JPH0992490A - Helicon-wave plasma device and plasma processing method using the same - Google Patents

Helicon-wave plasma device and plasma processing method using the same

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JPH0992490A
JPH0992490A JP7239887A JP23988795A JPH0992490A JP H0992490 A JPH0992490 A JP H0992490A JP 7239887 A JP7239887 A JP 7239887A JP 23988795 A JP23988795 A JP 23988795A JP H0992490 A JPH0992490 A JP H0992490A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent local abnormalities in shape and unevenness of film thickness to enhance the accuracy and reliability of plasma processing by dispersing localized high-energy electrons in a bell jar using a dielectric buffer member having a tapered end. SOLUTION: A loop antenna 2 connected to a plasma-excitation RF power supply 11 is wound around a bell jar 1, and a solenoid coil 3 is provided outside it. A diffusion chamber 4 is connected to draw out a plasma P along a magnetic field diverging from the solenoid coil 3, so as to perform predetermined plasma processing on a wafer W on a stage 6. A bias-application RF power supply 14 is connected to the stage 6. Further, a ceramic ring 15 serving as a dielectric buffer member having a tapered end is placed inside the bell jar 1 to disperse localized high-energy electrons. Therefore, local abnormalities in the shape of a fine pattern and unevenness of film thickness that result from local charge accumulation are prevented to enhance the accuracy and reliability of the plasma processing.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体デバイス製造
等の微細加工分野に適用されるヘリコン波プラズマ装置
およびこれを用いたプラズマ処理方法に関し、特にプラ
ズマを励起させる円筒容器の半径r方向に発生する高エ
ネルギー電子の分布の偏りを緩和して、均一性の高いプ
ラズマ・エッチングやプラズマCVDを行う技術に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a helicon wave plasma apparatus applied to the field of microfabrication such as semiconductor device manufacturing and a plasma processing method using the same, and in particular, it is generated in the radius r direction of a cylindrical container for exciting plasma. The present invention relates to a technique for reducing uneven distribution of high-energy electrons and performing highly uniform plasma etching or plasma CVD.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年のVLSI,ULSIといった半導
体デバイスにおいては、高集積度化・高密度化に伴って
最小加工寸法の縮小、チップ面積の拡大、デバイス構造
や回路パターンの複雑化が加速しており、その加工や生
産を担うプラズマ・エッチング装置やプラズマCVD装
置に対しても、より一層の性能改善が要求されている。
たとえば、プラズマ・エッチング装置に関しては、優れ
た形状異方性、高選択性、寸法変換差の低減、実用的な
エッチング速度、大口径基板(ウェハ)に対応できる高
いエッチング均一性、低ダメージ性、低汚染性といった
互いに相反する要件を最大限に満足できるものでなけれ
ばならない。
2. Description of the Related Art In semiconductor devices such as VLSI and ULSI in recent years, the miniaturization of the minimum processing size, the increase of the chip area, the complication of the device structure and the circuit pattern are accelerated as the integration density and the density are increased. Therefore, further improvement in performance is also required for the plasma etching apparatus and the plasma CVD apparatus that are responsible for the processing and production.
For example, regarding plasma etching equipment, excellent shape anisotropy, high selectivity, reduction of dimensional conversion difference, practical etching rate, high etching uniformity for large-diameter substrates (wafers), low damage, It must be able to maximize the conflicting requirements of low pollution.

【0003】これらの性能改善を図るために、電子サイ
クロトロン共鳴(ECR)プラズマや誘導結合プラズマ
等、1011/cm3 以上のオーダーのプラズマ密度を達
成できるいわゆる高密度プラズマ装置が幾つか提案され
ている。かかる高密度プラズマ装置の中でも期待の大き
い装置のひとつに、ヘリコン波を用いてプラズマを励起
するヘリコン波プラズマ装置がある。ヘリコン波とは、
気体プラズマ中を伝搬するホイスラーと呼ばれる右回り
円偏波の一種であり、方位角モード数mに応じた円筒座
標系のθ方向への旋回を伴う点で電子サイクロトロン波
と相違している。
In order to improve these performances, some so-called high-density plasma devices, such as electron cyclotron resonance (ECR) plasma and inductively coupled plasma, which can achieve a plasma density on the order of 10 11 / cm 3 or more have been proposed. There is. Among such high-density plasma devices, one of the most promising devices is a helicon wave plasma device that excites plasma using a helicon wave. What is a helicon wave?
It is a kind of right-handed circularly polarized wave called Heusler that propagates in gas plasma, and differs from the electron cyclotron wave in that the cylindrical coordinate system is rotated in the θ direction according to the azimuth mode number m.

【0004】このヘリコン波で励起されるヘリコン波プ
ラズマは、極めて高いイオン化率を特色としているが、
これにはプラズマによるヘリコン波の減衰機構として、
衝突減衰の他に無衝突減衰が関与しているからである。
中でもプラズマの高密度化に重要な役割を果たしている
のは、無衝突減衰の一種であるランダウ(Landa
u)減衰であると考えられている。ランダウ減衰とは、
ヘリコン波の位相速度とほぼ等しい速度で磁力線方向に
運動する共鳴電子が、ヘリコン波の作る電界により直流
的に加速され続ける結果、ヘリコン波のエネルギーを吸
収する現象である。プラズマ中にはヘリコン波より高速
の電子と低速の電子の双方が存在するが、マクスウェル
分布によれば低速の電子の方が若干多いため、このよう
なヘリコン波からのエネルギー吸収が可能となる。かか
るエネルギー吸収機構により生成された高エネルギー電
子がガス分子の解離に関与するために、ヘリコン波プラ
ズマでは1013/cm3 以上のオーダーのプラズマ密度
が達成される。
Although the helicon wave plasma excited by this helicon wave is characterized by an extremely high ionization rate,
For this, as a helicon wave attenuation mechanism by plasma,
This is because collision-free damping is involved in addition to collision damping.
In particular, Landa, which is a kind of collisionless damping, plays an important role in increasing the density of plasma.
u) It is considered to be damping. What is Landau damping?
This is a phenomenon in which the resonance electrons moving in the direction of the magnetic force line at a velocity almost equal to the phase velocity of the helicon wave continue to be accelerated in a direct current by the electric field created by the helicon wave, and as a result, the energy of the helicon wave is absorbed. Although there are both faster and slower electrons than the helicon wave in the plasma, the Maxwell distribution shows that the number of slower electrons is a little larger, and thus it is possible to absorb energy from such helicon waves. Since the high-energy electrons generated by such an energy absorption mechanism participate in the dissociation of gas molecules, the helicon wave plasma achieves a plasma density of the order of 10 13 / cm 3 or more.

【0005】図8に、一般的なヘリコン波プラズマ装置
の構成を示す。この装置のプラズマ生成部は、ヘリコン
波プラズマPを生成させるための円筒容器であるベルジ
ャ31、このベルジャ31の周囲に巻回されるループ・
アンテナ32、上記ループ・アンテナ32のさらに外側
にてベルジャ31を周回し、その軸z方向に沿った磁界
を生成させるソレノイド・コイル33を主な構成要素と
する。上記ベルジャ31は石英等の誘電体材料にて構成
される。また、上記ループ・アンテナ32は、マッチン
グ・ネットワーク40を介してプラズマ励起用RF電源
41に接続され、その巻回様式に応じてm=0モードも
しくはm=1モードのヘリコン波を発生させるようにな
されている。
FIG. 8 shows the configuration of a general helicon wave plasma device. The plasma generation unit of this device includes a bell jar 31 which is a cylindrical container for generating helicon wave plasma P, and a loop wound around the bell jar 31.
The antenna 32 and a solenoid coil 33 that orbits the bell jar 31 further outside the loop antenna 32 and generates a magnetic field along the axis z direction are the main constituent elements. The bell jar 31 is made of a dielectric material such as quartz. Further, the loop antenna 32 is connected to a plasma excitation RF power source 41 via a matching network 40 so as to generate a helicon wave of m = 0 mode or m = 1 mode depending on the winding mode. Has been done.

