JPH10289798A - Plasma-etching method, plasma-etching device and manufacture of semiconductor device - Google Patents

Plasma-etching method, plasma-etching device and manufacture of semiconductor device

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JPH10289798A
JPH10289798A JP9111975A JP11197597A JPH10289798A JP H10289798 A JPH10289798 A JP H10289798A JP 9111975 A JP9111975 A JP 9111975A JP 11197597 A JP11197597 A JP 11197597A JP H10289798 A JPH10289798 A JP H10289798A
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JP
Japan
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plasma
magnetic field
sample
plasma generation
generation chamber
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JP9111975A
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Japanese (ja)
Inventor
Masashi Inoue
雅司 井上
Akinori Ozaki
成則 尾▲崎▼
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To properly maintain an optimum magnetic field status on a sample at all times by forming the first magnetic field in a vacuum vessel for generating a plasma, and the second magnetic field in the vicinity of a sample, and controlling the second magnetic field, depending on the status of the first magnetic field. SOLUTION: A silicon wafer 10 as an etching object is fastened to a sample stage 32 and, then the internal pressure of a plasma generation chamber 12 and a reaction chamber 14 is decompressed to a prescribed pressure level. Then, reaction gas is introduced to the plasma generation chamber 12 and the reaction chamber 14. Thereafter, coils 22, 24 and 26 are electrically energized to form magnetic field in the plasma generation chamber 12, and a microwave is introduce from a circular waveguide 16 to the plasma generation chamber 12. According to this construction, a plasma is generated on an ERC surface 100, and the plasma is taken out into the reaction chamber 14, due to the action of a divergent magnetic field. In addition, the plasma is made to be irradiated the surface of the silicon wafer 10 on the sample stage 32, thereby etching the silicon wafer 10.

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、電子部品や半導体
素子の製造工程におけるエッチングや薄膜形成等の処理
をプラズマを利用して行うプラズマ処理技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing technique for performing processes such as etching and thin film formation in a process of manufacturing electronic parts and semiconductor elements by using plasma.

【0002】[0002]

【従来の技術】プラズマ処理装置は、微量の反応ガスを
含む真空容器内にマイクロ波を導入し、当該真空容器内
でガス放電を生起させてプラズマを生成する。そして、
このプラズマを試料基板の表面に照射することによっ
て、エッチングや薄膜形成等の処理を行なう。このよう
なプラズマ処理装置は、高集積半導体素子の製造に欠か
せないものとして、その研究が進められている。特に、
プラズマの励起に電子サイクロトロン共鳴(ECR:El
ectron Cyclotron Resonance)を利用したECRプラズ
マ処理装置は、低ガス圧領域下で活性度の高いプラズマ
を生成できる装置として実用化されている。
2. Description of the Related Art In a plasma processing apparatus, microwaves are introduced into a vacuum vessel containing a small amount of reaction gas, and a gas discharge is generated in the vacuum vessel to generate plasma. And
By irradiating the surface of the sample substrate with the plasma, processes such as etching and thin film formation are performed. Such a plasma processing apparatus is being studied as being indispensable for manufacturing a highly integrated semiconductor device. Especially,
Electron cyclotron resonance (ECR: El
An ECR plasma processing apparatus using ectron cyclotron resonance has been put to practical use as an apparatus capable of generating highly active plasma under a low gas pressure region.

【0003】ところで、プラズマ処理装置における処理
品質の向上のためには、プラズマが試料の全範囲にわた
って均等な密度を有することが重要である。特に、近年
開発の進んでいる直径300mmの半導体ウエハのよう
に試料の処理面積が大きくなると、その試料上における
プラズマ(特にイオン)の強度分布を均一に保つことが
今まで以上に重要となる。しかしながら、試料上でのプ
ラズマの均一性を保つことは困難であった。例えば、試
料に向かって磁界の強度が適当な勾配を持って弱くなる
発散磁界を利用して真空容器内で生成されたプラズマを
試料に照射するような構成を採る場合には、試料の処理
面上での磁束密度の分布が一様でなくなる。また、真空
容器内のプラズマは、基本的には真空容器内の磁場(発
散磁界)に拘束されて試料上に照射されるが、試料の外
周部分では真空容器の内壁方向への拡散の影響が顕著に
なるため、試料上でのプラズマは完全に均一とはならな
い。
In order to improve the processing quality in a plasma processing apparatus, it is important that the plasma has a uniform density over the entire range of the sample. In particular, when the processing area of a sample becomes large, such as a semiconductor wafer having a diameter of 300 mm, which has been developed in recent years, it is more important than ever to maintain a uniform plasma (particularly, ion) intensity distribution on the sample. However, it has been difficult to maintain plasma uniformity on the sample. For example, if the sample is irradiated with plasma generated in a vacuum vessel using a divergent magnetic field in which the strength of the magnetic field weakens with an appropriate gradient toward the sample, the processing surface of the sample is used. The distribution of the magnetic flux density above becomes non-uniform. In addition, the plasma in the vacuum container is basically illuminated on the sample by being constrained by the magnetic field (divergent magnetic field) in the vacuum container. Because it becomes noticeable, the plasma on the sample is not completely uniform.

