JP4972327B2 - Plasma processing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、プラズマ処理装置に関し、特に、直流電源に接続された電極を有するプラズマ処理装置に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus, and more particularly to a plasma processing apparatus having an electrode connected to a DC power source.
基板としてのウエハが搬入される処理空間を有する基板処理室と、該基板処理室内に配置され且つ高周波電源に接続された下部電極と、該下部電極と対向するように配置された上部電極とを備える平行平板型のプラズマ処理装置が知られている。このプラズマ処理装置では、処理空間に処理ガスが導入され、上部電極及び下部電極の間の処理空間に高周波電力が印加される。また、ウエハが処理空間に搬入されて下部電極に載置されたときに、導入された処理ガスを高周波電力によってプラズマにしてイオン等を発生させ、該イオン等によってウエハにプラズマ処理、例えば、エッチング処理を施す。 A substrate processing chamber having a processing space into which a wafer as a substrate is carried, a lower electrode disposed in the substrate processing chamber and connected to a high frequency power source, and an upper electrode disposed to face the lower electrode A parallel plate type plasma processing apparatus is known. In this plasma processing apparatus, a processing gas is introduced into the processing space, and high-frequency power is applied to the processing space between the upper electrode and the lower electrode. Further, when the wafer is carried into the processing space and placed on the lower electrode, the introduced processing gas is converted into plasma by high-frequency power to generate ions and the like, and the wafer is subjected to plasma processing, for example, etching. Apply processing.
近年、プラズマ処理性能向上を目的として、上部電極を直流電源に接続して処理空間に直流電圧を印加するプラズマ処理装置が開発されている。処理空間に直流電圧を印加するためには、処理空間に導電性の表面が露出する接地電位の電極(以下、「接地電極」という)を設ける必要がある。ところが、デポ性の処理ガスを用いてプラズマ処理を行う場合、接地電極の表面にデポが付着してデポ膜が形成されることがある。また、処理ガスの種類によっては、接地電極の表面が酸化膜や窒化膜で覆われることがある。デポ膜、酸化膜や窒化膜は絶縁性であるため、上部電極から接地電極への直流電流が阻害されて処理空間に直流電圧を印加することが不可能となる。したがって、デポ膜等を除去する必要がある。 In recent years, for the purpose of improving plasma processing performance, a plasma processing apparatus has been developed in which an upper electrode is connected to a DC power source and a DC voltage is applied to a processing space. In order to apply a DC voltage to the processing space, it is necessary to provide a ground potential electrode (hereinafter referred to as a “ground electrode”) that exposes the conductive surface in the processing space. However, when plasma processing is performed using a deposition process gas, deposits may be formed on the surface of the ground electrode to form a deposition film. Depending on the type of processing gas, the surface of the ground electrode may be covered with an oxide film or a nitride film. Since the deposition film, oxide film, and nitride film are insulative, the direct current from the upper electrode to the ground electrode is obstructed, making it impossible to apply a direct current voltage to the processing space. Therefore, it is necessary to remove the deposition film and the like.
従来、電極表面のデポ膜等の除去方法として、処理空間に酸素(O2)ガスを導入し、酸素ガスから酸素イオンや酸素ラジカルを発生させ、デポ膜等を酸素イオンや酸素ラジカルと反応させて除去する方法が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 Conventionally, as a method for removing a deposition film or the like on an electrode surface, oxygen (O 2 ) gas is introduced into a processing space, oxygen ions or oxygen radicals are generated from the oxygen gas, and the deposition film or the like is reacted with oxygen ions or oxygen radicals. There is known a method of removing them (see, for example, Patent Document 1).
また、上述したデポ膜等の除去方法はウエハのプラズマ処理とは別の処理を実行する必要があり、ウエハからの半導体デバイスの生産性が低下することから、ウエハのプラズマ処理中にデポ膜等を除去する方法、具体的には、接地電極を含む基板処理室内部品に比較的低い周波数、例えば、2MHzの高周波電力を伝達するデポ膜除去方法が開発されている。このデポ膜除去方法では、2MHzの高周波電力に起因して接地電極の表面に変動電位が発生する。このとき、陽イオンは比較的低い周波数の変動電位に追随可能であるため、該変動電位によって陽イオンが接地電極に引き込まれて該表面をスパッタする。これにより、デポ膜等が除去される。
しかしながら、ラジカルのみをウエハに接触させたい場合等、プラズマ処理において比較的低い周波数の高周波電力を供給することが不可能な場合がある。この場合、比較的高い周波数の高周波電力が接地電極等に伝達されるが、陽イオンは比較的高い周波数の変動電位には追随不可能であり、比較的高い周波数の高周波電力に起因して生ずる変動電位の電位差は小さいため、陽イオンが接地電極に低いエネルギーで引き込まれ、その結果、デポ膜等が除去されないことがある。 However, there are cases where it is impossible to supply high-frequency power with a relatively low frequency in plasma processing, such as when only radicals are to contact the wafer. In this case, high-frequency power having a relatively high frequency is transmitted to the ground electrode or the like, but the cation cannot follow a fluctuation potential having a relatively high frequency, and is generated due to the high-frequency power having a relatively high frequency. Since the potential difference of the fluctuation potential is small, cations are attracted to the ground electrode with low energy, and as a result, the deposition film or the like may not be removed.