【0006】ここで、m=0モードにおける電界パター
ンは、位相角ψ=0では純粋に電磁的である。位相角ψ
=π/2では純粋に静電的な放射状パターンである。そ
の中間の方位角ψでは電磁的と静電的の中間的な螺旋状
パターンを示す。m=0モードのヘリコン波プラズマ
は、シンプルな1回巻きアンテナで励起することができ
る。一方のm=1モードは常に電磁成分と静電成分の混
合であり、その電界パターンはヘリコン波の伝搬と共に
単純に時計方向に回転する。m=1モードのヘリコン波
プラズマは、ダブル・ループ型のアンテナを用いると、
電界に直交する時間依存型の磁界に誘導結合する形で励
起される。
Here, the electric field pattern in the m = 0 mode is purely electromagnetic at the phase angle ψ = 0. Phase angle ψ
= Π / 2 is a purely electrostatic radial pattern. An intermediate azimuth angle ψ shows an intermediate electromagnetic and electrostatic spiral pattern. Helicon wave plasma of m = 0 mode can be excited by a simple one-turn antenna. On the other hand, the m = 1 mode is always a mixture of an electromagnetic component and an electrostatic component, and its electric field pattern simply rotates in the clockwise direction with the propagation of the helicon wave. The helicon wave plasma of m = 1 mode uses a double loop type antenna,
It is excited by inductive coupling to a time-dependent magnetic field orthogonal to the electric field.

【0007】上記ベルジャ31には、拡散チャンバ34
が接続されている。これは、上記ソレノイド・コイル3
3が形成する発散磁界に沿ってヘリコン波プラズマPを
引き出すことにより、内部に収容されたステージ36の
上のウェハWに対して所定のプラズマ処理を行うための
処理室である。上記ステージ36は、絶縁部材を用いて
拡散チャンバ34の壁面から絶縁されており、また、そ
の脚部にはブロッキング・コンデンサ42やマッチング
・ネットワーク43を介してバイアス印加用RF電源4
4が接続されている。プラズマ処理に必要なガスは、拡
散チャンバ34の内部を図示されない排気系統により排
気孔37を通じて矢印A方向に高真空排気した後、天井
部に開口されるガス供給管35より矢印B方向から供給
される。さらに、拡散チャンバ34の側壁面にはゲート
・バルブ38が設けられ、たとえば図示されないロード
・ロック室等との間でウェハWを搬送可能となされてい
る。
The bell jar 31 includes a diffusion chamber 34.
Is connected. This is the solenoid coil 3
3 is a processing chamber for drawing a helicon wave plasma P along a divergent magnetic field formed by 3 to perform a predetermined plasma processing on the wafer W on the stage 36 housed inside. The stage 36 is insulated from the wall surface of the diffusion chamber 34 by using an insulating member, and the legs thereof have a blocking capacitor 42 and a matching network 43 in between, and a bias application RF power source 4 is provided.
4 are connected. The gas required for plasma processing is supplied from the gas supply pipe 35 opened in the ceiling in the direction of arrow B after high-vacuum exhausting the inside of the diffusion chamber 34 through the exhaust hole 37 in the direction of arrow A by an exhaust system (not shown). It Further, a gate valve 38 is provided on the side wall surface of the diffusion chamber 34 so that the wafer W can be transferred to, for example, a load lock chamber or the like (not shown).

【0008】さらに、上記拡散チャンバ34の外部に
は、上記ステージ36近傍における発散磁界を収束さ
せ、またチャンバ壁によるプラズマ中の電子や活性種の
消滅を抑制するために、補助磁界生成手段としてマルチ
ポール磁石39が配設されている。
Further, outside the diffusion chamber 34, a divergent magnetic field in the vicinity of the stage 36 is converged, and in order to suppress the disappearance of electrons and active species in plasma by the chamber wall, a multi-purpose auxiliary magnetic field generating means is used. A pole magnet 39 is arranged.

【0009】ヘリコン波プラズマは、その生成に強磁場
を必要とするECRプラズマに比べてプラズマの面内均
一性や再現性にも優れている。本発明者は、ヘリコン波
プラズマ装置による6インチ径ウェハ上でのAl系多層
膜のドライエッチングにおいて、面内均一性±5%以
内、ウェハ間均一性±5%以内の良好な特性を確認して
いる。
Helicon wave plasma is superior in in-plane uniformity and reproducibility of plasma as compared with ECR plasma which requires a strong magnetic field for its generation. The present inventor has confirmed good characteristics of in-plane uniformity within ± 5% and inter-wafer uniformity within ± 5% in dry etching of an Al-based multilayer film on a 6-inch diameter wafer by a helicon wave plasma device. ing.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】ところで、ヘリコン波
プラズマの均一性は、上述のようにECRプラズマに比
べれば相対的には優位であるが、今後の半導体デバイス
の一層の微細化およびチップ面積の拡大に伴う大口径ウ
ェハへの対応を考えると、絶対的な均一性には未だ改善
の余地がある。たとえば、第41回応用物理学関係連合
講演会(1994年春季年会)講演予稿集p.46,演
題番号31p−ZE−2には、商用装置と基本構成が類
似したRFループ・アンテナ励起によるヘリコン波プラ
ズマ装置において、アンテナ領域でのm=0モードのヘ
リコン波プラズマの電子分布の空間構造を光学的に計測
した結果が報告されている。この研究によると、m=0
モードのヘリコン波の波形態に相関して、円筒容器内の
高エネルギー電子分布に同心円状の偏りが発生してい
る。
By the way, although the uniformity of the helicon wave plasma is relatively superior to that of the ECR plasma as described above, further miniaturization of semiconductor devices and chip area There is still room for improvement in absolute uniformity when considering the large-diameter wafers that accompany expansion. For example, Proceedings of the 41st Joint Lecture on Applied Physics (Spring Annual Meeting 1994) p. 46, Abstract No. 31p-ZE-2, the spatial structure of the electron distribution of the m = 0 mode helicon wave plasma in the antenna region in the helicon wave plasma device by RF loop antenna excitation similar in basic configuration to the commercial device. The result of optical measurement of is reported. According to this study, m = 0
Concentric deviations are generated in the distribution of high-energy electrons in the cylindrical container in correlation with the morphology of the modal helicon wave.

【0011】図9は、m=0モードにおける高エネルギ
ー電子の偏在を概念的に説明するための図である。
(a)図は、ベルジャの半径r方向における高エネルギ
ー電子密度分布を示しており、着色部分は電子温度Te
が10eVよりも大きい分布極大領域を示す。この偏り
は、プラズマが拡散磁界によってプラズマ源からウェハ
面に向かう流束となって輸送される際にも、ほぼそのま
ま保存される。(b)図は、この様子を示すグラフであ
り、規格化した飽和電子電流密度をウェハ径に沿ってプ
ロットすると、(a)図におけるドーナツ状の分布極大
領域に対応したピークが現れる。
FIG. 9 is a view for conceptually explaining uneven distribution of high-energy electrons in the m = 0 mode.
The figure (a) shows the high-energy electron density distribution in the direction of the radius of the bell jar, and the colored portion shows the electron temperature Te.
Shows a distribution maximum region larger than 10 eV. This bias is preserved almost as it is even when the plasma is transported as a flux from the plasma source toward the wafer surface by the diffusion magnetic field. FIG. 6B is a graph showing this state. When the normalized saturated electron current density is plotted along the wafer diameter, a peak corresponding to the donut-shaped distribution maximum region in FIG.

