JP2010219198A - Plasma processing equipment - Google Patents
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Abstract
【課題】ウェハのエッチング性能が温度によって変動するため、連続処理中および停止中の温度変動によってウェハ間のエッチング形状の均一性が悪化する。
【解決手段】エッチング処理に先立ってプラズマ放電による加熱によってリアクタ内壁温度を最適な温度にまで加熱し、エッチング処理動作停止(アイドリング)中を判断して、アイドリング中にも間欠的にプラズマ生成402を繰り返して、真空処理室の内壁表面温度を維持する。また、真空処理室の内壁表面温度と相関のある処理ガスの発光強度を測定して間欠的なプラズマ生成402を制御する。
【選択図】図4Since the etching performance of a wafer varies with temperature, the uniformity of the etching shape between wafers deteriorates due to temperature variation during continuous processing and during stoppage.
Prior to the etching process, the reactor inner wall temperature is heated to an optimum temperature by heating by plasma discharge, and it is judged that the etching process operation is stopped (idling), and plasma generation 402 is intermittently generated even during idling. The temperature of the inner wall surface of the vacuum processing chamber is maintained repeatedly. Further, intermittent plasma generation 402 is controlled by measuring the emission intensity of the processing gas having a correlation with the inner wall surface temperature of the vacuum processing chamber.
[Selection] Figure 4
Description
本発明は、原料ガスをプラズマ化し、活性化した粒子の物理または化学反応により半導体表面処理を行う装置、特にプラズマエッチングを行うプラズマ処理装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for performing semiconductor surface treatment by physicochemical treatment of activated particles by converting a source gas into plasma, and more particularly to a plasma processing apparatus for performing plasma etching.
従来、半導体装置の製造の際に用いられるプラズマ処理の工程に、有磁場プラズマ発生装置が用いられてきた。この有磁場プラズマ発生装置は真空容器である処理室内に処理ガスを導入し、導波管を介して供給されるマイクロ波によりプラズマを生成し、下部電極に置かれたシリコンウェハをエッチングする。前記下部電極は下部電極として動作し、バイアス電位を印加することでエッチング速度及びエッチング形状を制御可能である。 Conventionally, a magnetic field plasma generator has been used in a plasma processing step used in manufacturing a semiconductor device. This magnetic field plasma generator introduces a processing gas into a processing chamber which is a vacuum vessel, generates plasma by microwaves supplied through a waveguide, and etches a silicon wafer placed on a lower electrode. The lower electrode operates as a lower electrode, and an etching rate and an etching shape can be controlled by applying a bias potential.
特許文献1および特許文献2には、ウェハの処理に先立って、あらかじめ数値計算などによって得られた処理室内壁温度に対応させて設定された放電条件で処理室内壁を加熱し、均一なエッチング性能を得るための技術について述べられている。しかし、必ずしも、処理室内壁の温度が推定可能であるとは限らず、また、エッチング処理条件に変更があった場合にも、改めて放電条件を設定しなおす必要の無い、加熱放電の手段が必要であった。 In Patent Document 1 and Patent Document 2, the processing chamber wall is heated under discharge conditions set in advance corresponding to the processing chamber wall temperature obtained by numerical calculation or the like prior to wafer processing, and uniform etching performance is obtained. The technique for obtaining is described. However, it is not always possible to estimate the temperature of the inner wall of the processing chamber, and there is a need for a heating and discharging means that does not require resetting the discharge conditions again even when the etching processing conditions are changed. Met.
本発明は、処理性能の短期的変動の安定化による歩留まりの向上に関する。近年の半導体の微細化に伴い、エッチング形状、および試料毎のエッチング形状の均一性が、製品歩留まりに与える影響が増大するなかで、新たな問題として顕在化してきたものがあり、そのひとつの例がリアクタ温度である。 The present invention relates to an improvement in yield by stabilizing short-term fluctuations in processing performance. Along with the recent miniaturization of semiconductors, the etching shape and uniformity of the etching shape for each sample have increased the impact on product yield. One example of this has emerged as a new problem. Is the reactor temperature.
処理対象のウェハは温度制御された試料台に積載され、ウェハの温度は最適化されていたが、処理を重ねるにつれて、プラズマからの入熱によって加熱されるリアクタ内壁の温度変化にも影響を受ける。原因の一つは、リアクタ内壁の温度変化に伴った、壁表面での反応レートや反応生成物組成の変化である。その結果として壁から再放出された分子等がエッチング性能に影響を与えることがある。 The wafer to be processed was loaded on a temperature-controlled sample stage, and the wafer temperature was optimized. However, as the processing was repeated, the temperature of the reactor inner wall heated by the heat input from the plasma was also affected. . One of the causes is a change in the reaction rate and reaction product composition on the wall surface as the temperature of the reactor inner wall changes. As a result, molecules etc. re-emitted from the wall may affect the etching performance.
