[go: up one dir, main page]

RU2539872C1 - Microwave plasma processing device - Google Patents

Microwave plasma processing device Download PDF

Info

Publication number
RU2539872C1
RU2539872C1 RU2013130852/28A RU2013130852A RU2539872C1 RU 2539872 C1 RU2539872 C1 RU 2539872C1 RU 2013130852/28 A RU2013130852/28 A RU 2013130852/28A RU 2013130852 A RU2013130852 A RU 2013130852A RU 2539872 C1 RU2539872 C1 RU 2539872C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
reaction chamber
waveguide
plasma
tiers
discharge tubes
Prior art date
Application number
RU2013130852/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013130852A (en
Inventor
Виталий Васильевич Аристов
Петр Павлович Мальцев
Сергей Викторович Редькин
Юрий Владимирович Федоров
Алевтина Александровна Реппа
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники Российской академии наук (ИСВЧПЭ РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники Российской академии наук (ИСВЧПЭ РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники Российской академии наук (ИСВЧПЭ РАН)
Priority to RU2013130852/28A priority Critical patent/RU2539872C1/en
Publication of RU2013130852A publication Critical patent/RU2013130852A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2539872C1 publication Critical patent/RU2539872C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

FIELD: process engineering.
SUBSTANCE: invention relates to etching and deposition of metal, semiconductors, dielectrics and lower pressures and can be used in production of solid-state device of high integration level. Proposed device comprises waveguide circuit enveloping reaction chamber sidewall. Several discharge tubes extend through waveguide circuit wide wall centre, perpendicular to the chamber. Magnetic field is applied to discharge tube inlet and outlet in waveguide circuit to induce conditions for electron cyclotron resonance. To allow identical plasma parameters, circular waveguide circuits are arranged and reaction chamber in tiers with the shift of discharge tubes in tiers relative to each other. Additionally, extra gas feed electrode is used.
EFFECT: better uniformity of silicon plate treatment, simplified plasma adjustment in every discharge tube.
2 dwg

Description

Изобретение относится к СВЧ плазменным установкам для проведения процессов травления и осаждения слоев - металлов, полупроводников, диэлектриков при пониженных давлениях и может быть использовано в технологических процессах создания полупроводниковых приборов с высокой степенью интеграции.The invention relates to microwave plasma systems for conducting etching and deposition of layers of metals, semiconductors, dielectrics at reduced pressures and can be used in technological processes for creating semiconductor devices with a high degree of integration.

Известно устройство СВЧ плазменной обработки материалов при пониженных давлениях, состоящее их СВЧ генератора, прямоугольного волноводного тракта, пересекаемого перпендикулярно его широкой стенки кварцевой разрядной трубкой, соединенной с реакционной камерой, в свою очередь, соединенной с вакуумным постом. Реакционные газы подаются от специальных расходомеров как в кварцевую трубку, так и область обрабатываемой пластины. Другой конец волноводного тракта (противоположный от СВЧ генератора) подсоединяется или к согласованной нагрузке или коротко замыкающему поршню. Соответственно, реализуется либо режим бегущей волны и плазмотрон на бегущей волне, либо режим стоячей волны и плазмотрон на стоячей волне [«Теоретическая и прикладная плазмохимия». Полак Л.С. и др., -Наука, 1975, стр.21]. Однако в данном устройстве трудно (невозможно) управлять (настраивать) равномерностью обработки пластин большого диаметра (более 40 мм).A device for microwave plasma processing of materials at reduced pressures is known, consisting of a microwave generator, a rectangular waveguide tract intersected perpendicular to its wide wall with a quartz discharge tube connected to a reaction chamber, in turn, connected to a vacuum post. Reaction gases are supplied from special flowmeters to both the quartz tube and the area of the plate being processed. The other end of the waveguide path (opposite from the microwave generator) is connected to either a matched load or a short-circuit piston. Accordingly, either the traveling wave mode and the plasmatron on the traveling wave, or the standing wave mode and the plasmatron on the standing wave, are realized [“Theoretical and Applied Plasma Chemistry”. Polak L.S. and others, Science, 1975, p.21]. However, in this device it is difficult (impossible) to control (tune) the uniformity of processing plates of large diameter (more than 40 mm).

