 - Plasma processing equipment - Google Patents

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Description

本発明は、エッチング、アッシング、CVD(Chemical Vapor Deposition)等、真空容器内の処理室内に形成したプラズマを用いて当該処理室内に配置された半導体ウエハ等の基板状試料を処理するプラズマ処理装置に関する。
The present invention relates to a plasma processing apparatus for processing a substrate-like sample such as a semiconductor wafer disposed in a processing chamber using plasma formed in a processing chamber in a vacuum vessel, such as etching, ashing, CVD (Chemical Vapor Deposition). .

半導体デバイスの量産工程において、プラズマエッチング、プラズマCVD、プラズマアッシング装置等のプラズマ処理装置が広く用いられている。プラズマ処理は、減圧した状態の処理用ガスに高周波電力を投入することで発生したプラズマ中のイオンやラジカルをウエハステージ上に載置されたウエハに照射することで行われる。
In mass production processes of semiconductor devices, plasma processing apparatuses such as plasma etching, plasma CVD, and plasma ashing apparatuses are widely used. Plasma processing is performed by irradiating a wafer placed on a wafer stage with ions or radicals in plasma generated by applying high-frequency power to the processing gas in a reduced pressure state.

近年、半導体デバイスの製造において、生産性向上のためにウエハ径は大口径化しており、プラズマ処理装置も大型化している。ウエハ径拡大の一方で、スループット向上、加工形状均一性に対する要求は従来装置以上の性能が求められており、厳しくなっている。スループット向上は、例えば、プラズマ生成部で発生したイオンや活性種を効率的にウエハに供給することや、効率的に活性種を生成することなどで実現でき、加工形状均一性に関しては、例えば、ウエハ面内に均一にイオンやラジカルを供給することによって達成される。
In recent years, in the manufacture of semiconductor devices, the diameter of a wafer has been increased in order to improve productivity, and the plasma processing apparatus has also been increased in size. While the diameter of the wafer is increasing, the demands for improved throughput and processed shape uniformity are becoming stricter as the performance of the conventional apparatus is required. Throughput improvement can be realized, for example, by efficiently supplying ions or active species generated in the plasma generation unit to the wafer or generating active species efficiently. This is achieved by supplying ions and radicals uniformly within the wafer surface.

例えば、アッシング処理装置においては、酸素や水素等の処理用ガスを高周波電力によりプラズマ化させ、ウエハに照射し、ウエハ上のレジストを灰化して除去する。プラズマアッシング装置は、放電管上部からガス(O2等)を導入し、高周波電力が供給されたアンテナから生じる誘導電界によってエネルギーを得た電子が供給ガスに衝突し、供給ガス分子を解離させて活性種(Oラジカル等)を生成する。
For example, in an ashing processing apparatus, a processing gas such as oxygen or hydrogen is turned into plasma by high-frequency power, irradiated onto the wafer, and the resist on the wafer is ashed and removed. The plasma ashing device introduces gas (O2 etc.) from the upper part of the discharge tube, and the electrons gained energy by the induction electric field generated from the antenna supplied with high frequency power collides with the supply gas, dissociates the supply gas molecules and activates. Generate seeds (such as O radicals).

前記活性種は、下流領域に設置したウエハに照射され、表面で化学反応してアッシングが行われる。このようなプラズマアッシング装置では、スループット向上のために、比較的高い電力、圧力、大流量条件下で動作させることが多く、典型的に、供給電力は1〜10kW、装置内圧力は100〜500Pa、装置に供給するガス流量は1〜20slmが用いられる。
The active species are irradiated to a wafer installed in the downstream region, and ashing is performed by a chemical reaction on the surface. Such a plasma ashing apparatus is often operated under relatively high power, pressure, and large flow rate conditions in order to improve throughput. Typically, the supply power is 1 to 10 kW and the internal pressure is 100 to 500 Pa. The gas flow rate supplied to the apparatus is 1 to 20 slm.

プロセスに関与する活性種は、主にプラズマ中の高エネルギーの電子が処理用ガスの分子に衝突し、処理用ガスが解離して生成される。前記プラズマアッシング装置は高圧力で動作させることが多いため、前記活性種は、原料ガスの流れの影響を受けながら拡散し、ウエハまで輸送される。
The active species involved in the process are mainly generated when high-energy electrons in the plasma collide with molecules of the processing gas and the processing gas is dissociated. Since the plasma ashing apparatus is often operated at a high pressure, the active species are diffused while being influenced by the flow of the source gas and transported to the wafer.

したがって、所望の処理レートの面内均一性を確保するためには、プラズマによる活性種の発生位置と原料ガスの流れを考慮して装置構造を決定する必要がある。原料ガスの流れは主に、装置形状などの装置構成によるものと、放電管に供給するガス流量、装置内の圧力などの装置パラメータによって決定される。
Therefore, in order to ensure the in-plane uniformity of a desired processing rate, it is necessary to determine the apparatus structure in consideration of the position where active species are generated by plasma and the flow of source gas. The flow of the source gas is mainly determined by the apparatus configuration such as the apparatus shape, and the apparatus parameters such as the gas flow rate supplied to the discharge tube and the pressure in the apparatus.

前記装置パラメータを調整することによって、ある程度処理レートの面内均一性を制御することが可能であるが、装置構成によっては、これらのパラメータの調整のみでは均一性が得られない場合がある。例えば、被処理物の直径に対して、プラズマを生成する放電管径が小さい場合では、放電管で生成された活性種が被処理物の外周部にまで十分に拡散できないため、被処理物外周部で処理レートが低くなり、中心部で高くなる結果が得られる。
By adjusting the apparatus parameters, it is possible to control the in-plane uniformity of the processing rate to some extent. However, depending on the apparatus configuration, the uniformity may not be obtained only by adjusting these parameters. For example, when the diameter of the discharge tube that generates plasma is smaller than the diameter of the object to be processed, the active species generated in the discharge tube cannot sufficiently diffuse to the outer periphery of the object to be processed. The result is that the processing rate is low at the center and high at the center.

逆に、放電管径が被処理物径よりも大きい場合は、処理レートは被処理物の外周部で高くなる傾向となる。そのため、面内の処理レート均一性を確保するためには、放電管の径を適切な値に決定しなければならない。
Conversely, when the discharge tube diameter is larger than the workpiece diameter, the treatment rate tends to be higher at the outer periphery of the workpiece. Therefore, in order to ensure in-plane processing rate uniformity, the diameter of the discharge tube must be determined to an appropriate value.

しかし、ある特定のプロセス条件で放電管径を最適化し、処理レートの面内均一性が確保できたとしても、条件を変更すれば処理レートの面内均一性が大きく変化し、装置パラメータを変更しても改善されない場合がある。例えば、装置に供給するガス種を変更した場合、生成される活性種の拡散係数が異なるために、均一性が大きく悪化することがある。その場合、放電管径を再度最適化する必要がある。放電管径を始めとして、装置構成を変更することは時間とコストがかかるため、装置パラメータを変更するだけで所望の処理レートの面内均一性が達成されることが望ましい。
However, even if the discharge tube diameter is optimized under certain process conditions and the in-plane uniformity of the processing rate can be ensured, the in-plane uniformity of the processing rate will change greatly if the conditions are changed. Even if it does not improve. For example, when the gas type supplied to the apparatus is changed, the uniformity may be greatly deteriorated because the diffusion coefficient of the generated active species is different. In that case, it is necessary to optimize the discharge tube diameter again. Since it takes time and cost to change the apparatus configuration including the discharge tube diameter, it is desirable to achieve in-plane uniformity of a desired processing rate only by changing the apparatus parameters.