また、リアクタ内壁からの輻射熱による加熱がある。エッチング性能に大きな影響を与えるため、ウェハ温度は試料台によって温度を制御されているが、プラズマからの入熱などによって表面が加熱される場合がある。熱源としてはプラズマが支配的ではあるが、プラズマ処理中以外であれば、ウェハはリアクタ内壁からの輻射によって加熱されうる。 There is also heating by radiant heat from the reactor inner wall. The wafer temperature is controlled by the sample stage to greatly affect the etching performance, but the surface may be heated by heat input from plasma or the like. Although plasma is dominant as a heat source, the wafer can be heated by radiation from the inner wall of the reactor, except during plasma processing.
さらに、導入ガス温度の変動が考えられる。リアクタを構成する内壁材の一部がガス導入路を兼ねていて、温度の影響を受ける一方で、圧力計は温度の影響が無視できるように配置されているために、測定部における圧力を一定に制御しても、リアクタ内のガス密度が変動し、エッチング性能に影響する場合がある。 Furthermore, fluctuations in the introduced gas temperature can be considered. While part of the inner wall material that constitutes the reactor also serves as a gas introduction path and is affected by temperature, the pressure gauge is arranged so that the influence of temperature is negligible, so the pressure at the measurement unit is constant. Even if controlled, the gas density in the reactor may fluctuate and affect the etching performance.
連続的な処理を行うとき、上記のプラズマによる加熱のために、リアクタ内の温度制御がされていない部分は徐々に温度が上昇し、十分な時間が経過すると飽和する。また複数のウェハを断続的に処理する場合、待機時間中に温度は降下する。上記した理由により、エッチング性能が温度によって変動するため、連続処理中および停止中の温度変動によってウェハ間のエッチング形状の均一性が悪化する。 When continuous processing is performed, due to the above-described heating by plasma, the temperature of the portion in the reactor where temperature control is not performed gradually rises, and saturates when sufficient time has elapsed. When a plurality of wafers are processed intermittently, the temperature drops during the standby time. For the reasons described above, the etching performance varies depending on the temperature. Therefore, the uniformity of the etching shape between the wafers deteriorates due to the temperature variation during continuous processing and during stoppage.
以上の理由により、リアクタ内の温度制御が重要となっているが、リアクタの内壁表面温度を直接加熱または冷却することによって制御することは非常に困難であった。そのため、連続的に処理を行って到達する飽和温度を基準としてエッチング性能に影響がない範囲にまで加熱し、またエッチング処理が中断された間にも、その温度を維持または処理再開直前に再加熱することが必要である。同時に、従来のエッチング装置には、その内壁温度をモニタする手段を持たないものがあり、そのような場合でも加熱処理の終点を判定する手段が必要であった。 For the above reasons, temperature control in the reactor is important, but it has been very difficult to control by directly heating or cooling the inner wall surface temperature of the reactor. Therefore, it is heated to a range that does not affect the etching performance based on the saturation temperature that is reached by continuous processing, and it is reheated immediately before the processing is resumed or maintained while the etching processing is interrupted. It is necessary to. At the same time, some conventional etching apparatuses do not have means for monitoring the inner wall temperature, and even in such a case, means for determining the end point of the heat treatment is necessary.
本発明によれば、リアクタ内壁温度はエッチング処理に先立ってプラズマ放電による加熱によって最適な温度にまで加熱される。またはエッチング処理動作停止(以下、「アイドリング」と記す。)中においては、温度を維持するための放電がなされる。 According to the present invention, the reactor inner wall temperature is heated to an optimum temperature by heating by plasma discharge prior to the etching process. Alternatively, during the etching process operation stop (hereinafter referred to as “idling”), discharge for maintaining the temperature is performed.
