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JP2016136553A - Plasma processing apparatus - Google Patents

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JP2016136553A
JP2016136553A JP2015010809A JP2015010809A JP2016136553A JP 2016136553 A JP2016136553 A JP 2016136553A JP 2015010809 A JP2015010809 A JP 2015010809A JP 2015010809 A JP2015010809 A JP 2015010809A JP 2016136553 A JP2016136553 A JP 2016136553A
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processing
gas
plasma
processing chamber
shower plate
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JP2015010809A
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優作 属
Yusaku Sakka
優作 属
一海 田中
Kazumi Tanaka
一海 田中
崇 植村
Takashi Uemura
崇 植村
裕穂 北田
Hiroho Kitada
裕穂 北田
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Hitachi High Tech Corp
Original Assignee
Hitachi High Technologies Corp
Hitachi High Tech Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma processing apparatus that is enhanced in yield.SOLUTION: A plasma processing apparatus comprises a processing chamber which is disposed in a vacuum container and reduced in internal pressure, a plate member formed of dielectric material which constitutes an upper portion of the vacuum container and transmits therethrough electric field to be supplied into the processing chamber, a sample table which is disposed at a lower portion in the processing chamber and on which a wafer as a processing target is mounted, a shower plate formed of a dielectric material which is disposed below the plate member and above the upper surface of the sample table so as to confront the sample table, constitutes a ceiling face of the processing chamber and has a through-hole for introducing processing gas used for plasma formation to process the wafer into the processing chamber, and a gas supply line for supplying rare gas into the gap between the shower plate and the plate member to heat at least one of the shower plate and the plate member.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、プラズマ処理装置に係わり、特にプラズマを用いて半導体基板等の表面処理を行うのに好適なプラズマ処理装置及びそのプラズマ処理装置を用いて半導体基板等の表面処理を行うのに好適なプラズマ処理方法に関する。
The present invention relates to a plasma processing apparatus, and more particularly to a plasma processing apparatus suitable for performing surface treatment of a semiconductor substrate or the like using plasma and a surface treatment of a semiconductor substrate or the like using the plasma processing apparatus. The present invention relates to a plasma processing method.

近年の半導体素子は微細化により、リソグラフィーにより形成されたマスクを下層膜に転写するエッチング工程にはより高い精度の寸法精度、つまりCD(Critical Dimension)精度が要求されている。量産現場において、高いCD制御性に加えて、CDの再現性を確保することは重要な課題である。
Due to miniaturization of recent semiconductor elements, higher accuracy in dimensional accuracy, that is, CD (Critical Dimension) accuracy is required for an etching process for transferring a mask formed by lithography to a lower layer film. In mass production sites, in addition to high CD controllability, ensuring CD reproducibility is an important issue.

一般にエッチング工程においてCDが変動する要因としては、エッチング処理室内壁に被処理材から発生した反応生成物が付着する、エッチング処理室内部材が長期的な使用により消耗する、エッチング処理室内部材の温度等が変動し、処理室内内壁等へのラジカルの付着確率が変化し、エッチング性能へ影響するプラズマ状態が変動する等の要因が挙げられる。
In general, factors that cause the CD to fluctuate in the etching process include reaction products generated from the material to be processed on the inner wall of the etching process, consumption of the etching process chamber member due to long-term use, temperature of the etching process chamber member, and the like. And the like, the adhesion probability of radicals to the inner wall of the processing chamber changes, and the plasma state that affects the etching performance changes.

このようなエッチング処理室内部材の温度変動を抑制する技術として、特開2012−49393号公報(特許文献1)に開示のものが知られていた。本従来技術には、誘電体窓(石英板)の上面に熱風(エアー)を吹きかけて誘電体窓を加熱し、誘電体窓の温度を一定に保つことにより、誘電体窓とシャワープレート間に流れるプロセスガスの温度変動を抑制することを可能としたプラズマ処理装置が開示されている。
As a technique for suppressing the temperature fluctuation of the etching processing chamber member, a technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2012-49393 (Patent Document 1) has been known. In this prior art, hot air (air) is blown on the top surface of the dielectric window (quartz plate) to heat the dielectric window, and the temperature of the dielectric window is kept constant. A plasma processing apparatus capable of suppressing temperature fluctuations of a flowing process gas is disclosed.

特開2012−49393号公報JP 2012-49393 A

上記従来の技術では、次の点について考慮が不十分であったため、問題が生じていた。すなわち、プロセスガスの温度変動を抑える上では石英板とシャワープレート両方の温度変動を抑えることが効果的である。
In the above-described conventional technique, problems have arisen because the following points are not sufficiently considered. That is, it is effective to suppress the temperature fluctuation of both the quartz plate and the shower plate in order to suppress the temperature fluctuation of the process gas.

しかし、特許文献1の場合、誘電体窓とシャワープレート間は真空断熱されているため、誘電体窓のみを加熱してもシャワープレートには熱が伝わりにくく加熱されにくいという問題が有った。また、シャワープレートを直接加熱する手段を備えておらず、シャワープレートの温度が変動することによってプロセスガスの温度が変動してしまうという問題について考慮が不十分であった。
However, in the case of Patent Document 1, since the dielectric window and the shower plate are insulated from each other by vacuum, there is a problem that even if only the dielectric window is heated, the heat is not easily transmitted to the shower plate. Further, since there is no means for directly heating the shower plate, the problem that the temperature of the process gas fluctuates due to the fluctuation of the temperature of the shower plate has been insufficiently considered.