【0012】一方、図10は、m=1モードについて同
様に高エネルギー電子の偏在を示した図である。m=1
モードの場合は、ベルジャの軸zを中心とする領域にお
いて電子密度が高くなる。
On the other hand, FIG. 10 is a diagram showing uneven distribution of high-energy electrons similarly in the m = 1 mode. m = 1
In the case of the mode, the electron density becomes high in the region centered on the axis z of the bell jar.

【0013】いずれのモードを採用するにしても、かか
る高エネルギー電子の偏在は、プラズマ処理に不都合を
もたらす。この問題を、Al系多層膜のドライエッチン
グを例として、図11を参照しながら説明する。
Regardless of which mode is adopted, the uneven distribution of high-energy electrons causes inconvenience in plasma processing. This problem will be described with reference to FIG. 11 by taking dry etching of an Al-based multilayer film as an example.

【0014】図11は、Si基板51上に成膜されたS
iOx層間絶縁膜52の上で、レジスト・マスク57
(PR)を用いるドライエッチングによりAl系配線パ
ターン56を形成した状態を示している。ここで、上記
Al系配線パターン56は、下層側から順にTiNバリ
ヤメタル・パターン53n(添字nはノッチング形状を
呈することを表す。)、Al−1%Siパターン54a
(添字aは異方性形状を呈することを表す。)、TiN
反射防止膜パターン55aが積層されたものである。
FIG. 11 shows the S formed on the Si substrate 51.
A resist mask 57 is formed on the iOx interlayer insulating film 52.
It shows a state in which the Al-based wiring pattern 56 is formed by dry etching using (PR). Here, the Al-based wiring pattern 56 is a TiN barrier metal pattern 53n (subscript n represents a notching shape) and an Al-1% Si pattern 54a in order from the lower layer side.
(The subscript a indicates that it has an anisotropic shape.), TiN
The antireflection film pattern 55a is laminated.

【0015】ここで、上記TiNバリヤメタル・パター
ン53nにノッチングと呼ばれる切欠き形状が生じてい
るのは、ヘリコン波プラズマ中の高エネルギー電子の偏
りがウェハ上に局所的な電荷蓄積をもたらし、これによ
りイオンの軌道が曲がり、イオン・アシスト機構がウェ
ハ面に対して垂直に働かなくなるからである。すなわ
ち、TiN反射防止膜やAl−1%Si膜のエッチング
時は、被エッチング領域に十分な厚さの導電膜が存在し
ているため、ウェハ上での電荷蓄積はそれほど問題とな
らず、よってこれらの膜は比較的、異方性加工され易
い。しかし、TiNバリヤメタルのエッチング時は、被
エッチング領域に十分量の導電膜が存在せず、しかも下
地はSiOx層間絶縁膜52であるから、ウェハ表面に
蓄積された電荷はリークされ難くなり、結果的にウェハ
近傍におけるイオンの入射軌道を曲げてしまう。このた
めに、パターンの側壁面からもイオン・アシスト機構が
働き、TiNバリヤメタル・パターン53nにノッチン
グが生ずる。
Here, the notch shape called notching is formed in the TiN barrier metal pattern 53n because the bias of high energy electrons in the helicon wave plasma causes local charge accumulation on the wafer. This is because the orbits of the ions bend and the ion assist mechanism does not work perpendicularly to the wafer surface. That is, when the TiN antireflection film or the Al-1% Si film is etched, since the conductive film having a sufficient thickness exists in the region to be etched, charge accumulation on the wafer is not so problematic. These films are relatively easy to be anisotropically processed. However, at the time of etching the TiN barrier metal, a sufficient amount of the conductive film does not exist in the region to be etched and the underlying layer is the SiOx interlayer insulating film 52, so that the charges accumulated on the wafer surface are less likely to leak, resulting in In addition, the ion trajectory of the ions near the wafer is bent. Therefore, the ion assist mechanism also works from the side wall surface of the pattern, causing notching in the TiN barrier metal pattern 53n.

【0016】蓄積電荷に起因する問題はCVDにおいて
も発生する。CVDの場合は、堆積種の入射軌道や平坦
化効果を担うイオンの入射軌道が曲がることにより、た
とえば配線間スペースが絶縁膜により十分に埋め込まれ
ずにボイドが発生する等の不都合が生ずる。
Problems caused by accumulated charges also occur in CVD. In the case of CVD, the incident orbit of the deposited species and the ion orbit of the ions responsible for the flattening effect are bent, which causes inconvenience, for example, that the space between the wirings is not sufficiently filled with the insulating film and a void is generated.

【0017】従来は、これらノッチングや膜厚の不均一
化に対処するために、拡散磁界の勾配や磁束密度、ある
いはループ・アンテナの供給電力の最適化を図ってきた
が、これらの最適化はプラズマ・マージンの観点から、
必ずしも容易ではなかった。そこで本発明は、かかる従
来の課題に鑑みて提案されるものであり、大口径ウェハ
上でドライエッチングやCVDを行うに際し、基本特性
および低ダメージ性に優れ、特に局所的な電荷蓄積等に
起因する形状異常を防止することが可能なヘリコン波プ
ラズマ装置およびこれを用いたプラズマ処理方法を提案
することを目的とする。
Conventionally, in order to deal with the notching and the nonuniformity of the film thickness, the gradient of the diffusion magnetic field, the magnetic flux density, or the power supplied to the loop antenna has been optimized. From the perspective of plasma margin
It was not always easy. Therefore, the present invention is proposed in view of such conventional problems, and when dry etching or CVD is performed on a large-diameter wafer, it is excellent in basic characteristics and low damage, and is particularly caused by local charge accumulation or the like. It is an object of the present invention to propose a helicon wave plasma device capable of preventing such abnormal shape and a plasma processing method using the same.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明では、ヘリコン波
プラズマ装置の円筒容器の半径r方向、軸z方向および
方位角θ方向に各々対応した誘導電界成分Eと誘導磁界
成分Bで表現されるヘリコン波の波形態、ならびにヘリ
コン波の衝突減衰および無衝突減衰に応じて該円筒容器
内に発生する高エネルギー電子の局部的な密度差を緩和
させるために、この円筒容器内に誘電体緩衝部材を配
し、これにより局在している高エネルギー電子を分散さ
せる。
According to the present invention, an induction electric field component E and an induction magnetic field component B respectively correspond to a radius r direction, an axis z direction and an azimuth angle θ direction of a cylindrical container of a helicon wave plasma device. In order to reduce the local density difference of high-energy electrons generated in the cylindrical container according to the wave form of the helicon wave and the collisional damping and the collisionless damping of the helicon wave, a dielectric buffer member is provided in the cylindrical container. To disperse the localized high-energy electrons.

【0019】上記緩衝部材の形状は、軸z方向の電界成
分Eと磁界成分Bの進行を妨げず、またヘリコン波のモ
ードを変化させることのない様、前記円筒容器の軸zに
垂直な仮想面におけるその断面積が該軸z方向の少なく
とも一部にわたって単調に増大する形状とする。また、
この緩衝部材の設置様式は、上記断面積が最小となるそ
の先端部を、前記円筒容器の半径r方向における高エネ
ルギー電子の分布極大領域の中心に略々合致させた様式
とする。これにより、高エネルギー電子の局在が効果的
に分散される。
The shape of the buffer member is a virtual line perpendicular to the axis z of the cylindrical container so that the electric field component E and the magnetic field component B in the direction of the axis z are not hindered and the mode of the helicon wave is not changed. The shape is such that its cross-sectional area in the plane increases monotonically over at least a part of the axis z direction. Also,
The buffer member is installed in such a manner that the tip end portion of which the above-mentioned cross-sectional area is minimum is made to substantially coincide with the center of the maximum distribution region of high-energy electrons in the radius r direction of the cylindrical container. This effectively disperses the localization of high-energy electrons.