面内の処理レート均一性制御方法として、例えば、特表平8-508852号公報(特許文献1)に記載の技術が知られている。この特許文献1では、処理空間に下向きに伸びる挿入深さ可変の非導電性のプラグが設置されている。上記構成では、非導電性プラグの挿入によって処理空間体積を変化させることにより、ガス流れを変え、最終的に処理レートの面内均一性を改善することが出来る。
As an in-plane processing rate uniformity control method, for example, a technique described in Japanese Patent Publication No. 8-508852 (Patent Document 1) is known. In Patent Document 1, a non-conductive plug having a variable insertion depth that extends downward is installed in a processing space. In the above configuration, by changing the processing space volume by inserting the non-conductive plug, the gas flow can be changed and finally the in-plane uniformity of the processing rate can be improved.

また、特開2005-203209号公報(特許文献2)に記載の技術では、放電管内部に筒状の流量規制具を配置して、放電管内に中央流路と外側流路を設定する構成が開示されている。プラズマ処理において、供給ガスの解離度を制御して、所望の活性種を多く生成したい場合に、解離の度合いを低く抑えたいガスを中央流路に流し、解離の度合いを高くしたいガスを外側流路に流すことによって、所望の活性種を多く生成することが出来る技術が開示されている。
In addition, in the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-203209 (Patent Document 2), a configuration in which a cylindrical flow rate restrictor is disposed inside the discharge tube and a central flow channel and an outer flow channel are set in the discharge tube. It is disclosed. In plasma processing, when it is desired to control the degree of dissociation of the supply gas to produce a large number of desired active species, a gas whose degree of dissociation is to be kept low is caused to flow in the central flow path, and a gas whose degree of dissociation is to be increased is directed to the outside A technique that can generate a large number of desired active species by flowing in a path is disclosed.

特表平8-508852号公報Japanese National Patent Publication No. 8-508852 特開2005-203209号公報JP 2005-203209 JP

上記の従来技術は、以下の点について考慮が不十分であったため問題が生じていた。すなわち、特許文献1では、非導電性プラグが太くなければ、ガスの整流効果が得られず、均一性制御ができない。また、その場合には、処理空間体積に対する表面積の割合が増加するので、活性種が前記プラグ壁面で損失して、処理レートが低下する。また、特許文献1の構成では、処理レートの面内周方向均一性の制御はできない。
The prior art described above has a problem due to insufficient consideration of the following points. That is, in Patent Document 1, if the nonconductive plug is not thick, the gas rectifying effect cannot be obtained, and the uniformity cannot be controlled. In this case, since the ratio of the surface area to the processing space volume increases, the active species are lost on the plug wall surface, and the processing rate is lowered. Further, in the configuration of Patent Document 1, the uniformity of the processing rate in the in-plane circumferential direction cannot be controlled.

また、特許文献2に開示の技術では、流量規制具が筒状であるため、内側流路から供給されるガスは径方向成分の速度をほとんど持たずに供給される。したがって、内側流路に供給するガス流量を制御しても、処理レートの面内均一性の制御は困難となるという問題が有った。
Further, in the technique disclosed in Patent Document 2, since the flow restrictor is cylindrical, the gas supplied from the inner flow path is supplied with almost no radial component velocity. Therefore, even if the gas flow rate supplied to the inner flow path is controlled, there is a problem that it is difficult to control the in-plane uniformity of the processing rate.

本発明の目的は、半導体ウエハ等の基板状の試料の表面の処理の不均一を抑制できるプラズマ処理装置を提供することにある。
The objective of this invention is providing the plasma processing apparatus which can suppress the nonuniformity of the process of the surface of substrate-like samples, such as a semiconductor wafer.

上記目的は、内部が減圧される真空容器の上部を構成しその内側でプラズマが形成される円筒形の放電部と、放電部の下方で前記真空容器を構成しその内部に処理対象のウエハが配置される処理容器と、前記放電部上部に配置され内部にプラズマ生成用の第一のガスを供給する第一のガス供給口と、前記放電部の外周でこれを囲んで巻かれて配置され前記プラズマを形成するための電力が供給されるアンテナと、前記処理容器の内部であって前記放電部の下方に配置され前記ウエハがその上面に載置されるステージとを備えたプラズマ処理装置であって、前記放電部は、前記ウエハの径よりも小さい径を有し且つ前記処理容器と連結されるその下部において径が大きくなる段差部を有し、前記ステージの上方の前記放電部の中心部で上下方向に延在して配置されたガス導入管であって前記処理容器内に第二のガスを前記ステージの中央側から外周側に向けて放射状に供給する第二のガス供給口を前記段差部より下方に有したガス導入管を備えたことにより達成される。
The purpose is to form an upper part of a vacuum vessel whose inside is depressurized and a cylindrical discharge part in which plasma is formed inside, and to form the vacuum container below the discharge part and to which a wafer to be processed is placed. A processing container to be disposed; a first gas supply port disposed at an upper portion of the discharge unit for supplying a first gas for generating plasma; and wound around the periphery of the discharge unit. A plasma processing apparatus comprising: an antenna to which electric power for forming the plasma is supplied; and a stage disposed inside the processing container and below the discharge unit and on which the wafer is placed. The discharge portion has a step portion having a diameter smaller than the diameter of the wafer and having a larger diameter at a lower portion thereof connected to the processing vessel, and the center of the discharge portion above the stage. Up and down direction A second gas supply port that extends from the center side of the stage toward the outer periphery side of the gas introduction pipe that is disposed to extend radially from the center side to the outer peripheral side of the processing vessel. This is achieved by providing the gas introduction pipe provided in the above.

本発明によれば、半導体ウエハ等の基板状の試料の表面の処理の不均一を抑制できるプラズマ処理装置を提供することが可能となる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the plasma processing apparatus which can suppress the nonuniformity of the process of the surface of substrate-like samples, such as a semiconductor wafer.

本発明の第一の実施例に係るプラズマ処理装置の構成図。The block diagram of the plasma processing apparatus which concerns on the 1st Example of this invention. 図1に示す実施例において、第二の処理ガスの流量が半導体ウエハ上の酸素ラジカル密度の面内方向の分布に与える影響を示すグラフである。In the Example shown in FIG. 1, it is a graph which shows the influence which the flow volume of 2nd process gas has on the distribution of the in-plane direction of the oxygen radical density on a semiconductor wafer. 本発明の第二の実施例に係るプラズマ処理装置の構成図。The block diagram of the plasma processing apparatus which concerns on the 2nd Example of this invention. 本発明の第二の実施例に係るプラズマ処理装置におけるガス導入管の概略図。The schematic of the gas introduction pipe | tube in the plasma processing apparatus which concerns on the 2nd Example of this invention.