Известна СВЧ плазменная установка волноводного типа обработки материалов при пониженных давлениях, состоящая из СВЧ генератора, волноводного тракта, огибающего реакционную камеру и заканчивающегося короткозамыкающим поршнем или согласованной нагрузкой. В нескольких местах широкую стенку волноводного тракта пересекают кварцевые разрядные трубки перпендикулярно ее поверхности, один конец которых входит в реакционную камеру, а через другой подается газ (или газы). В местах входа и выхода кварцевых трубок в волноводный тракт накладывается магнитное поле, и реализуются условия электронного циклотронного резонанса (ЭЦР). В разрядных трубках загорается плазма, которая «впрыскивается» в реакционную камеру, в которой происходит обработка (травление, осаждение слоев и пленок) кремниевых пластин [«Устройство СВЧ плазменной обработки пластин большого диаметра» Сборник материалов «3-й международный симпозиум по теоретической и прикладной плазмохимии».- Иваново, 2002, том 2, стр.472-474]. Недостатками аналога являются:Known microwave plasma installation of the waveguide type of processing materials at reduced pressures, consisting of a microwave generator, a waveguide tract enveloping the reaction chamber and ending with a short-circuit piston or matched load. In several places, a wide wall of the waveguide path is crossed by quartz discharge tubes perpendicular to its surface, one end of which enters the reaction chamber, and gas (or gases) is supplied through the other. At the places of entry and exit of quartz tubes in the waveguide tract, a magnetic field is superimposed, and the conditions of electron cyclotron resonance (ECR) are realized. Plasma is ignited in the discharge tubes, which is “injected” into the reaction chamber, in which silicon wafers are processed (etched, deposited layers and films) [“Device for microwave plasma processing of large-diameter wafers” Collection of materials “3rd International Symposium on Theoretical and Applied plasmochemistry. ”- Ivanovo, 2002, volume 2, p. 472-474]. The disadvantages of the analogue are:

- трудно настроить одинаковое горение плазмы в каждой разрядной трубке (плотность плазмы разрядов в каждой трубке отличаются);- it is difficult to adjust the same plasma burning in each discharge tube (the plasma density of the discharges in each tube is different);

- практически трудно управлять равномерностью обработки по пластине (хотя и возможно).- it is practically difficult to control the uniformity of processing on the plate (although it is possible).

Известен ближайший аналог (прототип), устройство плазменной обработки [RU 2368032 C1, H01L 21/3065, 20.09.2009], состоящее из реакционной вакуумной камеры с вводами источников СВЧ-плазмы, количество которых нерегламентировано, расположенными перпендикулярно боковой стенке, и расположенного в реакционной вакуумной камере подогреваемого или охлаждаемого пьедестала для подложек, имеющего возможность вертикального перемещения и возможность электрического смещения относительно плазмы. Вне камеры над местом размещения подложек на пьедестале расположен ВЧ-индуктор, причем стенка камеры, в месте ее примыкания к индуктору, выполнена из материала, прозрачного для ВЧ электромагнитного поля. Основным недостатком устройства является неравномерность обработки пластин (приблизительно 2%), что особенно сказывается при переходе к наноразмерным толщинам функциональных слоев и наноразмерным топологическим элементам.The closest analogue (prototype) is known, a plasma processing device [RU 2368032 C1, H01L 21/3065, 09/20/2009], consisting of a reaction vacuum chamber with inputs of microwave plasma sources, the amount of which is unregulated, located perpendicular to the side wall, and located in the reaction a vacuum chamber of a heated or cooled pedestal for substrates having the possibility of vertical movement and the possibility of electric displacement relative to the plasma. Outside the chamber, above the placement of the substrates, an RF inductor is located on the pedestal, and the chamber wall, in the place where it adjoins the inductor, is made of a material transparent to the RF electromagnetic field. The main disadvantage of the device is the uneven processing of the plates (approximately 2%), which is especially true when switching to nanoscale thicknesses of functional layers and nanoscale topological elements.

Техническим результатом изобретения является улучшение равномерности обработки кремниевых пластин, упрощение настройки горения плазмы в каждой разрядной трубке. The technical result of the invention is to improve the uniformity of the processing of silicon wafers, simplifying the setting of plasma combustion in each discharge tube.

Изобретение поясняется фиг.1 и фиг.2.The invention is illustrated in figure 1 and figure 2.