本発明におけるアイドリングは、連続した複数枚のウェハの処理と、また別の連続した複数枚のウェハ処理との間の待機時間と、装置メンテナンス後からウェハ処理着工までの待機時間を示す。本発明のプラズマ処理装置は、あるウェハの処理が終了した後、次に処理するウェハの有無を判断するコンピュータと、アイドリング時間を測定するタイマーと、発光分光器と、エッチング性能と相関のある部位を測定する温度モニタとを必要に応じて備え、また、予め決められた効果的に昇温をするために用意された放電条件を有し、また、所望の温度まで過熱するのに最適な時間を決定する手段を有しており、ウェハ処理時に常に最適なリアクタ温度を得る。 The idling in the present invention indicates a standby time between processing of a plurality of continuous wafers and another continuous processing of a plurality of wafers, and a standby time after the apparatus maintenance until the start of wafer processing. The plasma processing apparatus according to the present invention has a computer that determines the presence or absence of a wafer to be processed next after processing a certain wafer, a timer that measures an idling time, an emission spectrometer, and a portion that correlates with etching performance. A temperature monitor for measuring the temperature as necessary, and having a discharge condition prepared for effectively raising the temperature in advance, and an optimum time for heating to a desired temperature The optimum reactor temperature is always obtained during wafer processing.
以上の手段により、プラズマ処理を行う真空処理室内の状態は常に一定に保たれ、その結果、長期間にわたって安定なエッチング性能を備えたプラズマ処理装置を提供する。 By the above means, the state of the vacuum processing chamber in which plasma processing is performed is always kept constant, and as a result, a plasma processing apparatus having a stable etching performance over a long period of time is provided.
本発明のプラズマ処理装置は、真空処理室を形成する真空処理容器と、前記真空処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給装置と、該真空処理容器内に供給した処理ガスを前記真空処理室内でプラズマ化するプラズマ生成手段とを備え、装置が休止状態であることを判断し、休止中にも前記真空処理室の内壁表面温度を維持するための熱源としてのプラズマ生成を繰り返すことを特徴とする。 The plasma processing apparatus of the present invention includes a vacuum processing container that forms a vacuum processing chamber, a processing gas supply device that supplies a processing gas into the vacuum processing container, and a processing gas supplied into the vacuum processing container. A plasma generating means for generating plasma in the room, judging that the apparatus is in a dormant state, and repeating the generation of plasma as a heat source for maintaining the inner wall surface temperature of the vacuum processing chamber even during the pause. And
また、本発明のプラズマ処理装置は、更に、ウェハ処理に先立って、前記真空処理室の内壁表面を加熱するためのプラズマを、予め設定された処理条件・処理時間で生成して放電し、前記真空処理室の内壁表面温度を制御することを特徴とする。 Further, the plasma processing apparatus of the present invention further generates and discharges plasma for heating the inner wall surface of the vacuum processing chamber under a predetermined processing condition and processing time prior to wafer processing, The inner wall surface temperature of the vacuum processing chamber is controlled.
また、本発明のプラズマ処理装置は、更に、真空処理室の内壁表面温度を制御するためのプラズマ放電を行う際に、前記真空処理室の内壁表面温度と相関のある、プラズマの特定の波長の発光を測定することで、前記真空処理室の内壁加熱中の温度変化を測定し、前記プラズマ放電の放電時間を予め設定された発光強度の閾値を用いて制御することにより前記真空処理室の内壁表面温度を制御することを特徴とする。 In addition, the plasma processing apparatus of the present invention further has a specific wavelength of plasma having a correlation with the inner wall surface temperature of the vacuum processing chamber when performing plasma discharge for controlling the inner wall surface temperature of the vacuum processing chamber. By measuring the emission, the temperature change during heating of the inner wall of the vacuum processing chamber is measured, and the discharge time of the plasma discharge is controlled using a preset threshold value of the emission intensity, thereby controlling the inner wall of the vacuum processing chamber It is characterized by controlling the surface temperature.
また、本発明のプラズマ処理装置は、更に、前記真空処理室の内壁表面温度が飽和しているときに、前記真空処理室の内壁表面温度制御のためのプラズマ放電を行うことで、前記プラズマ放電の放電時間の放電終了判定のための閾値を自動で設定し直すことを特徴とする。 The plasma processing apparatus of the present invention further performs plasma discharge for controlling the inner wall surface temperature of the vacuum processing chamber when the inner wall surface temperature of the vacuum processing chamber is saturated. The threshold value for determining the end of discharge in the discharge time is automatically set again.