また、特許文献1のようなプラズマ処理装置では、一般的にエッチング処理室上面を構成する誘電体窓の材料には耐プラズマ性、誘電率の観点から石英やアルミナといったセラミクスが材料として用いられる。しかし、このような材料は熱伝導率が低いため、誘電体窓部材単体で温度の不均一が生じやすく、例えば、誘電体窓中央側は温度が高く外周側は温度が低いといった分布が生じ易いことが知られている。
In a plasma processing apparatus such as that disclosed in Patent Document 1, generally, ceramics such as quartz and alumina are used as the material of the dielectric window constituting the upper surface of the etching chamber from the viewpoint of plasma resistance and dielectric constant. However, since such a material has low thermal conductivity, the dielectric window member alone tends to have non-uniform temperature. For example, a distribution in which the temperature at the center of the dielectric window is high and the temperature at the outer periphery is low is likely to occur. It is known.

本発明者らの検討によれば、図5に示すようなアルミナ製の誘電体窓130の外周をステンレス製の真空容器129で支持される構造を有する誘導結合型プラズマエッチング装置において、プラズマの入熱が高いエッチング条件でエッチングした場合に誘電体窓130が破損する現象を確認しており、この現象を解明するためにプラズマ入熱がある場合の誘電体窓130の温度を検討した。
According to the study by the present inventors, in an inductively coupled plasma etching apparatus having a structure in which the outer periphery of an alumina dielectric window 130 as shown in FIG. The phenomenon that the dielectric window 130 is damaged when etching is performed under high etching conditions has been confirmed. In order to clarify this phenomenon, the temperature of the dielectric window 130 when there is plasma heat input was examined.

図5は、アルミナ製の誘電体窓130に500W相当のプラズマ入熱を与えた場合に誘電体窓130の面内に発生する温度分布を示す。ここで、図中の横軸は、誘電体窓130の半径を、縦軸は誘電体窓130の温度を示す。尚、横軸の0mmは、誘電体窓130の中心を示し、200mmは、誘電体窓130の最外周を示す。
FIG. 5 shows a temperature distribution generated in the plane of the dielectric window 130 when plasma heat input equivalent to 500 W is applied to the dielectric window 130 made of alumina. Here, the horizontal axis in the figure indicates the radius of the dielectric window 130, and the vertical axis indicates the temperature of the dielectric window 130. Note that 0 mm on the horizontal axis indicates the center of the dielectric window 130, and 200 mm indicates the outermost periphery of the dielectric window 130.

上記結果によると誘電体窓130に高パワーのプラズマ入熱が加えられた場合、誘電体窓130の中央部の温度は高く、誘電体窓130の外周部へと近づくにつれて温度が徐々に低くなるような温度分布が誘電体窓130に発生していたことが分かっている。
According to the above result, when high-power plasma heat input is applied to the dielectric window 130, the temperature at the center of the dielectric window 130 is high, and the temperature gradually decreases as it approaches the outer periphery of the dielectric window 130. It has been found that such a temperature distribution has occurred in the dielectric window 130.

今回、上記結果ではアルミナ製の誘電体窓を使用しているが、特許文献1では、誘電体窓の材質に石英を用いている。このため、石英はアルミナに比べて熱伝導率が更に低い(熱伝導率 石英:1.5W/m・k、アルミナ:24.0W/m・k)ため、特許文献1の場合、誘電体窓単体でより温度分布が生じやすくなることが予想できる。
In this case, the dielectric window made of alumina is used in the above result, but in Patent Document 1, quartz is used as the material of the dielectric window. For this reason, quartz has a lower thermal conductivity than alumina (thermal conductivity quartz: 1.5 W / m · k, alumina: 24.0 W / m · k). It can be expected that the temperature distribution tends to occur more easily by itself.

更に、近年の半導体業界では、生産性の向上・低コスト化の観点から450mmウエハに対応したプラズマ処理装置の開発も開始されており、ウエハの大口径化に伴いプラズマ処理室を構成する主要パーツの大口径化も避けられない。このため、450mmウエハ対応プラズマ装置では誘電体窓及びシャワープレートの大口径化により、その表面の方向または半導体ウエハ等の基板状の試料の表面の方向についての温度の不均一とその影響が試料の処理とその結果得られる加工後の形状に及ぼす影響が大きくなり、処理の歩留まりが損なわれてしまうという問題がより顕著に生じることが予想される。
Furthermore, in the recent semiconductor industry, the development of plasma processing equipment compatible with 450 mm wafers has been started from the viewpoint of productivity improvement and cost reduction, and the main parts constituting the plasma processing chamber as the wafer diameter increases. The large diameter is inevitable. For this reason, in the 450 mm wafer compatible plasma apparatus, due to the increase in the diameter of the dielectric window and the shower plate, the temperature non-uniformity in the direction of the surface or the direction of the surface of the substrate-like sample such as a semiconductor wafer and the influence thereof are affected. It is expected that the problem of the processing and the resulting processed shape will be increased, and the yield of the processing will be impaired.

そこで本発明の目的は、歩留まりを向上することのできるプラズマ処理装置を提供する。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of improving the yield.