【0004】試料上のプラズマ粒子の分布が不均一であ
ると、試料上において高イオン密度領域と低イオン密度
領域とが形成されるため、エッチング処理においては、
処理速度均一性又は異方性を悪化させる等の不都合が生
じる。また、試料上で電位差が生じて電流が流れ、当該
試料上に形成される半導体素子を破壊するという事態も
生じかねない。一方、CVD処理においては、半導体基
板上に生成される膜厚の偏りなどが生じて均一な成膜が
困難になる。そして、半導体基板のプラズマ処理が均一
に行われない場合には、最終的に製造される半導体装置
の性能が劣化してしまう。
[0004] If the distribution of plasma particles on the sample is not uniform, a high ion density region and a low ion density region are formed on the sample.
Inconveniences such as deterioration of processing speed uniformity or anisotropy occur. In addition, a potential difference may be generated on the sample, a current may flow, and a semiconductor element formed on the sample may be broken. On the other hand, in the CVD process, the thickness of the film formed on the semiconductor substrate becomes uneven, and uniform film formation becomes difficult. If the plasma processing of the semiconductor substrate is not performed uniformly, the performance of the finally manufactured semiconductor device deteriorates.

【0005】特公平6−4052、特開昭63−484
75、特開平6−216046等には、永久磁石を用い
て試料台上の磁束密度分布を均一にする方法が開示され
ている。このような方法により、試料の処理面全体に渡
って均一な密度のプラズマを得られるようになってい
る。
[0005] JP-B-6-4052, JP-A-63-484
75, JP-A-6-216046 and the like disclose a method of making the magnetic flux density distribution on a sample table uniform using a permanent magnet. By such a method, a plasma having a uniform density can be obtained over the entire processing surface of the sample.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、試料上
のプラズマの均一性は試料台付近の磁場のみならず、プ
ラズマ生成用の電磁コイルによる磁界の影響を受ける。
すなわち、プラズマ生成用に形成された磁場と、試料付
近の磁場との相互作用によって試料上の磁束密度分布が
決まる。このため、試料台近傍の永久磁石の強度や位置
を最適な状態に設定しても、後にプラズマ生成用の電磁
コイルの電流値等を変更したときには、試料台上で最適
な磁束密度分布を得られないことがある。
However, the uniformity of the plasma on the sample is affected not only by the magnetic field near the sample stage but also by the magnetic field generated by the plasma generating electromagnetic coil.
That is, the interaction between the magnetic field formed for plasma generation and the magnetic field near the sample determines the magnetic flux density distribution on the sample. For this reason, even if the strength and position of the permanent magnet in the vicinity of the sample table are set to the optimum state, when the current value of the electromagnetic coil for plasma generation is changed later, the optimum magnetic flux density distribution is obtained on the sample table. May not be possible.

【0007】本発明は上記のような状況に鑑みてなされ
たものであり、プラズマ生成用の磁場を変更した場合に
も、試料上において常に最適な磁場状態を確保できるプ
ラズマ処理方法を提供することを第1の目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a plasma processing method capable of always maintaining an optimum magnetic field state on a sample even when a magnetic field for generating plasma is changed. As a first object.

【0008】また、プラズマ生成用の磁場を変更した場
合にも、試料上において常に最適な磁場状態を確保でき
るプラズマ処理装置を提供することを第2の目的とす
る。
It is a second object of the present invention to provide a plasma processing apparatus which can always maintain an optimum magnetic field state on a sample even when a magnetic field for generating plasma is changed.

【0009】更に、プラズマ処理工程において、プラズ
マ生成用の磁場を変更した場合にも、半導体基板上にお
いて常に最適な磁場状態を確保することにより、良好な
プラズマ処理を可能とし、常に高品質な半導体装置の製
造を可能とする半導体基板の製造方法を提供することを
第3の目的とする。
Further, even when the magnetic field for plasma generation is changed in the plasma processing step, good plasma processing can be achieved by always maintaining an optimum magnetic field state on the semiconductor substrate, and a high-quality semiconductor can always be obtained. It is a third object to provide a method of manufacturing a semiconductor substrate which enables manufacture of a device.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の第1の態様にかかるプラズマ処理方法にお
いては、真空容器(12,14)内にプラズマを生成す
る第1の磁場を形成するとともに、試料(10)付近の
プラズマ分布を制御すべく、当該試料(10)の近傍に
第2の磁場を形成する。そして、第1の磁場の状態に応
じて第2の磁場を制御する。
In order to solve the above problems, in a plasma processing method according to a first aspect of the present invention, a first magnetic field for generating a plasma in a vacuum vessel (12, 14) is provided. At the same time, a second magnetic field is formed near the sample (10) in order to control the plasma distribution near the sample (10). Then, the second magnetic field is controlled according to the state of the first magnetic field.