本発明は、以上の構成を備えることにより、エッチング形状のウェハ間の変動を抑制し、高歩留まりを実現するエッチング装置およびエッチング方法を提供することができる。 By providing the above-described configuration, the present invention can provide an etching apparatus and an etching method that suppress variation in etching shape between wafers and realize a high yield.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明のプラズマ処理装置に係る真空処理チャンバ周りの構成の概略を示す縦断面図である。マイクロ波源101から発振されたマイクロ波は方形導波管103を用いて伝送され、方形円形導波管変換機104により、円形導波管105に接続される。自動整合機102により負荷インピーダンスを調整して反射波を自動的に抑制することができる。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an outline of a configuration around a vacuum processing chamber according to a plasma processing apparatus of the present invention. Microwaves oscillated from the
マイクロ波源101としては、発振周波数2.45GHzのマグネトロンを用いる。円形導波管105は空洞共振部106に接続される。空洞共振部106はマイクロ波電磁界分布をプラズマ処理に適した分布に調整する働きを持つ。空洞共振部106の下部にはマイクロ波導入窓107、シャワープレート108を介してプラズマ処理室119がある。
As the
本発明のプラズマ処理装置は、プラズマ処理室119に導入されたマイクロ波と、ソレノイドコイル120によって形成される磁界のECR(Electron Cyclotron Resonance)共鳴によって、プラズマ処理室119内に反応性ガスのプラズマを形成してエッチング処理を行うプラズマエッチング装置である。
The plasma processing apparatus of the present invention generates a reactive gas plasma in the
ECR共鳴とは、前記ソレノイドコイル120が生成する磁界の磁力線に沿って電子が回転しながら移動するところに、その回転の周期に対応した周波数のマイクロ波をプラズマに入射することで電子を選択的に加熱することを言い、プラズマの効果的な加熱法である。また、静磁界を用いる他の利点として、静磁界の分布を変化させることでECR共鳴が発生する位置を制御することが出来、プラズマ発生領域を制御することができる。
ECR resonance is a method in which electrons move selectively along the magnetic field lines of the magnetic field generated by the
さらに、プラズマは磁力線に対して垂直な方向に拡散が抑制されることが知られており、プラズマの拡散を制御し、プラズマの損失を低減することができる。これらの効果により、プラズマの分布を制御することができ、従ってプラズマ処理の均一性を高めることができる。 Furthermore, it is known that diffusion of plasma is suppressed in a direction perpendicular to the lines of magnetic force, and it is possible to control plasma diffusion and reduce plasma loss. Due to these effects, it is possible to control the distribution of the plasma and thus improve the uniformity of the plasma treatment.
静磁界の発生装置であるソレノイドコイル120として3段の電磁石を用いた。各電磁石に通電する電流を変えることで、静磁界の分布を制御することができる。
A three-stage electromagnet was used as the
反応性ガスは、ガス源109から、試料台たる下部電極114に対向する面に設置されたシャワープレート108より供給され、マスフローコントローラ(以下、「MFC」という。)111によって、その流量を制御する。ガスバルブ110は、ガスの供給を開始または終了するために設けられている。プラズマ処理室119内のガスは、ターボ分子ポンプ(以下、「TMP」という。)118から排気され、TMP118の上流部に設けられた可動弁117によってその排気速度を制御し、プラズマ処理室119内の圧力を制御する。
The reactive gas is supplied from a
前記試料であるシリコンウェハ(以下、単に「ウェハ」と記す。)は、静電吸着により下部電極114に吸着保持可能である。さらに、下部電極114にRF電源116より周波数400kHzのRF波をRF整合器115を介して印加することにより、処理性能の制御及び処理速度の向上が可能である。プラズマ処理室119、下部電極114、TMP118はそれぞれ略円筒形の形状であり、その円筒の軸を同一とする。下部電極114は、プラズマ処理室119に梁によって支持されている。
A silicon wafer as a sample (hereinafter simply referred to as “wafer”) can be attracted and held on the
また、以上の構成は、全て制御コンピュータ113に接続され、適切なシーケンスで動作するよう、そのタイミング、動作量がコントロールされる。動作シーケンスは、レシピと呼ばれ、あらかじめ設定されたレシピに基づいた動作がなされる。エッチングの終点判定を行うため、プラズマ処理装置には光ファイバ121を介して取り付けられた分光器112と分光器112に接続された制御コンピュータ113が設けられており、プラズマからの発光を波長・時間に関して分解して測定・記録する。また、制御コンピュータ113は、ウェハの投入の有無を判断し、アイドリング中であると判断した場合には、タイマーを動作させ、アイドリング時間を測定する。さらに、特に必要とされる場合には、リアクタ内壁の温度を測定できる位置に温度センサ122が設けられている。
In addition, all the above configurations are connected to the
図2に、温度制御をしない従来のリアクタ内の時間変化(201)を示す。この例は、特にプロセス性能と温度との間に相関が見られる部位のものであって、複数枚のウェハを連続的に処理した際の、測定部位の温度がおよそ飽和するまでのものである。温度は初期に急激に上昇し、ある時点から温度変化は緩やかになるものの、徐々に上昇を続け、やがて温度は飽和する。 FIG. 2 shows a time change (201) in a conventional reactor without temperature control. This example is a part where a correlation is found between the process performance and the temperature, particularly, until the temperature of the measurement part is almost saturated when a plurality of wafers are continuously processed. . The temperature rises rapidly in the initial stage, and the temperature changes gradually from a certain point of time, but continues to rise gradually and eventually saturates.