上記目的は、真空容器内部に配置され内部が減圧される処理室と、前記真空容器の上部を構成して前記処理室内に供給される電界が透過する誘電体製の板部材と、前記処理室内の下方に配置され処理対象のウエハが載せられる試料台と、前記板部材の下方で前記試料台の上面上方でこれに対向して配置され前記処理室の天井面を構成する誘電体製のシャワープレートであって前記ウエハを処理するためのプラズマの形成に用いられる処理ガスが前記処理室内に導入する貫通孔を有したシャワープレートと、このシャワープレートと前記板部材との間のすき間にこれらの少なくとも一方を加熱する希ガスを供給するガス供給ラインを備えたプラズマ処理装置により達成される。
The object is to provide a processing chamber disposed inside the vacuum vessel, the inside of which is decompressed, a dielectric plate member that constitutes the upper portion of the vacuum vessel and transmits an electric field supplied to the processing chamber, and the processing chamber A sample stage placed under the substrate and on which a wafer to be processed is placed, and a dielectric shower which is arranged below the plate member and above the upper surface of the sample stage to face the sample stage and constitutes the ceiling surface of the processing chamber A shower plate having a through hole through which a processing gas used to form plasma for processing the wafer is introduced into the processing chamber, and a gap between the shower plate and the plate member. This is achieved by a plasma processing apparatus provided with a gas supply line for supplying a rare gas for heating at least one of them.

本発明により、誘電体窓とシャワープレート単体の温度変動を抑制し、かつプロセスガスの温度変動を抑制することにより、CD変動を抑制しより生産性に優れ安定したプラズマ処理を可能とするプラズマ処理装置を提供することができる。
The present invention suppresses temperature fluctuations of the dielectric window and the shower plate alone and suppresses temperature fluctuations of the process gas, thereby suppressing CD fluctuations and enabling more stable and stable plasma processing. An apparatus can be provided.

本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の講師の概略を模式的に示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the outline of the lecturer of the plasma processing apparatus which concerns on the Example of this invention typically. 図1に示す実施例に係るプラズマ処理装置において処理ガスを処理室に導入する部分の構成を拡大して模式的に示す図である。It is a figure which expands and shows typically the structure of the part which introduce | transduces process gas into a process chamber in the plasma processing apparatus which concerns on the Example shown in FIG. 図1に示す実施例の変形例に係るプラズマ処理装置において処理ガスを処理室に導入する部分の構成を拡大して模式的に示す図である。It is a figure which expands and shows typically the structure of the part which introduce | transduces process gas into a process chamber in the plasma processing apparatus which concerns on the modification of the Example shown in FIG. 図1に示す実施例の別の変形例に係るプラズマ処理装置において処理ガスを処理室に導入する部分の構成を拡大して模式的に示す図である。It is a figure which expands and shows typically the structure of the part which introduce | transduces process gas into a process chamber in the plasma processing apparatus which concerns on another modification of the Example shown in FIG. 誘電体窓にプラズマ入熱を与えた場合の誘電体窓の面内に発生する温度分布の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the temperature distribution which generate | occur | produces in the surface of a dielectric material window when the plasma heat input is given to the dielectric material window.

本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。図1は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の講師の概略を模式的に示す縦断面図である。特に、本実施例では、ECR型マイクロ波プラズマエッチング装置について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing an outline of an instructor of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention. In particular, in this embodiment, an ECR type microwave plasma etching apparatus will be described.

本例のプラズマ処理装置は、円筒形の上部が開放された真空容器101の上部に、円板形状を有した石英等のマイクロ波の電界を透過可能な部材で構成された誘電体窓106が載せられ、その外周縁部の下面と真空容器101の円筒形状部上端面との間に挟まれて配置されるOリング等のシール部材により内外が気密に封止される。誘電体窓101の下方には、真空容器101内の処理室107の天井面を構成し処理室107内に処理用のガスを導入するために中央部に複数の貫通孔が配置された円形を有したシャワープレート105が誘電体窓106との間にすき間を開けて配置されている。
In the plasma processing apparatus of this example, a dielectric window 106 made of a member capable of transmitting a microwave electric field such as quartz having a disk shape is formed on the upper part of a vacuum vessel 101 whose cylindrical upper part is opened. The inside and outside are hermetically sealed by a seal member such as an O-ring that is placed and sandwiched between the lower surface of the outer peripheral edge portion and the upper end surface of the cylindrical portion of the vacuum vessel 101. Below the dielectric window 101 is a circular shape having a ceiling surface of the processing chamber 107 in the vacuum vessel 101 and having a plurality of through holes arranged in the center for introducing processing gas into the processing chamber 107. The provided shower plate 105 is arranged with a gap between it and the dielectric window 106.

シャワープレート105と誘電体窓106との間のすき間には、真空容器101の外側に配置されガス管路で連結されたガス供給装置108からバルブ118、119を経由して処理ガスが供給され、当該すき間内で拡散した処理用ガスは、複数の貫通孔を通り処理室107内に上方から導入される。また、処理室107の底面には真空排気口が配置され、真空排気口と連通して真空容器101の下方に配置されたターボ分子ポンプ等の真空ポンプを有する真空排気装置109と連結されている。
A processing gas is supplied to the gap between the shower plate 105 and the dielectric window 106 via the valves 118 and 119 from a gas supply device 108 disposed outside the vacuum vessel 101 and connected by a gas pipe line. The processing gas diffused in the gap is introduced into the processing chamber 107 from above through a plurality of through holes. Further, a vacuum exhaust port is disposed on the bottom surface of the processing chamber 107, and is connected to a vacuum exhaust device 109 having a vacuum pump such as a turbo molecular pump disposed below the vacuum vessel 101 in communication with the vacuum exhaust port. .

本例のプラズマ処理装置は、処理室107内に導入された処理ガスを励起してプラズマを生成するため、マイクロ波の電界が処理室107に供給される。この電界を伝送するため、誘電体窓106の上方には内部を電界が伝播する導波管110が配置されている。本例の導波管110は、誘電体窓110上方で上下方向に延在する断面円形の円筒形導波管とこの円筒形導波管の上端部でその一端側が連結された断面が矩形状の方形導波管とを備えている。
Since the plasma processing apparatus of this example generates plasma by exciting the processing gas introduced into the processing chamber 107, a microwave electric field is supplied to the processing chamber 107. In order to transmit this electric field, a waveguide 110 through which the electric field propagates is disposed above the dielectric window 106. The waveguide 110 of the present example is a cylindrical waveguide having a circular cross section extending in the vertical direction above the dielectric window 110 and a rectangular cross section in which one end side of the cylindrical waveguide is connected at the upper end. And a rectangular waveguide.

