JPH10308298A - Plasma processing device - Google Patents

Plasma processing device

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JPH10308298A
JPH10308298A JP9132798A JP13279897A JPH10308298A JP H10308298 A JPH10308298 A JP H10308298A JP 9132798 A JP9132798 A JP 9132798A JP 13279897 A JP13279897 A JP 13279897A JP H10308298 A JPH10308298 A JP H10308298A
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JP
Japan
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sample
plasma
permanent magnet
magnetic field
wall
Prior art date
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Pending
Application number
JP9132798A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akinori Ozaki
成則 尾▲崎▼
Masashi Inoue
雅司 井上
Masahide Iwasaki
征英 岩▲崎▼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Industries Ltd filed Critical Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication of JPH10308298A publication Critical patent/JPH10308298A/en
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E30/10Nuclear fusion reactors

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To restrain the generation of damage of a sample at the minimum, and while to enable the even plasma processing with the simple structure by providing permanent magnets for forming a magnetic field, which regulates the progress of the plasma, between a sample and an inner wall of a vacuum container so as to surround the sample, and adjusting a space between the sample and the magnets in the circumferential direction of the sample. SOLUTION: Since the predetermined magnetic field is formed between a sample 10, a plasma generating chamber 12 and an inner wall of a reaction chamber 14, dispersion of plasma to the inner wall side is restrained, and a grade of plasma, density to be lowered toward the inner wall is gradually formed so as to even the plasma density on the sample 10 and so as to improve the evenness of the radiating direction toward the inner wall. But in the case where uneven plasma is generated in the circumferential direction of the sample 10 by the magnetic field distribution of the microwave led to the plasma generating chamber 12 and the reaction chamber 14, evenness is hard to be secured. A space between the sample 10 and the permanent magnets 44 is adjusted by the sample 10 in the circumferential direction so as to secure evenness of the plasma on the sample 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。
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. Become noticeable.

【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の不均
一性により、最終的に製造される半導体装置の品質が低
下してしまう。
[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. In addition, due to the non-uniformity of the plasma processing of the semiconductor substrate, the quality of the finally manufactured semiconductor device deteriorates.

【0005】このため、従来においては、特公平6−4
0542、特開平6−210646、特開平1−222
437に示されているように、プラズマの輸送方向に対
する試料の後方(試料台下)に永久磁石を配置し、試料
台上の磁束密度分布を均一にすることにより、プラズマ
の均一性の向上を図っていた。
For this reason, conventionally, Japanese Patent Publication No. 6-4
0542, JP-A-6-210646, JP-A-1-222
As shown by reference numeral 437, a permanent magnet is arranged behind the sample (below the sample stage) with respect to the plasma transport direction to make the magnetic flux density distribution on the sample stage uniform, thereby improving the plasma uniformity. I was planning.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の方法では、プラズマ生成用のコイルにより
真空容器内に形成される磁場を試料上で強制的に制御し
ているため、種々の問題が発生した。例えば、試料の外
周部下方(後方)に磁石を配置した場合には、試料の外
周部に比べて試料中央部でプラズマの発散が大きくなっ
てしまう。その結果、試料中央部で荷電粒子が加速さ
れ、試料にダメージを与える原因となっていた。また、
試料表面に向かう磁束が局所的に曲げられるため、磁束
密度すなわちプラズマ密度が不均一となってしまう。更
に、試料(試料台)に対して高周波バイアス(RFバイ
アス)を印加した時に、プラズマのインピーダンスが空
間的に不均一となり、試料に印加されるRFバイアスが
不均一となる。このような種々の問題が、試料の均一な
処理の妨げとなっていた。
However, in the above-described conventional method, the magnetic field formed in the vacuum chamber by the coil for plasma generation is forcibly controlled on the sample, and therefore various problems are caused. There has occurred. For example, when a magnet is arranged below (rearward) the outer peripheral portion of the sample, the divergence of the plasma becomes larger in the central portion of the sample than in the outer peripheral portion of the sample. As a result, the charged particles are accelerated at the center of the sample, causing damage to the sample. Also,
Since the magnetic flux toward the sample surface is locally bent, the magnetic flux density, that is, the plasma density becomes non-uniform. Further, when a high-frequency bias (RF bias) is applied to the sample (sample stage), the impedance of the plasma becomes spatially non-uniform, and the RF bias applied to the sample becomes non-uniform. These various problems have hindered uniform processing of the sample.