図3は、前記したアイドリング中302の温度変化を示したものである。プラズマ処理が終了(303)し、プラズマによる加熱がなくなると(302)、温度は急速に降下する。また、プラズマ処理を再開すると、温度は急激に上昇(304)し、十分に時間が経過するとある定常温度に到達する。 FIG. 3 shows the temperature change during the idling 302 described above. When the plasma treatment is completed (303) and the heating by the plasma is stopped (302), the temperature drops rapidly. When the plasma treatment is resumed, the temperature rapidly increases (304), and reaches a certain steady temperature when a sufficient time has elapsed.
プラズマ処理の着工開始時から適切なリアクタ温度を得るための手段として、アイドリング中であると判断された場合に間欠的な放電を挿入することで温度を維持し、安定したエッチング性能を得ることが可能である。 As a means to obtain an appropriate reactor temperature from the start of plasma processing start, it is possible to maintain temperature by inserting intermittent discharge when it is judged that idling is in progress, and to obtain stable etching performance Is possible.
図4は、その具体的な実施例であり、アイドリング中にある周期である決まった時間の放電を繰り返した場合の温度変化(402)である。温度の変化速度が速く変動幅が大きいが、前記の間欠的な放電を行わなかった場合の温度変化(401)と比較して、時間平均的には高温が維持されており、プラズマ処理の再着工時も速やかにアイドリング前の到達温度まで上昇していることがわかる。 FIG. 4 is a specific example of this, and is a temperature change (402) in the case of repeating discharge for a fixed time which is a certain period during idling. Although the temperature change rate is fast and the fluctuation range is large, the high temperature is maintained on a time average as compared with the temperature change (401) in the case where the intermittent discharge is not performed, and the plasma processing is resumed. It can be seen that the temperature quickly rises to the temperature before idling even at the start of construction.
間欠放電の周期と、放電時間と待機時間の比率は次のようにして決める。エッチング性能と温度との相関が高い部位がわかっている場合、その部位の熱抵抗は容易に見積もることができ、またリアクタの大気に接する部分は室温である。ある昇温条件でのプラズマからの入熱量は、図2に示された結果と熱抵抗から推定することができるので、放電時間と待機時間の比率を変えることで、時間平均的にリアクタに与える熱量を制御でき、その結果、アイドリング中のリアクタ温度が制御可能になる。 The period of intermittent discharge and the ratio of discharge time and standby time are determined as follows. If a part having a high correlation between etching performance and temperature is known, the thermal resistance of the part can be easily estimated, and the part in contact with the atmosphere of the reactor is at room temperature. Since the amount of heat input from plasma under a certain temperature rise condition can be estimated from the result shown in FIG. 2 and the thermal resistance, it is given to the reactor on a time average by changing the ratio of the discharge time and the standby time. The amount of heat can be controlled, so that the reactor temperature during idling can be controlled.
ここで、加熱放電の条件は、後述する加熱のために最適化されたものである。間欠放電における待機時間が長すぎると、エッチング処理が可能なタイミングが限られ、生産能力が低下する。温度の上昇・降下が速い領域で切り替えを行うと効率がよくなるので、実際の放電・待機時間は、それらの時間の和が10分程度以下であることが望ましい。 Here, the conditions of the heat discharge are optimized for the heating described later. If the standby time in intermittent discharge is too long, the timing at which the etching process can be performed is limited, and the production capacity is reduced. Since the efficiency is improved when switching is performed in a region where the temperature rises and falls quickly, the actual discharge / standby time is preferably about 10 minutes or less.
ここでのアイドリングは、連続処理と連続処理の間の停止時間のみを示すのではなく、リアクタの大気解放などを伴うメンテナンス作業の後の立ち上げ時間中にも当てはまり、プラズマ放電が可能となったと判断された時点から間欠放電を行うことで、処理開始時のエッチング性能の安定化が可能である。 The idling here is not only the stop time between continuous processing, but also applies during the start-up time after maintenance work involving the release of the atmosphere to the reactor, and plasma discharge is possible By performing intermittent discharge from the determined time point, the etching performance at the start of processing can be stabilized.