導波管110の内部に供給される電界は、第一の直流電源104の制御により第一の高周波電源103から発振される。また、第一の直流電源104はパルス発振器を備えるため、時間変調された間欠的な高周波または、連続的な高周波を発振することができる。
The electric field supplied to the inside of the waveguide 110 is oscillated from the first high-frequency power source 103 under the control of the first DC power source 104. Further, since the first DC power supply 104 includes a pulse oscillator, it can oscillate intermittently modulated high frequency or continuous high frequency.

高周波の周波数は特に限定されないが、本実施例では2.45GHzのマイクロ波(プラズマ生成用高周波)を使用する。処理室107の外周部には、磁場を形成する磁場発生用コイル111が設けてあり、第一の高周波電源103より発振された電力は、形成された磁場との相互作用により、処理室107内に高密度プラズマを生成する。尚、磁場発生用コイル111はヨークであるコイルケース112に覆われている。
The frequency of the high frequency is not particularly limited, but in this embodiment, a 2.45 GHz microwave (high frequency for plasma generation) is used. A magnetic field generating coil 111 that forms a magnetic field is provided on the outer periphery of the processing chamber 107, and the electric power oscillated from the first high-frequency power source 103 is generated in the processing chamber 107 due to interaction with the formed magnetic field. High density plasma is generated. The magnetic field generating coil 111 is covered with a coil case 112 which is a yoke.

また、処理室107内には、シャワープレート105に対向した下方に試料台102が配置されている。試料台102は、その上面が溶射等の方法により形成されたセラミクス等誘電体製の膜(図示せず)で被覆されており、内部に配置された金属製の膜状電極が高周波フィルタ116を介して第二の直流電源117が接続されている。当該膜状の電極に第二の直流電源117から供給された直流電流によって、誘電体製の膜上に載せられるウエハ113との間に静電気力による吸着力が形成される。
In the processing chamber 107, a sample stage 102 is disposed below the shower plate 105. The upper surface of the sample stage 102 is covered with a dielectric film (not shown) made of ceramics or the like formed by a method such as thermal spraying, and a metal film electrode placed inside the sample stage 102 irradiates the high frequency filter 116. A second DC power source 117 is connected via the terminal. Due to the direct current supplied from the second direct current power source 117 to the film-like electrode, an adsorbing force due to electrostatic force is formed between the film 113 and the wafer 113 placed on the dielectric film.

さらに、試料台102内部に配置された金属製の円板状の電極は、マッチング回路114を介してバイアス用高周波電源である第二の高周波電源115が接続され、処理室107内にプラズマが形成された状態で高周波電力が供給され、試料台102上に載せられたウエハ113の上面上方にプラズマの電位に応じてバイアス電位が形成される。なお、電極の内部には、温度調節器(図示しない)と接続され試料台102及びこれに載せられるウエハ113の温度を調節するための温度が調節された冷媒が内部を通流して熱交換する冷媒流路が配置されている。
Further, a metal disk-like electrode disposed inside the sample stage 102 is connected to a second high-frequency power source 115 as a bias high-frequency power source via a matching circuit 114, and plasma is formed in the processing chamber 107. In this state, high-frequency power is supplied, and a bias potential is formed above the upper surface of the wafer 113 placed on the sample stage 102 in accordance with the plasma potential. Note that, inside the electrode, a temperature-controlled refrigerant connected to a temperature controller (not shown) and adjusting the temperature of the sample stage 102 and the wafer 113 placed on the sample table 102 flows through the inside to exchange heat. A refrigerant flow path is disposed.

真空容器101は、図示しない別の真空容器であって内部に配置されたロボットアーム等の搬送手段に載せられてウエハ113が搬送される搬送室を供えた真空搬送容器と、間にゲートバルブを挟んで連結されている。ロボットアームにより処理室107内に搬送された試料であるウエハ113は、試料台102上に受け渡されて、誘電体製の被膜上に載せられると、第二の直流電源117から当該被膜内に配置された膜状の電極に印加される直流電圧により形成された静電気力により、試料台102上の被膜上面上方でこれに吸着、保持される。
The vacuum vessel 101 is another vacuum vessel (not shown) and is placed on a transfer means such as a robot arm arranged inside, and a vacuum transfer vessel provided with a transfer chamber in which the wafer 113 is transferred, and a gate valve is provided between them. It is connected by sandwiching. When the wafer 113, which is a sample transported into the processing chamber 107 by the robot arm, is transferred onto the sample stage 102 and placed on the dielectric film, the wafer is transferred from the second DC power source 117 into the film. It is attracted to and held on the upper surface of the coating on the sample stage 102 by an electrostatic force formed by a DC voltage applied to the arranged film-like electrode.

