JP6546041B2 - Plasma processing system - Google Patents

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Description

本発明は、プラズマ処理装置に関する。   The present invention relates to a plasma processing apparatus.

半導体集積回路素子の生産にプラズマ処理装置が用いられている。素子の性能向上とコスト低減のため、素子の微細化が進展してきた。従来は素子の2次元的な微細化により、1枚の被処理基板より製造できる素子数が増加して素子1個あたりの製造コストが下がると同時に、配線長短縮などの効果で性能向上も図れてきた。しかし2次元的な微細化の限界が近づいているといわれており、新材料や3次元的な素子構造の適用など、対応が為されている。これらの構造変更により、製造の難易度は増し、製造コストの増大が深刻な問題となっている。   Plasma processing apparatuses are used for the production of semiconductor integrated circuit devices. The miniaturization of devices has progressed to improve device performance and reduce costs. Conventionally, two-dimensional miniaturization of elements increases the number of elements that can be manufactured from a single substrate to be processed and reduces the manufacturing cost per element, and at the same time improves performance by shortening the wiring length and the like. It has However, it is said that the limit of two-dimensional miniaturization is approaching, and measures such as the application of new materials and three-dimensional device structures are being made. Due to these structural changes, the level of difficulty in manufacturing is increased, and the increase in manufacturing costs has become a serious problem.

製造途中の半導体集積回路素子に微小な異物や汚染物質が付着すると、致命的な欠陥となることが多いため、半導体集積回路素子は異物や汚染物質を排除し温度や湿度を最適に制御したクリーンルーム内で製造されることが多い。素子の微細化に伴い、製造に必要なクリーンルームの清浄度は高くなり、こうしたクリーンルームの建設や維持運用に莫大な費用が必要となる。そのため、クリーンルーム空間を効率よく利用して生産することが求められる。この観点から、半導体製造装置は小型化が厳しく求められている。   Since a minute foreign matter or contaminant adheres to a semiconductor integrated circuit device in the process of being produced, it often causes fatal defects. Therefore, the semiconductor integrated circuit device is a clean room in which the temperature and humidity are optimally controlled by removing the foreign matter or contaminant. It is often manufactured in house. As the elements become finer, the cleanliness of the clean room required for manufacturing becomes higher, and enormous cost is required to construct and maintain such clean room. Therefore, efficient production using clean room space is required. From this point of view, miniaturization of semiconductor manufacturing apparatuses is strictly required.

真空容器内部の処理室内にプラズマを発生させて半導体ウエハ等の板状の試料を処理するプラズマ処理装置においては、プラズマを形成するために電界とともに静磁界をプラズマ処理室に供給する技術が広く用いられている。これは、静磁界によりプラズマの損失を抑制することができるほか、プラズマ分布の制御も可能となる利点があるためである。   In a plasma processing apparatus for generating a plasma in a processing chamber inside a vacuum vessel to process a plate-like sample such as a semiconductor wafer, a technology for supplying a static magnetic field together with an electric field to the plasma processing chamber to form the plasma is widely used. It is done. This is because it is possible to suppress the loss of the plasma by the static magnetic field and to advantageously control the plasma distribution.

さらに、電界と静磁界の相互作用を用いることで、通常はプラズマ発生が困難な運転条件でも発生可能とできる効果がある。特に、プラズマ発生用電磁波としてマイクロ波を用い、電子のサイクロトロン運動の周期とマイクロ波の周波数を一致させる静磁界を用いると、電子サイクロトロン共鳴(Electron Cyclotron Resonance、以下ECRと称する)現象が起きることが知られている。   Furthermore, by using the interaction between the electric field and the static magnetic field, there is an effect that generation is possible even under operating conditions where it is usually difficult to generate plasma. In particular, when a microwave is used as an electromagnetic wave for plasma generation and a static magnetic field is used to match the period of the electron's cyclotron motion and the frequency of the microwave, electron cyclotron resonance (hereinafter referred to as ECR) phenomenon may occur. Are known.

また、プラズマ発生用電磁波のプラズマ中の波長は静磁界により調整でき、波長に合わせたアンテナを用いて電磁波をプラズマ処理室に投入するとともに静磁場を供給してヘリコン波によりプラズマを効率よく発生させるものが従来から知られている。このような技術の例としては、特開平10−261631号公報(特許文献1)に開示のものが知られている。本従来技術では、静磁場を形成するコイルとプラズマ生成容器との間にヘリコン波励起用のアンテナを配置したものであって、プラズマ生成容器下方の処理室の周囲にもコイルが配置されている構成が開示されている。   Further, the wavelength of the plasma generating electromagnetic wave in the plasma can be adjusted by the static magnetic field, and the electromagnetic wave is introduced into the plasma processing chamber using an antenna adjusted to the wavelength and the static magnetic field is supplied to generate plasma efficiently by helicon wave. Are conventionally known. As an example of such a technique, the thing of an indication is known by Unexamined-Japanese-Patent No. 10-261631 (patent document 1). In this prior art, an antenna for helicon wave excitation is disposed between the coil forming the static magnetic field and the plasma generation container, and the coil is also disposed around the processing chamber below the plasma generation container. The configuration is disclosed.

特開平10−261631号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 10-261631 gazette

上記の従来技術では、次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。   In the above-mentioned prior art, problems have occurred because the following points are not sufficiently considered.