【0007】更に、真空容器内に導入されたマイクロ波
の電界強度分布が、例えば、基本モードである円形TE
11モードのように軸対称でない分布を有する場合には、
このマイクロ波によって生成されたプラズマの分布も軸
対称とはならない。その結果、試料の処理速度の分布も
X、Y方向で異なってしまう。このような不都合は、真
空容器に導入する前のマイクロ波のモードを変換するこ
とによって回避することが可能であるが、プラズマ処理
装置の構成の複雑化及び大型化を伴うことになる。
Further, the electric field intensity distribution of the microwave introduced into the vacuum vessel is, for example, a circular TE which is a fundamental mode.
If you have a distribution that is not axisymmetric like 11 modes,
The distribution of the plasma generated by the microwave is not axially symmetric. As a result, the distribution of the processing speed of the sample also differs in the X and Y directions. Such inconvenience can be avoided by converting the mode of the microwave before the microwave is introduced into the vacuum vessel, but it involves an increase in the configuration and size of the plasma processing apparatus.

【0008】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、試料へのダメージを最小限に抑えつつ、
簡素な構成で均一なプラズマ処理を実現可能なプラズマ
処理装置を提供することを目的とする。
[0008] The present invention has been made in view of the above situation, and while minimizing damage to a sample,
It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus that can realize uniform plasma processing with a simple configuration.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のプラズマ処理装置は、試料(10)と真空
容器(12,14)の内壁との間において試料(10)
を包囲するように配置され、プラズマの進行を規制する
磁界を形成する永久磁石(44)を備える。そして、試
料(10)と磁石(44)との間隔を試料(10)の円
周方向において調整している。
In order to solve the above-mentioned problems, a plasma processing apparatus according to the present invention comprises a sample (10) provided between a sample (10) and inner walls of vacuum vessels (12, 14).
And a permanent magnet (44) that forms a magnetic field that regulates the progress of the plasma. Then, the distance between the sample (10) and the magnet (44) is adjusted in the circumferential direction of the sample (10).

【0010】例えば、永久磁石(44)を複数の永久磁
石片(44a)から構成し、これらの永久磁石片(44
a)と試料(10)との間隔を各々調整することができ
る。また、試料(10)を包囲するように配置されたリ
ング状一体型の永久磁石(48)を用い、その径を調整
して試料(10)との間隔を調整することもできる。
For example, the permanent magnet (44) is composed of a plurality of permanent magnet pieces (44a) and these permanent magnet pieces (44)
The distance between a) and the sample (10) can each be adjusted. Further, the distance from the sample (10) can be adjusted by using a ring-shaped integral permanent magnet (48) arranged so as to surround the sample (10) and adjusting the diameter thereof.

【0011】[0011]

【作用】上述したように、本発明においては、試料(1
0)と真空容器(12,14)の内壁との間に所定の磁
界を形成しているため、真空容器(12,14)の内壁
側へのプラズマの拡散が抑制され、真空容器(12,1
4)側に向かって減少するプラズマ密度勾配を緩やかに
でき、試料(10)上におけるプラズマ密度の均一性向
上に寄与することができる。このような方法は、試料
(10)の中心から真空容器(12,14)の内壁に向
かう放射方向の均一性を向上させるものであり、試料
(10)上での円周方向のプラズマ密度が均一の場合に
効果が大きい。しかしながら、真空容器(12,14)
に導入されるマイクロ波の磁界強度分布の影響等によっ
て試料(10)の円周方向に不均一なプラズマが生成さ
れた場合には、試料(10)上におけるプラズマの均一
性を十分に確保することが困難となる。本発明において
は、試料(10)と磁石(44)との間隔を試料(1
0)の円周方向において調整しているため、マイクロ波
の磁界強度分布の影響等によって試料(10)の円周方
向に不均一なプラズマが生成された場合にも、試料(1
0)上におけるプラズマの均一性を確保することができ
る。
As described above, in the present invention, the sample (1
0) and the inner wall of the vacuum vessel (12, 14), a predetermined magnetic field is formed, so that the diffusion of plasma to the inner wall side of the vacuum vessel (12, 14) is suppressed, and the vacuum vessel (12, 14) 1
4) The plasma density gradient decreasing toward the side can be moderated, which can contribute to the improvement of the uniformity of the plasma density on the sample (10). Such a method improves the uniformity in the radial direction from the center of the sample (10) toward the inner wall of the vacuum vessel (12, 14), and the plasma density in the circumferential direction on the sample (10) is reduced. Great effect when uniform. However, vacuum containers (12, 14)
When a non-uniform plasma is generated in the circumferential direction of the sample (10) due to the influence of the magnetic field intensity distribution of the microwave introduced into the sample, the uniformity of the plasma on the sample (10) is sufficiently ensured. It becomes difficult. In the present invention, the distance between the sample (10) and the magnet (44) is set to the distance between the sample (1) and the magnet (44).
Since the adjustment is performed in the circumferential direction of the sample (10), the sample (1) is not affected even when an uneven plasma is generated in the circumferential direction of the sample (10) due to the influence of the magnetic field intensity distribution of the microwave.
0) The uniformity of the plasma above can be ensured.