本発明の目的は、接地電極の絶縁性膜を除去することができるプラズマ処理装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of removing an insulating film of a ground electrode.
上記目的を達成するために、請求項1記載のプラズマ処理装置は、基板にプラズマ処理を施す処理空間を有する基板処理室と、前記処理空間に直流電圧を印加する板状の上部電極と、前記基板処理室内において前記上部電極と対向し、前記基板が載置され且つ前記処理空間に高周波電力を印加する台状の下部電極と、前記処理空間に露出する接地電極とを備えるプラズマ処理装置であって、前記基板処理室内において前記下部電極上に載置される基板を囲む環状のフォーカスリングをさらに備え、前記下部電極及び前記上部電極は間に前記処理空間を挟んで互いに平行に配置され、前記接地電極は前記基板処理室内において前記下部電極側に配置され、前記接地電極及び前記フォーカスリングは絶縁部を挟んで隣接し、前記下部電極に供給された高周波電力の電界漏洩効果によって発生する漏洩電界に前記接地電極が対向するように、前記接地電極及び前記フォーカスリングの間の距離は0mmよりも大きく、且つ10mm以下に設定され、前記下部電極には高周波電力が印加されるが、前記接地電極には高周波電力が印加されないことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a plasma processing apparatus according to claim 1 is a substrate processing chamber having a processing space for performing plasma processing on a substrate, a plate-like upper electrode for applying a DC voltage to the processing space, and A plasma processing apparatus comprising a base-like lower electrode facing the upper electrode in a substrate processing chamber, on which the substrate is placed and applying high frequency power to the processing space, and a ground electrode exposed in the processing space. And an annular focus ring surrounding the substrate placed on the lower electrode in the substrate processing chamber, wherein the lower electrode and the upper electrode are arranged in parallel with each other with the processing space interposed therebetween, the ground electrode is disposed on the lower electrode side in the substrate processing chamber, said ground electrode and said focusing ring are adjacent across the insulating portion, the supply of the lower electrode Was such that the ground electrode to the leakage field generated by the electric field leakage effect of the high-frequency power are opposed, the distance between the ground electrode and the focus ring is greater than 0 mm, is and set to 10mm or less, the lower electrode The high frequency power is applied to the ground electrode, but no high frequency power is applied to the ground electrode .
請求項2記載のプラズマ処理装置は、請求項1記載のプラズマ処理装置において、前記漏洩電界の強度は、前記下部電極の周縁部に対向する電界の強度の2割以上であることを特徴とする。 The plasma processing apparatus according to claim 2 is the plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the strength of the leakage electric field is 20% or more of the strength of the electric field opposed to the peripheral edge of the lower electrode. .
請求項3記載のプラズマ処理装置は、請求項1又は2記載のプラズマ処理装置において、前記距離は、0mmよりも大きく、且つ5mm以下に設定されることを特徴とする。 A plasma processing apparatus according to a third aspect is the plasma processing apparatus according to the first or second aspect , wherein the distance is set to be greater than 0 mm and not greater than 5 mm.
請求項4記載のプラズマ処理装置は、請求項1又は2記載のプラズマ処理装置において、前記距離は、0.5mmよりも大きく、且つ10mm以下に設定されることを特徴とする。 A plasma processing apparatus according to a fourth aspect is the plasma processing apparatus according to the first or second aspect , wherein the distance is set to be greater than 0.5 mm and equal to or less than 10 mm.
請求項5記載のプラズマ処理装置は、請求項1乃至4のいずれか1項に記載のプラズマ処理装置において、前記絶縁部は絶縁体又は真空空間からなることを特徴とする。 The plasma processing apparatus according to claim 5 is the plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 4 , wherein the insulating portion is made of an insulator or a vacuum space.
請求項1記載のプラズマ処理装置によれば、直流電圧が印加される処理空間に露出する接地電極は絶縁部を挟んで高周波電極と隣接し、接地電極及び高周波電極の間の距離は0mmよりも大きく、且つ10mm以下に設定される。高周波電極が処理空間に印加する高周波電力は、高周波電極に対向する処理空間の部分だけでなく高周波電極の近傍における処理空間の部分にも所定の強度を有する電界を発生させる。また、該電界は高周波電極から10mm以上離れるとほぼ消滅する。したがって、接地電極に対向する処理空間の部分には所定の強度を有する電界が発生し、該電界の電位差に起因してイオンが接地電極に衝突する。その結果、接地電極の絶縁性膜を除去することができる。 According to the plasma processing apparatus according to claim 1 Symbol placement, the distance between the ground electrode adjacent to the high-frequency electrode across the insulating portion, the ground electrode and the high-frequency electrode exposed to the processing space in which a DC voltage is applied from 0mm And is set to 10 mm or less. The high-frequency power applied to the processing space by the high-frequency electrode generates an electric field having a predetermined intensity not only in the portion of the processing space facing the high-frequency electrode but also in the processing space near the high-frequency electrode. Further, the electric field almost disappears when it is separated from the high-frequency electrode by 10 mm or more. Therefore, an electric field having a predetermined intensity is generated in the portion of the processing space facing the ground electrode, and ions collide with the ground electrode due to the potential difference of the electric field. As a result, the insulating film of the ground electrode can be removed.