【0020】ところで、円筒容器の半径r方向の高エネ
ルギー電子分布はヘリコン波の伝搬モードによって異な
るので、上記緩衝部材の形状もこれに合わせて最適なも
のを選択する必要がある。たとえば、伝搬モードがm=
0モードである場合は、高エネルギー電子が軸zの回り
に同心円状に局在するので、これを緩和させるために、
該軸zに垂直な仮想面における断面形状が円環状の緩衝
部材を使用する。
By the way, since the distribution of high-energy electrons in the radius r direction of the cylindrical container differs depending on the propagation mode of the helicon wave, it is necessary to select the optimum shape of the buffer member according to this. For example, if the propagation mode is m =
In the 0 mode, high-energy electrons are localized concentrically around the axis z.
A buffer member having an annular cross section in an imaginary plane perpendicular to the axis z is used.

【0021】また、m=1モードの場合は、局在領域が
軸z上に発生するので、これを緩和させるために、軸z
に垂直な仮想面における断面形状が円形の緩衝部材を円
筒容器の中心に配する。つまり、m=1モードの場合に
は、少なくとも先端部が円錐状の緩衝部材を、軸zに合
わせて配することになる。
In the case of m = 1 mode, a localized region is generated on the axis z.
A cushioning member having a circular cross-sectional shape on an imaginary plane perpendicular to is arranged at the center of the cylindrical container. That is, in the case of m = 1 mode, at least a conical cushioning member having a tip end portion is arranged in alignment with the axis z.

【0022】いずれのモードを採用するにしても、後は
このヘリコン波プラズマ装置を通常と同様に稼働させる
ことにより、高エネルギー電子分布を改善しながら各種
のプラズマ処理を行うことが可能となる。
Whichever mode is adopted, thereafter, by operating this helicon wave plasma device in the same manner as usual, various plasma treatments can be performed while improving the high energy electron distribution.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】円筒座標系において、半径r方向
の誘導電界成分をEr 、方位角θ方向の誘導電界成分を
Eθ、軸z方向の誘導電界成分をEz 、半径r方向の誘
導磁界成分をBr 、方位角θ方向の誘導磁界成分をB
θ、軸z方向の誘導磁界成分をBz とそれぞれ規定する
と、ヘリコン波の波形態は次式[1]〜[3]で表され
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In a cylindrical coordinate system, an induced electric field component in the radius r direction is Er, an induced electric field component in the azimuth angle θ direction is Eθ, an induced electric field component in the axis z direction is Ez, and an induced magnetic field component in the radius r direction. Is Br, and the induced magnetic field component in the azimuth angle θ direction is B
When the induced magnetic field component in the θ direction and the axis z direction is defined as Bz, the wave form of the helicon wave is expressed by the following equations [1] to [3].

【0024】[0024]

【数1】 [Equation 1]

【0025】ここで、kはヘリコン波の波数、ωはヘリ
コン波の角周波数、Aは定数、Tは直交波数、mは方位
角モード数、Jm(Tr)はベッセル関数、J'm(Tr) はそ
の微分、ωp は電子プラズマ周波数、ωc は電子サイク
ロトロン周波数、cは光速である。
[0025] Here, k is a helicon wave of wave number, omega is helicon wave angular frequency, A is a constant, T is the orthogonal wave number, m is the azimuthal mode number, J m (Tr) is the Bessel function, J 'm ( Tr) is the derivative, ω p is the electron plasma frequency, ω c is the electron cyclotron frequency, and c is the speed of light.

【0026】ここで、m=0モードの場合、次式[4]Here, in the case of m = 0 mode, the following equation [4]

【0027】[0027]

【数2】 [Equation 2]

【0028】で示される回帰関係式よりJ-1=−J1
およびJ'0=−TJ1であるから、式[1]〜[3]は
それぞれ次式[5]〜[7]のように変形される。
From the regression relational expression shown by J −1 = −J 1 ,
And J ′ 0 = −TJ 1 , the equations [1] to [3] are transformed into the following equations [5] to [7], respectively.

【0029】[0029]

【数3】 (Equation 3)

【0030】ここで、r=a(半径)の時、境界条件を
1(Ta)=0と置くと、放射モード数の最も小さい根T
a は、k/αの値に無関係に3.83となる。Br とB
θは共にr/a=1.84/3.83の地点で最大とな
る。
Here, when r = a (radius) and the boundary condition is J 1 (Ta) = 0, the root T of the smallest radiation mode number is
a becomes 3.83 regardless of the value of k / α. Br and B
Both θ are maximum at the point of r / a = 1.84 / 3.83.

【0031】一方、m=1モードでは、式[1]〜
[3]は次式[8]〜[10]のように書き替えられ
る。
On the other hand, in the m = 1 mode, equations [1] to
[3] can be rewritten as the following expressions [8] to [10].

【0032】[0032]

【数4】 [Equation 4]

【0033】ここで、前述の式[4]で表される回帰関
係式よりJ1 =(Tr/2m)(J0+J2)、 およびJ'1
=(T/2)(J0−J2) であるから、式[8],[9]
はさらに次式[11],[12]のように書ける。
Here, J 1 = (Tr / 2m) (J 0 + J 2 ), and J ′ 1 from the regression relational expression represented by the above-mentioned formula [4].
= (T / 2) (J 0 −J 2 ), equations [8] and [9]
Can be further written as the following equations [11] and [12].

【0034】[0034]

【数5】 (Equation 5)

【0035】m=1モードでは、電界パターンはm=0
モードの場合とは異なり、k/αの値に応じて変化す
る。k/αの各値についてTの値は、式[12]の解と
して求められる。すなわち、次式[13]を解くことで
求められる。
In the m = 1 mode, the electric field pattern is m = 0.
Unlike the case of the mode, it changes according to the value of k / α. The value of T for each value of k / α is determined as the solution of equation [12]. That is, it is obtained by solving the following equation [13].

【0036】[0036]

【数6】 (Equation 6)

【0037】また、m=1モードの電界線が集束する半
径上の地点r0 は、式[11]の解として求められる。
すなわち、次式[14]を解くことで求められる。
The point r 0 on the radius where the electric field lines of the m = 1 mode are focused can be obtained as the solution of the equation [11].
That is, it can be obtained by solving the following equation [14].

【0038】[0038]

【数7】 (Equation 7)

【0039】波のエネルギー吸収はJm(Tr)によって変
化する。
Wave energy absorption varies with J m (Tr).

【0040】ヘリコン波プラズマ中の高エネルギー電子
の密度分布は、上述のような誘導電界成分Eと誘導磁界
成分Bの存在下で衝突減衰と無衝突減衰が生ずることに
よりもたらされる。本発明では、高エネルギー電子の局
在を、誘電体からなる緩衝部材を円筒容器内に設置する
ことにより分散させる。以下、本発明の具体的な実施の
形態として、ヘリコン波プラズマ装置の構成例とこれを
用いたAl系配線膜のドライエッチングについて説明す
る。
The density distribution of high-energy electrons in the helicon wave plasma is brought about by the collision damping and the collisionless damping in the presence of the induced electric field component E and the induced magnetic field component B as described above. In the present invention, the localization of high-energy electrons is dispersed by placing a buffer member made of a dielectric material in the cylindrical container. As a specific embodiment of the present invention, a configuration example of a helicon wave plasma device and dry etching of an Al-based wiring film using the same will be described below.

【0041】第1の実施の形態 ここでは、m=0モードのヘリコン波プラズマを励起さ
せるプラズマ装置について、図1を参照しながら説明す
る。
First Embodiment Here, a plasma apparatus for exciting helicon wave plasma of m = 0 mode will be described with reference to FIG.