【0011】本発明の第2の態様にかかるプラズマ処理
装置は、真空容器(12,14)内にプラズマを生成す
る第1の磁場を形成する第1の磁場形成手段(22,2
4,26)と、試料(10)付近のプラズマ分布を制御
すべく、当該試料(10)の近傍に第2の磁場を形成す
る第2の磁場形成手段(42)とを備える。更に、第1
の磁場の状態に応じて第2の磁場を調整すべく第2の磁
場形成手段(42)の位置を制御する磁場制御手段(4
4,46)を備える。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a plasma processing apparatus comprising: first magnetic field forming means (22, 2) for forming a first magnetic field for generating plasma in a vacuum vessel (12, 14);
4, 26) and a second magnetic field forming means (42) for forming a second magnetic field near the sample (10) in order to control the plasma distribution near the sample (10). Furthermore, the first
Magnetic field control means (4) for controlling the position of the second magnetic field forming means (42) in order to adjust the second magnetic field according to the state of the magnetic field
4, 46).

【0012】上記のようなプラズマ処理装置において
は、磁場制御手段(44,46)は、プラズマの進行方
向と平行な方向、又は/及び直交する方向における第2
の磁場形成手段(42)の位置を調整することができ
る。また、第2の磁場形成手段(42)は、真空容器
(12,14)の内壁と試料(10)との間に配置する
ことができる。更に、第2の磁場形成手段(50)は、
真空容器(12,14)の外側に配置しても良い。
In the above-described plasma processing apparatus, the magnetic field control means (44, 46) controls the second direction in a direction parallel to and / or orthogonal to the direction in which the plasma travels.
The position of the magnetic field forming means (42) can be adjusted. Further, the second magnetic field forming means (42) can be arranged between the inner wall of the vacuum vessel (12, 14) and the sample (10). Further, the second magnetic field forming means (50)
It may be arranged outside the vacuum vessel (12, 14).

【0013】本発明の第3の態様にかかる半導体装置の
製造方法においては、プラズマ処理工程を実行する際
に、真空容器(12,14)内にプラズマを生成する第
1の磁場を形成するとともに、半導体基板(10)付近
のプラズマ分布を制御すべく、半導体基板(10)の近
傍に第2の磁場を形成する。そして、第1の磁場の状態
に応じて第2の磁場を制御する。
In a method of manufacturing a semiconductor device according to a third aspect of the present invention, a first magnetic field for generating plasma is formed in a vacuum vessel (12, 14) when a plasma processing step is performed. A second magnetic field is formed near the semiconductor substrate (10) to control the plasma distribution near the semiconductor substrate (10). Then, the second magnetic field is controlled according to the state of the first magnetic field.

【0014】[0014]

【作用】本発明においては、プラズマ生成用の磁場の強
度や分布等の磁場状態に応じて試料台付近の第2の磁場
を制御しているため、プラズマ生成用の磁場を必要に応
じて変化させた場合にも、試料上の磁束密度分布を最適
に設定することが可能となる。例えば、プラズマ密度や
処理の大まかな分布を変更するために、プラズマ生成用
の磁場を変更した場合に、当該磁場の変化を考慮して、
試料上での磁束密度分布がトータルで最適な状態になる
ように第2の磁場を制御する。その結果、密度分布の均
一なプラズマを試料に対して照射することができ、プラ
ズマ処理品質が向上する。
In the present invention, since the second magnetic field near the sample stage is controlled in accordance with the magnetic field state such as the intensity and distribution of the magnetic field for plasma generation, the magnetic field for plasma generation is changed as necessary. Also in this case, it is possible to optimally set the magnetic flux density distribution on the sample. For example, when changing the magnetic field for plasma generation in order to change the plasma density or the rough distribution of the processing, in consideration of the change in the magnetic field,
The second magnetic field is controlled so that the magnetic flux density distribution on the sample is totally optimal. As a result, it is possible to irradiate the sample with plasma having a uniform density distribution, and the plasma processing quality is improved.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て実施例を用いて説明する。以下に示す実施例は、半導
体装置の製造工程の一部であるシリコンウエハのプラズ
マ処理に本発明の技術思想を適用したものである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to examples. In the embodiments described below, the technical idea of the present invention is applied to plasma processing of a silicon wafer which is a part of a manufacturing process of a semiconductor device.

【0016】[0016]

【実施例】図1は、本発明の実施例にかかるプラズマ処
理装置の構成を示す。本実施例のプラズマ処理装置は、
直径12インチのシリコンウエハ10に対してエッチン
グ等の所定のプラズマ処理を行うものであり、プラズマ
を生成する中空円筒形状のプラズマ生成室12と、プラ
ズマ生成室12に連通した反応室14とを備えている。
本装置で処理される試料としては、直径12インチのシ
リコンウエハ10以外にも8インチのウエハ等、均一な
プラズマ処理が要求される各種の試料を対象とすること
が出来る。プラズマ生成室12の上部には、マグネトロ
ン等のマイクロ波発振器(図示せず)に接続された円形
導波管16が連結されており、マイクロ波(2.45G
Hz)を円形導波管16を介してプラズマ生成室12に
導くようになっている。
FIG. 1 shows a configuration of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention. The plasma processing apparatus of the present embodiment includes:
A predetermined plasma process such as etching is performed on a silicon wafer 10 having a diameter of 12 inches, and includes a hollow cylindrical plasma generation chamber 12 for generating plasma, and a reaction chamber 14 communicating with the plasma generation chamber 12. ing.
As the sample processed by the present apparatus, various samples requiring uniform plasma processing, such as an 8-inch wafer, other than the silicon wafer 10 having a diameter of 12 inches, can be used. A circular waveguide 16 connected to a microwave oscillator (not shown) such as a magnetron is connected to the upper part of the plasma generation chamber 12.
Hz) is led to the plasma generation chamber 12 via the circular waveguide 16.