【0012】[0012]

【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。以下に示す各実施例は、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的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 each of 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.

【0013】[0013]

【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300mm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300mmのシ
リコンウエハ10以外に、直径200mのウエハやLC
D用ガラス基板等、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1
2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(2.45GHz)をこの円形導波管1
6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 300 mm. The silicon wafer 10 includes a plasma generation chamber 12 having a hollow cylindrical shape for generating plasma, and a reaction chamber 14 communicating with the plasma generation chamber 12. I have.
Samples processed by this apparatus include a silicon wafer 10 having a diameter of 300 mm, a wafer having a diameter of 200 m, and an LC.
Various samples requiring uniform plasma treatment, such as a glass substrate for D, can be targeted. Plasma generation chamber 1
A circular waveguide 16 connected to a microwave oscillator (not shown) such as a magnetron is connected to an upper portion of the circular waveguide 2 to transmit microwaves (2.45 GHz) to the circular waveguide 1.
6 to the plasma generation chamber 12.

【0014】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段のメインコイル22,24,26が配置されて
いる。メインコイル22,24,26の下方には、1段
のサブコイル28が配置されている。これらのメインコ
イル22,24,26とサブコイル28は、電流供給部
40から必要な電流の供給を受け、プラズマ生成室12
内にECR条件を満たす磁束密度875ガウスの領域
(100)を形成する。プラズマ生成室12に連通され
た反応室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 main coils 22, 24, and 26 are arranged so as to include a connection part of the circular waveguide 16 and concentrically surround the connection part. Below the main coils 22, 24, 26, a one-stage sub coil 28 is arranged. The main coils 22, 24, 26 and the sub-coils 28 receive a necessary current from the current supply unit 40 and
A region (100) having a magnetic flux density of 875 gauss satisfying the ECR condition is formed therein. In the reaction chamber 14 connected to the plasma generation chamber 12, a sample table 32 for holding the silicon wafer 10 by a fixing means such as electrostatic suction is provided.

【0015】試料台32の周囲には、シリコンウエハ1
0と同心円となるように永久磁石44が備えられてい
る。永久磁石44は、後に説明するように、複数の磁石
片44a(図2)から構成され、各々の磁石片44aが
シリコンウエハ10の放射方向に位置調整可能な構成と
なっている。
Around the sample table 32, a silicon wafer 1
A permanent magnet 44 is provided so as to be concentric with zero. As will be described later, the permanent magnet 44 includes a plurality of magnet pieces 44a (FIG. 2), and each of the magnet pieces 44a can be adjusted in the radial direction of the silicon wafer 10.

【0016】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。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。また、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. The reaction chamber 14 is provided with a gas supply pipe 36 for supplying a reaction gas required for plasma generation. Although not shown, a coolant path is formed around the plasma generation chamber 12, and the plasma generation chamber 12 is cooled by cooling water (coolant) circulating through the coolant path.

【0017】図1に示す装置においては、一端がアース
された高周波電源48が試料台32に接続されており、
当該試料台32にRF電力を印加することによって、シ
リコンウエハ10の表面近傍で生じる化学反応を促進で
きるように構成されている。これにより、薄膜成膜速度
の向上等、プラズマ処理の効率を向上させることが可能
となる。
In the apparatus shown in FIG. 1, a high-frequency power supply 48 having one end grounded is connected to the sample table 32,
By applying RF power to the sample stage 32, a chemical reaction occurring near the surface of the silicon wafer 10 can be promoted. As a result, it is possible to improve the efficiency of the plasma processing, such as an improvement in the thin film deposition rate.