この状態で、処理室107内にガス供給装置108によりシャワープレート105の貫通孔を介して所定の種類と組成とに調節された処理ガスが供給された後、真空排気装置109の動作による排気の量と処理用ガスの供給の量とのバランスにより処理室107内が所定の真空度の圧力にされた後、導波管110を通して伝播されたマイクロ波の電界が誘電体窓106及びシャワープレート105を透過して処理室107内に導入されるとともに、磁場発生用コイル111から処理室107内に磁場が供給されることで生起された相互作用により、処理用ガスが励起されプラズマが発生する。
In this state, a processing gas adjusted to a predetermined type and composition is supplied into the processing chamber 107 through the through hole of the shower plate 105 by the gas supply device 108, and then exhausted by the operation of the vacuum exhaust device 109. After the pressure in the processing chamber 107 is set to a predetermined vacuum level due to the balance between the amount and the supply amount of the processing gas, the microwave electric field propagated through the waveguide 110 is subjected to the dielectric window 106 and the shower plate 105. And is introduced into the processing chamber 107, and the processing gas is excited by the interaction generated by the magnetic field supplied from the magnetic field generating coil 111 into the processing chamber 107 to generate plasma.

この状態で、試料台102内の円板状の電極に第二の高周波電源115から高周波電力が供給されてバイアス電位がウエハ113上方に形成され、電位差に基づいてプラズマ内の荷電粒子をウエハ113表面へ誘引して衝突させ、ウエハ113上面に予め形成されたマスクを含む複数層の膜層から構成された膜構造の処理対象の膜のエッチングが開始される。また、第二の高周波電源115は、パルス発振器を備えるため、試料台102に、予め定められた周期でオンオフまたは高出力(大振幅)と低出力(小振幅)とを繰り返すように変調された間欠的な高周波電力、または連続した波形の高周波電力が印加される。
In this state, high frequency power is supplied from the second high frequency power supply 115 to the disk-shaped electrode in the sample stage 102 to form a bias potential above the wafer 113, and charged particles in the plasma are transferred to the wafer 113 based on the potential difference. Etching of a film to be processed having a film structure composed of a plurality of film layers including a mask formed in advance on the upper surface of the wafer 113 is attracted to the surface and collided. In addition, since the second high-frequency power source 115 includes a pulse oscillator, it is modulated on the sample stage 102 so as to repeat on / off or high output (large amplitude) and low output (small amplitude) in a predetermined cycle. Intermittent high frequency power or continuous waveform high frequency power is applied.

本例のプラズマ処理装置は、ガス供給装置109から供給される処理ガスは、バルブ118とバルブ119を介した2つのガスラインに分岐されて、誘電体窓106及びこれとシャワープレート105の間のすき間に分かれて供給される。バルブ118側のガスラインに流れる処理ガスは、誘電体窓106に形成されたガス溝を経由して、誘電体窓106とシャワープレート105との間のすき間であってシャワープレート105の中央部にその周囲のリング状の空間と区画されて配置された円板または円筒形の空間内に供給され、ここからシャワープレート105の中央部に配置された貫通孔を通して処理室107内に上方から導入される。
In the plasma processing apparatus of this example, the processing gas supplied from the gas supply apparatus 109 is branched into two gas lines via a valve 118 and a valve 119, and the dielectric window 106 and between this and the shower plate 105 are separated. Supplied in gaps. The processing gas flowing in the gas line on the valve 118 side passes through a gas groove formed in the dielectric window 106 and is a gap between the dielectric window 106 and the shower plate 105 and in the center of the shower plate 105. It is supplied into a disk or cylindrical space arranged separately from the surrounding ring-shaped space, and is introduced from above into the processing chamber 107 through a through-hole disposed in the center of the shower plate 105. The

また、バルブ119側のガスラインに流れる処理ガスは、誘電体窓106と真空容器101の円筒形状部の上端面との間に挟さまれて配置されたガス導入リング127内のリング状のガス経路を通して、誘電体窓106とシャワープレート105の間のすき間であって外周側のリング状の空間に流入する。バルブ119側のガスラインからの処理ガスはこのリング状の空間の内部で拡散した後、当該リング状の空間と連通したシャワープレート105の外周側の下面にリング状に配置された複数の貫通孔を通して処理室107内に上方から導入される。
Further, the processing gas flowing in the gas line on the valve 119 side is a ring-shaped gas in the gas introduction ring 127 that is sandwiched between the dielectric window 106 and the upper end surface of the cylindrical portion of the vacuum vessel 101. Through the path, it flows into the ring-shaped space on the outer peripheral side, which is a gap between the dielectric window 106 and the shower plate 105. After the processing gas from the gas line on the valve 119 side diffuses inside the ring-shaped space, a plurality of through holes arranged in a ring shape on the lower surface on the outer peripheral side of the shower plate 105 communicating with the ring-shaped space And introduced into the processing chamber 107 from above.

また、上記2つに分岐したガスライン各々には、希ガス(例えば窒素)を供給するガス供給装置126が温調可能なヒータ120、125、バルブ120と121、122と123を介して接続されている。この時、これらのガスラインの各々には、ヒータ120及びヒータ125により加熱された高温の不活性ガスがバルブ120,122の開閉を調節することで独立して供給される。このため、これらのガスラインでは配管が熱くなる可能性があるため、配管に断熱材を巻くことが望ましい。
Further, a gas supply device 126 for supplying a rare gas (for example, nitrogen) is connected to each of the two branched gas lines via heaters 120 and 125, valves 120 and 121, 122 and 123, which can be temperature-controlled. ing. At this time, a high-temperature inert gas heated by the heater 120 and the heater 125 is independently supplied to each of these gas lines by adjusting the opening and closing of the valves 120 and 122. For this reason, in these gas lines, since piping may become hot, it is desirable to wind a heat insulating material around piping.