【0017】円形導波管16とプラズマ生成室12との
間には、マイクロ波導入窓20が配置されている。マイ
クロ波導入窓20は、石英ガラス等のマイクロ波透過物
質からなり、プラズマ生成室12を気密に封止するよう
に設計されている。プラズマ生成室12の外側には、円
形導波管16の接続部を含み、これらを同心円状に囲む
様に3段のコイル22,24,26が配置されている。
これらのコイル22,24,26は、電流供給部40か
ら必要な電流の供給を受けて、プラズマ生成室12内に
磁束密度875ガウスの軸方向磁界を印加し、ECR現
象を引き起こすようになっている。反応室14内には、
シリコンウエハ10を静電吸着等の固定手段によって保
持する試料台32が設置されている。
A microwave introduction window 20 is arranged between the circular waveguide 16 and the plasma generation chamber 12. The microwave introduction window 20 is made of a microwave transmitting material such as quartz glass, and is designed to hermetically seal the plasma generation chamber 12. Outside the plasma generation chamber 12, three-stage coils 22, 24, and 26 are arranged so as to include a connection portion of the circular waveguide 16 and concentrically surround the connection portion.
These coils 22, 24, and 26 receive a necessary current from the current supply unit 40, apply an axial magnetic field having a magnetic flux density of 875 gauss into the plasma generation chamber 12, and cause an ECR phenomenon. I have. In the reaction chamber 14,
A sample stage 32 for holding the silicon wafer 10 by fixing means such as electrostatic suction is provided.

【0018】反応室14の内壁と試料台32との間に
は、試料台32を囲むように配置されたリング状の永久
磁石42が設けられている。この永久磁石42は、反応
室14の内壁へのプラズマの拡散を防止するものであ
り、プラズマを生成するためにコイル22,24,26
によって形成される磁場の状態に応じて高さ調整できる
ようになっている。すなわち、コイル22,24,26
に供給される電流値に応じ、プラズマの進行方向と平行
な方向における位置を調整可能に構成されている。永久
磁石42の位置は、シミュレーションや実測によるウエ
ハ10上のイオン電流密度分布に基づいて設定すること
ができる。
A ring-shaped permanent magnet 42 is provided between the inner wall of the reaction chamber 14 and the sample table 32 so as to surround the sample table 32. The permanent magnet 42 prevents the diffusion of the plasma to the inner wall of the reaction chamber 14, and the coils 22, 24, 26 for generating the plasma.
The height can be adjusted according to the state of the magnetic field formed by this. That is, the coils 22, 24, 26
The position in a direction parallel to the direction in which the plasma travels can be adjusted according to the value of the current supplied to the plasma. The position of the permanent magnet 42 can be set based on the ion current density distribution on the wafer 10 by simulation or actual measurement.

【0019】図2(A)、(B)は、永久磁石42及び
これを昇降駆動する駆動機構を示す。永久磁石42は、
上下方向に移動可能な昇降台44上に設置されており、
モータ等の駆動部46によって昇降可能となっている。
本実施例においては、永久磁石42の高さは試料台32
の上面に対する相対的な高さ(h)として設定される。
FIGS. 2A and 2B show a permanent magnet 42 and a driving mechanism for driving the same up and down. The permanent magnet 42
It is installed on an elevating platform 44 that can move up and down,
It can be moved up and down by a drive unit 46 such as a motor.
In this embodiment, the height of the permanent magnet 42 is
Is set as a relative height (h) with respect to the upper surface.

【0020】反応室14の側壁には、プラズマ生成室1
2及び反応室14のガスを排気する排気管34が設けら
れており、当該排気管34からの真空排気によりプラズ
マ生成室12と反応室14を高真空状態に維持するよう
になっている。また、反応室14には、プラズマ生成に
必要な反応ガスを供給するためのガス供給管36が設け
られている。更に、図示しないが、プラズマ生成室12
の周囲にはクーラントパスが形成され、このクーラント
パスを循環する冷却水(クーラント)によってプラズマ
生成室12を冷却するようになっている。
On the side wall of the reaction chamber 14, the plasma generation chamber 1
An exhaust pipe 34 for exhausting the gas in the reaction chamber 14 and the reaction chamber 14 is provided, and the plasma generation chamber 12 and the reaction chamber 14 are maintained in a high vacuum state by evacuation from the exhaust pipe 34. Further, the reaction chamber 14 is provided with a gas supply pipe 36 for supplying a reaction gas required for plasma generation. Further, although not shown, the plasma generation chamber 12
A coolant path is formed around the coolant passage, and the plasma generation chamber 12 is cooled by cooling water (coolant) circulating through the coolant path.