【0042】この装置のプラズマ生成部は、ヘリコン波
プラズマPを生成させるための円筒容器であるベルジャ
1、このベルジャ1の周囲に巻回される1回巻きループ
・アンテナ2、上記1回巻きループ・アンテナ2のさら
に外側にてベルジャ1を周回し、その軸z方向に沿った
磁界を生成させるソレノイド・コイル3を主な構成要素
とする。上記ベルジャ1は石英等の誘電体材料にて構成
される。また、上記ループ・アンテナ2は、マッチング
・ネットワーク10を介してプラズマ励起用RF電源1
1に接続されている。ここでは、プラズマ励起用RF電
源11の周波数を13.56MHzとした。
The plasma generating unit of this apparatus includes a bell jar 1 which is a cylindrical container for generating helicon wave plasma P, a one-turn loop antenna 2 wound around the bell jar 1, and the one-turn loop. The main component is a solenoid coil 3 that orbits the bell jar 1 outside the antenna 2 and generates a magnetic field along the axis z direction. The bell jar 1 is made of a dielectric material such as quartz. In addition, the loop antenna 2 is a plasma excitation RF power source 1 via a matching network 10.
1 connected. Here, the frequency of the RF power source 11 for plasma excitation was 13.56 MHz.

【0043】上記ベルジャ1には、拡散チャンバ4が接
続されている。これは、上記ソレノイド・コイル3が形
成する発散磁界に沿ってヘリコン波プラズマPを引き出
すことにより、内部に収容されたステージ6の上のウェ
ハWに対して所定のプラズマ処理を行うための処理室で
ある。
A diffusion chamber 4 is connected to the bell jar 1. This is a processing chamber for performing a predetermined plasma processing on the wafer W on the stage 6 housed inside by drawing out the helicon wave plasma P along the divergent magnetic field formed by the solenoid coil 3. Is.

【0044】上記ステージ6は、絶縁部材を用いて拡散
チャンバ4の壁面から絶縁されている。この他、図示さ
れない静電チャック機構、冷却機構(エッチング用)あ
るいは加熱機構(CVD用)のいずれか、および冷却ガ
ス流路が適宜配設されている。ステージ6の脚部にはブ
ロッキング・コンデンサ12やマッチング・ネットワー
ク13を介してバイアス印加用RF電源14が接続され
ている。プラズマ処理に必要なガスは、拡散チャンバ4
の内部を図示されない排気系統により排気孔7を通じて
矢印A方向に高真空排気した後、天井部に開口されるガ
ス供給管5より矢印B方向から供給される。さらに、拡
散チャンバ4の側壁面にはゲート・バルブ8が設けら
れ、たとえば図示されないロード・ロック室等との間で
ウェハWを搬送可能となされている。
The stage 6 is insulated from the wall surface of the diffusion chamber 4 by using an insulating member. In addition, an electrostatic chuck mechanism (not shown), a cooling mechanism (for etching) or a heating mechanism (for CVD), and a cooling gas flow path are appropriately provided. An RF power supply 14 for bias application is connected to the legs of the stage 6 via a blocking capacitor 12 and a matching network 13. The gas required for plasma processing is the diffusion chamber 4
After high-vacuum-exhausting the inside of the chamber in the direction of arrow A through an exhaust hole 7 by an exhaust system (not shown), the gas is supplied in the direction of arrow B from a gas supply pipe 5 opened at the ceiling. Further, a gate valve 8 is provided on the side wall surface of the diffusion chamber 4 so that the wafer W can be transferred to, for example, a load lock chamber or the like (not shown).

【0045】さらに、上記拡散チャンバ4の外部には、
上記ステージ6近傍における発散磁界を収束させ、また
チャンバ壁によるプラズマ中の電子や活性種の消滅を抑
制するために、補助磁界生成手段としてマルチポール磁
石9が配設されている。このマルチポール磁石9は、拡
散チャンバ4内にマルチカスプ磁場を生成させてプラズ
マ閉じ込めを行うものである。なお、このマルチポール
磁石9の配設位置は、図示される例に限られず、たとえ
ばウェハ・ステージ6の支柱の周囲等の他の場所であっ
ても良い。さらにあるいは、これをソレノイド・コイル
に置き換え、ミラー磁場の形成によってプラズマ閉じ込
めを行うようにしても良い。
Further, outside the diffusion chamber 4,
In order to converge the divergent magnetic field in the vicinity of the stage 6 and to suppress the disappearance of electrons and active species in the plasma by the chamber wall, a multi-pole magnet 9 is provided as an auxiliary magnetic field generating means. The multi-pole magnet 9 generates a multi-cusp magnetic field in the diffusion chamber 4 to confine plasma. The arrangement position of the multi-pole magnet 9 is not limited to the example shown in the figure, and may be another place such as around the support of the wafer stage 6. Further alternatively, this may be replaced by a solenoid coil, and the plasma may be confined by forming a mirror magnetic field.

【0046】本発明のヘリコン波プラズマ装置は、かか
る従来の一般的な構成に加え、ベルジャ1の内部にセラ
ミック・リング15が配されている点を最大の特色とし
ている。このセラミック・リング15を、図2に示す。
ここで、(a)図は(b)図のX−X線断面図、すなわ
ち軸zを含む仮想面による断面図である。このセラミッ
ク・リング15は、単なる円形パイプ状ではなく、その
先端部15tから軸z方向の途中までが、一定の頂角p
をもって広がるようなX−X線断面形状となされてい
る。この頂角pは、おおよそ30゜までの範囲で選択す
れば良い。したがって、このセラミック・リング15の
軸zに垂直な仮想面における断面形状は円環状である
が、このときの断面積は該軸z方向の少なくとも一部に
わたって単調に増大する。
The helicon wave plasma apparatus of the present invention is characterized by the ceramic ring 15 disposed inside the bell jar 1 in addition to the conventional general structure. This ceramic ring 15 is shown in FIG.
Here, FIG. 10A is a sectional view taken along line XX in FIG. 11B, that is, a sectional view taken along a virtual plane including the axis z. The ceramic ring 15 is not a simple circular pipe shape, but has a constant apex angle p from the tip portion 15t to the middle in the axis z direction.
It has a cross-sectional shape taken along the line X-X. The apex angle p may be selected within a range of up to about 30 °. Therefore, the sectional shape of the ceramic ring 15 in an imaginary plane perpendicular to the axis z is annular, but the sectional area at this time monotonically increases over at least part of the axis z direction.

【0047】さらに、本発明ではこのセラミック・リン
グ15の配設位置が重要である。すなわち、上記先端部
15tは、上記ベルジャ1の半径r方向における高エネ
ルギー電子の分布極大領域の中心に略々合致するごとく
配設される。すなわち、前出の図9の(a)図におい
て、電子温度Te >10eVの領域を表す着色部分の中
心線(破線で示した。)に、上記先端部15tを略々合
致させる。かかる配設位置は、上記セラミック・リング
15の下方側壁面に取り付けられている支持部材16の
高さ調整を行うことにより決定する。なお、この支持部
材16の端部は、拡散チャンバ4の天井部に固定されて
いる。
Further, in the present invention, the disposition position of the ceramic ring 15 is important. That is, the tip portion 15t is arranged so as to substantially coincide with the center of the distribution maximum region of high energy electrons in the radius r direction of the bell jar 1. That is, in the above-mentioned FIG. 9A, the tip portion 15t is made to substantially coincide with the center line (shown by a broken line) of the colored portion representing the region of the electron temperature Te> 10 eV. Such an arrangement position is determined by adjusting the height of the support member 16 attached to the lower side wall surface of the ceramic ring 15. The end of the support member 16 is fixed to the ceiling of the diffusion chamber 4.