本実施例のプラズマ処理装置は、上記構成を備えたことにより、誘電体窓106とシャワープレート105との間の空間には、中央側と外周側との各々にヒータで所望の温度に調節された不活性ガスが供給され、誘電体窓106及びシャワープレート105の温度を所望の範囲内の値にすることができ、これらの温度の変動が抑制される。更に、上記構成により中央側と外周側をそれぞれ個別に温調することにより、誘電体窓106とシャワープレート105をより精度良く温調することが可能となる。
Since the plasma processing apparatus of the present embodiment has the above-described configuration, the space between the dielectric window 106 and the shower plate 105 is adjusted to a desired temperature by a heater on each of the central side and the outer peripheral side. Further, the inert gas is supplied, and the temperatures of the dielectric window 106 and the shower plate 105 can be set to values within a desired range, and fluctuations in these temperatures are suppressed. Furthermore, by individually controlling the temperature on the center side and the outer peripheral side with the above configuration, the temperature of the dielectric window 106 and the shower plate 105 can be more accurately controlled.

次に、ガスの供給の態様について、以下に説明する。図2は、図1に示す実施例に係るプラズマ処理装置において処理ガスを処理室に導入する部分の構成を拡大して模式的に示す図である。特に、誘電体窓106とシャワープレート105との空間に不活性ガスを供給する時のバルブの開閉状態を示している。
Next, the aspect of gas supply will be described below. FIG. 2 is a diagram schematically showing an enlarged configuration of a portion for introducing the processing gas into the processing chamber in the plasma processing apparatus according to the embodiment shown in FIG. In particular, the valve opening / closing state when an inert gas is supplied to the space between the dielectric window 106 and the shower plate 105 is shown.

一般的にウエハ113表面の膜層をエッチング処理するプラズマ処理装置では、CDの変動を抑制できるように安定したプラズマを生成するため、予め、処理の開始前に処理室107内表面を加熱して処理中の温度に近い値のものにすることが行われる。予め温度を処理中のものに近い値にして処理を開始することにより、処理中の処理室107の内表面の温度の変化を低減して加工形状が所期のものからズレてしまうことを抑制する。例えば、プラズマ処理中における誘電体窓の温度は80℃〜100℃にすることが考えられる。
In general, in a plasma processing apparatus that etches a film layer on the surface of a wafer 113, in order to generate stable plasma so that CD fluctuation can be suppressed, the inner surface of the processing chamber 107 is heated in advance before the processing is started. A value close to the temperature during processing is performed. By starting the process with the temperature close to the one being processed in advance, the change in the temperature of the inner surface of the processing chamber 107 during the process is reduced and the processing shape is prevented from deviating from the intended one. To do. For example, it is conceivable that the temperature of the dielectric window during plasma processing is 80 ° C. to 100 ° C.

本実施例においても、処理の開始前に高温の不活性ガスを誘電体窓106とシャワープレート105との間の空間に供給することにより、プラズマ処理の処理前に誘電体窓106及びシャワープレート105を所望の温度の範囲に加熱することができる。図2に示すとおり、処理ガスを供給するためのガス供給装置108側のバルブ118、119を閉じた状態で、不活性ガスのガス供給装置126に連結されたガスライン上のバルブ120,121,122,123を開けることにより、2つのガスラインを通して不活性ガスを供給する。
Also in this embodiment, by supplying a high-temperature inert gas to the space between the dielectric window 106 and the shower plate 105 before the start of processing, the dielectric window 106 and the shower plate 105 are processed before the plasma processing. Can be heated to a desired temperature range. As shown in FIG. 2, with the valves 118, 119 on the side of the gas supply device 108 for supplying the processing gas closed, the valves 120, 121, 120 on the gas line connected to the inert gas supply device 126 are provided. By opening 122 and 123, an inert gas is supplied through two gas lines.

このような所定の温度にされた希ガスの供給を、プラズマを形成して任意のステップの処理を開始する前および当該処理のステップを終了して後で次のステップの処理を開始前に実施する。このような、プラズマによる処理の前後に処理室107の内壁を構成する誘電体窓106及びシャワープレート105の加熱をすることにより、誘電体窓106及びシャワープレート105の温度の変動を抑制でき、かつプロセスガスの温度変動を抑制できることにより、再現性と信頼性の高い処理を実現するプラズマ処理装置を提供できる。
Supplying such a rare gas at a predetermined temperature is performed before forming a plasma and starting a process of an arbitrary step, and after completing the process step and before starting the process of the next step. To do. By heating the dielectric window 106 and the shower plate 105 that constitute the inner wall of the processing chamber 107 before and after the plasma treatment, the temperature variation of the dielectric window 106 and the shower plate 105 can be suppressed, and By suppressing the temperature fluctuation of the process gas, it is possible to provide a plasma processing apparatus that realizes processing with high reproducibility and reliability.

次に、図1の実施例において、プラズマ処理の処理中に高温の不活性ガスを供給する形態について図面を用いて、以下に説明する。
Next, in the embodiment of FIG. 1, a mode of supplying a high-temperature inert gas during the plasma processing will be described below with reference to the drawings.

図3にプラズマ処理中に誘電体窓106とシャワープレート105の中央部と外周部を温調する機能を備えたプラズマ処理装置の詳細図を示す。図3は、図1に示す実施例の変形例に係るプラズマ処理装置において処理ガスを処理室に導入する部分の構成を拡大して模式的に示す図である。尚、実施例1と同じ符号のものは、実施例1と同様の構成及び機能を有するため、説明を省略する。
FIG. 3 shows a detailed view of a plasma processing apparatus having a function of adjusting the temperature of the central portion and the outer peripheral portion of the dielectric window 106 and the shower plate 105 during the plasma processing. FIG. 3 is a diagram schematically showing an enlarged configuration of a portion for introducing a processing gas into a processing chamber in a plasma processing apparatus according to a modification of the embodiment shown in FIG. In addition, since the thing of the same code | symbol as Example 1 has the structure and function similar to Example 1, description is abbreviate | omitted.

