JP2004327767A

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Publication number: JP2004327767A
Application number: JP2003121214A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Hayashi; 大輔林; Kazuya Nagaseki; 一也永関
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2003-04-25
Filing date: 2003-04-25
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2023-04-25
Also published as: JP4286576B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma processing apparatus having high gas conductance capability, capable of dealing with a wide range of processes, without causing increase in production cost, having the function of preventing the plasma leakage, and capable of performing satisfactory plasma processing with stable plasma. <P>SOLUTION: A discharge ring 16, formed into a circular shape, is provided around a mounting stand 2. This discharge ring 16 is provided with a sidewall portion 17 formed substantially vertically downward, and a bottom portion 18, extending in the vertical direction from the lower end of the side wall portion 17 toward the inside. The sidewall portion 17 consists of an inner cylindrical member 19 and an outer cylindrical member 20, which are concentrically arranged at a predetermined interval, and a discharge path passing through a gap 21 in between these members is formed. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

Translated fromJapanese

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理基板、例えば半導体ウエハや液晶表示装置用のガラス基板等に、プラズマを作用させてエッチング処理や成膜処理等の所定のプラズマ処理を施すためのプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、半導体装置の製造分野においては、真空チャンバ内にプラズマを発生させ、このプラズマを被処理基板、例えば半導体ウエハや液晶表示装置用のガラス基板等に作用させて、所定の処理、例えば、エッチング処理、成膜処理等を行うプラズマ処理装置が用いられている。
【０００３】
このようなプラズマ処理装置、例えば、所謂平行平板型のプラズマ処理装置では、真空チャンバ内に、半導体ウエハ等を載置するための載置台が設けられるとともに、この載置台に対向して真空チャンバの天井部にはシャワーヘッドが設けられ、これらの載置台とシャワーヘッドによって一対の平行平板電極が構成されるようになっている。
【０００４】
そして、シャワーヘッドから真空チャンバ内に所定の処理ガスを導入するとともに、真空チャンバの底部から真空排気することによって、真空チャンバ内を所定の真空度の処理ガス雰囲気とし、この状態で載置台とシャワーヘッドとの間に所定周波数の高周波電力を供給することによって、処理ガスのプラズマを発生させ、このプラズマを半導体ウエハに作用させることによって、半導体ウエハのエッチング等の処理を行うよう構成されている。
【０００５】