【0018】図2は、試料台32の周辺に配置された永
久磁石44の構成を示す。永久磁石44は、試料台32
を囲むように等間隔で配置された16個の磁石片44a
から構成されている。16個の磁石片44aは同一の強
度(磁力)を有し、これら磁石片44aの内接円がシリ
コンウエハ10の中心に対して楕円形となるように配置
されている。すなわち、X方向の径よりもY方向の径の
方が若干小さくなるように配列されている。なお、磁石
片44aの数は16個に限らず、必要に応じて増減でき
ることは言うまでもない。また、磁石片44aの配置
(楕円率:縦径/横径)とシリコンウエハ10の間隔の
割合は、プラズマの強度分布に応じて適宜変更する。
FIG. 2 shows the structure of the permanent magnet 44 disposed around the sample table 32. The permanent magnet 44 is connected to the sample table 32.
Magnet pieces 44a arranged at equal intervals so as to surround
It is composed of The 16 magnet pieces 44a have the same strength (magnetic force), and are arranged such that the inscribed circle of these magnet pieces 44a is elliptical with respect to the center of the silicon wafer 10. That is, they are arranged such that the diameter in the Y direction is slightly smaller than the diameter in the X direction. It is needless to say that the number of the magnet pieces 44a is not limited to 16 and can be increased or decreased as needed. The ratio of the arrangement of the magnet pieces 44a (ellipticity: vertical diameter / horizontal diameter) and the interval between the silicon wafers 10 is appropriately changed according to the plasma intensity distribution.

【0019】また、各磁石片44aとシリコンウエハ1
0との距離についても、種々の影響を考慮して設定す
る。磁石片44aの内側(試料台32側)には磁石44
の上面の磁場と逆向きの磁場(下から上に向かう磁場)
が形成され、シリコンウエハ10上のプラズマ密度を下
げるように作用することがある。このような磁場は、磁
石片44aの上面での磁場に比べれば比較的弱い磁場で
あるが、当該磁石片44aを試料台32に近づけすぎる
と、シリコンウエハ10(試料)の端部でのプラズマ密
度を低くする可能性がある。そこで、本実施例において
は、逆方向(下から上)の磁場の影響が出ないように、
試料台32に対して適当な間隔をあけて各磁石片44a
を配置する。
Each of the magnet pieces 44a and the silicon wafer 1
The distance to 0 is also set in consideration of various effects. A magnet 44 is provided inside the magnet piece 44a (on the sample stage 32 side).
The magnetic field in the opposite direction to the magnetic field on the upper surface (magnetic field from bottom to top)
May be formed, and may act to lower the plasma density on the silicon wafer 10. Such a magnetic field is a relatively weak magnetic field as compared with the magnetic field on the upper surface of the magnet piece 44a. However, when the magnet piece 44a is too close to the sample table 32, the plasma at the end of the silicon wafer 10 (sample) is generated. May reduce density. Therefore, in the present embodiment, the influence of the magnetic field in the opposite direction (from bottom to top) does not appear.
At an appropriate distance from the sample table 32, each magnet piece 44a
Place.

【0020】また、磁石片44aと反応室14の内壁と
の間隔についても、適当な値に設定している。プラズマ
密度は反応室14の内壁に向かって減少するような勾配
を持つため、プラズマは当該内壁に接すると電子とイオ
ンが再結合して消滅し、プラズマ密度がゼロとなってし
まう。従って、磁石片44aが反応室14の内壁に近す
ぎると、プラズマを十分にトラップすることができずに
壁12a側に逃げてしまう。そこで、本実施例において
は、プラズマを十分にトラップでき且つ反応室内壁の影
響を受けないように、当該内壁から適当な間隔を持って
磁石片44aを配置する。
The distance between the magnet piece 44a and the inner wall of the reaction chamber 14 is also set to an appropriate value. Since the plasma density has a gradient that decreases toward the inner wall of the reaction chamber 14, when the plasma contacts the inner wall, electrons and ions recombine and disappear, and the plasma density becomes zero. Therefore, if the magnet piece 44a is too close to the inner wall of the reaction chamber 14, the plasma cannot be sufficiently trapped and escapes to the wall 12a side. Therefore, in this embodiment, the magnet pieces 44a are arranged at an appropriate distance from the inner wall so that the plasma can be sufficiently trapped and the inner wall of the reaction chamber is not affected.