図3に示すように、処理ガスを供給するためのガス供給装置108に連結され分岐した2つのガスライン上のバルブ118を開、バルブ119を閉、希ガスを供給するガス供給装置126に連結された2つのガスラインであってバルブ118が配置された処理ガス用のガスラインに接続された一方のガスライン上に配置されたバルブ120及び121を開、バルブ119が配置された処理ガス用のガスラインに接続された他方のガスライン上に配置されたバルブ122およびバルブ123を閉とする。この開閉の制御により、誘電体窓106及びシャワープレート105の間のすき間の中央部の周囲から区画された領域内にはプラズマ処理用の処理用ガスが、この外周側のリング状の領域内には高温の希ガスが供給される。
As shown in FIG. 3, the valve 118 on the two branched gas lines connected to the gas supply device 108 for supplying the processing gas is opened, the valve 119 is closed, and the gas supply device 126 for supplying the rare gas is connected. The two gas lines connected to the gas line for the processing gas in which the valve 118 is arranged, and the valves 120 and 121 arranged on one gas line are opened, and the gas for the processing gas in which the valve 119 is arranged The valve 122 and the valve 123 arranged on the other gas line connected to the other gas line are closed. By this opening / closing control, the processing gas for plasma processing is placed in the ring-shaped region on the outer peripheral side in the region partitioned from the periphery of the central portion of the gap between the dielectric window 106 and the shower plate 105. Is supplied with a hot noble gas.

このような処理ガスと希ガスとの供給を処理室107内にプラズマを形成している状態で実施する。このことにより、プラズマ処理を実施しながら誘電体窓106及びシャワープレート105の温度の変動を抑制でき、かつ処理ガスの温度が変動することを抑制でき、信頼性と再現性とを高めたプラズマ処理を実現できる。
Such supply of the processing gas and the rare gas is performed in a state where plasma is formed in the processing chamber 107. As a result, plasma processing that can suppress fluctuations in the temperature of the dielectric window 106 and the shower plate 105 while performing plasma processing, can suppress fluctuations in the temperature of the processing gas, and has improved reliability and reproducibility. Can be realized.

更に、プラズマを形成してウエハ113を処理している最中にプラズマに曝されるシャワープレート105及びその上方の誘電体窓106の温度を調節する構成であるため、プラズマを形成する処理の前後での誘電体窓106及びシャワープレート105を加熱は不要となり、装置全体のスループットが向上し、より生産性に優れたプラズマ処理装置を提供できる。
Furthermore, since the temperature of the shower plate 105 and the dielectric window 106 above the plasma is formed during the processing of the wafer 113 by forming the plasma, the temperature is adjusted before and after the plasma forming process. In this case, it is not necessary to heat the dielectric window 106 and the shower plate 105 in this case, the throughput of the entire apparatus is improved, and a plasma processing apparatus with higher productivity can be provided.

本変形例の場合、プラズマ処理中に処理ガスと同時に高温の不活性ガスを処理室107内に供給することになるため、高温の不活性ガスの影響によりプラズマ状態が変化し、プラズマ処理に何かしらの悪影響を及ぼす可能性が懸念される。そこで、高温の不活性ガスを処理室107内に供給することなく、プラズマ処理中に誘電体窓106及びシャワープレート105の温調を可能とした例について説明する。
In the case of this modification, since the high temperature inert gas is supplied into the processing chamber 107 simultaneously with the processing gas during the plasma processing, the plasma state changes due to the influence of the high temperature inert gas, so that something is wrong with the plasma processing. There is concern about the potential for adverse effects. Accordingly, an example will be described in which the temperature of the dielectric window 106 and the shower plate 105 can be controlled during plasma processing without supplying a high-temperature inert gas into the processing chamber 107.

図4に、プラズマ処理中に誘電体窓106とシャワープレート105の中央部と外周部を温調する機能を備えたプラズマ処理装置の詳細図を示す。図4は、図1に示す実施例の別の変形例に係るプラズマ処理装置において処理ガスを処理室に導入する部分の構成を拡大して模式的に示す図である。尚、図1乃至3と同じ符号のものは、これらに示されたものと同様の構成及び機能を有するため、説明を省略する。
FIG. 4 shows a detailed view of a plasma processing apparatus having a function of adjusting the temperature of the central portion and the outer peripheral portion of the dielectric window 106 and the shower plate 105 during the plasma processing. FIG. 4 is a diagram schematically showing an enlarged configuration of a portion for introducing a processing gas into a processing chamber in a plasma processing apparatus according to another modification of the embodiment shown in FIG. 1 to 3 have the same configuration and functions as those shown in FIG.

図4に示すように、処理ガスを供給するためのガス供給装置108側のバルブ118を開、バルブ119を閉、不活性ガス側のバルブ120、バルブ121を開、バルブ122、バルブ123を閉とすることにより、誘電体窓106及びシャワープレート105の間のすき間の中央部の領域にプラズマ処理用のプロセスガスを、外周側の領域に処理室107の処理中の温度より高い温にされた希ガスが供給される。ガス導入リング128の一箇所から外周側の領域に導入された高温の希ガスは、図の通り、処理室107内に供給されることなく、別の箇所からガス導入リング128内に排出され、真空容器101の外部に流出する。
As shown in FIG. 4, the valve 118 on the gas supply device 108 side for supplying the processing gas is opened, the valve 119 is closed, the valves 120 and 121 on the inert gas side are opened, and the valves 122 and 123 are closed. As a result, the process gas for plasma processing was set in the central region of the gap between the dielectric window 106 and the shower plate 105, and the temperature at the outer peripheral side was set higher than the temperature during processing in the processing chamber 107. A rare gas is supplied. The high-temperature noble gas introduced from one location of the gas introduction ring 128 to the outer peripheral region is discharged from another location into the gas introduction ring 128 without being supplied into the processing chamber 107 as shown in the figure. It flows out of the vacuum vessel 101.