【0021】次に、本実施例の全体的な動作について説
明する。本実施例の装置を用いてシリコンウエハ10上
に形成されたポリシリコン膜のエッチングを行う場合に
は、まず、処理対象となるシリコンウエハ10を試料台
32上に固定し、排気管34からの真空排気により、プ
ラズマ生成室12及び反応室14の内圧を所定圧にまで
減圧する。次に、ガス供給管36からプラズマ生成室1
2及び反応室14内に反応ガス(Cl2/O2)を導入
し、プラズマ生成室12及び反応室14の内圧を1×1
-3Torr 前後に保つ。
Next, the overall operation of this embodiment will be described. When etching the polysilicon film formed on the silicon wafer 10 using the apparatus of the present embodiment, first, the silicon wafer 10 to be processed is fixed on the sample stage 32, By evacuation, the internal pressures of the plasma generation chamber 12 and the reaction chamber 14 are reduced to a predetermined pressure. Next, the plasma generation chamber 1 is connected to the gas supply pipe 36.
2 and a reaction gas (Cl 2 / O 2 ) are introduced into the reaction chamber 14, and the internal pressure of the plasma generation chamber 12 and the reaction chamber 14 is set to 1 × 1.
Keep around 0 -3 Torr.

【0022】その後、コイル22,24,26の通電に
よりプラズマ生成室12の内部に磁界を形成すると共
に、円形導波管16からマイクロ波導入窓20を経てプ
ラズマ生成室12内にマイクロ波を導入する。このマイ
クロ波は、周波数f=2.45GHz(波長λ=約12.
2cm)、パワー1000Wに設定されている。
Thereafter, a magnetic field is formed inside the plasma generation chamber 12 by energizing the coils 22, 24, and 26, and a microwave is introduced into the plasma generation chamber 12 from the circular waveguide 16 through the microwave introduction window 20. I do. This microwave has a frequency f = 2.45 GHz (wavelength λ = about 12.
2 cm) and a power of 1000 W.

【0023】プラズマ生成室12内にマイクロ波が導入
されると、ECR面100において反応ガスを共鳴励起
し、プラズマを生成する。メインコイル22,24,2
6により形成される磁界は、反応室14側に向かうに従
って磁束密度が低下する発散磁界であり、プラズマ生成
室12で生成されたプラズマは、この発散磁界の作用に
より反応室14に引き出され、試料台32上のシリコン
ウエハ10表面に照射されて、エッチングが行われる。
When microwaves are introduced into the plasma generation chamber 12, the reaction gas is resonantly excited on the ECR surface 100 to generate plasma. Main coil 22, 24, 2
The magnetic field formed by the magnetic field 6 is a divergent magnetic field whose magnetic flux density decreases toward the reaction chamber 14 side, and the plasma generated in the plasma generation chamber 12 is drawn into the reaction chamber 14 by the action of the divergent magnetic field, and the sample is The surface of the silicon wafer 10 on the table 32 is irradiated to perform etching.

【0024】一方、本実施例の装置を用いてシリコンウ
エハ10への薄膜形成を行う場合には、以上の各手順に
加え、ガス供給管36を経て所定の原料ガスを導入し、
当該ガスにより生成されたプラズマをシリコンウエハ1
0に照射する。これによりシリコンウエハ10の表面に
は、原料ガスの反応により生成される物質の薄膜が形成
される。このような薄膜形成においても、均等な密度を
有するプラズマが生成され、シリコンウエハ10の表面
に形成される薄膜の膜厚分布が均等化される。その結
果、最終的に製造される半導体装置の品質、性能が向上
する。ここで、半導体装置としては、トランジスタのよ
うな半導体素子自体や、RAM等の完成された半導体デ
ィバイス等を含むものとする。
On the other hand, when a thin film is formed on the silicon wafer 10 using the apparatus of the present embodiment, a predetermined source gas is introduced through the gas supply pipe 36 in addition to the above-described procedures.
The plasma generated by the gas is applied to the silicon wafer 1
Irradiate to zero. As a result, a thin film of a substance generated by the reaction of the source gas is formed on the surface of the silicon wafer 10. Also in such thin film formation, plasma having a uniform density is generated, and the film thickness distribution of the thin film formed on the surface of the silicon wafer 10 is equalized. As a result, the quality and performance of the finally manufactured semiconductor device are improved. Here, the semiconductor device includes a semiconductor element itself such as a transistor and a completed semiconductor device such as a RAM.

【0025】上記のようなエッチング及びCVD等のプ
ラズマ処理において、マイクロ波のパワーを1.4kW
に設定し、反応室14内に60sccm のArを反応ガス
として導入し、プラズマ生成室12及び反応室14の内
圧を1×10-3Torr に保ち、コイル22,24,26
に供給される電流を全て40Aとした場合の永久磁石4
2の最適高さh0(基準高さ)を20mmとする(図2
A参照)。この様な状態でのウエハ10上におけるイオ
ン電流密度分布を図3に示す。
In the above plasma processing such as etching and CVD, the microwave power is set to 1.4 kW.
, And 60 sccm of Ar is introduced as a reaction gas into the reaction chamber 14, the internal pressures of the plasma generation chamber 12 and the reaction chamber 14 are maintained at 1 × 10 −3 Torr, and the coils 22, 24, 26
Permanent magnet 4 when the current supplied to the magnet is all 40 A
The optimum height h0 (reference height) of No. 2 is set to 20 mm (FIG. 2).
A). FIG. 3 shows the ion current density distribution on the wafer 10 in such a state.