すなわち、プラズマ処理装置においては、プラズマに面する処理室の内側壁面の温度は処理の重要なパラメータであり、処理の結果としての所期の加工形状を得る上で好適な値に制御することが望ましい。逆に、処理室内壁面の温度が適切な範囲の値でない場合には、例えばエッチングの処理中に処理室内に発生した反応生成物が付着して堆積してしまい、試料を汚染したり内壁表面の相互作用が試料表面のエッチング等の処理に悪影響を与えてしまう場合がある。   That is, in the plasma processing apparatus, the temperature of the inner wall surface of the processing chamber facing the plasma is an important parameter of the processing, and should be controlled to a value suitable for obtaining the desired processing shape as a result of the processing. desirable. On the contrary, if the temperature of the inner wall surface of the processing chamber is not within the appropriate range, for example, reaction products generated in the processing chamber during the etching process may adhere and accumulate, contaminating the sample or the inner wall surface. The interaction may adversely affect processing such as etching of the sample surface.

しかし、処理室を構成する部材の表面の温度を所望の範囲内の値に調節するためには、当該部材に温度調節用の装置を搭載または設置することが必要となる。これは、プラズマ処理装置の構成をさらに複雑にして装置の設置面積を大きくし、製造コストを増大させることになる。さらには、プラズマを形成するために静磁界を用いるプラズマ処理装置では当該静磁界を発生させる手段が備えられていることから、装置の構造はさらに複雑に、装置の設置面積や容積はより大きくなってしまう虞が有る。   However, in order to adjust the temperature of the surface of the member constituting the processing chamber to a value within a desired range, it is necessary to mount or install a device for temperature control on the member. This further complicates the configuration of the plasma processing apparatus, increases the installation area of the apparatus, and increases the manufacturing cost. Furthermore, since the plasma processing apparatus using a static magnetic field to form a plasma is provided with means for generating the static magnetic field, the structure of the apparatus becomes more complicated, and the installation area and volume of the apparatus become larger. There is a risk of

本発明の目的は、設置面積を低減できるプラズマ処理装置を提供することにある。さらに別の目的は、構成が簡略化されたプラズマ処理装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of reducing the installation area. Still another object is to provide a plasma processing apparatus with a simplified configuration.

上記目的を達成するために、本発明では、プラズマ処理装置を、真空容器の内部に配置され減圧された内側にプラズマが形成される処理室と、この処理室内に配置されプラズマにより処理されるウエハが載せられる試料台と、処理室内にプラズマを形成するために供給される電界を形成する手段と、処理室の外周でこれを囲んで配置され当該処理室と一体に形成され、電力が供給されてプラズマを形成するための磁界を形成する磁石と、電力の電圧、電流または磁石の抵抗値に基づいて磁石と処理室の温度を調節する調節器とを備えて構成したIn order to achieve the above object, according to the present invention, a plasma processing apparatus includes a processing chamber disposed inside a vacuum vessel and in which a plasma is formed inside under reduced pressure, and a wafer disposed in the processing chamber and processed by plasma A sample table on which the sample is placed, a means for forming an electric field supplied to form a plasma in the processing chamber, and an outer periphery of the processing chamber, which is disposed integrally with the processing chamber and supplied with power. a magnet for generating a static magnetic field to form a plasma Te was constructed and a regulator for adjusting the temperature of the magnet and the processing chamber based voltage of the power, the resistance value of the current or the magnet.

また、上記目的を達成するために、本発明では、プラズマ処理装置を、真空容器の内部に配置され減圧された内側にプラズマが形成される処理室と、処理室内に配置されプラズマにより処理される被処理基板が載せられる試料台と、処理室内にプラズマを形成するために供給される電界を形成する手段と、処理室の外周を囲むように処理室に一体化して配置され静磁界を形成する電磁石と、この電磁石を冷却する機構とを備え、電磁石からの加熱または冷却する機構からの冷却により処理室の温度を調節するように構成した。
In order to achieve the above object, the present invention, a plasma processing apparatus, a processing chamber for inside the plasma which is disposed within the vacuum of the vacuum chamber is formed by being disposed in processing chamber flop plasma a sample stage on which a target substrate is mounted to be processed, means for forming an electric field which is supplied to form a flop plasma in processing chamber, integrated into processing chamber so as to surround the periphery of the treatment chamber An electromagnet arranged to form a static magnetic field and a mechanism for cooling the electromagnet are provided, and the temperature of the processing chamber is adjusted by the heating from the electromagnet or the cooling from the mechanism for cooling.

本発明によれば、設置面積を低減できるプラズマ処理装置を提供することができる。また、構成が簡略化されたプラズマ処理装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a plasma processing apparatus capable of reducing the installation area. In addition, a plasma processing apparatus with a simplified configuration can be provided.

本発明の実施例に係るマイクロ波プラズマエッチング装置の構成の概略を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the outline of a structure of the microwave plasma etching apparatus which concerns on the Example of this invention. 図1に示すマイクロ波プラズマエッチング装置におけるプラズマ処理室と一体化した電磁石を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the electromagnet integrated with the plasma processing chamber in the microwave plasma etching apparatus shown in FIG. 図2に示す電磁石におけるコイルの抵抗率の温度依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature dependence of the resistivity of the coil in the electromagnet shown in FIG.