本発明の実施の形態を図面を用いて以下説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

まず、図1及び図2を用いて、本発明の実施例を説明する。図1は、本発明の実施例に係るプラズマ装置の構成の概略を示す縦断面図である。
First, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing the configuration of a plasma apparatus according to an embodiment of the present invention.

本実施例に係るプラズマ処理装置は、内部に円筒形状の処理室を有し真空容器を構成する金属製の処理容器1と、その上部に配置され略円筒形を有した誘電体製の放電管2を備えている。更に、放電管2の上部には円形の金属で構成された上蓋3が配置され、放電管2及びこれと連通された処理容器1内部の処理室と外部の雰囲気との間を気密に封止している。
The plasma processing apparatus according to the present embodiment includes a metal processing vessel 1 having a cylindrical processing chamber therein and constituting a vacuum vessel, and a dielectric discharge tube having a substantially cylindrical shape disposed above the processing vessel 1. 2 is provided. Further, an upper lid 3 made of a circular metal is arranged on the upper part of the discharge tube 2, and the discharge tube 2 and a processing chamber inside the processing vessel 1 connected to the discharge tube 2 and an external atmosphere are hermetically sealed. doing.

処理容器1の材質は、プラズマ耐性に優れ、ウエハに重金属汚染や異物による汚染を発生させにくい材質、即ち、表面をアルマイト処理したアルミニウム等が望ましい。もしくは、アルミニウムの基材に、イットリア、アルミナ、酸化ケイ素等の材質をコーティングしたものでも構わない。また、放電管2の材質は、プラズマ耐性が高く、誘電体損失が小さく、異物や汚染の原因になりにくい材質、すなわち、石英、アルミナ、イットリア等が望ましい。
The material of the processing container 1 is preferably a material that is excellent in plasma resistance and hardly causes contamination of the wafer by heavy metal contamination or foreign matter, that is, aluminum whose surface is anodized. Alternatively, an aluminum base material coated with a material such as yttria, alumina, or silicon oxide may be used. The material of the discharge tube 2 is preferably a material having high plasma resistance, low dielectric loss, and hardly causing foreign matter or contamination, that is, quartz, alumina, yttria, or the like.

放電管2の円筒形の外周側壁の外側には放電管2を囲んで複数回の段数で巻かれたコイル状のアンテナ11が配置されている。また、このアンテナ11が配置された高さ位置での放電管2の内径は処理対象である半導体ウエハ8の径よりも小さくされている。さらに、放電管2はアンテナ11よりも下方においてその内径が上方よりも大きくなる構成を有しており、本例では上下の間には内径に段差を有している。
On the outside of the cylindrical outer peripheral side wall of the discharge tube 2, a coil-shaped antenna 11 wound around the discharge tube 2 and wound in a plurality of stages is disposed. Further, the inner diameter of the discharge tube 2 at the height position where the antenna 11 is disposed is smaller than the diameter of the semiconductor wafer 8 to be processed. Further, the discharge tube 2 has a configuration in which the inner diameter is larger than the upper part below the antenna 11, and in this example, there is a step in the inner diameter between the upper and lower sides.

上蓋3は、その外周側の部分の下面で中央側を囲んで配置されたOリング等の真空シール手段を介して放電管2の上端に取り付けられ、減圧される放電管2内部と大気圧である外部との間を気密に封止された状態を保つように接続されている。上蓋3の材質は、プラズマ耐性に優れ、ウエハに重金属汚染や異物による汚染を発生させにくい材質、即ち、表面をアルマイト処理したアルミニウム等が望ましい。もしくは、アルミニウムの基材に、イットリア、アルミナ、酸化ケイ素等の材質をコーティングしたものでも構わない。あるいは、プラズマ耐性が高く、誘電体損失が小さく、異物や汚染の原因になりにくい材質、すなわち、石英、アルミナ、イットリア等を用いても良い。
The upper lid 3 is attached to the upper end of the discharge tube 2 through a vacuum sealing means such as an O-ring disposed so as to surround the center side on the lower surface of the outer peripheral side portion, and the inside of the discharge tube 2 to be decompressed and the atmospheric pressure. It is connected so as to keep a hermetically sealed state with a certain outside. The material of the upper lid 3 is preferably a material that is excellent in plasma resistance and hardly causes contamination of the wafer by heavy metal contamination or foreign matter, that is, aluminum whose surface is anodized. Alternatively, an aluminum base material coated with a material such as yttria, alumina, or silicon oxide may be used. Alternatively, a material having high plasma resistance, low dielectric loss, and hardly causing foreign matter or contamination, that is, quartz, alumina, yttria, or the like may be used.

上蓋3には、放電管2の外側に配置された第一のガス供給手段4と連結されている。この第一のガス供給手段4から供給される第一の処理用ガスは、上蓋3の下方に配置されたガス整流手段5により、所望の流れのパターンに整流された後に放電管2の内部に上方から下方に向けて導入される。
The upper lid 3 is connected to first gas supply means 4 arranged outside the discharge tube 2. The first processing gas supplied from the first gas supply means 4 is rectified into a desired flow pattern by the gas rectification means 5 disposed below the upper lid 3 and then into the discharge tube 2. It is introduced from top to bottom.

また、本実施例の第一のガス供給手段4は、所望の種類の混合ガスを供給できるように構成されている。第一のガス供給手段4から供給される第一の処理用ガスを構成する物質は、処理を行いたい膜種により適宜選択される。例えば、各種の有機膜を剥離するアッシング処理の場合には、O2, N2, H2, Ar, He, CF4, CO2 の各々或いはこれらのうちから選択された複数の物質の混合ガスが用いられる。
Further, the first gas supply means 4 of the present embodiment is configured to supply a desired type of mixed gas. The substance constituting the first processing gas supplied from the first gas supply means 4 is appropriately selected depending on the type of film to be processed. For example, in the case of an ashing process for stripping various organic films, O2, N2, H2, Ar, He, CF4, CO2 or a mixed gas of a plurality of substances selected from these is used.

さらに、本実施例では、上蓋3の下部の放電管2内部の空間には、略円盤状の整流手段5が配置されている。整流手段5の材質はプラズマ耐性が高く、誘電体損失が小さく、異物や汚染の原因になりにくい材質、すなわち、石英、アルミナ、イットリア等が望ましい。
Further, in this embodiment, a substantially disc-shaped rectifying means 5 is disposed in the space inside the discharge tube 2 below the upper lid 3. The material of the rectifying means 5 is preferably a material having high plasma resistance, low dielectric loss, and unlikely to cause foreign matter or contamination, that is, quartz, alumina, yttria, or the like.

また、ガス整流手段5の形状は、放電管2内部の空間(放電室)への処理用ガスの供給に適した構成が適宜選択される。例えば、ガス整流手段5として放電室の形状に合わせて円形状を有し複数の貫通孔が円形の面内に適切に分散した位置に配置されたシャワープレートを用いた場合には、放電室へ供給されるガスの不均一さが低減される。一方で、ガス整流手段5の外周縁と放電管の円筒形の内側壁との間の隙間が十分に小さい(本実施例では0.5〜20mm)径を有した円板とした場合には、放電室の上部の外周側部分から処理用ガスが供給される構成となる。
In addition, the shape of the gas rectifying means 5 is appropriately selected to be suitable for supplying the processing gas to the space inside the discharge tube 2 (discharge chamber). For example, in the case where a shower plate having a circular shape corresponding to the shape of the discharge chamber and having a plurality of through holes appropriately dispersed in a circular plane is used as the gas rectifying means 5, The non-uniformity of the supplied gas is reduced. On the other hand, in the case of a disk having a sufficiently small gap (0.5 to 20 mm in this embodiment) between the outer peripheral edge of the gas rectifying means 5 and the cylindrical inner wall of the discharge tube, Then, the processing gas is supplied from the outer peripheral side portion at the top of the discharge chamber.