【0026】次に、コイル22,24,26に供給され
る電流を40A、20A、0Aに変更する。このような
変更は、例えば、ポリ・シリコンのエッチングにおいて
処理形状を考慮してプロセスウィンドウを広くとる等の
目的で行われる。上記のように、コイル22,24,2
6に供給される電流が変化すると、それに応じてプラズ
マ生成室12及び反応室14内の磁場が変化する。これ
に対して、図2(A)に示すように、永久磁石42の高
さを基準高さh0のままにした場合の、ウエハ10上で
のイオン電流密度分布は図4に示すように、かなり不均
一になる。
Next, the current supplied to the coils 22, 24 and 26 is changed to 40A, 20A and 0A. Such a change is performed, for example, for the purpose of widening a process window in consideration of a processing shape in etching of polysilicon. As described above, the coils 22, 24, 2
When the current supplied to 6 changes, the magnetic field in plasma generation chamber 12 and reaction chamber 14 changes accordingly. On the other hand, as shown in FIG. 2A, when the height of the permanent magnet 42 is kept at the reference height h0, the ion current density distribution on the wafer 10 is as shown in FIG. It becomes quite uneven.

【0027】一方、本実施例においては、コイル22,
24,26への電流値に応じ、駆動部46により昇降台
44を駆動することによって、永久磁石42の高さを調
整する。すなわち、図2(B)に示すように、試料台3
2に対する永久磁石42の高さをh0から15mm下方
に下げ、h=35mmに設定する。このときのウエハ1
0上におけるイオン電流密度分布を図5に示す。図から
判るように、図4に示す場合(永久磁石42の高さを調
整しない場合)に比べ、全体のイオン電流密度は若干低
下するものの、均一性は著しく向上している。
On the other hand, in this embodiment, the coils 22 and
The height of the permanent magnet 42 is adjusted by driving the lifting platform 44 by the drive unit 46 according to the current value to the 24 and 26. That is, as shown in FIG.
The height of the permanent magnet 42 with respect to 2 is lowered 15 mm below h0, and h is set to 35 mm. Wafer 1 at this time
FIG. 5 shows the ion current density distribution on zero. As can be seen, the overall ion current density is slightly lower than in the case shown in FIG. 4 (when the height of the permanent magnet 42 is not adjusted), but the uniformity is significantly improved.

【0028】以上のように、本実施例によれば、コイル
22,24,26の電流値に応じて永久磁石42の高さ
を調整しているため、プラズマの生成及び引き出しに用
いらられる磁場を変化させた場合にも、ウエハ10上の
磁束密度分布を最適に設定することが可能となる。すな
わち、ウエハ10上での磁束密度分布をトータルで最適
な状態になるように永久磁石42の位置を制御している
ため、均一な密度分布のプラズマをウエハ10に対して
照射することができ、プラズマ処理品質が向上する。そ
して、このように処理されたウエハ10を用いて最終的
に製造される半導体装置の品質が向上する。
As described above, according to the present embodiment, since the height of the permanent magnet 42 is adjusted according to the current values of the coils 22, 24, and 26, the magnetic field used for generating and extracting plasma is used. Is changed, the magnetic flux density distribution on the wafer 10 can be set optimally. That is, since the position of the permanent magnet 42 is controlled so that the magnetic flux density distribution on the wafer 10 is totally optimized, plasma with a uniform density distribution can be applied to the wafer 10. The plasma processing quality is improved. Then, the quality of the semiconductor device finally manufactured using the wafer 10 thus processed is improved.

【0029】上記実施例においては、永久磁石42をプ
ラズマの進行方向に平行に移動させているが、プラズマ
進行方向に直交する方向に移動させるように構成するこ
ともできる。例えば、図6に示すように、永久磁石とし
て7分割されたリング状永久磁石48a,48b,48
c,48d,48e,48f,48gを用い、これらの
磁石48a〜48gを放射方向に各々移動させる。円弧
状の永久磁石48a〜48gは、先の実施例に使用され
た永久磁石42と同様に、試料台32を囲むように配置
され、コイル22,24,26に供給される電流値の変
更等に応じて、その径を変化させる。
In the above-described embodiment, the permanent magnet 42 is moved in parallel with the direction in which the plasma travels. However, the permanent magnet 42 may be moved in a direction perpendicular to the direction in which the plasma travels. For example, as shown in FIG. 6, ring-shaped permanent magnets 48a, 48b, 48 divided into seven as permanent magnets.
Using magnets c, 48d, 48e, 48f, and 48g, these magnets 48a to 48g are respectively moved in the radial direction. The arc-shaped permanent magnets 48a to 48g are arranged so as to surround the sample table 32 similarly to the permanent magnet 42 used in the previous embodiment, and change the current value supplied to the coils 22, 24, and 26. The diameter is changed according to.