また、エッチング処理の着工に際して、エッチング処理に先立って、その直前にリアクタを加熱するのに最適化されたレシピによる処理を行い、エッチング性能を安定化させることが可能である。 In addition, when the etching process is started, it is possible to stabilize the etching performance by performing a process using a recipe optimized for heating the reactor immediately before the etching process.
加熱用放電によってリアクタを加熱するとき、リアクタ温度が必要な温度範囲に到達したことを判断する機構、すなわち終点の判定が必要となる。ここで、アイドリング中に再びエッチング処理が開始された場合の温度上昇時の変化曲線は加熱開始前の温度にかかわらず、ほぼ等しい。よって、加熱開始時の温度がわかっていれば、加熱放電時間の制御によって、最適な温度が得られることになる。 When the reactor is heated by the heating discharge, a mechanism for determining that the reactor temperature has reached the required temperature range, that is, determination of the end point is required. Here, when the etching process is started again during idling, the change curves when the temperature rises are substantially equal regardless of the temperature before the start of heating. Therefore, if the temperature at the start of heating is known, the optimum temperature can be obtained by controlling the heating and discharging time.
このように、リアクタ内部の温度を測定する手段が無い場合、加熱放電時間の決定手段として、いくつかの適当な条件に分けることによって、それぞれの場合に必要な加熱時間をあらかじめ決めておく方法がある。 As described above, when there is no means for measuring the temperature inside the reactor, there is a method for predetermining the heating time required in each case by dividing it into several appropriate conditions as the means for determining the heating and discharging time. is there.
温度変化曲線は、モデル化が可能であるので、そのモデルに対応した十分な次元のデータベースを用意すればよいことになる。実験データからデータベースを構築するための具体的な手順は次のようになる。 Since the temperature change curve can be modeled, it is sufficient to prepare a database having a sufficient dimension corresponding to the model. The specific procedure for building a database from experimental data is as follows.
まず、一般に温度変化曲線は指数関数の線形結合であらわすことが可能である。本発明における例では、それぞれ係数の異なる3つの指数関数と、アイドリング開始時点での温度である定数項との組み合わせであらわすことができる。すなわち、リアクタ温度は、アイドリング開始時点の温度と、アイドリング時間を変数とする関数である。 First, in general, a temperature change curve can be expressed by a linear combination of exponential functions. In the example of the present invention, it can be expressed by a combination of three exponential functions having different coefficients and a constant term that is a temperature at the start of idling. That is, the reactor temperature is a function having the temperature at the start of idling and the idling time as variables.
アイドリング時間に関しては、温度変化曲線が3つの時定数を持つことから、温度変化に支配的な三つの要素があることになる。そのうちの一つはアイドリング開始直後数秒間の間の温度降下を示すものであったので、これを無視し、残りの2つの時定数が支配的な時間範囲と、一定の温度に安定したと判断できる程度に十分な時間が経過した以降の場合をあわせて、3通りに場合わけする。 Regarding the idling time, since the temperature change curve has three time constants, there are three elements that are dominant in the temperature change. One of them showed a temperature drop for a few seconds immediately after the start of idling, so it was ignored and the remaining two time constants were determined to be dominant and stable at a constant temperature. There are three cases, including cases after a sufficient amount of time has passed.
また、アイドリング開始時点の温度は次のようにして推定できる。図3の温度上昇曲線(301)とアイドリング(302)後の再処理時の温度上昇曲線(304)が相似であるように、同一の処理の繰り返しである限り、温度上昇時の曲線は常に相似であって、連続的な処理が終了しアイドリングに入るときの温度は、それまでのウェハ処理枚数の関数であることがわかった。加熱放電の場合わけとしては、ウェハ処理枚数に応じて3つに場合分けを行えば十分であった。よって、この例では、アイドリング直前の処理枚数とアイドリングの経過時間がそれぞれ3通り、合計9通りの場合わけで、加熱放電時間の制御が可能である。 The temperature at the start of idling can be estimated as follows. As shown in FIG. 3, the temperature rise curve (301) and the temperature rise curve (304) at the time of reprocessing after idling (302) are similar. Thus, it has been found that the temperature at which continuous processing ends and idling starts is a function of the number of wafers processed so far. In the case of heating discharge, it was sufficient to divide the case into three according to the number of wafers processed. Therefore, in this example, the number of processed sheets immediately before idling and the elapsed time of idling are three ways, for a total of nine ways, and the heating and discharging time can be controlled.