請求項3記載のプラズマ処理装置によれば、接地電極及び高周波電極の間の距離が0mmよりも大きく、且つ5mm以下に設定されるので、接地電極に対向する処理空間の部分に所定の強度を有する電界を確実に発生させることができ、もって、接地電極の絶縁性膜を確実に除去することができる。 According to the plasma processing apparatus of claim 3, since the distance between the ground electrode and the high frequency electrode is set to be greater than 0 mm and 5 mm or less, a predetermined strength is applied to a portion of the processing space facing the ground electrode. It is possible to reliably generate the electric field, and to reliably remove the insulating film of the ground electrode.
請求項4記載のプラズマ処理装置によれば、接地電極及び高周波電極の間の距離が0.5mmよりも大きく、且つ10mm以下に設定されるので、接地電極に高周波電力が印加されるのを余裕を持って防止することができる。その結果、接地電極を接地電位のまま維持することができ、もって、処理空間に直流電圧を確実に印加することができる。 According to the plasma processing apparatus of claim 4, since the distance between the ground electrode and the high frequency electrode is set to be greater than 0.5 mm and 10 mm or less, there is a margin for high frequency power being applied to the ground electrode. Can be prevented. As a result, the ground electrode can be maintained at the ground potential, so that a DC voltage can be reliably applied to the processing space.
請求項5記載のプラズマ処理装置によれば、接地電極及び高周波電極の間の絶縁部は絶縁体又は真空空間からなるので、接地電極に高周波電力が印加されるのを確実に防止することができる。 According to the plasma processing apparatus of the fifth aspect, since the insulating portion between the ground electrode and the high frequency electrode is made of an insulator or a vacuum space, it is possible to reliably prevent the high frequency power from being applied to the ground electrode. .
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、本発明の第1の実施の形態に係るプラズマ処理装置について説明する。 First, the plasma processing apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described.
図1は、本実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。このプラズマ処理装置は基板としての半導体ウエハWにRIE(Reactive Ion Etching)処理を施すように構成されている。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the plasma processing apparatus according to the present embodiment. This plasma processing apparatus is configured to perform RIE (Reactive Ion Etching) processing on a semiconductor wafer W as a substrate.
図1において、プラズマ処理装置10は円筒形状の基板処理室11を有し、該基板処理室11は内部に処理空間Sを有する。また、基板処理室11内には、例えば、直径が300mmの半導体ウエハW(以下、単に「ウエハW」という。)を載置する載置台としての円柱状のサセプタ12(高周波電極)が配置されている。基板処理室11の内壁面は側壁部材13で覆われる。該側壁部材13はアルミニウムからなり、その処理空間Sに面する面はイットリア(Y2O3)でコーティングされている。基板処理室11は電気的に接地するため、側壁部材13の電位は接地電位である。また、サセプタ12は、導電性材料、例えば、アルミニウムからなる導電体部29と、該導電体部29の側面を覆う、絶縁性材料からなるサセプタ側面被覆部材14とを有する。
In FIG. 1, a
プラズマ処理装置10では、基板処理室11の内側壁とサセプタ12の側面とによって、サセプタ12上方の気体分子を基板処理室11の外へ排出する流路として機能する排気路15が形成される。この排気路15の途中にはバッフル板16が配置される。
In the
バッフル板16は多数の孔を有する板状部材であり、基板処理室11を上部と下部に仕切る仕切り板として機能する。バッフル板16によって仕切られた基板処理室11の上部(以下、「反応室」という。)17には、後述するプラズマが発生する。また、基板処理室11の下部(以下、「排気室(マニホールド)」という。)18には基板処理室11内のガスを排出する粗引き排気管19及び本排気管20が開口する。粗引き排気管19にはDP(Dry Pump)(図示しない)が接続され、本排気管20にはTMP(Turbo Molecular Pump)(図示しない)が接続される。また、バッフル板16は処理空間Sにおいて発生するイオンやラジカルを捕捉又は反射してこれらのマニホールド18への漏洩を防止する。