発明者等は上記課題について検討し、プラズマ処理室と静磁界の発生装置を一体として形成することとした。これにより小型化が可能となり、設置面積を低減できる。また静磁界の発生装置の状態から温度を算出し、プラズマ処理室の温度を推定することとした。プラズマ処理室を加熱または冷却する機構を前記推定した温度により制御して、所望の温度にプラズマ処理室を制御することができる。静磁界の発生装置によりプラズマ処理室の温度を制御することで、新たな温度制御機構の設置が不要となり装置の簡素化が達成される。   The inventors examined the above-mentioned problems, and decided to integrally form the plasma processing chamber and the static magnetic field generator. This makes it possible to miniaturize and reduce the installation area. In addition, the temperature was calculated from the state of the static magnetic field generator to estimate the temperature of the plasma processing chamber. The mechanism for heating or cooling the plasma processing chamber can be controlled by the estimated temperature to control the plasma processing chamber to a desired temperature. By controlling the temperature of the plasma processing chamber with the static magnetic field generator, installation of a new temperature control mechanism is not required, and simplification of the system can be achieved.

次に静磁界の発生装置の状態から温度を算出し、プラズマ処理室の温度を推定する方法について説明する。静磁界の発生装置として電磁石がある。電磁石により発生する静磁界は、電磁石に供給する電流値で所定の強度に制御することができる。電磁石に用いる導線の抵抗値は温度と相関があり、電磁石に発生する電圧を測定し、電流値で除算することで、導線の抵抗値を求めることができる。導線の抵抗値から温度を算出することができる。また、電磁石で消費される電力により処理室を加熱することができる。電磁石に冷却機構を設け、上述の方法で求めた電磁石の温度を用いて冷却機構の排熱量を制御することで、所定の温度に電磁石および電磁石と一体化しているプラズマ処理室を制御することができる。   Next, a method of calculating the temperature from the state of the static magnetic field generator and estimating the temperature of the plasma processing chamber will be described. There is an electromagnet as a generator of static magnetic field. The static magnetic field generated by the electromagnet can be controlled to a predetermined intensity by the current value supplied to the electromagnet. The resistance value of the conducting wire used for the electromagnet is correlated with the temperature, and the resistance value of the conducting wire can be obtained by measuring the voltage generated in the electromagnet and dividing by the current value. The temperature can be calculated from the resistance value of the conducting wire. Further, the processing chamber can be heated by the power consumed by the electromagnet. Providing a cooling mechanism to the electromagnet and controlling the amount of heat release of the cooling mechanism using the temperature of the electromagnet determined by the method described above to control the electromagnet and the plasma processing chamber integrated with the electromagnet to a predetermined temperature it can.

プラズマ処理室と静磁界の発生装置を一体として形成することにより、プラズマ処理装置の小型化が可能となる。また、静磁界の発生装置の状態からプラズマ処理室の温度を推定することにより、温度制御機構が簡素化できるため低コストで温度制御が可能となる。さらに静磁界の発生装置が小型化されるため、従来は他の部品と干渉して設置困難であった箇所にも静磁界発生装置が配置でき、実現できる静磁界分布の自由度が増す効果がある。   By integrally forming the plasma processing chamber and the static magnetic field generator, the plasma processing apparatus can be miniaturized. Further, since the temperature control mechanism can be simplified by estimating the temperature of the plasma processing chamber from the state of the static magnetic field generator, temperature control can be performed at low cost. Furthermore, since the generator of the static magnetic field is miniaturized, the static magnetic field generator can be disposed at a location where it has been difficult to install due to interference with other parts conventionally, and the effect of increasing the degree of freedom of static magnetic field distribution is realized. is there.

以下、本発明を実施例により図面を用いて説明する。なお、実施例ではプラズマ処理装置としてマイクロ波プラズマエッチング装置を例に説明するが、本発明はこの装置に限定されず、電磁波によりプラズマを発生させるプラズマ処理装置において、静磁界をプラズマ処理室に加えて、電磁波およびプラズマと静磁界の相互作用を利用するプラズマ処理装置に適用可能である。   Hereinafter, the present invention will be described by way of examples with reference to the drawings. In the embodiment, a microwave plasma etching apparatus is described as an example of a plasma processing apparatus, but the present invention is not limited to this apparatus, and in a plasma processing apparatus that generates plasma by electromagnetic waves, a static magnetic field is added to a plasma processing chamber The present invention is applicable to a plasma processing apparatus that utilizes the interaction of an electromagnetic wave and plasma with a static magnetic field.

本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の一例としてマイクロ波プラズマエッチング装置について、図1から図3を用いて説明する。図1は、本実施例に係るマイクロ波プラズマエッチング装置の構成の概略を示す縦断面図である。   A microwave plasma etching apparatus will be described as an example of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an outline of the configuration of a microwave plasma etching apparatus according to the present embodiment.

マイクロ波源101で発生したマイクロ波は方形導波管103を用いて伝送され、方形円形導波管変換器104により、円形導波管105に伝送される。方形円形導波管変換器104は導波管の方向を90度曲げるコーナーも兼ねることで装置の小型化をはかっている。   The microwaves generated by the microwave source 101 are transmitted using the rectangular waveguide 103 and transmitted to the circular waveguide 105 by the rectangular circular waveguide converter 104. The rectangular circular waveguide converter 104 achieves miniaturization of the device by also serving as a corner that bends the direction of the waveguide by 90 degrees.