以上のような手順によって、必要なデータ量を決定でき、たとえば、それらの代表的な場合に必要な加熱時間をあらかじめ実験によって確認したデータを用いてデータベースを作成し、プラズマ処理の着工前に加熱放電を行うことで、安定したエッチング性能を得ることが可能になる。 The necessary amount of data can be determined by the above-mentioned procedure. For example, a database is created using data obtained by confirming the heating time required in typical cases in advance by experiments, and heating is performed before the start of plasma processing. By performing the discharge, it becomes possible to obtain stable etching performance.
加熱用放電は、そのレシピがリアクタ加熱に最適化されたものである。もっとも加熱性能に影響するのはマイクロ波電力である。より多くの電力を投入することで、プラズマの電子温度が上昇し、加熱が促進される。プラズマの組成は特に限定されないが、希ガスを用いることでリアクタ内雰囲気を破壊しない加熱が可能である。 The heating discharge is a recipe optimized for reactor heating. It is the microwave power that affects the heating performance. By applying more electric power, the electron temperature of plasma rises and heating is promoted. The composition of the plasma is not particularly limited, but by using a rare gas, heating without destroying the atmosphere in the reactor is possible.
一方、F(フッ素)などのハロゲンを含むガスのプラズマを用いることで、加熱とともにリアクタのクリーニングを行うことができる。これらはウェハを処理するプロセスとの関係でより性能を安定化できるものを選ぶ。 On the other hand, by using plasma of a gas containing halogen such as F (fluorine), the reactor can be cleaned together with heating. Those that can stabilize the performance in relation to the process of processing the wafer are selected.
また、ECRプラズマでは、ECR面に沿った部分に高密度のプラズマが生成されるため、ECR面と交わる部位がもっとも効果的に加熱される。これを利用して過熱放電中に磁場条件を連続的に変化させ、加熱効率を上げることが可能であり、同時に温度分布の制御が可能である。 Further, in the ECR plasma, a high density plasma is generated in a portion along the ECR plane, so that the portion that intersects the ECR plane is most effectively heated. By utilizing this, it is possible to continuously change the magnetic field conditions during overheating discharge to increase the heating efficiency, and at the same time to control the temperature distribution.
また、上述した間欠放電との組み合わせも可能である。間欠放電中の待機時間が長いと処理能力が低下するが、エッチング処理直前に、待機状態での経過時間をカウントすることで、それにあわせた加熱放電時間を選択し、最適なリアクタ温度を得ることが可能である。 Moreover, the combination with the intermittent discharge mentioned above is also possible. If the standby time during intermittent discharge is long, the processing capacity will decrease, but by just counting the elapsed time in the standby state immediately before the etching process, the appropriate heat discharge time can be selected to obtain the optimum reactor temperature. Is possible.
加熱用放電の終点判定は、プラズマ発光の特定の波長を用いても可能である。加熱用放電として希ガスプラズマを用いた場合、SF6やCF4といったF(フッ素)を含むガスを少量加える。F(フッ素)ラジカルはリアクタ内部にある石英部品とわずかに反応し、SiFを生成する。この反応の反応レートは温度に比例するため、プラズマ中のSiF密度がリアクタ温度に比例することになる。 The end point of the heating discharge can be determined using a specific wavelength of plasma emission. When a rare gas plasma is used as the heating discharge, a small amount of a gas containing F (fluorine) such as SF6 or CF4 is added. F (fluorine) radicals react slightly with the quartz parts inside the reactor to produce SiF. Since the reaction rate of this reaction is proportional to temperature, the SiF density in the plasma is proportional to the reactor temperature.
プラズマの発光はプラズマ密度と電子温度の関数であるが、電子温度は一定と考えてよいため、SiFの発光強度がリアクタ温度に比例し、SiFの発光強度とリアクタ温度との相関をあらかじめ測定して得られた、適当な関数による近似式を装置内に持つことで光度計を用いた温度測定が可能になる。 Plasma emission is a function of plasma density and electron temperature, but since the electron temperature may be considered constant, the emission intensity of SiF is proportional to the reactor temperature, and the correlation between the emission intensity of SiF and the reactor temperature is measured in advance. The temperature measurement using a photometer becomes possible by having an approximate expression with an appropriate function obtained in the apparatus.