The
粗引き排気管19、本排気管20、DP及びTMP等は排気装置を構成し、粗引き排気管19及び本排気管20は反応室17のガスをマニホールド18を介して基板処理室11の外部へ排出する。具体的には、粗引き排気管19は基板処理室11内を大気圧から低真空状態まで減圧し、本排気管20は粗引き排気管19と協働して基板処理室11内を大気圧から低真空状態より低い圧力である高真空状態(例えば、133Pa(1Torr)以下)まで減圧する。
The roughing
サセプタ12の導電体部29には高周波電源21が整合器(Matcher)22を介して接続されており、該高周波電源21は、比較的高い周波数、例えば、40MHzの高周波電力を導電体部29に供給する。これにより、サセプタ12の導電体部29は高周波電極として機能する。また、整合器22は、導電体部29からの高周波電力の反射を低減して高周波電力の導電体部29への供給効率を最大にする。サセプタ12は高周波電源21から供給された40MHzの高周波電力を処理空間Sに印加する。
A high
RIE処理中においてサセプタ側面被覆部材14の表面や、後述するシリコン電極27の露出部等にはデポ膜、酸化膜又は窒化膜等の絶縁性膜が形成されることがある。ここで、サセプタ側面被覆部材14の表面には導電体部29へ供給された40MHzの高周波電力に起因して高周波(40MHz)の変動電位が発生するが、陽イオンは40MHzで変動する電位差に追随不可能であり、40MHzの高周波電力に起因して生ずる電位差は小さいため、サセプタ側面被覆部材14に衝突する陽イオンのエネルギーは低く、40MHzの変動電位によってサセプタ側面被覆部材14の表面に形成された絶縁性膜は除去されることがない。
During the RIE process, an insulating film such as a deposition film, an oxide film, or a nitride film may be formed on the surface of the susceptor side
サセプタ12の上方には、電極板23を内部に有する円板状の静電チャック24が配置されている。サセプタ12がウエハWを載置するとき、該ウエハWは静電チャック24上に配される。電極板23には直流電源25が電気的に接続されている。電極板23に負の直流電圧が印加されると、ウエハWの裏面には正電位が発生するため、電極板23及びウエハWの裏面の間に電位差が生じ、該電位差に起因するクーロン力又はジョンソン・ラーベック(Johnsen-Rahbek)力によってウエハWは静電チャック24の上面に吸着保持される。
A disc-shaped
サセプタ12の上方には、サセプタ12の上面に吸着保持されたウエハWの周りを囲うように環状のフォーカスリング26が配設される。このフォーカスリング26はシリコン(Si)又はシリカ(SiO2)からなり、処理空間Sに露出し、該処理空間SのプラズマをウエハWの表面に向けて収束し、RIE処理の効率を向上させる。また、フォーカスリング26には静電チャック24を介して導電体部29へ供給された40MHzの高周波電力が伝達される。このとき、フォーカスリング26は40MHzの高周波電力を処理空間Sに印加する。したがって、フォーカスリング26も高周波電極として機能する。
Above the
フォーカスリング26の周りには、該フォーカスリング26に隣接するようにシリコンからなる環状のシリコン電極27が配置されている。該シリコン電極27は処理空間Sに露出する露出部を有すると共に、電気的に接地し、接地電極として機能する。また、シリコン電極27は後述する上部電極板39が処理空間Sに印加する直流電圧に起因する直流電流の経路の一部を構成する。
An
フォーカスリング26及びシリコン電極27の間には絶縁性材料、例えば、クォーツ(Qz)からなる環状のインシュレーターリング28(絶縁部)が配置されている。また、シリコン電極27及びサセプタ12の導電体部29の間にはサセプタ側面被覆部材14が介在する。したがって、シリコン電極27は導電体部29やフォーカスリング26から電気的に絶縁され、インシュレーターリング28及びサセプタ側面被覆部材14は導電体部29やフォーカスリング26に供給される高周波電力がシリコン電極27に印加されるのを確実に防止する。
Between the
また、シリコン電極27の周りには、該シリコン電極27の側面を保護する、クォーツからなる環状のカバーリング30が配置されている。
An
サセプタ12の内部には、例えば、円周方向に延在する環状の冷媒室31が設けられる。この冷媒室31には、チラーユニット(図示せず)から冷媒用配管32を介して所定温度の冷媒、例えば、冷却水やガルデン(登録商標)液が循環供給され、当該冷媒の温度によってサセプタ12上面に吸着保持されたウエハWの処理温度が制御される。
Inside the
さらに、サセプタ12の上面のウエハWが吸着保持される部分(以下、「吸着面」という。)には、複数の伝熱ガス供給孔33が開口している。これら複数の伝熱ガス供給孔33は、サセプタ12内部に配置された伝熱ガス供給ライン34を介して伝熱ガス供給部(図示せず)に接続され、該伝熱ガス供給部は伝熱ガスとしてのヘリウム(He)ガスを伝熱ガス供給孔33を介して吸着面及びウエハWの裏面の間隙に供給する。
Further, a plurality of heat transfer gas supply holes 33 are opened in a portion of the upper surface of the
また、サセプタ12の吸着面には、サセプタ12の上面から突出自在なリフトピンとしての複数のプッシャーピン35が配置されている。これらのプッシャーピン35は、モータ(図示せず)とボールねじ(図示せず)を介して接続され、ボールねじによって直線運動に変換されたモータの回転運動に起因して吸着面から自在に突出する。ウエハWにRIE処理を施すためにウエハWを吸着面に吸着保持するときには、プッシャーピン35はサセプタ12に収容され、RIE処理が施されたウエハWを基板処理室11から搬出するときには、プッシャーピン35はサセプタ12の上面から突出してウエハWをサセプタ12から離間させて上方へ持ち上げる。