自動整合器102により負荷インピーダンスを調整してマイクロ波源101で発生したマイクロ波の反射波を自動的に抑制することができる。マイクロ波源としては発振周波数2.45GHzのマグネトロンを用いた。マイクロ波源保護のためにアイソレータ118を用いて反射波がマイクロ波源に入射することを防止した。   The load impedance can be adjusted by the automatic matching unit 102 to automatically suppress the reflected microwaves generated by the microwave source 101. A magnetron with an oscillation frequency of 2.45 GHz was used as the microwave source. An isolator 118 was used for microwave source protection to prevent reflected waves from entering the microwave source.

円形導波管105は空洞部106に接続されている。円形導波管105は最低次のモードであるTE11モードのみが伝搬できる直径とした。これにより、他の伝播モードが混入しないのでマイクロ波の電磁界が安定する効果がある。   The circular waveguide 105 is connected to the cavity 106. The circular waveguide 105 has a diameter capable of propagating only the TE11 mode which is the lowest order mode. This has the effect of stabilizing the electromagnetic field of the microwave since no other propagation mode is mixed.

円形導波管105内には図示しない円偏波の発生機構があり、直線偏波で入射したマイクロ波を円偏波に変換する機能を持つ。本実施例では円偏波の発生機構として石英製の位相板を用いた。   The circular waveguide 105 has a generation mechanism of circular polarization (not shown), and has a function of converting microwaves incident as linear polarization into circular polarization. In the present embodiment, a phase plate made of quartz was used as a generation mechanism of circular polarization.

空洞部106はマイクロ波電磁界分布をプラズマ処理に適した分布に調整する働きを持つ。空洞部106の下部にはマイクロ波導入窓107、シャワープレート108を介してプラズマ処理室110がある。シャワープレート108はプラズマ処理室110に発生するプラズマに直接曝されるため、プラズマ耐性が高く、プラズマ処理に悪影響を及ぼさない材質が望ましい。またマイクロ波導入窓107、シャワープレート108の材質としてはマイクロ波を効率よく透過する材料が望ましく、本実施例では石英を用いた。   The cavity 106 functions to adjust the microwave electromagnetic field distribution to a distribution suitable for plasma processing. A plasma processing chamber 110 is located below the cavity 106 via a microwave introduction window 107 and a shower plate 108. Since the shower plate 108 is directly exposed to the plasma generated in the plasma processing chamber 110, it is desirable that the material has high plasma resistance and does not adversely affect the plasma processing. Moreover, as a material of the microwave introduction window 107 and the shower plate 108, a material which efficiently transmits the microwave is desirable, and in the present embodiment, quartz was used.

マイクロ波導入窓107とシャワープレート108の間には図示しない微小な間隙が設けられており、プラズマ処理に用いる処理ガスの供給系109より所定のガスが供給される。シャワープレート108には図示しない微細なガス供給孔が複数設けられ、ガス供給系109より供給された処理ガスをプラズマ処理室110にシャワー状に供給する。   A minute gap (not shown) is provided between the microwave introduction window 107 and the shower plate 108, and a predetermined gas is supplied from a processing gas supply system 109 used for plasma processing. The shower plate 108 is provided with a plurality of fine gas supply holes (not shown), and supplies the processing gas supplied from the gas supply system 109 to the plasma processing chamber 110 in a shower shape.

プラズマ処理室110内には被処理基板111を戴置するための試料台である円筒形を有した基板電極112が設置されている。基板電極112には被処理基板111にRFバイアス電力を供給するために、自動整合器113を介してRFバイアス電源114が接続されている。RFバイアス電源の周波数として400kHzのものを用いた。また半導体ウエハ等の被処理基板111として直径300mmのSiウエハを用いた。   In the plasma processing chamber 110, a cylindrical substrate electrode 112 which is a sample stand for placing the processing substrate 111 is installed. An RF bias power supply 114 is connected to the substrate electrode 112 via an automatic matching unit 113 in order to supply RF bias power to the processing substrate 111. The frequency of the RF bias power supply was 400 kHz. In addition, a Si wafer with a diameter of 300 mm was used as a target substrate 111 such as a semiconductor wafer.

プラズマ処理室110内に静磁界を加えるための静磁界発生装置119を設けた。静磁界発生装置119は多段の電磁石と磁性材料で構成した。磁性材料を用いて外部への不要な磁場漏洩を防止するとともに、磁力線を処理室に集中させ効率よく磁場を印加した。多段の電磁石を用いて各電磁石に流す電流を制御することで、プラズマ処理室内の静磁界分布を容易に調整できる効果がある。プラズマ処理室は被処理基板111が円板状であることに対応し、概ね軸対称に構成している。静磁界はプラズマ処理室の中心軸に対し平行に印加するよう静磁界発生装置を配置した。   A static magnetic field generator 119 for applying a static magnetic field in the plasma processing chamber 110 is provided. The static magnetic field generator 119 is composed of multistage electromagnets and magnetic materials. A magnetic material was used to prevent unnecessary magnetic field leakage to the outside, and magnetic lines were concentrated in the processing chamber to apply a magnetic field efficiently. By controlling the current supplied to each electromagnet using multistage electromagnets, the static magnetic field distribution in the plasma processing chamber can be easily adjusted. The plasma processing chamber corresponds to the circular shape of the substrate to be processed 111 and is configured to be approximately axially symmetrical. The static magnetic field generator was arranged to apply a static magnetic field parallel to the central axis of the plasma processing chamber.