【0048】上述のようなセラミック・リング15を配
した本発明のヘリコン波プラズマ装置において実現され
るプラズマ特性を図3に示す。(a)図は、ベルジャ1
内の高エネルギー電子密度分布である。前出の図9の
(a)図と比較すると、密度極大領域が半径r方向に分
散されている。また(b)図は、規格化した飽和電子電
流密度をウェハ径に沿ってプロットしたグラフであり、
前出の図9の(b)図と比較すると、ウェハWの表面近
傍におけるプラズマ密度がより均一化されている様子が
明らかである。
FIG. 3 shows plasma characteristics realized in the helicon wave plasma device of the present invention in which the ceramic ring 15 is arranged as described above. (A) The figure shows Belja 1
Is the high energy electron density distribution inside. Compared with the above-mentioned FIG. 9A, the maximum density regions are dispersed in the radius r direction. Further, FIG. (B) is a graph in which the normalized saturated electron current density is plotted along the wafer diameter,
A comparison with the above-mentioned FIG. 9B shows that the plasma density in the vicinity of the surface of the wafer W is more uniform.

【0049】第2の実施の形態 次に、本発明の別の実施の形態として、m=1モードの
ヘリコン波プラズマを励起させるプラズマ装置に用いら
れる誘電体緩衝部材について説明する。
Second Embodiment Next, as another embodiment of the present invention, a dielectric buffer member used in a plasma device for exciting helicon wave plasma of m = 1 mode will be described.

【0050】このm=1モード用緩衝部材は、図4に示
されるようなセラミック・コーン17である。ここで、
(a)図は(b)図のX−X線断面図、すなわち軸zを
含む仮想面による断面図である。このセラミック・コー
ン17は、円形ロッドの先端を円錐状に尖らせたもので
ある。すなわち、そのX−X線断面形状は、先端部17
tから軸z方向の途中までにおいて、一定の頂角qをも
って広がる形状となされている。この頂角qは、おおよ
そ30゜までの範囲で選択すれば良い。したがって、こ
のセラミック・コーン17の軸zに垂直な仮想面におけ
る断面形状は円形であるが、このときの断面積は該軸z
方向の少なくとも一部にわたって単調に増大する。
This m = 1 mode cushioning member is a ceramic cone 17 as shown in FIG. here,
FIG. 13A is a sectional view taken along line XX in FIG. 19B, that is, a sectional view taken along a virtual plane including the axis z. This ceramic cone 17 is formed by sharpening the tip of a circular rod into a conical shape. That is, the cross-sectional shape of the X-X line is the tip portion 17
The shape is such that it extends with a constant apex angle q from t to the middle of the axis z direction. This apex angle q may be selected within a range of up to about 30 °. Therefore, the cross-sectional shape of an imaginary plane perpendicular to the axis z of the ceramic cone 17 is circular, but the cross-sectional area at this time is the axis z.
Monotonically increasing over at least part of the direction.

【0051】かかるセラミック・コーン17は、その先
端部17tがm=1モード・プラズマの高エネルギー電
子の分布極大領域の中心に略々合致するごとく配設され
る。すなわち、前出の図10の(a)図において、電子
温度Te >10eVの領域を表す着色部分の中心Oに、
上記先端部17tを略々合致させる。なお、セラミック
・コーン17を配した状態のヘリコン波プラズマ装置の
全体図は省略するが、図1のセラミック・リング15に
替えて、セラミック・コーン17が支持部材18を用い
て拡散チャンバ4の天井部に固定されたものである。
The ceramic cone 17 is arranged so that its tip portion 17t substantially coincides with the center of the maximum distribution area of high-energy electrons of m = 1 mode plasma. That is, in the above-mentioned FIG. 10A, at the center O of the colored portion representing the region where the electron temperature Te> 10 eV,
The tip portion 17t is substantially matched. Although an overall view of the helicon wave plasma device in which the ceramic cone 17 is arranged is omitted, the ceramic cone 17 is replaced with the ceramic ring 15 in FIG. It is fixed to the section.

【0052】上述のようなセラミック・コーン17を配
した本発明のヘリコン波プラズマ装置において得られる
プラズマ特性を図5に示す。(a)図は、ベルジャ1内
の高エネルギー電子密度分布である。前出の図10の
(a)図と比較すると、ベルジャ1の中心O近傍のプラ
ズマ密度が緩和され、密度極大領域がドーナツ状に分散
している。また(b)図は、規格化した飽和電子電流密
度をウェハ径に沿ってプロットしたグラフであり、前出
の図10の(b)図と比較すると、ウェハWの表面近傍
におけるプラズマ密度がより均一化されている様子が明
らかである。
FIG. 5 shows the plasma characteristics obtained in the helicon wave plasma apparatus of the present invention in which the ceramic cone 17 as described above is arranged. (A) is a high energy electron density distribution in the bell jar 1. Compared with the above-mentioned FIG. 10A, the plasma density in the vicinity of the center O of the bell jar 1 is relaxed, and the maximum density regions are dispersed in a donut shape. Further, FIG. 10B is a graph in which the normalized saturated electron current density is plotted along the wafer diameter. Compared with FIG. 10B described above, the plasma density near the surface of the wafer W is higher. It is clear that they are homogenized.

【0053】以上、本発明の2つの実施の形態について
説明したが、装置構成の細部は適宜変更が可能である。
たとえば、上述のセラミック・リング15やセラミック
・コーン17はいずれも単一部材であったが、本発明で
用いられる誘電体緩衝部材は、複数部材の組み合わせに
より構成されるものであっても良い。たとえば、直径の
異なる複数のセラミック・リングを互いに同心的に配置
すれば、あるリングにより分散された高密度プラズマ領
域がさらに別のリングで分散されるといった具合に分散
が繰り返され、より均一な密度分布を達成することがで
きる。セラミック・コーンを周回するごとくセラミック
・リングを配しても、同様の効果が得られる。
Although the two embodiments of the present invention have been described above, the details of the apparatus configuration can be changed as appropriate.
For example, although the ceramic ring 15 and the ceramic cone 17 described above are both single members, the dielectric cushioning member used in the present invention may be configured by combining a plurality of members. For example, if ceramic rings with different diameters are arranged concentrically with each other, the high-density plasma region dispersed by one ring will be dispersed by another ring, and so on. A distribution can be achieved. The same effect can be obtained by arranging the ceramic ring as if it goes around the ceramic cone.

【0054】さらに、全体としては単一の緩衝部材とし
て働くものであっても、これを形状的に分割された複数
のユニットから構成し、個々のユニットの位置関係を駆
動手段を用いて変化させることにより、たとえば円筒容
器の半径r方向に伸縮可能なリング状の緩衝部材を得る
こともできる。このような緩衝部材であれば、プラズマ
条件に応じた寸法の微調整が可能であるため、プラズマ
密度の均一化をより精密に行うことができる。
Further, even if it functions as a single buffer member as a whole, it is composed of a plurality of units divided in shape, and the positional relationship of each unit is changed by using the driving means. Thus, for example, a ring-shaped cushioning member that can expand and contract in the radius r direction of the cylindrical container can be obtained. With such a cushioning member, the dimensions can be finely adjusted according to the plasma conditions, so that the plasma density can be made more precise.

【0055】この他、支持部材の本数や形状も、誘導電
界成分Eや誘導磁界成分Bを変化させない限りにおい
て、適宜変更・選択が可能である。
In addition, the number and shape of the supporting members can be appropriately changed and selected as long as the induced electric field component E and the induced magnetic field component B are not changed.