さらに、放電管2内部において、ガス整流手段5の下方には放電管2とその中心軸を合致させて配置され円筒形を有し下方に延在したたガス導入管6が配置されている。ガス導入管6の内部には放電管2の外部に配置された第二のガス供給手段7と連結され、その内部に第二のガス供給手段7から供給された第二の処理用ガスが通流する複数のガス管路と、ガス導入管6の下部に配置され放電管2または処理容器1内部の円筒形を有した処理室の径方向で外向きに第二の処理用ガスが流出するガス出口20とを有している。
Further, inside the discharge tube 2, a gas introduction tube 6 having a cylindrical shape and extending downward is disposed below the gas rectifying means 5 so as to match the discharge tube 2 and the central axis thereof. The gas introduction tube 6 is connected to the second gas supply means 7 disposed outside the discharge tube 2, and the second processing gas supplied from the second gas supply means 7 passes through the inside of the gas introduction tube 6. A second processing gas flows out in the radial direction of a plurality of flowing gas pipes and a processing chamber having a cylindrical shape inside the discharge tube 2 or the processing vessel 1 disposed below the gas introduction tube 6. And a gas outlet 20.

本実施例のガス出口20はガス導入管6の先端部においてこれを囲んで図上水平方向に環状に配置された一つのリング状または複数の円弧状のものが環状に並べられて配置された開口であり、この開口から流出した第二の処理用ガスは周方向についての流量或いは流速の不均一さを抑制できる構成となっている。また、ガス出口20は放電管2下部の段差部よりも下方に設置されている。ガス導入管6の形状は放電室内においてガス導入管6周囲を通過するガスの流れがその円筒の中心軸の周りについてより均一に近づけるため放電室と軸を合致させたより円筒形状であることが望ましい。
The gas outlet 20 of the present embodiment is arranged in a ring shape in which one ring shape or a plurality of circular arc shapes are arranged in an annular shape in the horizontal direction in the figure surrounding the tip of the gas introduction pipe 6. It is an opening, and the second processing gas that has flowed out of the opening is configured to suppress unevenness in the flow rate or flow velocity in the circumferential direction. Further, the gas outlet 20 is installed below the stepped portion at the bottom of the discharge tube 2. The shape of the gas introduction tube 6 is preferably a cylindrical shape in which the discharge chamber and the axis coincide with each other in order that the gas flow passing around the gas introduction tube 6 in the discharge chamber becomes more uniform around the central axis of the cylinder. .

ガス導入管6の材質はプラズマ耐性が高く、誘電体損失が小さく、異物や汚染の原因になりにくい材質、すなわち、石英、アルミナ、イットリア等が望ましい。または、プラズマ耐性が高く、異物や汚染の原因にならないならば、金属を用いても良い。
The material of the gas introduction tube 6 is preferably a material that has high plasma resistance, low dielectric loss, and is unlikely to cause foreign matter or contamination, that is, quartz, alumina, yttria, or the like. Alternatively, a metal may be used if it has high plasma resistance and does not cause foreign matter or contamination.

第二のガス供給手段7から供給される第二の処理用ガスの種類は、第一の処理用ガスと同一種であっても良いが、その限りではない。例えば、第一の処理用ガスの流れ方向を変え、かつ、基板処理に悪影響を与えないガスとして、例えばHe, Ar, N2を用いても良い。
The type of the second processing gas supplied from the second gas supply means 7 may be the same type as the first processing gas, but is not limited thereto. For example, for example, He, Ar, or N2 may be used as a gas that changes the flow direction of the first processing gas and does not adversely affect the substrate processing.

処理室内部には、円筒形を有してその中心軸が放電管2の軸と合致させて配置され被処理物である半導体ウエハ8がその上面である載置面に載置されるウエハステージ9と、ウエハステージ9の直下方であってその中心軸が放電管2またはウエハステージ9と合致させて配置された円形の排気口とが配置されている。
Inside the processing chamber, a wafer stage having a cylindrical shape, the central axis of which is arranged to coincide with the axis of the discharge tube 2, and the semiconductor wafer 8 as the object to be processed is mounted on the mounting surface which is the upper surface thereof. 9 and a circular exhaust port disposed directly below the wafer stage 9 and having its central axis aligned with the discharge tube 2 or the wafer stage 9 are disposed.

ウエハステージ9の材質は、表面をアルマイト処理したアルミニウムや、チタン合金が望ましい。また、ウエハステージ9には図示しないヒーター、もしくはチラーが備えられており、本例では20℃から400℃までの範囲でウエハステージ9の温度を調節できる構成となっている。さらには、ウエハステージ9の内部には図示しない半導体ウエハ8を上下させて載置面に対して載置または離間させる昇降用のリフトピンが内部に収納可能に備えられている。
The material of the wafer stage 9 is preferably aluminum or titanium alloy whose surface is anodized. Further, the wafer stage 9 is provided with a heater or chiller (not shown), and in this example, the temperature of the wafer stage 9 can be adjusted in a range from 20 ° C. to 400 ° C. Furthermore, lift pins for raising and lowering the semiconductor wafer 8 (not shown) to be placed on or separated from the placement surface are provided inside the wafer stage 9 so as to be housed therein.

排気口は処理容器1の下方に配置された真空排気手段10と連結されている。本実施例では、内部の処理室内を排気するための真空排気手段10として、真空ポンプとこの真空ポンプと排気口との間に配置されこれらを連通する排気流路の流路断面積を増減して排気流量速度を調節するための可変コンダクタンスバルブとを備えている。
The exhaust port is connected to a vacuum exhaust means 10 disposed below the processing container 1. In this embodiment, as the vacuum exhaust means 10 for exhausting the inside of the processing chamber, the cross-sectional area of the exhaust pump that is disposed between the vacuum pump and the vacuum pump and the exhaust port and communicates therewith is increased or decreased. And a variable conductance valve for adjusting the exhaust flow rate.

放電管2または処理室内へ所望の流量の第一または第二の処理用ガスを流した状態で、可変コンダクタンスバルブによる流路の断面積を増減することにより、放電管2または処理室内部が処理に適した所望の圧力に調節される。また、処理容器1の側面には、半導体ウエハ8の搬入出用の開口である図示しないゲートが配置され、処理容器1の側壁に連結された別の真空容器である搬送容器内に配置されたロボットアーム等の搬送装置により、未処理の半導体ウエハ8が処理室内にゲートを介して搬入され、または処理室内で処理された半導体ウエハ8が処理室から搬出される。
By increasing or decreasing the cross-sectional area of the flow path by the variable conductance valve in a state where the first or second processing gas having a desired flow rate is flowed into the discharge tube 2 or the processing chamber, the inside of the discharge tube 2 or the processing chamber is processed. Is adjusted to a desired pressure suitable for Further, a gate (not shown) that is an opening for loading and unloading the semiconductor wafer 8 is disposed on the side surface of the processing container 1, and is disposed in a transport container that is another vacuum container connected to the side wall of the processing container 1. An unprocessed semiconductor wafer 8 is carried into the processing chamber via a gate by a transfer device such as a robot arm, or the semiconductor wafer 8 processed in the processing chamber is unloaded from the processing chamber.