上記のようなプラズマ処理装置においては、載置台の周囲から均等に排気を行い半導体ウエハの周囲に均一な処理ガスの流れを形成するとともに、プラズマの処理空間からのリークを防止するため、載置台の周囲に、環状の板状に形成され、多数の透孔やスリット状の排気路が形成された排気リングを設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
上記のように排気リングは、真空チャンバ内の処理空間からのプラズマのリークを防止する作用を有するものであるが、このようなプラズマのリークを防止する機能を向上させるためには、排気リング中の排気路の開口面積を少なくしたり、排気路の長さを長くして、排気路中を電子が通過し難くする必要がある。なお、プラズマリークが生じると、プラズマが不安定になり、半導体ウエハ等に所定のプラズマ処理を行うことが困難になる。このため、プラズマリークの発生する可能性は、できる限り低減する必要がある。
【０００７】
しかしながら、上記のようにして排気リングのプラズマのリークを防止する機能を向上させると、ガスに対する充分なコンダクタンスを得ることができなくなる。このため、真空排気性能が低下することから、実行することのできるプロセスが制限されるという問題がある。一方、このような問題を回避するために高い真空排気能力を確保しようとすると、大型で高性能な真空ポンプが必要となり、装置の製造コストが上昇するという問題があった。
【０００８】
【特許文献１】
実開平５−８９３７号公報（第１−３図）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したとおり、従来のプラズマ処理装置では、排気リングのプラズマのリークを防止する機能を向上させると、ガスに対するコンダクタンスが低下してしまい、これらを両立させることが困難であった。このため、プラズマリークの発生により所望のプラズマ処理を行うことができなくなったり、ガスに対するコンダクタンスの低下により、実行することのできるプロセスが制限される等の問題があった。
【００１０】
本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので、高いガスコンダクタンス能力を備え、製造コストの上昇を招くことなく、広範なプロセスに対応することができるとともに、プラズマのリークを防止する機能が高く、安定したプラズマにより良好なプラズマ処理を行うことのできるプラズマ処理装置を提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１記載のプラズマ処理装置は、被処理基板を収容する真空チャンバと、前記真空チャンバ内に配置され、前記被処理基板が載置される載置台と、前記真空チャンバ内に、前記被処理基板に所定の処理を施すためのプラズマを発生させるプラズマ発生機構と、前記載置台の周囲を囲むように配置され、排気路が形成された排気リングと、前記排気路を介して前記真空チャンバ内を真空排気する真空排気機構とを具備したプラズマ処理装置であって、前記排気リングは、前記載置台の載置面に対して略垂直に形成された側壁部と、この側壁部の下端から内側に向かって延在する底部とを有し、少なくとも前記側壁部に、前記排気路が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
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であって、前記排気リングの前記側壁部は、同心状に所定間隔を設けて配置された内側円筒状部材と外側円筒状部材とから構成され、前記内側円筒状部材に設けられた開口と、前記外側円筒状部材に設けられた開口とが、ずらして配置されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載のプラズマ処理装置は、請求項２記載のプラズマ処理装置であって、前記内側円筒状部材に設けられた前記開口と、前記外側円筒状部材に設けられた前記開口は、縦長の矩形状に形成され、円周方向に沿って所定間隔で複数設けられていることを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載のプラズマ処理装置は、請求項３記載のプラズマ処理装置であって、前記内側円筒状部材に設けられた前記開口と、前記内側円筒状部材と前記外側円筒状部材との間に形成された間隙と、前記外側円筒状部材に設けられた前記開口と、から前記排気路が形成されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項５記載のプラズマ処理装置は、請求項１〜４いずれか１項記載のプラズマ処理装置であって、さらに前記排気リングの前記底部に前記排気路が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