静磁界中を運動する電子はローレンツ力を受けてサイクロトロン運動をすることが知られている。マイクロ波の周波数とサイクロトロン運動の周波数を一致させるとマイクロ波の電力が電子に共鳴的に吸収される電子サイクロトロン共鳴(ECR)現象が起きることが知られている。   It is known that electrons moving in a static magnetic field undergo cyclotron motion under Lorentz force. It is known that an electron cyclotron resonance (ECR) phenomenon occurs where the microwave power is resonantly absorbed by electrons when the frequency of the microwave and the frequency of the cyclotron motion are matched.

このような電界と共に磁界を供給して生起させたECR現象を用いることで、プラズマを生成できる条件を広くすることができる。例えば、マイクロ波の周波数が2.45GHzの場合は0.0875テスラの静磁界でECRを起こすことができる。通常はプラズマが発生しにくい低い圧力でもECRによりプラズマが発生しやすくなる効果がある。また、ECRが起きる領域で主にプラズマが発生するため、静磁界の分布を調節することによりプラズマ発生領域を制御することができ、プラズマの制御性が増す効果がある。さらに静磁界に垂直な方向にプラズマの拡散が抑制される効果があるため、静磁界調整でプラズマ分布を最適に制御することもできる。   By using an ECR phenomenon generated by supplying a magnetic field with such an electric field, conditions under which plasma can be generated can be broadened. For example, when the microwave frequency is 2.45 GHz, ECR can be generated with a static magnetic field of 0.0875 Tesla. There is an effect that plasma is easily generated by ECR even at a low pressure which normally prevents generation of plasma. In addition, since plasma is mainly generated in the region where ECR occurs, the plasma generation region can be controlled by adjusting the distribution of the static magnetic field, and the controllability of plasma can be enhanced. Furthermore, since the diffusion of plasma is suppressed in the direction perpendicular to the static magnetic field, the plasma distribution can be optimally controlled by adjusting the static magnetic field.

プラズマ処理室110にはバルブ115、圧力制御機構116を介して真空排気系117が接続されている。さらに処理室圧力を測定するための図示しない圧力計がプラズマ処理室110に接続されている。   An evacuation system 117 is connected to the plasma processing chamber 110 via a valve 115 and a pressure control mechanism 116. Further, a pressure gauge (not shown) for measuring the pressure in the processing chamber is connected to the plasma processing chamber 110.

圧力制御機構116と圧力計により真空排気系117の排気速度を調整することができる。処理ガスの供給系109より供給される処理ガスの排気速度を制御して、プラズマ処理室110内の圧力を制御することができる。   The exhaust speed of the vacuum exhaust system 117 can be adjusted by the pressure control mechanism 116 and the pressure gauge. The pressure in the plasma processing chamber 110 can be controlled by controlling the exhaust speed of the processing gas supplied from the processing gas supply system 109.

図1に示すマイクロ波プラズマエッチング装置において、本実施例では真空排気系などを装置の中心軸から偏芯して設置したが、プラズマ処理室内のガス流れの軸対称性を考慮して、中心軸上に配置しても良い。装置構成は複雑となるが、処理室内ガス流れの軸対称性を高める効果がある。   In the microwave plasma etching apparatus shown in FIG. 1, in this embodiment, the vacuum exhaust system etc. is installed eccentrically from the central axis of the apparatus, but in consideration of the axial symmetry of the gas flow in the plasma processing chamber, the central axis It may be placed on top. Although the apparatus configuration is complicated, it has the effect of enhancing the axial symmetry of the gas flow in the processing chamber.

プラズマ処理室110の内壁をプラズマによる損傷から保護するために内筒120を設けている。内筒120の材質としてはプラズマ処理に悪影響を及ぼさないことが望ましく、本実施例では石英を用いた。内筒120の下部にはアース電極121を設けた。前述のRFバイアス電源のアースとして動作する。   An inner cylinder 120 is provided to protect the inner wall of the plasma processing chamber 110 from plasma damage. As a material of the inner cylinder 120, it is desirable not to adversely affect the plasma processing, and in the present embodiment, quartz was used. A ground electrode 121 is provided at the lower part of the inner cylinder 120. Acts as the ground for the aforementioned RF bias supply.

プラズマ処理室110の内筒120で保護されていない内面は、プラズマによって削れにくい材質でコーティングすることで保護している。本実施例では酸化イットリウムを溶射によりコーティングした。   The inner surface not protected by the inner cylinder 120 of the plasma processing chamber 110 is protected by coating with a material that is not easily scraped by plasma. In this example, yttrium oxide was coated by thermal spraying.

基板電極(試料台)112上に被処理基板111を搬送するための搬送路122がプラズマ処理室110に接続されている。プラズマ処理室は通常、減圧雰囲気に保持されているが、図示しないローダ、アンローダ、および搬送機構によりプラズマ処理室の減圧雰囲気を保持したまま被処理基板の搬入、搬出が可能となっている。   A transport path 122 for transporting the substrate to be processed 111 onto the substrate electrode (sample table) 112 is connected to the plasma processing chamber 110. The plasma processing chamber is normally maintained in a reduced pressure atmosphere, but a loader, an unloader, and a transfer mechanism (not shown) enable loading and unloading of the substrate while maintaining the reduced pressure atmosphere in the plasma processing chamber.