図5は、前記のF(フッ素)を含むガスを少量添加し、過熱放電を行った例である。501は加熱放電中のSiFの発光強度(縦軸)とそのときのリアクタ温度(横軸)とを図示したものである。温度の上昇とともに発光強度が増しており、特に放電の初期の低温域を除いては温度と発光強度とが直線で近似できることがわかる。
FIG. 5 shows an example in which a small amount of the above-mentioned gas containing F (fluorine) is added and overheating discharge is performed.
これを利用して加熱の終点判定をするには、所望の温度に対応するSiF発光強度を閾値として設定し、加熱用放電の間、SiFの発光強度を測定し、設定した閾値に到達したときに放電を終了すればよい。 To determine the end point of heating using this, the SiF emission intensity corresponding to the desired temperature is set as a threshold value, and during the heating discharge, the SiF emission intensity is measured, and when the set threshold value is reached It suffices to end the discharge.
また、リアクタ雰囲気の変化によって、SiF発光強度と温度との相関にずれが発生する可能性があり、固定された閾値を用いた終点判定で誤った判定がなされる恐れがある。このような問題を解決する手段として、アイドリング開始前に加熱放電と同等の処理を行い(603)、そのときの発光強度を記録し、その値を新たな閾値とする方法がある。詳細を図6に示す。アイドリング(604)の後の加熱放電(605)では、アイドリング前の閾値測定用放電(603)で測定された発光強度に到達したときに放電を終了し、エッチング処理(606)を行えばよい。 Further, there is a possibility that the correlation between the SiF emission intensity and the temperature may be shifted due to a change in the reactor atmosphere, and there is a possibility that an erroneous determination is made in the end point determination using a fixed threshold value. As a means for solving such a problem, there is a method in which processing equivalent to heating discharge is performed before the start of idling (603), the emission intensity at that time is recorded, and the value is used as a new threshold value. Details are shown in FIG. In the heating discharge (605) after idling (604), the discharge is terminated when the emission intensity measured by the threshold measurement discharge (603) before idling is reached, and the etching process (606) may be performed.
前記の方法で、定常温度からの過熱時、アイドリング前、30分間のアイドリング後にそれぞれ加熱用放電を行った際の温度を横軸に、SiF発光強度を縦軸に記した図を、図7に示す。放電開始初期は温度と発光強度の比例関係からのずれが見られるが、アイドリング前(702)、アイドリング後(703)、および、装置立ち上げ直後の着工前加熱(701)のいずれの場合も十分な時間放電を行えば、リアクタ温度とSiF発光強度との関係は同一直線状に並び、発光強度の測定により、加熱の終点の再設定、終点判定などが可能であることがわかる。 FIG. 7 is a graph in which the horizontal axis represents the temperature at which the discharge for heating was performed, and the vertical axis represents the SiF emission intensity when idling for 30 minutes after idling for 30 minutes when overheating from the steady temperature. Show. Although there is a deviation from the proportional relationship between the temperature and the light emission intensity at the beginning of discharge, it is sufficient for any of the cases before idling (702), after idling (703), and before starting construction (701) immediately after starting the apparatus. It can be seen that if the discharge is performed for a long time, the relationship between the reactor temperature and the SiF emission intensity is aligned in a straight line, and it is possible to reset the end point of heating and determine the end point by measuring the emission intensity.
101 マイクロ波源
102 自動整合機
103 方形導波管
104 方形円形導波管変換機
105 円形導波管
106 空洞共振部
107 マイクロ波導入窓
108 シャワープレート
109 ガス源
110 ガスバルブ
111 マスフローコントローラ(MFC)
112 分光器
113 制御コンピュータ
114 下部電極
115 RF整合器
116 RF電源
117 可動弁
118 ターボ分子ポンプ(TMP)
119 プラズマ処理室
120 ソレノイドコイル
121 光ファイバ
122 温度センサ
201 加熱放電を行わない連続処理におけるエッチング性能との相関部位の温度変化
301 201と同じ
302 アイドリング中の温度変化
303 プラズマ処理の終了
304 アイドリング後の再処理時の温度変化
401 間欠放電を行わない場合のアイドリング中の温度変化
402 間欠放電を行った場合のアイドリング中の温度変化
501 F(フッ素)を含むガスを加え加熱放電を行った場合の温度と発光強度の相関
601 リアクタ内部の代表的な温度変化
602 エッチング処理
603 アイドリング前加熱用放電
604 アイドリング
605 アイドリング後加熱用放電
606 エッチング処理
701 装置立ち上げ直後の加熱放電中の温度と発光強度の相関
702 アイドリング前の加熱放電中の温度と発光強度の相関
703 アイドリング後の加熱放電中の温度と発光強度の相関
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112
119
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