請求項６記載のプラズマ処理装置は、被処理基板を収容する真空チャンバと、前記真空チャンバ内に配置され、前記被処理基板が載置される載置台と、前記真空チャンバ内に、前記被処理基板に所定の処理を施すためのプラズマを発生させるプラズマ発生機構と、前記載置台の周囲を囲むように配置され、排気路が形成された排気リングと、前記排気リングの下方から、前記排気路を介して前記真空チャンバ内を真空排気する真空排気機構とを具備したプラズマ処理装置であって、前記排気リングは、第１の開口を有する第１の部材と、前記第１の部材と間隙を設けて配置され前記第１の開口とはずれた位置に第２の開口を有する第２の部材とを具備し、前記第１の開口から前記間隙内に入り、前記間隙内を通って前記第２の開口から導出されるよう前記排気路が形成され、前記間隙内で前記プラズマがトラップされるよう構成されていることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を、実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、本発明を、半導体ウエハのエッチングを行う平行平板型のプラズマエッチング装置に適用した実施の形態の構成の概略を模式的に示すものであり、同図において、符号１は、材質が例えばアルミニウム等からなり、内部を気密に閉塞可能に構成された円筒状の真空チャンバを示している。
【００１９】
この真空チャンバ１内には、半導体ウエハＷを載置するための載置台２が設けられており、この載置台２は下部電極を兼ねている。また、真空チャンバ１内の天井部には、上部電極を構成するシャワーヘッド３が設けられており、これらの載置台２とシャワーヘッド３によって、一対の平行平板電極が構成されるようになっている。
【００２０】
上記シャワーヘッド３には、ガス拡散用の空隙４が設けられるとともに、このガス拡散用の空隙４の下側に位置するように多数の細孔５が設けられている。そして、処理ガス供給系６から供給された所定の処理ガスを、ガス拡散用の空隙４内で拡散させ、細孔５から半導体ウエハＷに向けてシャワー状に供給するよう構成されている。本実施形態では、このシャワーヘッド３は、接地電位とされているが、シャワーヘッド３に高周波電源が接続され、載置台２とシャワーヘッド３の双方に高周波電力が印加される構成としても良い。
【００２１】
一方、載置台２には、２つの整合器７，８を介して２つの高周波電源９，１０が接続されており、載置台２に、２種類の所定周波数（例えば、１００ＭＨｚと３．２ＭＨｚ）の高周波電力を重畳して供給可能とされている。なお、載置台２に高周波電力を供給する高周波電源を１台のみとして、１種類の周波数の高周波電力のみを供給する構成としても良い。
【００２２】
また、載置台２の半導体ウエハＷの載置面には、半導体ウエハＷを吸着保持するための静電チャック１１が設けられている。この静電チャック１１は、絶縁層１１ａ内に静電チャック用電極１１ｂを配設した構成とされており、静電チャック用電極１１ｂには、直流電源１２が接続されている。さらに、載置台２の上面には、半導体ウエハＷの周囲を囲むように、フォーカスリング１３が設けられている。
【００２３】
真空チャンバ１の底部には、排気ポート１４が設けられ、この排気ポート１４には、真空ポンプ等から構成された排気系１５が接続されている。
【００２４】
また、載置台２の周囲には、環状に形成された排気リング１６が設けられている。この排気リング１６は、図２にも示すように、下方に向かって略垂直に形成された側壁部１７と、この側壁部１７の下端から内側に向かって垂直方向に延在する底部１８とを具備している。
【００２５】
上記側壁部１７は、図３に示すように、同心状に、所定間隔を設けて配置された内側円筒状部材１９と、外側円筒状部材２０とから構成されている。内側円筒状部材１９には、円周方向に沿って所定間隔を設けて、排気路を構成する縦長の矩形状の複数の開口１９ａが設けられている。また、図３，４に示すように、外側円筒状部材２０にも、同様に排気路を構成する縦長の矩形状の複数の開口２０ａが設けられており、開口１９ａと開口２０ａとは、円周方向に所定間隔（図４に示す距離Ｃ）ずらして配置されている。
【００２６】
そして、図４に矢印で示すように、内側円筒状部材１９の開口１９ａを通り、この後、内側円筒状部材１９と外側円筒状部材２０との間に形成された間隙２１内を通り、しかる後、外側円筒状部材２０の開口２０ａを通ってガスが排気されるように排気路が形成されている。
【００２７】
図４に示す、寸法Ａ〜Ｄ、すなわち間隙２１の幅Ａ、開口１９ａの幅Ｂ、開口１９ａと開口２０ａとのずれ幅Ｃ、内側円筒状部材１９の厚さＤについては、以下の条件、
Ｃ／Ａ＞１
Ｂ＞２Ａ
Ｂ／Ｄ＞１
を満たすよう構成されている。
【００２８】
すなわち、排気リング１６においては、間隙２１の部分においてプラズマをトラップする構造となっており、このため、間隙２１の幅Ａは比較的狭く設定され、開口１９ａと開口２０ａとのずれ幅Ｃはプラズマをトラップするのに充分な距離を有するよう設定されている。