また、プラズマ処理室110と搬送路122を遮断するゲートバルブ123がゲートバルブ駆動機構124により駆動されている。被処理基板の搬入、搬出時などの場合を除き、基本的にプラズマ処理室はゲートバルブにより搬送路から遮断されており、外部からの汚染物質の混入やプラズマ処理室内から反応生成物や処理に用いる反応性ガスなどが装置内の他の場所に漏洩することを防止している。   In addition, a gate valve 123 which shuts off the plasma processing chamber 110 and the transfer path 122 is driven by the gate valve driving mechanism 124. Basically, the plasma processing chamber is shut off from the transfer path by the gate valve, except when loading and unloading the substrate to be processed, so that contamination from the outside or contamination from the plasma processing chamber can result in reaction products or processing. The reactive gas used is prevented from leaking to other places in the apparatus.

プラズマ処理室110の下部であって基板電極112の基板111が載せられる上面または搬送路122より下方の周囲には電磁石125が配置され、プラズマ処理室110を構成する容器の外周壁に少なくとも一部が埋め込まれて熱的に接してプラズマ処理室110に一体化されている。電磁石125の近傍にはゲートバルブ駆動機構124や真空排気系、基板電極に関連するRFバイアス電源などの機構が多く設置されており、電磁石125を設置可能な空間は少ない。処理室と一体化させることで電磁石125を他の機構と干渉することなく設置することができる。なお、小型化の観点のみであれば、磁石としては電磁石に限定されない。   An electromagnet 125 is disposed under the plasma processing chamber 110 and above the upper surface of the substrate electrode 112 on which the substrate 111 of the substrate electrode 112 is mounted or below the transport path 122, and at least a part of the outer peripheral wall of the container constituting the plasma processing chamber 110. Are embedded and in thermal contact with and integrated with the plasma processing chamber 110. Many mechanisms such as the gate valve driving mechanism 124 and the vacuum evacuation system and the RF bias power source related to the substrate electrode are installed near the electromagnet 125, and there is little space where the electromagnet 125 can be installed. By integrating with the processing chamber, the electromagnet 125 can be installed without interference with other mechanisms. In addition, if it is only a viewpoint of size reduction, as a magnet, it is not limited to an electromagnet.

電磁石に流す電流の値とその時の電圧値より電磁石の温度を求める方法を以下で説明する。所望の静磁界を得るために、電磁石に所定の直流電流を流す。その時の電磁石端子間の直流電圧値を測定する。直流電圧値を直流電流値で除した値が電磁石の抵抗値Rとなる。電磁石の抵抗値Rは式(1)に示すように、線材の断面積Sと長さLおよび抵抗率ρであらわされる。線材の断面積Sと長さLは既知なので、得られた抵抗値から抵抗率ρを求めることができる。   The method of obtaining the temperature of the electromagnet from the value of the current supplied to the electromagnet and the voltage value at that time will be described below. In order to obtain a desired static magnetic field, a predetermined direct current is applied to the electromagnet. Measure the DC voltage value between the electromagnet terminals at that time. The value obtained by dividing the DC voltage value by the DC current value is the resistance value R of the electromagnet. The resistance value R of the electromagnet is represented by the cross-sectional area S of the wire, the length L, and the resistivity ρ, as shown in equation (1). Since the cross-sectional area S and the length L of the wire are known, the resistivity ρ can be obtained from the obtained resistance value.

R=ρ×L/S (1)
R: 電磁石の抵抗値 [Ω]
ρ: 電磁石の線材の抵抗率 [Ω・m]
L: 電磁石の線材の長さ [m]
S: 電磁石の線材の断面積 [m
抵抗率ρは材質により固有の温度特性を持つことが知られている。図3に銅の場合の抵抗率ρの温度依存性を例示する。
R = ρ × L / S (1)
R: Resistance value of the electromagnet [Ω]
ρ: Resistivity of wire of electromagnet [Ω · m]
L: Magnet wire length [m]
S: Cross section of wire rod of electromagnet [m 2 ]
The resistivity ρ is known to have temperature characteristics specific to the material. The temperature dependency of the resistivity 性 in the case of copper is illustrated in FIG.

用いた線材の温度特性を保存しておき、測定した抵抗率ρと比較することで温度を算出することができる。抵抗率ρは概ね温度に対して直線的に変化するので、直線近似で温度を求めてもよい。さらに高い精度で求めたい場合や抵抗率の温度依存性が直線からずれる場合は、数値をテーブルで保存しスプライン曲線などの補間を行うことで温度を求めてもよい。   It is possible to calculate the temperature by storing the temperature characteristics of the used wire and comparing it with the measured resistivity ρ. Since the resistivity ρ changes substantially linearly with temperature, the temperature may be determined by linear approximation. When it is desired to obtain with higher accuracy or when the temperature dependency of resistivity deviates from a straight line, the temperature may be determined by storing numerical values in a table and performing interpolation such as spline curve.

電磁石の線材は電力損失低減の観点から抵抗率の低い材質を用いることが望ましく、本実施例では銅を用いた。   The wire material of the electromagnet is preferably made of a material having a low resistivity from the viewpoint of power loss reduction, and copper was used in this embodiment.