Further, a plurality of pusher pins 35 serving as lift pins that can protrude from the upper surface of the
基板処理室11の天井部には、サセプタ12と対向するようにガス導入シャワーヘッド36が配置されている。ガス導入シャワーヘッド36はバッファ室37が内部に形成された、絶縁性材料からなる電極板支持体38と、該電極板支持体38に釣支される上部電極板39とを備える。上部電極板39は処理空間Sにその下面が露出する。また、上部電極板39は導電性材料、例えば、シリコンからなる円板状の部材である。上部電極板39の周縁部は絶縁性材料からなる環状のシールドリング40によって覆われる。すなわち、上部電極板39は、接地電位である基板処理室11の壁部から電極板支持体38及びシールドリング40によって電気的に絶縁されている。
A gas
また、上部電極板39は直流電源41と電気的に接続されており、上部電極板39には負の直流電圧が印加されている。したがって、上部電極板39は処理空間Sに直流電圧を印加する。上部電極板39には直流電圧が印加されるため、上部電極板39及び直流電源41の間に整合器を配置する必要がなく、従来のプラズマ処理装置のように上部電極板に整合器を介して高周波電源を接続する場合に比べて、プラズマ処理装置10の構造を簡素化することができる。また、上部電極板39は負の電位のまま変動することがないので、陽イオンのみを引き込む状態を維持することができ、処理空間Sから電子が消失することがない。したがって、処理空間Sにおいて電子が減少することがなく、その結果、RIE処理等のプラズマ処理の効率を向上することができる。
The
電極板支持体38のバッファ室37には処理ガス供給部(図示せず)からの処理ガス導入管42が接続されている。また、ガス導入シャワーヘッド36は、バッファ室37を処理空間Sに導通させる複数のガス穴43を有する。ガス導入シャワーヘッド36は、処理ガス導入管42からバッファ室37へ供給された処理ガスをガス穴43を経由して処理空間Sへ供給する。
A processing
また、基板処理室11の側壁には、プッシャーピン35によってサセプタ12から上方へ持ち上げられたウエハWの高さに対応する位置にウエハWの搬出入口44が設けられ、搬出入口44には、該搬出入口44を開閉するゲートバルブ45が取り付けられている。
In addition, on the side wall of the
このプラズマ処理装置10の基板処理室11内では、上述したように、サセプタ12の導電体部29がサセプタ12及び上部電極板39の間の空間である処理空間Sに高周波電力を印加することにより、該処理空間Sにおいてガス導入シャワーヘッド36から供給された処理ガスを高密度のプラズマにして陽イオンやラジカルを発生させ、さらに、上部電極板39が処理空間Sに直流電圧を印加することによってプラズマを所望の状態に保ち、陽イオンやラジカルによってウエハWにRIE処理を施す。
In the
ところで、本発明者は、本発明に先立ち、下記に示す従来のプラズマ処理装置46において比較的高い周波数の高周波電力のみを高周波電極に供給した場合における基板処理室11内のデポ付着状況を観察した。
By the way, prior to the present invention, the present inventor observed deposits in the
図2は、従来のプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。従来のプラズマ処理装置は、その構成や作用が上述したプラズマ処理装置10と基本的に同じであり、上部電極板39に高周波電力が供給される点、及びインシュレーターリング28やシリコン電極27を有さない点で、プラズマ処理装置10と異なるのみである。したがって、重複した構成、作用については説明を省略し、以下に異なる構成、作用についての説明を行う。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a conventional plasma processing apparatus. The conventional plasma processing apparatus is basically the same in configuration and operation as the above-described
図2において、プラズマ処理装置46は整合器49を介して上部電極板39に接続された高周波電源47を有する。したがって、上部電極板39は処理空間Sに高周波電力を印加する。また、サセプタ12上のフォーカスリング26の周りには、該フォーカスリング26に隣接するようにクォーツからなる環状のカバーリング48が配置されている。なお、フォーカスリング26及びカバーリング48は互いに直接接触する。
In FIG. 2, the
本発明者は、プラズマ処理装置46において、高周波電源21からサセプタ12の導電体部29に高周波電力を供給することなく、高周波電源47から上部電極板39に60MHzの高周波電力を2200Wで供給した場合における上部電極板39の近傍、具体的には、シールドリング40及び該シールドリング40に隣接する側壁部材13の部分におけるデポ付着速度(デポレート)を計測した。なお、このときプラズマ処理装置46では、
処理空間Sの圧力が2.67Pa(20mTorr)に設定され、C4F8ガス及びArガスがそれぞれの流量を14sccm及び700sccmに設定されて処理空間Sに供給され、プラズマが生成された。そして、RIE処理は5分間継続された。
In the case where the high frequency power is supplied from the high
The pressure of the processing space S was set to 2.67 Pa (20 mTorr), and C 4 F 8 gas and Ar gas were supplied to the processing space S with respective flow rates set to 14 sccm and 700 sccm, and plasma was generated. The RIE process was continued for 5 minutes.