【0056】[0056]

【実施例】ここでは、m=0モード・プラズマ用のセラ
ミック・リング15を配した図1のヘリコン波プラズマ
装置を用いて、Al系多層膜のドライエッチングを行っ
た。このプロセスを、図6および図7を参照しながら説
明する。
EXAMPLE Here, the Al-based multilayer film was dry-etched using the helicon wave plasma apparatus of FIG. 1 in which a ceramic ring 15 for m = 0 mode plasma was arranged. This process will be described with reference to FIGS. 6 and 7.

【0057】本実施例で用いたサンプル・ウェハの構造
を、図6に示す。この図は、Si基板21上にSiOx
層間絶縁膜22とAl系多層膜26とを順次積層し、さ
らにこのAl系多層膜26の上でレジスト・マスク27
(PR)をパターニングした状態を示している。ここ
で、上記Al系多層膜26は、下層側から順にTiNバ
リヤメタル23、Al−1%Si膜24、TiN反射防
止膜25が積層されたものである。また、上記レジスト
・マスク27は、たとえば化学増幅系フォトレジスト材
料を用いて、KrFエキシマ・レーザ・リソグラフィお
よび現像処理を経て0.25μmのライン・アンド・ス
ペース状に形成されたものである。
The structure of the sample wafer used in this example is shown in FIG. This figure shows SiOx on the Si substrate 21.
The interlayer insulating film 22 and the Al-based multilayer film 26 are sequentially stacked, and the resist mask 27 is further formed on the Al-based multilayer film 26.
The state where (PR) is patterned is shown. Here, the Al-based multilayer film 26 is formed by laminating a TiN barrier metal 23, an Al-1% Si film 24, and a TiN antireflection film 25 in this order from the lower layer side. The resist mask 27 is formed into a line-and-space pattern of 0.25 .mu.m through KrF excimer laser lithography and development processing using, for example, a chemically amplified photoresist material.

【0058】この状態のウェハを図1のヘリコン波プラ
ズマ装置にセットした。ただし、ベルジャ1の直径は6
cm、軸z方向の長さは20cm、セラミック・リング
15の先端部15tの直径は2.9cm、頂角pは20
゜とした。1回巻きループ・アンテナ2に接続されるプ
ラズマ励起用RF電源11の周波数は、13.56MH
zである。エッチング条件は、たとえば、 BCl3 流量 30 SCCM Cl2 流量 60 SCCM 圧力 0.7 Pa アンテナ供給電力 2000 W(13.56 MHz) ソレノイドコイル供給電力 45 A RFバイアス電力 140 W(2 MHz) ウェハ温度 40 ℃ 裏面Heガス圧力 800 Pa 静電チャック供給電力 −300 W とした。
The wafer in this state was set in the helicon wave plasma device shown in FIG. However, the diameter of bell jar 1 is 6
cm, the length in the axis z direction is 20 cm, the diameter of the tip portion 15t of the ceramic ring 15 is 2.9 cm, and the apex angle p is 20.
It was ゜. The frequency of the RF power source 11 for plasma excitation connected to the one-turn loop antenna 2 is 13.56 MH.
z. The etching conditions are, for example, BCl 3 flow rate 30 SCCM Cl 2 flow rate 60 SCCM pressure 0.7 Pa antenna supply power 2000 W (13.56 MHz) solenoid coil supply power 45 A RF bias power 140 W (2 MHz) wafer temperature 40 The backside He gas pressure was 800 Pa, and the electrostatic chuck supply power was -300 W.

【0059】このエッチングにより、図7に示されるよ
うに、良好な異方性形状を有するAl系配線パターン2
6aが形成された。ここで、図7中、異方性エッチング
により形成された各材料膜パターンは、元の符号に添字
aを付して表してある。この異方性形状は、ウェハWの
全面にわたってほぼ一様に得られた。これに対し、上記
セラミック・リング15を取り外して同様の条件でエッ
チングを行った時には、図11に示したように、TiN
バリヤメタル・パターンにノッチング形状が発生した。
By this etching, as shown in FIG. 7, the Al-based wiring pattern 2 having a good anisotropic shape is formed.
6a was formed. Here, in FIG. 7, each material film pattern formed by anisotropic etching is represented by adding the subscript a to the original code. This anisotropic shape was obtained almost uniformly over the entire surface of the wafer W. On the other hand, when the ceramic ring 15 is removed and etching is performed under the same conditions, as shown in FIG.
Notching shape occurred in the barrier metal pattern.

【0060】以上、本発明の具体的な実施例について説
明したが、本発明では上述のAl系多層膜のみならず、
ポリシリコン膜,ポリサイド膜,シリサイド膜,高融点
金属膜,Cu膜,Ag膜,Au膜等の従来公知の配線材
料を必要に応じて従来公知のバリヤメタルや反射防止膜
と組み合わせた配線膜、さらには絶縁膜や有機膜をエッ
チングの対象とすることができる。また、本発明のプラ
ズマ装置はCVDやプラズマ表面処理に用いることも可
能である。
The specific embodiments of the present invention have been described above. However, in the present invention, not only the above Al-based multilayer film but also
A wiring film in which a conventionally known wiring material such as a polysilicon film, a polycide film, a silicide film, a refractory metal film, a Cu film, an Ag film, or an Au film is combined with a conventionally known barrier metal or an antireflection film, if necessary. Can etch an insulating film or an organic film. The plasma device of the present invention can also be used for CVD and plasma surface treatment.

【0061】[0061]

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明を適用すれば、大口径化されつつあるウェハ上に形成
される微細パターンの局所形状異常や、同じくウェハ上
に堆積される堆積膜の膜厚むらを、何ら複雑な制御や多
大な設備投資を行うことなく容易に解消することができ
る。したがって本発明は、プラズマ処理の高精度化を通
じて半導体装置の微細化、高性能化、高信頼化に大きく
貢献するものである。
As is apparent from the above description, when the present invention is applied, the local shape anomaly of the fine pattern formed on the wafer whose diameter is increasing and the deposition accumulated on the wafer as well. The unevenness of the film thickness can be easily eliminated without performing any complicated control or a large capital investment. Therefore, the present invention greatly contributes to miniaturization, high performance, and high reliability of semiconductor devices by improving the accuracy of plasma processing.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のヘリコン波プラズマ装置(m=0モー
ド用)の構成例を示す模式的断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a helicon wave plasma device (for m = 0 mode) of the present invention.

【図2】本発明のヘリコン波プラズマ装置に用いるセラ
ミック・リング(m=0モード用)を示す図であり、
(a)図は(b)図のX−X線断面図、(b)図は部分
斜視図である。
FIG. 2 is a diagram showing a ceramic ring (for m = 0 mode) used in the helicon wave plasma device of the present invention,
FIG. 7A is a sectional view taken along line XX in FIG. 7B, and FIG.

【図3】本発明のm=0モード・プラズマにおけるプラ
ズマ特性を説明するための図であり、(a)図はベルジ
ャの半径r方向に分散された高エネルギー電子密度分布
を表す模式図、(b)図はウェハ径方向の飽和電子電流
密度分布を表すグラフである。
FIG. 3 is a diagram for explaining plasma characteristics in the m = 0 mode plasma of the present invention, wherein FIG. 3 (a) is a schematic diagram showing a high energy electron density distribution dispersed in a radius r direction of a bell jar; The graph b) is a graph showing the saturated electron current density distribution in the wafer radial direction.

【図4】本発明のヘリコン波プラズマ装置に用いるセラ
ミック・コーン(m=1モード用)を示す図であり、
(a)図は(b)図のX−X線断面図、(b)図は部分
斜視図である。
FIG. 4 is a diagram showing a ceramic cone (for m = 1 mode) used in the helicon wave plasma device of the present invention,
FIG. 7A is a sectional view taken along line XX in FIG. 7B, and FIG.