第二のガス供給手段7から供給される上記第二の処理用ガスは、ガス導入管6内部のガス管路を通りガス出口20から放電管2内部の放電室或いは処理室にその径方向外向き成分の速度を有して、ガス導入管6の周囲に放射状に導入され、放電管2下部の段差部より下方の処理室内で半導体ウエハ8の中央部から外周部に向かって放射状に拡散して流れて半導体ウエハ8の外周縁を通り、ウエハステージ9の外周側壁と円筒形の処理室の内側壁との間の空間を下方に向けて下降した後に排気口から排出される。実施例は、このようなガス導入管6の構成を備えたことにより、処理室内の半導体ウエハ8の上方の空間で中央側から外周側に向かうガスや粒子の流れを形成し、放電室において形成されたプラズマ中に存在する活性種を放電管2の下方の処理容器1内部の処理室内に配置された半導体ウエハ8の外周部にまで効果的に輸送することができる。
The second processing gas supplied from the second gas supply means 7 passes through the gas conduit inside the gas introduction pipe 6 and goes out of the radial direction from the gas outlet 20 to the discharge chamber or processing chamber inside the discharge tube 2. The gas is introduced radially around the gas introduction tube 6 with the velocity of the direction component, and diffuses radially from the central portion of the semiconductor wafer 8 toward the outer periphery in the processing chamber below the stepped portion below the discharge tube 2. Then, after passing through the outer peripheral edge of the semiconductor wafer 8 and descending downward in the space between the outer peripheral side wall of the wafer stage 9 and the inner side wall of the cylindrical processing chamber, the wafer is discharged from the exhaust port. In the embodiment, by providing such a configuration of the gas introduction pipe 6, a flow of gas and particles from the central side toward the outer peripheral side is formed in the space above the semiconductor wafer 8 in the processing chamber and formed in the discharge chamber. The active species present in the plasma can be effectively transported to the outer periphery of the semiconductor wafer 8 disposed in the processing chamber inside the processing container 1 below the discharge tube 2.

放電管2の外側には、アンテナ11とこれの一端に電気的に接続された整合回路12及び高周波電源13とが配置されており、高周波電源13からの高周波電力は、整合回路12、アンテナ11及び接地された端部(アース)とで閉じられた回路に供給される。
Outside the discharge tube 2, an antenna 11 and a matching circuit 12 and a high-frequency power source 13 that are electrically connected to one end of the antenna 11 are arranged, and the high-frequency power from the high-frequency power source 13 is sent to the matching circuit 12 and the antenna 11. And a closed circuit with a grounded end (earth).

本実施例のアンテナ11の材質は、電気抵抗値が小さく一般的な材質である銅が用いられる。また、高周波的な特性を向上させる目的で、銅の表面に銀や金のめっきを施しても構わない。
As a material of the antenna 11 of the present embodiment, copper which is a general material having a small electric resistance value is used. Also, silver or gold plating may be applied to the copper surface for the purpose of improving high frequency characteristics.

また、整合回路12は必ずしも必要でなく、整合回路12がなくてもインピーダンス整合が取れる手段があれば、その手段を用いても良い。本実施例の高周波電源13が供給する電力は、400kHzから40MHzの間の周波数のものが適切に選択される。
Further, the matching circuit 12 is not always necessary, and if there is a means that can achieve impedance matching without the matching circuit 12, that means may be used. The power supplied from the high frequency power supply 13 of this embodiment is appropriately selected to have a frequency between 400 kHz and 40 MHz.

本例のプラズマ処理装置では、第一のガス供給手段4から処理室内での半導体ウエハ8の処理に適した処理用ガスを処理室に導入した状態で、アンテナ11に高周波電源13からの高周波電力を供給して形成された電磁誘導による電界を用いて処理用ガスを励起して、活性種を含むプラズマ14を放電管2内部の筒状の空間内で生成する。当該発生した活性種は、整流手段5を介して放電管2の下方に向けて導入される第一の処理用ガスと、ガス導入管6下部のガス出口20から処理室の径方向外向きの成分を有するように供給される第二の処理用ガスの流れに影響を受けて拡散しつつ半導体ウエハ8の表面上方に到達する。
In the plasma processing apparatus of this example, the high-frequency power from the high-frequency power source 13 is supplied to the antenna 11 while the processing gas suitable for processing the semiconductor wafer 8 in the processing chamber is introduced from the first gas supply means 4 into the processing chamber. The processing gas is excited using an electric field by electromagnetic induction formed by supplying the plasma, and plasma 14 containing active species is generated in a cylindrical space inside the discharge tube 2. The generated active species are introduced from the first processing gas introduced below the discharge tube 2 through the rectifying means 5 and the gas outlet 20 at the lower part of the gas introduction tube 6 toward the radially outward direction of the processing chamber. It reaches the upper surface of the semiconductor wafer 8 while diffusing under the influence of the flow of the second processing gas supplied so as to have a component.

活性種とその表面に配置された複数の膜層を有した膜構造の処理対象の膜を構成する材料との相互作用により当該膜の処理が実施される。なお、図1中の矢印16,17はそれぞれ第一、第二の処理用ガスの流れの方向の例を模式的に示したものである。
The membrane is processed by the interaction between the active species and the material constituting the membrane to be treated having a membrane structure having a plurality of membrane layers arranged on the surface thereof. Note that arrows 16 and 17 in FIG. 1 schematically show examples of the flow directions of the first and second processing gases, respectively.

次に、図2を用いて本実施例に係るプラズマ処理装置を用いて実施された半導体ウエハ8の処理の結果を説明する。特に、本実施例においてエッチング処理の速度(レート)の半導体ウエハ8の面内方向についての均一性が向上されることを説明する。図2は、図1に示す実施例において、ガス導入管6に供給する第二の処理ガスの流量が、ウエハ上の酸素ラジカル密度分布、すなわち処理レートの面内方向についての分布に与える影響を示すグラフである。
Next, the result of processing of the semiconductor wafer 8 performed using the plasma processing apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG. In particular, it will be described that the uniformity of the etching process speed (rate) in the in-plane direction of the semiconductor wafer 8 is improved. FIG. 2 shows the effect of the flow rate of the second processing gas supplied to the gas introduction pipe 6 on the oxygen radical density distribution on the wafer, that is, the distribution in the in-plane direction of the processing rate in the embodiment shown in FIG. It is a graph to show.