図3は、60MHzの高周波電力のみを上部電極板に供給した場合におけるデポレートと各部品の配設場所との関係を示すグラフである。このグラフでは、横軸は上部電極板39に対する各部品の相対位置を示し、右に行くほど上部電極板39に近くなることを示す。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the deposition rate and the location of each component when only the high frequency power of 60 MHz is supplied to the upper electrode plate. In this graph, the horizontal axis indicates the relative position of each component with respect to the
図3のグラフに示すように、側壁部材13ではデポレートが正であり、側壁部材13にデポが付着していくことが分かったが、シールドリング40ではデポレートが負であり、シールドリング40からデポ膜が除去されていくことが分かった。
As shown in the graph of FIG. 3, it was found that the deposition rate is positive at the
プラズマ処理装置46では、イオンが追随可能な周波数、例えば、2MHzの高周波電力が上部電極板39やサセプタ12の導電体部29には供給されることはなく、また、シールドリング40は絶縁性材料からなるため、シールドリング40の表面に変動電位が発生することがなく、該変動電位に起因するイオンの引き込み(スパッタ)によってデポ膜が除去されることはない。
In the
そこで、本発明者は、シールドリング40におけるデポ膜除去のメカニズムを探るべく、上部電極板39に60MHzの高周波電力を供給した場合における、シールドリング40及び上記側壁部材13の部分に対向する処理空間Sの部分における電界強度をシミュレーションによって算出した。なお、以下において「対向する処理空間Sの部分における電界」を単に「対向電界」と称する。
In view of this, the present inventor, in order to investigate the mechanism of removing the deposit film in the
図4は、60MHzの高周波電力のみを上部電極板に供給した場合においてシミュレーションによって算出された電界強度と各部品の配設場所との関係を示すグラフである。このグラフでも、横軸は上部電極板39に対する各部品の相対位置を示し、右に行くほど上部電極板39に近くなることを示す。また、縦軸は上部電極板39の周縁部における対向電界の強度を「1」とした場合の強度比を示す。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the electric field strength calculated by simulation and the location of each component when only high frequency power of 60 MHz is supplied to the upper electrode plate. Also in this graph, the horizontal axis indicates the relative position of each component with respect to the
図4のグラフに示すように、該シールドリング40に隣接する側壁部材13の部分における対向電界の強度はほぼ0であるのに対して、シールドリング40における上部電極板39から10mmの範囲における対向電界の強度は、上部電極板39の周縁部における対向電界の強度の2割以上であり、特に、シールドリング40における上部電極板39から5mmの範囲における対向電界の強度は、上部電極板39の周縁部における対向電界の強度の4割以上であることが確認された。また、シールドリング40における上部電極板39から10mmを越えた範囲では対向電界がほぼ消滅する。
As shown in the graph of FIG. 4, the strength of the opposing electric field in the portion of the
以上のシミュレーションの結果より、本発明者は、シールドリング40におけるデポ膜除去のメカニズムに関して以下の知見を得た。
From the results of the above simulation, the present inventor has obtained the following knowledge regarding the mechanism for removing the deposit film in the
すなわち、上部電極板39が処理空間Sに60MHzの高周波電力を処理空間Sに印加すると、上部電極板39の対向電界が発生するが、該高周波電力は上部電極板39に対向する処理空間Sの部分だけでなく、上部電極板39の近傍、すなわち、シールドリング40に対向する処理空間Sの部分にも上部電極板39の対向電界より若干弱い対向電界が発生させる(電界漏洩効果)。そして、シールドリング40の対向電界の電位差に応じたエネルギーを有するイオンがシールドリング40に衝突し、該イオンの衝突によってシールドリング40からデポ膜が除去される。
That is, when the