【００２９】
また、開口１９ａの幅Ｂについては、ここでプラズマをトラップする構造ではないため、充分な開口面積をとり、充分なコンダクタンスを確保することができるように広く設定され、同様な理由から、内側円筒状部材１９の厚さＤについては、薄く設定されている。なお、外側円筒状部材２０の厚さ及び開口２０ａについても、同様な設定とされている。
【００３０】
なお、図４は、排気リング１６の構成を模式的に示すものであり、実際の寸法を示すものではない。実際の寸法については、例えば、間隙２１の幅Ａを１ｍｍとした場合、開口１９ａの幅Ｂは２ｍｍより大きくなり、例えば数ミリ程度とされる。また、開口１９ａと開口２０ａとのずれ幅Ｃ、内側円筒状部材１９の厚さＤについても、上記した条件から逆算される大きさで、かつ、加工のし易さ等を考慮して設定される。
【００３１】
また、側壁部１７の上下方向の長さについても、上記の開口１９ａ及び開口２０ａの開口面積を充分にとれ、充分なコンダクタンスを確保することができる長さとされている。
【００３２】
上記のように、排気リング１６の側壁部１７に排気路を形成することにより、側壁部１７の上下方向の長さ長くすることによって、開口面積を充分にとれ、充分なコンダクタンスを確保することができる。また、このようにして、開口面積を広くしても、排気リング１６の直径は一定であるので、真空チャンバ１の直径は大きくする必要がなく、装置のフットプリントが増大することがない。
【００３３】
また、上記のように、側壁部１７の排気路を、開口１９ａと、間隙２１と、開口２０ａとから構成することによって、プラズマのリークを防止する機能を充分確保しつつ、開口面積を充分にとれ、充分なコンダクタンスを確保することができる。
【００３４】
すなわち、開口１９ａの開口面積を大きくすることによって、図４に示した矢印のようなガスの流れとともに、プラズマ中の電子は、この開口１９ａを通り抜けるが、電子の進行方向には、外側円筒状部材２０があるため、さらに、電子が間隙２１内を通り抜け、開口２０ａから外部に導出される可能性は極めて低くなり、プラズマが開口２０ａの外までリークする可能性は極めて低くなるので、充分なコンダクタンスを確保できるように開口面積を大きくしても、プラズマのリークを防止する機能を充分確保することができるようになっている。
【００３５】
さらに、本実施形態では、排気リング１６の底部１８にも、多数の円孔からなる開口１８ａが形成され、これらの開口１８ａによって排気路が形成されている。このように、底部１８にも排気路を形成することにより、コンダクタンスをさらに高めることができる。
【００３６】
上記のような排気リング１６の底部１８の排気路は、円孔等の開口でなく、側壁部１７に設けた上述した構成の排気路とすることもできる。しかしながら、底部１８は、プラズマが形成される領域からかなり離れているので、プラズマのリークを防止する機能については、さほど考慮する必要がなく、このため円孔等からなる開口とすることができる。また、側壁部１７に設けた排気路によって充分なコンダクタンスを確保することができる場合は、底部１８の排気路は設けなくとも良い。
【００３７】
上記の排気リング１６の材質は、導電性のものであれば、どのようなものでも良く、例えば、ステンレス、表面にアルマイト被膜や溶射膜が形成されたアルミニウム等を使用することができる。このように、導電性の材料から構成された排気リング１６は、電気的に接地電位に接続されている。
【００３８】
そして、上記のように構成された排気リング１６を介して、排気系１５により、排気ポート１４から真空排気することによって、真空チャンバ１内を所定の真空雰囲気に設定できるよう構成されている。
【００３９】
また、真空チャンバ１の周囲には、磁場形成機構２２が設けられており、真空チャンバ１内の処理空間に、所望の磁場を形成できるようになっている。この磁場形成機構２２には、回転機構２３が設けられており、真空チャンバ１の周囲で磁場形成機構２２を回転させることにより、真空チャンバ１内の磁場を回転可能に構成されている。
【００４０】
次に、このように構成されたプラズマエッチング装置におけるエッチング処理について説明する。
【００４１】
まず、図示しない搬入・搬出口に設けられた図示しないゲートバルブを開放し、搬送機構等により半導体ウエハＷを真空チャンバ１内に搬入し、載置台２上に載置する。載置台２上に載置された半導体ウエハＷは、この後、静電チャック１１の静電チャック用電極１１ｂに、直流電源１２から所定の直流電圧を印加することにより、吸着保持される。
【００４２】
次に、搬送機構を真空チャンバ１外へ退避させた後、ゲートバルブを閉じ、真空系１５の真空ポンプ等により真空チャンバ１内を排気し、真空チャンバ１内が所定の真空度になった後、真空チャンバ１内に、ガス拡散用の空隙４、細孔５を介して、処理ガス供給系６から所定のエッチング処理用の処理ガスを、例えば１００〜１０００ｓｃｃｍの流量で導入し、真空チャンバ１内を所定の圧力、例えば１．３３〜１３３Ｐａ（１０〜１０００ｍＴｏｒｒ）程度に保持する。