本図において、その横軸は、半導体ウエハ8の中心部からの半径方向についての位置(距離)、縦軸が半導体ウエハ8上での酸素ラジカルの密度の大きさを示している。本例では、第一と第二の処理ガスとして酸素を放電管2及び処理室に供給し、第一の処理ガス流量を10slmとして活性種の移流拡散方程式を解き、半導体ウエハ8上に到達する酸素ラジカル密度分布を計算した結果を示している。
In this figure, the horizontal axis indicates the position (distance) in the radial direction from the center of the semiconductor wafer 8, and the vertical axis indicates the density of oxygen radicals on the semiconductor wafer 8. In this example, oxygen is supplied to the discharge tube 2 and the processing chamber as the first and second processing gases, and the advection diffusion equation of the active species is solved with the first processing gas flow rate set to 10 slm and reaches the semiconductor wafer 8. The calculation result of oxygen radical density distribution is shown.

図2の点線に示されるように、第二の処理ガスの流量が0.01slmの場合には、半導体ウエハ8の半径方向についてのラジカルの密度の分布は中心が高く外周側が低くなる、所謂中高の分布となることが判る。また、図2一点鎖線に示すように、第二の処理ガス流量を0.1slmに増加させた場合には、外周部におる処理レートが中心部に比べて相対的に上がっており、半導体ウエハ8上に到達する酸素ラジカルの量の半径方向についての不均一さが低減されていること、即ち半導体ウエハ8の密度の分布が均一化されていることがわかる。図2の実線に示されるように、第二の処理ガス流量を更に0.5slmまで増加させた場合には、半導体ウエハ8上のラジカルの密度分布が中央側より外周側のものが高くなる所謂外高の分布にすることができることが判る。
As shown by the dotted line in FIG. 2, when the flow rate of the second processing gas is 0.01 slm, the distribution of radical density in the radial direction of the semiconductor wafer 8 is high at the center and low at the outer peripheral side. It turns out that it becomes distribution of. In addition, as shown in FIG. 2 by the one-dot chain line, when the flow rate of the second processing gas is increased to 0.1 slm, the processing rate in the outer peripheral portion is relatively higher than that in the central portion, and the semiconductor wafer It can be seen that the non-uniformity in the radial direction of the amount of oxygen radicals reaching 8 is reduced, that is, the density distribution of the semiconductor wafer 8 is made uniform. As shown by the solid line in FIG. 2, when the second process gas flow rate is further increased to 0.5 slm, the density distribution of radicals on the semiconductor wafer 8 is higher on the outer peripheral side than on the central side. It can be seen that the outer height can be distributed.

このように、ガス導入管6から半径方向について外向きに放出される第二の処理用ガスの流量を調節することにより、放電管2及び処理室内のガス流れを変え、半導体ウエハ8の処理レートの面内方向についての分布を調節できることが判る。この分布の調節は、第二の処理用ガスの流れにより処理室内において活性種を半導体ウエハ8の半径方向外向きに拡散させ、当該拡散の度合いを所望に調節することにより実現される。
In this way, by adjusting the flow rate of the second processing gas discharged outwardly in the radial direction from the gas introduction tube 6, the gas flow in the discharge tube 2 and the processing chamber is changed, and the processing rate of the semiconductor wafer 8 is changed. It can be seen that the distribution in the in-plane direction can be adjusted. The adjustment of the distribution is realized by diffusing active species in the processing chamber by the flow of the second processing gas outward in the radial direction of the semiconductor wafer 8, and adjusting the degree of diffusion as desired.

また、第二の処理用ガスによって活性種の拡散を効果的に制御するために、本実施例では放電管2内での活性種の発生位置よりも下方であって第一の処理用ガスの流れ方向の下流側の位置に、ガス導入管6のガス出口20を配置している。特に本例では、ガス出口20がアンテナ11高さの中心よりも下方に配置されている。
Further, in order to effectively control the diffusion of the active species by the second processing gas, in the present embodiment, the position of the first processing gas is lower than the generation position of the active species in the discharge tube 2. A gas outlet 20 of the gas introduction pipe 6 is disposed at a downstream position in the flow direction. In particular, in this example, the gas outlet 20 is disposed below the center of the height of the antenna 11.

更に、より高い処理レートの面内均一性を実現するためには、第二の処理用ガスを供給せず第一の処理用ガスを供給した状態で放電管2内でプラズマを形成し半導体ウエハ8を処理した場合の処理レートが中高分布である必要がある。これを実現するために、本例では放電管2の内径がウエハ8の直径よりも小さくされている、もしくは、第一の処理用ガスが放電管2の内部の空間(放電空間)の上部の外周側から下向きで中心方向に向かって活性種が流れるような整流手段5を用いれば良い。
Furthermore, in order to realize in-plane uniformity at a higher processing rate, plasma is formed in the discharge tube 2 in a state in which the first processing gas is supplied without supplying the second processing gas, and the semiconductor wafer. The processing rate when processing No. 8 needs to be a medium-high distribution. In order to realize this, in this example, the inner diameter of the discharge tube 2 is made smaller than the diameter of the wafer 8, or the first processing gas is placed above the space inside the discharge tube 2 (discharge space). The rectifying means 5 may be used so that active species flow downward from the outer peripheral side toward the center.

図3を用いて上記実施例の変形例を説明する。図3は、図1に示す実施例の変形例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。
A modification of the above embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing an outline of a configuration of a plasma processing apparatus according to a modification of the embodiment shown in FIG.

本例では、実施例と異なる整流手段5またはガス導入管6の構成を備えた例を示す。本例は、処理レートの半導体ウエハ8の径方向についての均一性とともに処理レートの高速化や周方向についての均一性を向上させることができる。
In this example, an example having a configuration of the rectifying means 5 or the gas introduction pipe 6 different from the embodiment is shown. In this example, the processing rate can be increased and the uniformity in the circumferential direction can be improved as well as the processing rate in the radial direction of the semiconductor wafer 8.

本例の基本的な構成は実施例と同様であり、同等の構成についての説明は省略する。図3において、放電管2内部に配置されたガス整流手段5はその外周縁と放電管の内側壁面との間の隙間が0.5〜20mmの範囲の値で配置された円筒形の部材15を有している。
The basic configuration of this example is the same as that of the embodiment, and the description of the equivalent configuration is omitted. In FIG. 3, the gas rectifying means 5 arranged inside the discharge tube 2 has a cylindrical member 15 in which the gap between the outer peripheral edge and the inner wall surface of the discharge tube is arranged with a value in the range of 0.5 to 20 mm. have.

さらに、放電管2内の部材15の下方には、これと接続されて下方に延在する円筒形を有したガス導入管6が配置されている。本例において、放電室内で形成されたプラズマ内の活性種のうちガス導入管6の壁面と接触して消失あるいは励起状態から安定状態に遷移するものの量を小さくするために、ガス導入管6の径または表面積は小さい方が望ましい。
Further, below the member 15 in the discharge tube 2, a gas introduction tube 6 having a cylindrical shape connected to and extending downward is disposed. In this example, in order to reduce the amount of active species in the plasma formed in the discharge chamber that disappears in contact with the wall surface of the gas introduction tube 6 or transitions from the excited state to the stable state, A smaller diameter or surface area is desirable.