本実施の形態では、接地電位のシリコン電極27の露出部に形成された絶縁性膜を除去するために、上述した電界漏洩効果を利用する。具体的には、シリコン電極27及び40MHzの高周波電力が伝達されるフォーカスリング26の間の距離を0.5mm乃至10mmのいずれか、好ましくは0.5mm乃至5mmのいずれかに設定する。このとき、フォーカスリング26が処理空間Sに印加する40MHzの高周波電力の電界漏洩効果により、シリコン電極27に対向する処理空間Sの部分にも、フォーカスリング26の対向電界より若干弱い対向電界、具体的には、フォーカスリング26の周縁部における対向電界の強度に対して2割以上の強度を有する電界が発生する。そして、シリコン電極27の対向電界の電位差に応じたエネルギーを有するイオンがシリコン電極27に衝突し、該イオンの衝突によってシリコン電極27から絶縁性膜が除去される。なお、シリコン電極27をフォーカスリング26から0.5mmに配置する場合は、シリコン電極27及びフォーカスリング26の間にインシュレーターリング28を配置する代わりに真空空間(空間キャパシタ)を形成する場合が該当する。なお、シリコン電極27及びフォーカスリング26の間の距離は絶縁可能であれば、理論上、0mmであってもよい。
In the present embodiment, the above-described electric field leakage effect is used to remove the insulating film formed on the exposed portion of the
プラズマ処理装置10によれば、直流電圧が印加される処理空間Sに露出する露出部を有する接地電極としてのシリコン電極27は、絶縁性のインシュレーターリング28を挟んで、40MHzの高周波電力を処理空間Sに印加するフォーカスリング26と隣接し、シリコン電極27及びフォーカスリング26の間の距離は0.5mm乃至10mmのいずれか、好ましくは0.5mm乃至5mmのいずれかに設定される。40MHzの高周波電力に起因して発生する変動電位にはイオンが追随することがなく、該変動電位に起因するイオンの引き込みによってシリコン電極27の絶縁性膜を除去することはできない。一方、シリコン電極27に対向する処理空間Sの部分にはフォーカスリング26の周縁部における対向電界の強度に対して2割以上の強度を有する電界が発生し、該電界の電位差に起因してイオンがシリコン電極27に衝突する。その結果、プラズマ処理装置10ではシリコン電極27の絶縁性膜を除去することができる。すなわち、導電体部29にイオンが追随可能な周波数である3MHz以下の高周波電力を供給することなく、シリコン電極27の絶縁性膜を除去することができる。
According to the
プラズマ処理装置10において、インシュレーターリング28はクォーツからなるので、シリコン電極27に高周波電力が印加されるのを確実に防止することができる。その結果、シリコン電極27を接地電位のまま維持することができ、もって、処理空間Sに直流電圧を確実に印加することができる。また、フォーカスリング26及びシリコン電極27の間にインシュレーターリング28を配置する代わりに、真空空間を設けてもよい。この場合にも、シリコン電極27に高周波電力が印加されるのを確実に防止することができる。
In the
プラズマ処理装置10では、サセプタ12の導電体部29(及びフォーカスリング26)に供給される高周波電力の周波数は40MHzであったが、該周波数は13MHz以上であってもよい。13MHz以上の高周波電力に起因して発生する変動電位にもイオンが追随することがないが、この場合であっても、シリコン電極27に対向する処理空間Sの部分には電界漏洩効果によって対向電界が発生するので、該電界によってイオンをシリコン電極27に確実に引き込むことができる。
In the
また、プラズマ処理装置10では、サセプタ12の導電体部29に高周波電源21のみが接続されたが、該導電体部29には複数の高周波電源が接続されてもよく、1つの高周波電源がイオンが追随可能な周波数である3MHz以下の高周波電力を供給すれば、シリコン電極27には、電界漏洩効果によって発生する対向電界に起因してイオンが衝突するだけでなく、イオンが追随可能な周波数の変動電位に起因してイオンが引き込まれるため、シリコン電極27の絶縁性膜をより確実に除去することができる。
In the
次に、本発明の第2の実施の形態に係るプラズマ処理装置について説明する。 Next, a plasma processing apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described.
本実施の形態は、その構成や作用が上述した第1の実施の形態と基本的に同じであり、上部電極板に高周波電力が供給される点、上部電極板の近傍に接地電位のシリコン電極が配置される点、及びフォーカスリングの周りにインシュレーターリングやシリコン電極が配置されない点で上述した第1の実施の形態と異なるのみである。したがって、同様の構成については説明を省略し、以下に第1の実施の形態と異なる作用についてのみ説明を行う。 The present embodiment is basically the same in configuration and operation as the first embodiment described above, and high-frequency power is supplied to the upper electrode plate. Is different from the first embodiment described above in that the insulator ring and the silicon electrode are not disposed around the focus ring. Therefore, the description of the same configuration is omitted, and only the operation different from that of the first embodiment will be described below.
図5は、本実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。 FIG. 5 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the plasma processing apparatus according to the present embodiment.