【0030】図3〜図5に示したケースと同様に、マイ
クロ波のパワーを1.4kWに設定し、反応室14内に
60sccm のArを反応ガスとして導入し、プラズマ生
成室12及び反応室14の内圧を1×10-3Torr に保
ち、コイル22,24,26に供給される電流を全て4
0Aとした場合の永久磁石42の内径を200mm(実
線)とする。その後、コイル22,24,26に供給さ
れる電流を40A、20A、0Aに変更する。この時、
図の破線で示すように半径を20mm広げて半径220
mmにする。このような制御により、上記実施例と略同
様の効果を得ることが可能となる。なお、この例では、
7分割の永久磁石48a〜48gを用いているが、分割
数は7分割に限定されるものではない。
As in the case shown in FIGS. 3 to 5, the microwave power was set to 1.4 kW, 60 sccm of Ar was introduced into the reaction chamber 14 as a reaction gas, and the plasma generation chamber 12 and the reaction chamber 14 is maintained at 1 × 10 -3 Torr, and the current supplied to the coils 22, 24, 26 is all 4
The inner diameter of the permanent magnet 42 at 0 A is 200 mm (solid line). Thereafter, the current supplied to the coils 22, 24, 26 is changed to 40A, 20A, 0A. At this time,
As shown by the broken line in the figure, the radius is expanded by 20 mm and the radius 220
mm. By such control, it is possible to obtain substantially the same effects as in the above embodiment. In this example,
Although the permanent magnets 48a to 48g of seven divisions are used, the number of divisions is not limited to seven divisions.

【0031】図7は、本発明の他の実施例にかかるプラ
ズマ処理装置の構成を示す。この実施例は、図1に示す
実施例とほぼ同様の構成を有し、試料台32近傍に配置
される永久磁石(42,50)の位置のみを変更したも
のである。すなわち、本実施例においては、永久磁石5
0を反応室14の内側ではなく外側に配置し、当該永久
磁石50の移動を容易にしている。また、必要に応じて
永久磁石を試料台32の内部に配置することも可能であ
る。
FIG. 7 shows a configuration of a plasma processing apparatus according to another embodiment of the present invention. This embodiment has substantially the same configuration as the embodiment shown in FIG. 1, except that only the positions of the permanent magnets (42, 50) arranged near the sample table 32 are changed. That is, in the present embodiment, the permanent magnet 5
0 is arranged outside the reaction chamber 14 instead of inside, thereby facilitating the movement of the permanent magnet 50. Further, it is possible to arrange a permanent magnet inside the sample stage 32 as needed.

【0032】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
く、特許請求の範囲に示された本発明の技術的思想とし
ての要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、試料台32の近傍に配置される永久磁石がヨー
クを備える場合には、ヨーク自体も可動にすることが好
ましい。この場合、必要に応じて磁石のみを移動し、又
はヨークのみを移動し、或いは磁石とヨークの両方を移
動するように構成することができる。また、磁石とヨー
クの両方の位置を変更する場合には、それぞれを独立に
駆動するようにしても良い。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and does not depart from the gist of the technical idea of the present invention shown in the claims. Various changes are possible within the scope.
For example, when the permanent magnet arranged near the sample stage 32 has a yoke, it is preferable that the yoke itself is movable. In this case, if necessary, only the magnet may be moved, or only the yoke may be moved, or both the magnet and the yoke may be moved. When the positions of both the magnet and the yoke are changed, each of them may be driven independently.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、プ
ラズマの生成及び引出しに用いられる磁場を変化させた
場合にも、試料上の磁束密度分布を最適に設定すること
が可能となる。その結果、均一な密度分布のプラズマを
試料に対して照射することができ、プラズマ処理品質が
向上する。更に、このように処理されたウエハ10を用
いて最終的に製造される半導体装置の品質が向上する。
As described above, according to the present invention, it is possible to optimally set the magnetic flux density distribution on the sample even when the magnetic field used for generating and extracting plasma is changed. As a result, it is possible to irradiate the sample with plasma having a uniform density distribution, and the plasma processing quality is improved. Further, the quality of a semiconductor device finally manufactured using the wafer 10 thus processed is improved.

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

【図1】図1は、本発明の実施例にかかるプラズマ処理
装置の概略構成を示す概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a schematic configuration of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】図2(A),(B)は、図1に示す実施例の試
料台近傍の構成を示すと共に、当該実施例の動作を説明
するための側面図(一部断面)である。
FIGS. 2A and 2B are side views (partial cross-sections) showing the configuration near the sample stage of the embodiment shown in FIG. 1 and explaining the operation of the embodiment. .

【図3】図3は、実施例の作用を説明するために使用さ
れるグラフであり、ウエハ上におけるイオン電流密度分
布を示す。
FIG. 3 is a graph used to explain the operation of the embodiment, and shows an ion current density distribution on a wafer.

【図4】図4は、実施例の作用を説明するために使用さ
れるグラフであり、ウエハ上におけるイオン電流密度分
布を示す。
FIG. 4 is a graph used to explain the operation of the example, and shows an ion current density distribution on a wafer.

【図5】図5は、実施例の作用を説明するために使用さ
れるグラフであり、ウエハ上におけるイオン電流密度分
布を示す。
FIG. 5 is a graph used to explain the operation of the example, and shows an ion current density distribution on a wafer.

【図6】図6は、本発明の他の実施例の要部を示す平面
図であり、分割式の永久磁石の構成を示す。
FIG. 6 is a plan view showing a main part of another embodiment of the present invention, showing a configuration of a split type permanent magnet.