Технический результат достигается за счет того, что волноводный тракт 1, огибающий боковую стенку реакционной камеры 2, делается кольцевым и возбуждается с двух диаметрально противоположных сторон посредством волноводных тройников. Волны в противоположных плечах тройников отличаются друг от друга по фазе на 180° и не «видят» друг друга. Поэтому возбуждение ЭЦР плазмы в каждой разрядной трубке 3, проходящей через центр широкой стенки волноводного тракта и перпендикулярно ей, посредством наложения магнитного поля с помощью электромагнитов 4 и магнитопроводов 5 в местах входа и выхода из волноводного тракта производится как бы от двух источников СВЧ. Отраженные волны совпадают по фазе с падающей волной в противоположном плече тройника, то есть идет «подпитка» каждого источника за счет отраженной волны и, тем самым, резко повышается коэффициент полезного использования СВЧ энергии генератора и равномерность горения плазмы в каждой разрядной трубке (плотность плазмы в каждой разрядной трубке практически одинакова). Таким образом, в реакционную камеру «впрыскивается» плазма из всех разрядных трубок с практически одинаковой плотностью в телесные углы, которые пересекаются, и образуется область распадающейся плазмы с высокой степенью однородности параметров плазмы, в которую и помещают пластину. При обработке пластин до 76 мм в диаметре неравномерность обработки составляет порядка 2÷3%. При обработке пластин до 150 мм в диаметре неравномерность обработки составляет до 5%. Для снижения такой неравномерности обработки заявленное изобретение состоит из нескольких ярусов возбуждения плазмы в реакционной камере, причем вводы разрядных трубок в реакционную камеру одного яруса смещаются относительно другого яруса и размещаются точно посередине промежутка между трубками смежного яруса. Таким образом, равномерность параметров «технологической» плазмы в реакционной камере повышается и позволяет обрабатывать пластины диаметром до 150 мм с неравномерностью 1÷1,5%.The technical result is achieved due to the fact that the waveguide path 1, enveloping the side wall of the reaction chamber 2, is circular and is excited from two diametrically opposite sides by means of waveguide tees. The waves in the opposite shoulders of the tees differ in phase by 180 ° and do not “see” each other. Therefore, the excitation of the ECR plasma in each discharge tube 3 passing through the center of the wide wall of the waveguide path and perpendicular to it, by applying a magnetic field using electromagnets 4 and magnetic circuits 5 at the points of entry and exit from the waveguide path, is performed from two microwave sources. The reflected waves coincide in phase with the incident wave in the opposite shoulder of the tee, that is, there is a “feed” of each source due to the reflected wave and, thereby, the efficiency of microwave energy of the generator and the uniformity of plasma burning in each discharge tube (plasma density in each discharge tube is almost the same). Thus, plasma is “injected” into the reaction chamber from all the discharge tubes with almost the same density into solid angles that intersect, and a region of decaying plasma is formed with a high degree of uniformity of plasma parameters into which the plate is placed. When processing plates up to 76 mm in diameter, the unevenness of processing is about 2 ÷ 3%. When processing plates up to 150 mm in diameter, the unevenness of processing is up to 5%. To reduce this uneven processing, the claimed invention consists of several tiers of plasma excitation in the reaction chamber, and the inlet of the discharge tubes into the reaction chamber of one tier are displaced relative to the other tier and are located exactly in the middle of the gap between the tubes of the adjacent tier. Thus, the uniformity of the parameters of the “technological” plasma in the reaction chamber increases and allows processing plates with a diameter of up to 150 mm with an unevenness of 1 ÷ 1.5%.

Для обеспечения возможности управления параметрами плазмы (технологическим процессом) с помощью постоянного или высокочастотного поля смещения в реакционную камеру вводится дополнительный изолированный от корпуса реакционной камеры электрод 6. Подогреваемый предметный столик 7 для размещения обрабатываемых пластин 8 также изолирован от корпуса реакционной камеры.In order to be able to control the plasma parameters (technological process) using a constant or high-frequency bias field, an additional electrode 6, isolated from the body of the reaction chamber, is introduced into the reaction chamber. The heated stage 7 for accommodating the processed plates 8 is also isolated from the body of the reaction chamber.

Для расширения технологических возможностей устройства дополнительный вышеуказанный электрод выполняется в виде «душа» 6, через который вводятся дополнительные газы. Для решения этой же задачи вблизи предметного столика размещают кольцевой электрод (газораспределитель) 9.To expand the technological capabilities of the device, the additional electrode mentioned above is made in the form of a “shower” 6 through which additional gases are introduced. To solve the same problem, a ring electrode (gas distributor) 9 is placed near the stage.