【0021】図3は、マイクロ波導入窓20を透過して
プラズマ室12に導入されるマイクロ波(円形TE11
ード)の電界強度分布を示す。図から分かるように、マ
イクロ波の電界強度分布はX方向とY方向とで異なって
おり、シリコンウエハ10上では円周方向におけるプラ
ズマ密度分布が不均一になる。このようなプラズマ密度
分布の不均一性を補正するのが本発明の装置である。
FIG. 3 shows an electric field intensity distribution of a microwave (circular TE 11 mode) transmitted through the microwave introduction window 20 and introduced into the plasma chamber 12. As can be seen from the figure, the electric field intensity distribution of the microwave differs between the X direction and the Y direction, and the plasma density distribution in the circumferential direction on the silicon wafer 10 becomes non-uniform. The apparatus of the present invention corrects such non-uniformity of the plasma density distribution.

【0022】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上にセットし、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
12及び反応室14内に反応ガス(Cl2)を導入し、
プラズマ生成室12及び反応室14の内圧を1×10-3
Torr 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 set on the sample stage 32, By evacuation,
The internal pressure of the plasma generation chamber 12 and the reaction chamber 14 is reduced to a predetermined pressure. Next, a reaction gas (Cl 2 ) is introduced from the gas supply pipe 36 into the plasma generation chamber 12 and the reaction chamber 14,
The internal pressure of the plasma generation chamber 12 and the reaction chamber 14 is set to 1 × 10 −3
Keep around Torr.

【0023】その後、メインコイル22,24,26及
びサブコイル28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=2.45
GHz(波長λ=約12.2cm)、パワー1500W
に設定されている。
Thereafter, a magnetic field is formed inside the plasma generation chamber 12 by energizing the main coils 22, 24, 26 and the sub-coil 28, and the magnetic field is formed from the circular waveguide 16 through the microwave introduction window 20 into the plasma generation chamber 12. Introduce microwave. This microwave has a frequency f = 2.45.
GHz (wavelength λ = about 12.2 cm), power 1500 W
Is set to

【0024】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及びサブコイル28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 sub-coil 6 and the sub-coil 28 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. Then, the surface of the silicon wafer 10 on the sample stage 32 is irradiated and etched.

【0025】上述したように、メインコイル22,2
4,26及びサブコイル28によって生じる発散磁界に
沿って照射されるプラズマが、永久磁石44(44a)
による磁界によってトラップされるため、反応室(真空
容器)14の内壁に向かうプラズマを大幅に減少させる
ことができる。また、シリコンウエハ10上においては
磁界の急激な変化が生じることが無く、シリコンウエハ
10上でのプラズマ密度の局所的な変化を引き起こすこ
ともない。更に、磁石片44aとシリコンウエハ10と
の間隔をシリコンウエハ10の円周方向において調整し
ているため、例えば、マイクロ波導入窓20を透過して
プラズマ室12に導入されるマイクロ波(円形TE11
ード)の電界強度分布がX方向とY方向とで異なり、シ
リコンウエハ10の円周方向におけるプラズマ密度分布
が不均一な場合にも、シリコンウエハ10上でのプラズ
マ密度分布を補正することができる。
As described above, the main coils 22, 2
4, 26 and the plasma radiated along the divergent magnetic field generated by the sub-coil 28, the permanent magnet 44 (44a)
Therefore, plasma directed to the inner wall of the reaction chamber (vacuum vessel) 14 can be greatly reduced. In addition, no abrupt change in the magnetic field occurs on the silicon wafer 10, and no local change in the plasma density on the silicon wafer 10 occurs. Further, since the distance between the magnet piece 44a and the silicon wafer 10 is adjusted in the circumferential direction of the silicon wafer 10, for example, the microwave (circular TE) transmitted through the microwave introduction window 20 and introduced into the plasma chamber 12 In the case where the electric field intensity distribution of ( 11 mode) is different between the X direction and the Y direction and the plasma density distribution in the circumferential direction of the silicon wafer 10 is not uniform, the plasma density distribution on the silicon wafer 10 can be corrected. it can.