また、第一の処理用ガスは部材15と放電管2の内側壁との間の隙間を、放電管2の中心部ではなく内側壁面に沿って流れて、アンテナ11の各巻線に対応した高さ位置に形成される密度が最も大きなプラズマ14の領域(プラズマ形成領域)に供給される。本例では、円筒形を有した部材15の放電室内での下端はアンテナ11の上下方向について最も高い位置の巻線より下方に位置している。
Further, the first processing gas flows through the gap between the member 15 and the inner wall of the discharge tube 2 along the inner wall surface instead of the center portion of the discharge tube 2, and the high gas corresponding to each winding of the antenna 11. It is supplied to the region (plasma formation region) of the plasma 14 having the highest density formed at this position. In this example, the lower end of the cylindrical member 15 in the discharge chamber is positioned below the highest winding position in the vertical direction of the antenna 11.

上記の構成により、プラズマ14の領域を通過する第一の処理用ガスの流量を大きくすることができ、処理用ガスを効率的に解離して活性種を効率的に生成することが出来る。さらに、部材15の径を大きくして第一の処理用ガスの通過する流路を狭めることで、放電管2に流入して放電室を下方に向けて流れる第一の処理用ガスの速度を高くして半導体ウエハ8上に活性種を効率的に供給する。
With the above configuration, the flow rate of the first processing gas passing through the region of the plasma 14 can be increased, and the processing gas can be efficiently dissociated to generate active species efficiently. Furthermore, by increasing the diameter of the member 15 and narrowing the flow path through which the first processing gas passes, the velocity of the first processing gas flowing into the discharge tube 2 and flowing downward in the discharge chamber can be increased. The active species is efficiently supplied onto the semiconductor wafer 8 by increasing the height.

また、プラズマ14の領域に効率的に第一の処理用ガスを供給するために、部材15の下端部は複数の巻数を有するアンテナ11の上下方向についての高さ中心よりも1〜5cm上方にあることが望ましい。アンテナ11高さ中心以下の位置に部材15の下端部がある場合には、プラズマ14の領域での放電を物理的に妨げてしまい活性種を生成し難くしてしまったり、例え活性種がプラズマ14の領域で生成されたとしても下方に拡散して移動していく経路で部材15の表面と接触して消失またはその状態が遷移してしまったりすることになる。
Further, in order to efficiently supply the first processing gas to the region of the plasma 14, the lower end portion of the member 15 is 1 to 5 cm above the height center in the vertical direction of the antenna 11 having a plurality of turns. It is desirable to be. If the lower end of the member 15 is at a position below the center of the height of the antenna 11, the discharge in the region of the plasma 14 is physically hindered, making it difficult to generate active species. Even if it is generated in the area 14, it disappears or changes its state in contact with the surface of the member 15 along a path that diffuses and moves downward.

また、部材15は、上記の例のように必ずしも一つの構造体で構成されている必要はなく、他の形状や複数の部材から構成されていても良い。例えば、外周縁と放電管2の内側壁表面との間の隙間が0.5〜20mm程度である円板から構成された複数のバッフル板が上下方向に隙間を空けて配置された構成であっても良い。
Moreover, the member 15 does not necessarily need to be comprised with one structure like said example, and may be comprised from another shape and several members. For example, a plurality of baffle plates made of a disc having a gap between the outer peripheral edge and the inner wall surface of the discharge tube 2 of about 0.5 to 20 mm are arranged with a gap in the vertical direction. May be.

次に、図4を用いて本例において用いられるガス導入管6の構成を説明する。図4は、図3に示す変形例に係るガス導入管の構成の概略を模式的に説明する斜視図である。
Next, the configuration of the gas introduction pipe 6 used in this example will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a perspective view schematically illustrating the outline of the configuration of the gas introduction pipe according to the modification shown in FIG.

本図において、ガス導入管6の内部に第二のガス供給手段7から供給される第二の処理ガスの流路が複数本(本例では3本)配置された構成を示している。なお、第二のガス供給手段7に接続されたガス導入管6内の流路は必ずしも3本である必要はない。
This figure shows a configuration in which a plurality of (three in this example) flow paths for the second processing gas supplied from the second gas supply means 7 are arranged inside the gas introduction pipe 6. Note that the number of flow paths in the gas introduction pipe 6 connected to the second gas supply means 7 is not necessarily three.

複数の流路であって各々の流路に対応したガス出口20がガス導入管6の下部にその軸周りについて径方向外向きに開口され流出する第二の処理用ガスが径方向外向きの成分を有するように配置され、且つ各々のガス流路の流量が独立して調節可能であることが必要であり、求められる処理の内容に対応して配置する或いは用いるガス流路の数や配置が選択される。また、ガス導入管6に複数設置された流路に対して、それぞれの流路に供給する第二の処理用ガスの流量を独立して調節することにより、半導体ウエハ8の処理レートの周方向についての不均一さを低減することができる。
A plurality of flow paths, each having a gas outlet 20 corresponding to each flow path, is opened radially outwardly around the axis at the lower part of the gas introduction pipe 6 and the second processing gas flowing out is directed radially outward. It is necessary that the flow rate of each gas flow path be adjustable independently so as to have components, and the number and arrangement of gas flow paths to be arranged or used according to the content of processing required. Is selected. Further, the flow rate of the second processing gas supplied to each flow path is independently adjusted with respect to a plurality of flow paths installed in the gas introduction pipe 6, so that the circumferential direction of the processing rate of the semiconductor wafer 8 is increased. Non-uniformity can be reduced.

また、近年では、半導体ウエハ8へ付着する異物の数をさらに低減することが求められている。プラズマ処理装置の内外の異物発生源から発生する微粒子状の異物がウエハ上の微細パターン上に付着すると、断線などの不良が生じ、歩留まり低下を引き起こすことが知られている。
In recent years, it has been demanded to further reduce the number of foreign substances adhering to the semiconductor wafer 8. It is known that when fine particle foreign matter generated from foreign matter generation sources inside and outside the plasma processing apparatus adheres to a fine pattern on a wafer, defects such as disconnection occur, resulting in a decrease in yield.

このような半導体ウエハ8上に付着する異物の発生源としては、例えば半導体ウエハ8を搬送している際、ガス種やガス流量、内部の圧力、放電を実施する電力等の処理の条件の切り替えの際等の、装置内部の空間での急激な圧力の変動が契機となって発生すると想定されている。このような異物が半導体ウエハ8上に付着しないようにするプラズマ処理装置、もしくはプラズマ処理方法が望まれている。
For example, when the semiconductor wafer 8 is transported, the generation source of the foreign matter adhering to the semiconductor wafer 8 is switched between processing conditions such as a gas type, a gas flow rate, an internal pressure, and an electric power for performing discharge. It is assumed that a sudden change in pressure in the space inside the apparatus occurs as a trigger. A plasma processing apparatus or a plasma processing method that prevents such foreign matter from adhering to the semiconductor wafer 8 is desired.