図2を用いて電磁石125を詳細に説明する。電磁石125はプラズマ処理室110の下部を構成する円柱状の部品となっている。円柱の上面と下面は真空シール可能な構造となっている。本実施例ではOリングにより真空シールを行った。電磁石の線材を巻くための部材201に直接、線材202を巻いている。   The electromagnet 125 will be described in detail with reference to FIG. The electromagnet 125 is a cylindrical component that constitutes the lower part of the plasma processing chamber 110. The upper and lower surfaces of the cylinder are vacuum sealable. In this example, vacuum sealing was performed by an O-ring. The wire 202 is wound directly on a member 201 for winding the wire of the electromagnet.

部材201内には冷媒を流すための冷媒流路203が設けられ、電磁石に通電することで発生する熱を排出することができる。電磁石の線材202として、本実施例では厚さ0.2mm、幅20mmの銅板を用いた。   A refrigerant flow path 203 for flowing the refrigerant is provided in the member 201, and the heat generated by energizing the electromagnet can be discharged. In the present embodiment, a copper plate 0.2 mm thick and 20 mm wide was used as the wire rod 202 of the electromagnet.

線材間の絶縁のために耐熱性の高いポリイミド製のシートを挟んだ。部材201の材質はアルミニウム合金とし、処理室内面側は前述の通り酸化イットリウムでコーティングした。   A highly heat resistant polyimide sheet was sandwiched for insulation between the wires. The material of the member 201 was an aluminum alloy, and the inner side of the processing chamber was coated with yttrium oxide as described above.

線材202と部材201の間には熱伝導率が高く電気絶縁性の高い樹脂を含浸した。これにより効率よく線材202で発生する熱を冷媒流路203より排出することができる。含浸する樹脂として本実施例ではエポキシ樹脂を用いた。   A resin having a high thermal conductivity and a high electrical insulation property was impregnated between the wire 202 and the member 201. Thus, the heat generated in the wire 202 can be efficiently discharged from the refrigerant flow path 203. An epoxy resin was used in this example as the resin to be impregnated.

冷媒流路203には図示しない冷媒流量の制御機が接続され、前述の通り電磁石の電流電圧から求めた処理室温度を所望の値に制御するため、冷媒流量を調節する。調節により電磁石と一体化された処理室の温度が所定の値に制御できる。冷媒流量の調節により電磁石の温度が制御されることは言うまでもない。   A controller for the flow rate of the refrigerant (not shown) is connected to the refrigerant flow path 203, and the flow rate of the refrigerant is adjusted in order to control the processing chamber temperature obtained from the current voltage of the electromagnet to a desired value. By adjustment, the temperature of the processing chamber integrated with the electromagnet can be controlled to a predetermined value. It goes without saying that the temperature of the electromagnet is controlled by adjusting the flow rate of the refrigerant.

なお、電磁石125を搬送路122の開口よりも下方または試料台(基板電極)112の上面よりも下方で処理室を囲んで配置することにより、処理室上部に設置された静磁界発生装置119では困難であった被処理基板近傍の磁場制御が可能となり、被処理基板近傍においてプラズマ発生領域を制御することが可能となる。また、温度制御された電磁石125を搬送路122の開口よりも下方または試料台112の上面よりも下方で処理室を囲んで配置することにより試料台周辺の温度が安定し、試料台自体の温度制御性が向上する。また、搬送路122の開口周辺または試料台周辺の処理室の内壁が加熱されるため反応生成物が付着し難くなり、搬送路122の開口周辺や試料台近傍における異物発生源を減少させることができる。   In the static magnetic field generator 119 installed at the upper portion of the processing chamber, the electromagnet 125 is disposed below the opening of the transfer path 122 or below the upper surface of the sample table (substrate electrode) 112 so as to surround the processing chamber. It becomes possible to control the magnetic field in the vicinity of the substrate to be processed which is difficult, and to control the plasma generation region in the vicinity of the substrate to be processed. In addition, by arranging the temperature-controlled electromagnet 125 below the opening of the transport path 122 or below the upper surface of the sample table 112 to surround the processing chamber, the temperature around the sample table becomes stable, and the temperature of the sample table itself Controllability is improved. In addition, since the inner wall of the processing chamber around the opening of the transfer path 122 or around the sample table is heated, reaction products are less likely to adhere, and foreign matter generation sources around the opening of the transfer path 122 and near the sample table can be reduced. it can.

本実施例では多段の電磁石(静磁界発生装置)119はプラズマ処理室110と一体化していない例を説明したが、一部または全部を一体化しても良い。   In this embodiment, an example in which the multistage electromagnet (static magnetic field generator) 119 is not integrated with the plasma processing chamber 110 has been described, but part or all of the electromagnets (static magnetic field generator) may be integrated.

以上、本実施例によれば、設置面積を低減できるプラズマ処理装置を提供することができる。また、構成が簡略化されたプラズマ処理装置を提供することができる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a plasma processing apparatus capable of reducing the installation area. In addition, a plasma processing apparatus with a simplified configuration can be provided.

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある構成の一部を他の構成に置き換えることも可能である。   The present invention is not limited to the embodiments described above, but includes various modifications. For example, the embodiments described above are described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. It is also possible to replace part of one configuration with another.