【0026】シリコンウエハ10と反応室14の内壁と
の間に形成された磁界の強さを調整する方法としては、
シリコンウエハ10を包囲する複数の永久磁石の強度を
予め調整しておく(変えておく)こともできる。ただ
し、この方法では、少しずつ強度の異なる磁石を多数製
造するために多くのコストがかかるという不都合があ
る。そこで、上記実施例のように、各磁石片44aの強
度を一定とし、磁石片44aとシリコンウエハ10との
間隔をシリコンウエハ10の円周方向において調整する
ことにより上記不都合を解消することができる。
As a method of adjusting the strength of the magnetic field formed between the silicon wafer 10 and the inner wall of the reaction chamber 14,
The strength of the plurality of permanent magnets surrounding the silicon wafer 10 can be adjusted (changed) in advance. However, this method has a disadvantage that a large number of costs are required to manufacture a large number of magnets having slightly different strengths. Therefore, as described in the above embodiment, the above-described disadvantage can be solved by keeping the strength of each magnet piece 44a constant and adjusting the distance between the magnet piece 44a and the silicon wafer 10 in the circumferential direction of the silicon wafer 10. .

【0027】次に、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
バイス等を含むものとする。
Next, 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 a gas supply pipe 36 in addition to the above 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, a completed semiconductor device such as a RAM, and the like.

【0028】図4は、本発明の他の実施例にかかる永久
磁石48の構成を示す。この永久磁石48は、図1及び
図2に示す永久磁石44に替えて使用されるものであ
り、基本的な作用、効果は上述した実施例の永久磁石4
4と同一である。永久磁石48は、リング状に一体的に
成形されており、その幅wは10mm、X方向の径a=
450mm、Y方向の径b=400mmに設定されてい
る。
FIG. 4 shows the configuration of a permanent magnet 48 according to another embodiment of the present invention. This permanent magnet 48 is used in place of the permanent magnet 44 shown in FIGS. 1 and 2, and its basic operation and effects are the same as those of the above-described embodiment.
Same as 4. The permanent magnet 48 is integrally formed in a ring shape, has a width w of 10 mm, and a diameter a =
The diameter is set to 450 mm and the diameter b in the Y direction is set to 400 mm.

【0029】図5は、図4の実施例の永久磁石48を使
用した場合のシリコンウエハ10上におけるイオン電流
密度の分布を示す。図5に示すデータは、電力1.5k
Wのマイクロ波を使用し、プラズマ生成室12及び反応
室14の圧力を2×10-3Torrに保ち、100sccmのC
2ガスを使用して試験を行った結果である。また、図
6はX、Y両方向の径が共に450mmに設計されたリ
ング状永久磁石を用いた場合のシリコンウエハ10上の
イオン電流密度の分布を示す。図5及び図6から分かる
ように、本実施例の永久磁石48を用いた場合の方がシ
リコンウエハ10上のイオン電流密度均一性が優れてい
る。更に、本実施例によれば、イオン電流の均一性のみ
ならず、シリコンウエハ10(試料)上におけるイオン
電流の絶対値も高く、処理の均一化に加えて処理の高速
化を図ることも期待できる。
FIG. 5 shows the distribution of ion current density on the silicon wafer 10 when the permanent magnet 48 of the embodiment of FIG. 4 is used. The data shown in FIG.
Using a microwave of W, the pressure in the plasma generation chamber 12 and the reaction chamber 14 was maintained at 2 × 10 −3 Torr, and
This is a result of a test performed using l 2 gas. FIG. 6 shows the distribution of ion current density on the silicon wafer 10 when a ring-shaped permanent magnet designed to have a diameter of 450 mm in both the X and Y directions is used. As can be seen from FIGS. 5 and 6, when the permanent magnet 48 of this embodiment is used, the ion current density uniformity on the silicon wafer 10 is more excellent. Furthermore, according to the present embodiment, not only the uniformity of the ion current but also the absolute value of the ion current on the silicon wafer 10 (sample) is high, and it is expected that the processing speed is increased in addition to the uniform processing. it can.