図5において、プラズマ処理装置50は、整合器51を介して上部電極板39に接続された高周波電源52を有する。該高周波電源52は比較的高い周波数、例えば、60MHzの高周波電力を上部電極板39に供給する。これにより、上部電極板39は高周波電極として機能し、60MHzの高周波電力を処理空間Sに印加する。また、上部電極板39は直流電源41と電気的に接続されて処理空間Sに直流電圧を印加する。
In FIG. 5, the
上部電極板39の周りには、該上部電極板39に隣接するようにシリコンからなる環状のシリコン電極53が配置されている。該シリコン電極53は処理空間Sに露出する露出部を有すると共に、電気的に接地し、接地電極として機能する。また、シリコン電極53は上部電極板39が処理空間Sに印加する直流電圧に起因する直流電流の経路の一部を構成する。
An
上部電極板39及びシリコン電極53の間には絶縁性材料、例えば、クォーツからなる環状のシールドリング54(絶縁部)が配置されている。したがって、シリコン電極53は上部電極板39から電気的に絶縁され、シールドリング54は上部電極板39に供給される高周波電力がシリコン電極53に印加されるのを確実に防止する。
An annular shield ring 54 (insulating portion) made of an insulating material such as quartz is disposed between the
また、プラズマ処理装置50では、高周波電源21が比較的低い周波数、例えば、2MHzの高周波電力をサセプタ12の導電体部29に供給する。さらに、サセプタ12上のフォーカスリング26の周りには、該フォーカスリング26に隣接するようにクォーツからなる環状のカバーリング48が配置されている。なお、フォーカスリング26及びカバーリング48は互いに直接接触する。
In the
プラズマ処理装置50では、シリコン電極53及び上部電極板39の間の距離を0.5mm乃至10mmのいずれか、好ましくは0.5mm乃至5mmのいずれかに設定する。このとき、上部電極板39が処理空間Sに印加する60MHzの高周波電力の電界漏洩効果により、シリコン電極53に対向する処理空間Sの部分にも、上部電極板39の対向電界より若干弱い対向電界が発生する。そして、シリコン電極53の対向電界の電位差に応じたエネルギーを有するイオンがシリコン電極53に衝突し、該イオンの衝突によってシリコン電極53から絶縁性膜を除去することができる。また、シリコン電極53にはサセプタ12の導電体部29から2MHzの高周波電力が伝達されて、シリコン電極53の露出部に2MHzで変動する変動電位が発生する。該変動電位によってイオンがシリコン電極53に引き込まれるため、プラズマ処理装置50では、シリコン電極53から絶縁性膜を確実に除去することができる。
In the
なお、上述したプラズマ処理装置50では、高周波電源21が2MHzの高周波電力をサセプタ12の導電体部29に供給したが、該導電体部29には高周波電力が供給されなくてもよい。この場合でも、上部電極板39が処理空間Sに印加する60MHzの高周波電力の電界漏洩効果により、シリコン電極53の対向電界が発生するので、シリコン電極53の絶縁性膜を除去することができる。
In the
なお、上述したプラズマ処理装置10,50においてRIE処理等が施される基板は半導体デバイス用の半導体ウエハに限られず、LCD(Liquid Crystal Display)やFPD(Flat Panel Display)等に用いる各種基板や、フォトマスク、CD基板、プリント基板等であってもよい。
In addition, the substrate on which the RIE processing or the like is performed in the
S 処理空間
W 半導体ウエハ
10,46,50 プラズマ処理装置
11 基板処理室
12 サセプタ
13 側壁部材
14 サセプタ側面被覆部材
21,47,52 高周波電源
26 フォーカスリング
27,53 シリコン電極
28 インシュレーターリング
29 導電体部
30,48 カバーリング
36 ガス導入シャワーヘッド
39 上部電極板
40,54 シールドリング
41 直流電源
S Processing space
Claims (5)
前記基板処理室内において前記下部電極上に載置される基板を囲む環状のフォーカスリングをさらに備え、
前記下部電極及び前記上部電極は間に前記処理空間を挟んで互いに平行に配置され、
前記接地電極は前記基板処理室内において前記下部電極側に配置され、
前記接地電極及び前記フォーカスリングは絶縁部を挟んで隣接し、
前記下部電極に供給された高周波電力の電界漏洩効果によって発生する漏洩電界に前記接地電極が対向するように、前記接地電極及び前記フォーカスリングの間の距離は0mmよりも大きく、且つ10mm以下に設定され、
前記下部電極には高周波電力が印加されるが、前記接地電極には高周波電力が印加されないことを特徴とするプラズマ処理装置。 A substrate processing chamber having a processing space for performing plasma processing on the substrate; a plate-like upper electrode for applying a DC voltage to the processing space; and the substrate is placed opposite to the upper electrode in the substrate processing chamber; A plasma processing apparatus comprising a base-like lower electrode that applies high-frequency power to the processing space, and a ground electrode that is exposed to the processing space,
An annular focus ring surrounding the substrate placed on the lower electrode in the substrate processing chamber;
The lower electrode and the upper electrode are arranged in parallel with each other with the processing space in between,
The ground electrode is disposed on the lower electrode side in the substrate processing chamber,
The ground electrode and the focus ring are adjacent to each other with an insulating part interposed therebetween,
The distance between the ground electrode and the focus ring is set to be greater than 0 mm and less than 10 mm so that the ground electrode faces a leakage electric field generated by the electric field leakage effect of the high frequency power supplied to the lower electrode. And
A high frequency power is applied to the lower electrode, but no high frequency power is applied to the ground electrode.
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