101…マイクロ波源、102…自動整合器、103…方形導波管、104…方形円形導波管変換器、105…円形導波管、106…空洞部、107…マイクロ波導入窓、108…シャワープレート、109…処理ガスの供給系、110…プラズマ処理室、111…被処理基板、112…基板電極(試料台)、113…自動整合器、114…RFバイアス電源、115…バルブ、116…圧力制御機構、117…真空排気系、118…アイソレータ、119…静磁界発生装置、120…内筒、121…アース電極、122…被処理基板搬送路、123…ゲートバルブ、124…ゲートバルブ駆動機構、125…処理室一体化電磁石、201…部材、202…線材、203…冷媒流路。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Microwave source, 102 ... Automatic matching machine, 103 ... Rectangular waveguide, 104 ... Rectangular circular waveguide converter, 105 ... Circular waveguide, 106 ... Cavity part, 107 ... Microwave introduction window, 108 ... Shower Plate: 109: processing gas supply system 110: plasma processing chamber 111: substrate to be processed 112: substrate electrode (sample table) 113: automatic alignment unit 114: RF bias power supply 115: valve 116: pressure Control mechanism, 117: Vacuum evacuation system, 118: Isolator, 119: Static magnetic field generator, 120: Inner cylinder, 121: Ground electrode, 122: Substrate transport path for processing, 123: Gate valve, 124: Gate valve drive mechanism, 125: treatment chamber integrated electromagnet, 201: member, 202: wire rod, 203: refrigerant flow path.

Claims (7)

真空容器の内部に配置され減圧された内側にプラズマが形成される処理室と、
この処理室内に配置され前記プラズマにより処理されるウエハが載せられる試料台と、
前記処理室内に前記プラズマを形成するために供給される電界を形成する手段と、
前記処理室の外周でこれを囲んで配置され当該処理室と一体に形成され、電力が供給されて前記プラズマを形成するための磁界を形成する磁石と、
前記電力の電圧、電流または前記磁石の抵抗値に基づいて前記磁石と前記処理室の温度を調節する調節器と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
A processing chamber disposed inside the vacuum vessel and in which the plasma is formed inside under reduced pressure;
A sample stage disposed in the processing chamber and on which a wafer to be processed by the plasma is placed;
Means for forming an electric field supplied to form the plasma in the processing chamber;
A magnet which is disposed around the periphery of the processing chamber and is integrally formed with the processing chamber and is supplied with electric power to form a static magnetic field for forming the plasma;
A regulator that regulates the temperature of the magnet and the processing chamber based on the voltage of the electric power, the current, or the resistance value of the magnet;
A plasma processing apparatus comprising:
請求項1に記載のプラズマ処理装置であって、
前記磁石が前記真空容器に配置され当該真空容器に接続されて前記ウエハが内側を搬送
される搬送路の開口より下方または前記処理室内の試料台の上面より下方で当該処理室を
囲んで配置されたことを特徴とするプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 1,
The magnet is disposed in the vacuum vessel and connected to the vacuum vessel, and is disposed below the opening of the transfer path through which the wafer is transported inside or below the upper surface of the sample table in the process chamber and surrounding the process chamber. A plasma processing apparatus characterized by
請求項1または2に記載のプラズマ処理装置であって、
前記処理室の上方または側方の周囲を囲んで配置され前記プラズマを形成するための磁
界を形成する別の磁石を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 1 or 2, wherein
A plasma processing apparatus, comprising: another magnet disposed around the upper or side periphery of the processing chamber to form a magnetic field for forming the plasma.
請求項1乃至3の何れか一項に記載のプラズマ処理装置であって、
前記電界がマイクロ波のものであ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 3, wherein
The plasma processing apparatus, wherein the electric field is of microwave.
真空容器の内部に配置され減圧された内側にプラズマが形成される処理室と、
前記処理室内に配置され前記プラズマにより処理される被処理基板が載せられる試料台
と、
前記処理室内に前記プラズマを形成するために供給される電界を形成する手段と、
前記処理室の外周を囲むように前記処理室に一体化して配置され静磁界を形成する電磁石と、
この電磁石を冷却する機構と
を備え、前記電磁石からの加熱または前記冷却する機構からの冷却により前記処理室の温度を調節することを特徴とするプラズマ処理装置。
A processing chamber disposed inside the vacuum vessel and in which the plasma is formed inside under reduced pressure;
A sample stage disposed in the processing chamber and on which a target substrate to be processed by the plasma is placed;
Means for forming an electric field supplied to form the plasma in the processing chamber;
An electromagnet disposed integrally with the processing chamber so as to surround the outer periphery of the processing chamber to form a static magnetic field ;
A mechanism for cooling this electromagnet and
And controlling the temperature of the processing chamber by heating from the electromagnet or cooling from the cooling mechanism .
請求項5に記載のプラズマ処理装置であって、
前記電磁石を構成するコイルの抵抗値を用いて前記処理室の温度を調節する調節器を更
に有することを特徴とするプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 5, wherein
The plasma processing apparatus, further comprising: a controller that adjusts the temperature of the processing chamber using a resistance value of a coil forming the electromagnet.
請求項5または6に記載のプラズマ処理装置であって、
前記電磁石は、前記試料台の上面より下方に配置されることを特徴とするプラズマ処理
装置。
The plasma processing apparatus according to claim 5 or 6, wherein
The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the electromagnet is disposed below an upper surface of the sample stage.
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