【0030】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。
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.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、試
料(10)と真空容器(12,14)の内壁との間に磁
界を形成して、真空容器(12,14)の内壁側へのプ
ラズマの拡散を抑制しているため、試料に対してダメー
ジを与えることなく均一なプラズマ処理を行うことがで
きるという効果がある。また、試料(10)と磁石(4
4)との間隔を試料(10)の円周方向において調整し
ているため、マイクロ波の磁界強度分布の影響等によっ
て試料(10)の円周方向に不均一なプラズマが生成さ
れた場合にも、試料(10)上におけるプラズマの均一
性を十分に確保することができる。その結果、最終的に
は、本発明のプラズマ処理方法を経て製造された半導体
装置の品質が向上することになる。
As described above, according to the present invention, a magnetic field is formed between the sample (10) and the inner walls of the vacuum vessels (12, 14), and the inner wall side of the vacuum vessels (12, 14) is formed. Since the diffusion of plasma into the sample is suppressed, there is an effect that uniform plasma processing can be performed without damaging the sample. The sample (10) and the magnet (4
4) is adjusted in the circumferential direction of the sample (10). Therefore, when an uneven plasma is generated in the circumferential direction of the sample (10) due to the influence of the magnetic field intensity distribution of the microwave or the like. Also, the uniformity of the plasma on the sample (10) can be sufficiently ensured. As a result, finally, the quality of the semiconductor device manufactured through the plasma processing method of the present invention 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は、図1に示すプラズマ処理装置に使用さ
れる永久磁石の構成を示す平面図である。
FIG. 2 is a plan view showing a configuration of a permanent magnet used in the plasma processing apparatus shown in FIG.

【図3】図3は、実施例のプラズマ処理装置の真空容器
内に導入されるTE11モードのマイクロ波の電界強度分
布を示すグラフである。
Figure 3 is a graph showing the microwave electric field intensity distribution of the TE 11 mode introduced into the vacuum chamber of the plasma processing apparatus of the embodiment.

【図4】図4は、本発明の他の実施例にかかる永久磁石
の構成を示す平面図である。
FIG. 4 is a plan view showing a configuration of a permanent magnet according to another embodiment of the present invention.

【図5】図5は、図4に示す実施例の効果を説明するた
めの実験データを示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing experimental data for explaining the effect of the embodiment shown in FIG. 4;

【図6】図6は、図4に示す実施例の効果を説明するた
めに使用される比較例に対する実験データを示すグラフ
である。
FIG. 6 is a graph showing experimental data for a comparative example used to explain the effect of the embodiment shown in FIG.

【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 14・・・反応室 22,24,26・・・メインコイル 28・・・サブコイル 44,48・・・永久磁石 44a・・・磁石片 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Silicon wafer (sample) 12 ... Plasma generation chamber 14 ... Reaction chamber 22, 24, 26 ... Main coil 28 ... Sub coil 44, 48 ... Permanent magnet 44a ... Magnet Piece

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H05H 1/10 H01L 21/302 B ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H05H 1/10 H01L 21/302 B

Claims (4)

【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り所定の処理を施すプラズマ処
理装置において、 前記試料と前記真空容器の内壁との間において前記試料
を包囲するように配置され、前記プラズマの進行を規制
する磁界を形成する永久磁石を備えると共に、 前記試料と前記磁石との間隔を前記試料の円周方向にお
いて調整したことを特徴とするプラズマ処理装置。
1. A plasma processing apparatus for performing a predetermined process by irradiating a sample placed in a vacuum container with plasma, wherein the sample is surrounded between the sample and an inner wall of the vacuum container. And a permanent magnet that forms a magnetic field that regulates the progress of the plasma and that adjusts a distance between the sample and the magnet in a circumferential direction of the sample.
【請求項2】前記永久磁石は複数の永久磁石片から構成
され、 前記複数の永久磁石片と前記試料との間隔を各々調整し
たことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装
置。
2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the permanent magnet includes a plurality of permanent magnet pieces, and a distance between the plurality of permanent magnet pieces and the sample is adjusted.
【請求項3】前記永久磁石は前記試料を包囲するように
配置されたリング状一体型の永久磁石であり、 前記試料と前記永久磁石との間隔を調整すべく、その径
を調整して前記永久磁石を成形したことを特徴とする請
求項1に記載のプラズマ処理装置。
3. The permanent magnet is a ring-shaped integral permanent magnet arranged so as to surround the sample. The diameter of the permanent magnet is adjusted by adjusting the distance between the sample and the permanent magnet. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a permanent magnet is formed.
【請求項4】前記真空容器内に電子サイクロトロン共鳴
を励起するための励磁コイルを更に備えたことを特徴と
する請求項1、2又は3に記載のプラズマ処理装置。
4. The plasma processing apparatus according to claim 1, further comprising an exciting coil for exciting electron cyclotron resonance in the vacuum vessel.
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