【図7】図7は、本発明の他の実施例にかかるプラズマ
処理装置の構成を示す概略図である。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a configuration of a plasma processing apparatus according to another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10・・・シリコンウエハ(試料) 12・・・プラズマ生成室(真空容器) 14・・・反応室(真空容器) 22,24,26・・・コイル 42,48a〜48g,50・・・永久磁石 44・・・昇降台 46・・・駆動部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Silicon wafer (sample) 12 ... Plasma generation chamber (vacuum container) 14 ... Reaction chamber (vacuum container) 22, 24, 26 ... Coil 42, 48a-48g, 50 ... Permanent Magnet 44 ・ ・ ・ Elevating table 46 ・ ・ ・ Drive unit

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】真空容器内に配置された試料に対してプラ
ズマを照射することによっ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、 前記真空容器内に前記プラズマを生成する第1の磁場を
形成する工程と;前記試料付近のプラズマ分布を制御す
べく、当該試料の近傍に第2の磁場を形成する工程と;
前記第1の磁場の状態に応じて前記第2の磁場を制御す
る工程とを含むことを特徴とするプラズマ処理方法。
1. A plasma processing method for performing a predetermined plasma process by irradiating a sample placed in a vacuum container with plasma, wherein a first magnetic field for generating the plasma is formed in the vacuum container. Forming a second magnetic field near the sample to control the plasma distribution near the sample;
Controlling the second magnetic field according to the state of the first magnetic field.
【請求項2】真空容器内に配置された試料に対してプラ
ズマを照射することによって所定のプラズマ処理を行う
プラズマ処理装置において、 前記真空容器内に前記プラズマを生成する第1の磁場を
形成する第1の磁場形成手段と;前記試料付近のプラズ
マ分布を制御すべく、当該試料の近傍に第2の磁場を形
成する第2の磁場形成手段と;前記第1の磁場の状態に
応じて前記第2の磁場を調整すべく前記第2の磁場形成
手段の位置を制御する磁場制御手段とを備えたことを特
徴とするプラズマ処理装置。
2. A plasma processing apparatus for performing a predetermined plasma process by irradiating a sample placed in a vacuum container with plasma, wherein a first magnetic field for generating the plasma is formed in the vacuum container. A first magnetic field forming means; a second magnetic field forming means for forming a second magnetic field in the vicinity of the sample so as to control a plasma distribution in the vicinity of the sample; And a magnetic field control means for controlling a position of the second magnetic field forming means to adjust a second magnetic field.
【請求項3】前記磁場制御手段は、前記プラズマの進行
方向と平行な方向における前記第2の磁場形成手段の位
置を調整する構成であることを特徴とする請求項2に記
載のプラズマ処理装置。
3. The plasma processing apparatus according to claim 2, wherein said magnetic field control means is configured to adjust a position of said second magnetic field forming means in a direction parallel to a traveling direction of said plasma. .
【請求項4】前記磁場制御手段は、前記プラズマの進行
方向と直交する方向における前記第2の磁場形成手段の
位置を調整する構成であることを特徴とする請求項2又
は3に記載のプラズマ処理装置。
4. The plasma according to claim 2, wherein the magnetic field control means is configured to adjust a position of the second magnetic field forming means in a direction orthogonal to a direction in which the plasma travels. Processing equipment.
【請求項5】前記第2の磁場形成手段は、前記真空容器
の内壁と前記試料との間に配置されていることを特徴と
する請求項2、3又は4に記載のプラズマ処理装置。
5. The plasma processing apparatus according to claim 2, wherein said second magnetic field forming means is disposed between an inner wall of said vacuum vessel and said sample.
【請求項6】前記第2の磁場形成手段は、前記真空容器
の外側に配置されていることを特徴とする請求項2、3
又は4に記載のプラズマ処理装置。
6. The apparatus according to claim 2, wherein said second magnetic field forming means is disposed outside said vacuum vessel.
Or the plasma processing apparatus according to 4.
【請求項7】真空容器内に配置された半導体基板に対し
てプラズマを照射することによって所定のプラズマ処理
を行うプラズマ処理工程を含む半導体装置の製造方法に
おいて、 前記プラズマ処理工程が、前記真空容器内に前記プラズ
マを生成する第1の磁場を形成する工程と;前記半導体
基板付近のプラズマ分布を制御すべく、当該半導体基板
の近傍に第2の磁場を形成する工程と;前記第1の磁場
の状態に応じて前記第2の磁場を制御する工程とを含む
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
7. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a plasma processing step of performing a predetermined plasma processing by irradiating a plasma to a semiconductor substrate disposed in a vacuum vessel; Forming a first magnetic field for generating the plasma therein; forming a second magnetic field near the semiconductor substrate to control a plasma distribution near the semiconductor substrate; Controlling the second magnetic field according to the state of the semiconductor device.
JP9111975A 1997-04-14 1997-04-14 Plasma-etching method, plasma-etching device and manufacture of semiconductor device Pending JPH10289798A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100620178B1 (en) * 2001-08-10 2006-09-04 동부일렉트로닉스 주식회사 Method for removing by product of plasma etching apparatus
KR100739959B1 (en) 2004-12-29 2007-07-16 동부일렉트로닉스 주식회사 Etching chamber used in semiconductor device fabrication

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