Claims (1)

Устройство СВЧ плазменной обработки, содержащее волноводный тракт, огибающий боковую стенку реакционной камеры, через центр широкой стенки волноводного тракта, перпендикулярно к камере проходят несколько разрядных трубок, а в местах их входа и выхода в волноводный тракт накладывается магнитное поле для создания условий электронного циклотронного резонанса, отличающееся тем, что волноводные тракты, выполненные кольцевыми, расположены на стенке реакционной камеры ярусами со смещением разрядных трубок в ярусах друг относительно друга, а также дополнительно введен электрод, через который вводятся газы. A microwave plasma processing device containing a waveguide path enveloping the side wall of the reaction chamber, several discharge tubes pass perpendicular to the chamber through the center of the wide wall of the waveguide path, and a magnetic field is applied at the points of entry and exit of the waveguide path to create conditions for electron cyclotron resonance, characterized in that the waveguide paths, made circular, are located on the wall of the reaction chamber in tiers with the offset of the discharge tubes in tiers relative to each other, and an electrode is additionally introduced through which gases are introduced.
RU2013130852/28A 2013-07-05 2013-07-05 Microwave plasma processing device RU2539872C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013130852/28A RU2539872C1 (en) 2013-07-05 2013-07-05 Microwave plasma processing device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013130852/28A RU2539872C1 (en) 2013-07-05 2013-07-05 Microwave plasma processing device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013130852A RU2013130852A (en) 2015-01-10
RU2539872C1 true RU2539872C1 (en) 2015-01-27

Family

ID=53279124

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013130852/28A RU2539872C1 (en) 2013-07-05 2013-07-05 Microwave plasma processing device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2539872C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5389154A (en) * 1992-06-23 1995-02-14 Nippon Telegraph And Telephone Plasma processing apparatus
RU2106716C1 (en) * 1992-04-27 1998-03-10 Равиль Кяшшафович Яфаров Plant for microwave vacuum-plasma treatment of condensed media
JP2000277492A (en) * 1999-03-26 2000-10-06 Hitachi Ltd Plasma processing apparatus, plasma processing method, and semiconductor manufacturing method
RU2299929C2 (en) * 2005-08-11 2007-05-27 ООО "Оптосистемы" Uhf plasma reactor
RU2368032C1 (en) * 2005-12-08 2009-09-20 Георгий Яковлевич Павлов Device for plasma treatment

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2106716C1 (en) * 1992-04-27 1998-03-10 Равиль Кяшшафович Яфаров Plant for microwave vacuum-plasma treatment of condensed media
US5389154A (en) * 1992-06-23 1995-02-14 Nippon Telegraph And Telephone Plasma processing apparatus
JP2000277492A (en) * 1999-03-26 2000-10-06 Hitachi Ltd Plasma processing apparatus, plasma processing method, and semiconductor manufacturing method
RU2299929C2 (en) * 2005-08-11 2007-05-27 ООО "Оптосистемы" Uhf plasma reactor
RU2368032C1 (en) * 2005-12-08 2009-09-20 Георгий Яковлевич Павлов Device for plasma treatment

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013130852A (en) 2015-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102656763B1 (en) Plasma processing system with plasma shield
KR101357123B1 (en) Plasma processing equipment
KR200253559Y1 (en) Antenna Structure of Inductively Coupled Plasma Generating Device
TWI502619B (en) Electrode for plasma processing apparatus, plasma processing apparatus, and method for generating plasma using plasma processing apparatus
US20030155079A1 (en) Plasma processing system with dynamic gas distribution control
JP2008235901A (en) Plasma species and uniformity control through pulsed vhf operation
KR20050103504A (en) Antenna for producing uniform process rates
KR101092511B1 (en) Plasma processing device and plasma generating device
TWI472268B (en) Plasma source antenna having ferrite structures and plasma generating apparatus employing the same
JPH11135438A (en) Semiconductor plasma processing apparatus
KR101274515B1 (en) Plasma processing apparatus
TW201230892A (en) Apparatus for plasma processing
KR20190086699A (en) Plasma discharge ignition method for reducing surface particles
KR20210129719A (en) Systems and methods for VHF plasma processing
KR100786537B1 (en) Multiple Plasma Generation Sources Used in Semiconductor Substrate Process Chambers
US20170316921A1 (en) Vhf z-coil plasma source
KR101572100B1 (en) Plasma reactor using multi-frequency
RU2539872C1 (en) Microwave plasma processing device
KR101788918B1 (en) Top dielectric quartz plate and slot antenna concept
JP7220944B2 (en) Radical source containing plasma
RU136636U1 (en) MICROWAVE PLASMA PROCESSING DEVICE
CN101211687B (en) Inductance coupling coil and inductance coupling plasma device applying same
TWI829156B (en) Plasma source array, plasma processing apparatus, plasma processing system and method for processing workpiece in plasma processing apparatus
RU2539863C1 (en) Microwave plasma plate processing device
KR20150022703A (en) Semiconductor device manufacturing method

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190706