このような異物は、第二の処理用ガスを半導体ウエハ8の処理の開始前から処理の終了後に亘って供給し続けて、処理室または放電室の内部でガスや粒子の流れを持続させることにより抑制が可能である。これは、第二の処理用ガスは半導体ウエハ8の径方向について中央側から外向きに流れるため、半導体ウエハ8上方の処理室内に浮遊する付着性を有した粒子は第二の処理用ガスの流体の粘性力により当該ガスと共に半導体ウエハ8の中央側から外周側まで流されて更にウエハステージ9の外周を下降して排気されるからである。
Such foreign matter continues to supply the second processing gas from the start of the processing of the semiconductor wafer 8 to the end of the processing to maintain the flow of gas and particles inside the processing chamber or the discharge chamber. Can be suppressed. This is because the second processing gas flows outward from the central side in the radial direction of the semiconductor wafer 8, so that the particles having adhesion floating in the processing chamber above the semiconductor wafer 8 are the second processing gas. This is because the viscous force of the fluid causes the gas to flow from the central side to the outer peripheral side of the semiconductor wafer 8 and further lowers the outer periphery of the wafer stage 9 to be exhausted.

このような第二の処理用ガスとしては、半導体ウエハ8の処理対象の膜についての処理に悪影響を与えないガスとして、例えば化学的に不活性なガスであるHe, Ar, N2, Kr, Xeなどを用いることが望ましい。第二の処理用ガスに化学的に不活性なガスを用いることにより、例えば、第一の処理用ガスとの気相中での反応や、プラズマ処理中に発生する反応生成物との反応によって堆積性(不揮発性)の物質などの生成を抑制できる。
As such a second processing gas, as a gas that does not adversely affect the processing of the film to be processed of the semiconductor wafer 8, for example, a chemically inert gas such as He, Ar, N2, Kr, Xe It is desirable to use etc. By using a chemically inert gas as the second processing gas, for example, by a reaction in the gas phase with the first processing gas or a reaction product generated during the plasma processing. Generation of a depositing (nonvolatile) substance or the like can be suppressed.

なお、上記実施例に係る発明は、半導体ウエハ等の基板状のエッチング、アッシング、CVD(Chemical Vapor Deposition)等で試料を処理するプラズマ処理装置に適用可能である。
The invention according to the above embodiments can be applied to a plasma processing apparatus for processing a sample by etching, ashing, CVD (Chemical Vapor Deposition) or the like of a substrate such as a semiconductor wafer.

以上実施例によれば、半導体ウエハ8の処理のレートの面内方向についての均一性を向上できる。さらに、処理レートの高速化、半導体ウエハ8への異物の付着の抑制が可能となる。
As described above, the uniformity of the processing rate of the semiconductor wafer 8 in the in-plane direction can be improved. Furthermore, it is possible to increase the processing rate and suppress the adhesion of foreign matters to the semiconductor wafer 8.

1…処理室
2…放電管
3…上蓋
4…第一のガス供給手段
5…ガス整流手段
6…ガス導入管
7…第二のガス供給手段
8…半導体ウエハ
9…ウエハステージ
10…真空排気手段
11…アンテナ
12…整合回路
13…高周波電源
14…プラズマ
20…ガス出口。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Processing chamber 2 ... Discharge tube 3 ... Upper cover 4 ... First gas supply means 5 ... Gas rectification means 6 ... Gas introduction pipe 7 ... Second gas supply means 8 ... Semiconductor wafer 9 ... Wafer stage 10 ... Vacuum exhaust means DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Antenna 12 ... Matching circuit 13 ... High frequency power supply 14 ... Plasma 20 ... Gas outlet

Claims (7)

内部が減圧される真空容器の上部を構成しその内側でプラズマが形成される円筒形の放電部と、放電部の下方で前記真空容器を構成しその内部に処理対象のウエハが配置される処理容器と、前記放電部上部に配置され内部にプラズマ生成用の第一のガスを供給する第一のガス供給口と、前記放電部の外周でこれを囲んで巻かれて配置され前記プラズマを形成するための電力が供給されるアンテナと、前記処理容器の内部であって前記放電部の下方に配置され前記ウエハがその上面に載置されるステージとを備えたプラズマ処理装置であって、
前記放電部は、前記ウエハの径よりも小さい径を有し且つ前記処理容器と連結されるその下部において径が大きくなる段差部を有し、前記ステージの上方の前記放電部の中心部で上下方向に延在して配置されたガス導入管であって前記処理容器内に第二のガスを前記ステージの中央側から外周側に向けて放射状に供給する第二のガス供給口を前記段差部より下方に有したガス導入管を備えたプラズマ処理装置。
A cylindrical discharge part that constitutes the upper part of the vacuum vessel whose inside is depressurized and plasma is formed inside thereof, and a process in which the vacuum vessel is constituted below the discharge part and the wafer to be processed is placed inside A container, a first gas supply port that is disposed above the discharge unit and supplies a first gas for generating plasma therein, and is wound around the periphery of the discharge unit to form the plasma. A plasma processing apparatus comprising: an antenna to which electric power is supplied; and a stage disposed inside the processing vessel and below the discharge unit and on which the wafer is placed.
The discharge part has a stepped part having a diameter smaller than the diameter of the wafer and having a larger diameter at a lower part thereof connected to the processing container, and is vertically moved at a center part of the discharge part above the stage. A gas introduction pipe arranged extending in a direction, wherein the step portion has a second gas supply port for supplying a second gas radially into the processing vessel from the center side toward the outer peripheral side of the stage. A plasma processing apparatus provided with a gas introduction pipe provided below.
請求項1記載のプラズマ処理装置であって、
前記ガス導入管が複数の前記第二のガス供給口とこれらの前記第二のガス供給口と連通され前記第二のガスが内部を通流する複数の流路とを有し、これら複数の流路内の第二のガスの通流を各々独立に調節する手段を備えたプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 1,
The gas introduction pipe has a plurality of the second gas supply ports and a plurality of flow paths through which the second gas flows and communicates with the second gas supply ports. A plasma processing apparatus comprising means for independently adjusting the flow of the second gas in the flow path.
請求項1または2に記載のプラズマ処理装置であって、
前記ガス導入管は円筒形状を有し当該円筒形の軸が前記放電部の軸と合致させて前記放電部内に配置されたプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 1 or 2,
The plasma processing apparatus, wherein the gas introduction tube has a cylindrical shape, and the cylindrical axis is arranged in the discharge portion with the axis of the discharge portion being aligned.
請求項1乃至3のいずれかに記載のプラズマ処理装置であって、
前記放電部内の上部に配置され少なくとも一つの円板状の構造物から構成され前記放電管と同軸上に配置された第一のガスの整流手段を備えたプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 3,
A plasma processing apparatus, comprising: a first gas rectifier arranged at an upper portion in the discharge portion and configured of at least one disk-like structure and coaxially with the discharge tube.
請求項1乃至4のいずれかに記載のプラズマ処理装置であって、
前記整流手段が石英、セラミックのいずれかからなることを特徴とするプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 4,
The plasma processing apparatus, wherein the rectifying means is made of either quartz or ceramic.
請求項1乃至5のいずれかに記載のプラズマ処理装置であって、
前記ガス導入管は金属から構成されたプラズマ処理装置。
A plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 5,
The gas introducing pipe is a plasma processing apparatus made of metal .
請求項1乃至のいずれかに記載のプラズマ処理装置であって、
前記ガス導入管の材質は石英、セラミックのいずれかからなるプラズマ処理装置。
A plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 5 ,
A material for the gas introduction pipe is a plasma processing apparatus made of quartz or ceramic .
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