【図5】本発明のm=1モード・プラズマにおけるプラ
ズマ特性を説明するための図であり、(a)図はベルジ
ャの半径r方向に分散された高エネルギー電子密度分布
を表す模式図、(b)図はウェハ径方向の飽和電子電流
密度分布を表すグラフである。
FIG. 5 is a diagram for explaining plasma characteristics in m = 1 mode plasma of the present invention, wherein FIG. 5 (a) is a schematic diagram showing a high energy electron density distribution dispersed in a radius r direction of a bell jar; The graph b) is a graph showing the saturated electron current density distribution in the wafer radial direction.

【図6】本発明を適用したAl系多層膜のドライエッチ
ングにおいて、エッチング前のウェハの状態を示す模式
的断面図である。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a state of a wafer before etching in dry etching of an Al-based multilayer film to which the present invention is applied.

【図7】図6のAl系多層膜が異方性エッチングされた
状態を示す模式的断面図である。
7 is a schematic cross-sectional view showing a state where the Al-based multilayer film of FIG. 6 is anisotropically etched.

【図8】従来のヘリコン波プラズマ装置の構成例を示す
模式的断面図である。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a conventional helicon wave plasma device.

【図9】従来のm=0モード・プラズマにおけるプラズ
マ特性を説明するための図であり、(a)図はベルジャ
の半径r方向の高エネルギー電子密度分布を表す模式
図、(b)図はウェハ径方向の飽和電子電流密度分布を
表すグラフである。
9A and 9B are diagrams for explaining plasma characteristics in a conventional m = 0 mode plasma, where FIG. 9A is a schematic diagram showing a high energy electron density distribution in a radius r direction of a bell jar, and FIG. It is a graph showing a saturated electron current density distribution in the wafer radial direction.

【図10】従来のm=1モード・プラズマにおけるプラ
ズマ特性を説明するための図であり、(a)図はベルジ
ャの半径r方向の高エネルギー電子密度分布を表す模式
図、(b)図はウェハ径方向の飽和電子電流密度分布を
表すグラフである。
10A and 10B are diagrams for explaining plasma characteristics in a conventional m = 1 mode plasma, where FIG. 10A is a schematic diagram showing a high energy electron density distribution in a radius r direction of a bell jar, and FIG. It is a graph showing a saturated electron current density distribution in the wafer radial direction.

【図11】従来のヘリコン波プラズマを用いたAl系多
層膜のドライエッチングにおいて、TiNバリヤメタル
にノッチング形状が発生した状態を示す模式的断面図で
ある。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a notching shape is generated in a TiN barrier metal in dry etching of an Al-based multilayer film using conventional helicon wave plasma.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ベルジャ 2 1回巻きループ・アンテナ 3 ソレノイド・コイル 4 拡散チャンバ 6 ウェハ・ステージ 11 プラズマ励起用RF電源 14 バイアス印加用RF電源 15 セラミック・リング 15t (セラミック・リング15の)先端部 17 セラミック・コーン 17t (セラミック・コーン17の)先端部 16,18 支持部材 22 SiOx層間絶縁膜 26 Al系多層膜 26a Al系配線パターン 27 レジスト・マスク W ウェハ P ヘリコン波プラズマ 1 Belger 2 1-turn loop antenna 3 Solenoid coil 4 Diffusion chamber 6 Wafer stage 11 RF power supply for plasma excitation 14 RF power supply for bias application 15 Ceramic ring 15t (ceramic ring 15) tip 17 Ceramic cone 17t Tip part (of ceramic cone 17) 16,18 Supporting member 22 SiOx interlayer insulating film 26 Al-based multilayer film 26a Al-based wiring pattern 27 Resist mask W Wafer P Helicon wave plasma

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/3065 H01L 21/302 B ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical indication H01L 21/3065 H01L 21/302 B

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 円筒容器内でヘリコン波を用いてプラズ
マを励起するヘリコン波プラズマ装置において、 上記円筒容器の半径r方向、軸z方向および方位角θ方
向に各々対応した誘導電界成分Eと誘導磁界成分Bで表
現されるヘリコン波の波形態、ならびにヘリコン波の衝
突減衰および無衝突減衰に応じて該円筒容器内に発生す
る高エネルギー電子の局部的な密度差を緩和させるごと
く、該円筒容器内に誘電体からなる緩衝部材が配されて
なるヘリコン波プラズマ装置。
1. A helicon wave plasma apparatus for exciting plasma using a helicon wave in a cylindrical container, wherein an induction electric field component E and an induction electric field component E respectively corresponding to a radius r direction, an axis z direction and an azimuth angle θ direction of the cylindrical container. In order to reduce the local density difference of high-energy electrons generated in the cylindrical container according to the wave form of the helicon wave represented by the magnetic field component B and the collisional damping and collisionless damping of the helicon wave, the cylindrical container A helicon wave plasma device in which a buffer member made of a dielectric material is arranged.
【請求項2】 前記緩衝部材は、前記円筒容器の軸zに
垂直な仮想面におけるその断面積が該軸z方向の少なく
とも一部にわたって単調に増大する形状となされ、かつ
該断面積が最小となるその先端部が前記円筒容器の半径
r方向における高エネルギー電子の分布極大領域の中心
に略々合致するごとく配される請求項1記載のヘリコン
波プラズマ装置。
2. The buffer member has a shape such that its cross-sectional area in an imaginary plane perpendicular to the axis z of the cylindrical container increases monotonically over at least a part of the axis z direction, and the cross-sectional area is minimized. 2. The helicon wave plasma device according to claim 1, wherein the tip end portion of the helicon wave plasma device is arranged so as to substantially coincide with the center of the maximum distribution region of high-energy electrons in the radius r direction of the cylindrical container.
【請求項3】 前記ヘリコン波の伝搬モードがm=0モ
ードであり、前記円筒容器の軸zに垂直な仮想面におけ
る前記緩衝部材の断面形状が円環状である請求項2記載
のヘリコン波プラズマ装置。
3. The helicon wave plasma according to claim 2, wherein a propagation mode of the helicon wave is an m = 0 mode, and a cross-sectional shape of the buffer member on an imaginary plane perpendicular to the axis z of the cylindrical container is an annular shape. apparatus.
【請求項4】 前記ヘリコン波の伝搬モードがm=1モ
ードであり、前記円筒容器の前記軸zに垂直な仮想面に
おける前記緩衝部材の断面形状が円形である請求項2記
載のヘリコン波プラズマ装置。
4. The helicon wave plasma according to claim 2, wherein a propagation mode of the helicon wave is m = 1 mode, and a cross-sectional shape of the buffer member on an imaginary plane perpendicular to the axis z of the cylindrical container is circular. apparatus.
【請求項5】 円筒容器内でヘリコン波を用いて励起さ
れたプラズマを用い、該円筒容器内に保持された基板に
対して所定のプラズマ処理を行うプラズマ処理方法にお
いて、 上記円筒容器の半径r方向、軸z方向および方位角θ方
向に各々対応した誘導電界成分Eと誘導磁界成分Bで表
現されるヘリコン波の波形態、ならびにヘリコン波の衝
突減衰および無衝突減衰に応じて該円筒容器内に発生す
る高エネルギー電子の局部的な密度差を誘電体からなる
緩衝部材を用いて緩和させながら、前記所定のプラズマ
処理を行うプラズマ処理方法。
5. A plasma processing method for performing a predetermined plasma processing on a substrate held in a cylindrical container by using plasma excited by a helicon wave in the cylindrical container, the radius r of the cylindrical container. Direction, axis z direction and azimuth angle θ direction respectively, the wave form of the helicon wave expressed by the induced electric field component E and the induced magnetic field component B, and the collision damping and non-collision damping of the helicon wave in the cylindrical container A plasma processing method in which the predetermined plasma processing is performed while reducing the local density difference of high-energy electrons generated in the above by using a buffer member made of a dielectric material.
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