このような処理ガスと希ガスとをプラズマ処理中に供給する構成により、プラズマ処理を実施しながら誘電体窓106及びシャワープレート105の温度の変動が抑制され、かつ処理ガスの温度の変動を抑制することにより、再現性と信頼性の高い処理を実現可能なプラズマ処理装置を提供できる。更に、高温の希ガスはプラズマを形成した状態で処理室107内に供給されず、ウエハ113の処理中に処理室107内の条件の変動を抑制でき、より安定したプラズマを生成して歩留まりを向上させたプラズマ処理装置を提供できる。
With the configuration in which the processing gas and the rare gas are supplied during the plasma processing, the temperature variation of the dielectric window 106 and the shower plate 105 is suppressed while the plasma processing is performed, and the temperature variation of the processing gas is suppressed. By doing so, a plasma processing apparatus capable of realizing processing with high reproducibility and reliability can be provided. Further, the high-temperature rare gas is not supplied into the processing chamber 107 in a state where plasma is formed, and fluctuations in conditions in the processing chamber 107 can be suppressed during the processing of the wafer 113, so that more stable plasma is generated and yield is improved. An improved plasma processing apparatus can be provided.

101…真空容器
102…試料台
103…第一の高周波電源
104…第一の直流電源
105…シャワープレート
106…誘電体窓
107…処理室
108…ガス供給装置
109…真空排気装置
110…導波管
111…磁場発生用コイル
112…コイルケース
113…ウエハ
114…マッチング回路
115…第二の高周波電源
116…高周波フィルタ
117…第二の直流電源
118…バルブ
119…バルブ
120…バルブ
121…バルブ
122…バルブ
123…バルブ
124…ヒータ
125…ヒータ
126…不活性ガス供給装置
127…ガス導入リング
128…ガス導入リング
129…真空容器
130…誘電体窓。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Vacuum vessel 102 ... Sample stage 103 ... 1st high frequency power supply 104 ... 1st DC power supply 105 ... Shower plate 106 ... Dielectric window 107 ... Processing chamber 108 ... Gas supply apparatus 109 ... Vacuum exhaust apparatus 110 ... Waveguide 111 ... Magnetic field generating coil 112 ... Coil case 113 ... Wafer 114 ... Matching circuit 115 ... Second high frequency power source 116 ... High frequency filter 117 ... Second DC power source 118 ... Valve 119 ... Valve 120 ... Valve 121 ... Valve 122 ... Valve 123 ... Valve 124 ... Heater 125 ... Heater 126 ... Inert gas supply device 127 ... Gas introduction ring 128 ... Gas introduction ring 129 ... Vacuum vessel 130 ... Dielectric window.

Claims (4)

真空容器内部に配置され内部が減圧される処理室と、前記真空容器の上部を構成して前記処理室内に供給される電界が透過する誘電体製の板部材と、前記処理室内の下方に配置され処理対象のウエハが載せられる試料台と、前記板部材の下方で前記試料台の上面上方でこれに対向して配置され前記処理室の天井面を構成する誘電体製のシャワープレートであって前記ウエハを処理するためのプラズマの形成に用いられる処理ガスが前記処理室内に導入する貫通孔を有したシャワープレートと、このシャワープレートと前記板部材との間のすき間にこれらの少なくとも一方を加熱する希ガスを供給するガス供給ラインを備えたプラズマ処理装置。
A processing chamber disposed inside the vacuum vessel and depressurized inside, a dielectric plate member that constitutes an upper portion of the vacuum vessel and transmits an electric field supplied to the processing chamber, and a lower portion of the processing chamber A sample table on which a wafer to be processed is placed, and a dielectric shower plate which is disposed below and above the plate member and above the upper surface of the sample table to face the sample table and constitutes the ceiling surface of the processing chamber. A shower plate having a through hole through which a processing gas used to form plasma for processing the wafer is introduced into the processing chamber, and at least one of these is heated between the shower plate and the plate member A plasma processing apparatus having a gas supply line for supplying a rare gas.
請求項1記載のプラズマ処理装置であって、前記ウエハを処理するためのプラズマの形成の前または後に前記希ガスを供給する機能を備えたプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 1, comprising a function of supplying the rare gas before or after formation of plasma for processing the wafer.
請求項1に記載のプラズマ処理装置であって、前記ウエハの処理中に前記シャワープレートの中央部に配置された前記貫通孔から前記処理室内に前記処理ガスを供給しつつ前記シャワープレートと前記板部材との間のすき間の前記中央部の外周側の領域に前記希ガスを供給する機能を備えたプラズマ処理装置。
2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the shower plate and the plate are supplied while the processing gas is supplied into the processing chamber from the through-hole disposed in a central portion of the shower plate during processing of the wafer. The plasma processing apparatus provided with the function to supply the said rare gas to the area | region of the outer peripheral side of the said center part between the gaps between members.
請求項3に記載のプラズマ処理装置であって、前記希ガスが前記外周側の領域に供給された後前記処理室内に導入されずに真空容器外に排出されるプラズマ処理装置。   4. The plasma processing apparatus according to claim 3, wherein the rare gas is supplied to the region on the outer peripheral side and then discharged outside the vacuum chamber without being introduced into the processing chamber. 5.
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