【００４３】
この状態で、高周波電源９，１０から載置台２に、所定周波数（例えば、１００ＭＨｚと３．２ＭＨｚ）の高周波電力を供給する。
【００４４】
上記のように、載置台２に高周波電力が印加されることにより、シャワーヘッド３と載置台２との間の処理空間には高周波電界が形成される。また、処理空間には、磁場形成機構２２よる所定の磁場が形成される。これにより処理空間に供給された処理ガスから所定のプラズマが発生し、そのプラズマにより半導体ウエハＷ上の所定の膜がエッチングされる。
【００４５】
この際、前述したとおり、排気リング１６のコンダクタンスが高いので、真空チャンバ内から効率的に真空排気を行うことができ、大型で高性能な真空ポンプ等を使用しなくとも、容易に高真空度に設定することができる。また、排気リング１６において確実にプラズマのリークを防止することができるため、安定したプラズマによって、所望のエッチング処理を高精度で実施することができる。
【００４６】
そして、所定のエッチング処理が実行されると、高周波電源９，１０からの高周波電力の供給を停止し、エッチング処理を停止して、上述した手順とは逆の手順で、半導体ウエハＷを真空チャンバ１外に搬出する。
【００４７】
なお、上記実施の形態においては、本発明を半導体ウエハのエッチングを行うプラズマエッチング装置に適用した場合について説明したが、本発明はかかる場合に限定されるものではない。例えば、半導体ウエハ以外の基板を処理するものであっても良く、エッチング以外の処理、例えばＣＶＤ等の成膜処理装置にも適用することができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明のプラズマ処理装置によれば、高いガスコンダクタンス能力を備え、製造コストの上昇を招くことなく、広範なプロセスに対応することができるとともに、プラズマのリークを防止する機能が高く、安定したプラズマにより良好なプラズマ処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の全体概略構成を示す図。
【図２】図１のプラズマ処理装置の要部概略構成を示す図。
【図３】図１のプラズマ処理装置の要部概略構成を示す図。
【図４】図１のプラズマ処理装置の要部概略構成を示す図。
【符号の説明】
Ｗ……半導体ウエハ、１……真空チャンバ、２……載置台、３……シャワーヘッド、９，１０……高周波電源、１４……排気ポート、１５……排気系、１６……排気リング、１７……側壁部、１８……底部、１８ａ……開口、１９……内側円筒状部材、１９ａ……開口、２０……外側円筒状部材、２０ａ……開口、２１……間隙。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma processing apparatus for performing a predetermined plasma process such as an etching process or a film forming process by applying plasma to a substrate to be processed, for example, a semiconductor wafer or a glass substrate for a liquid crystal display device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in the field of manufacturing semiconductor devices, a plasma is generated in a vacuum chamber, and this plasma is applied to a substrate to be processed, for example, a semiconductor wafer or a glass substrate for a liquid crystal display device. A plasma processing apparatus that performs an etching process, a film forming process, and the like is used.
[0003]
In such a plasma processing apparatus, for example, in a so-called parallel-plate type plasma processing apparatus, a mounting table for mounting a semiconductor wafer or the like is provided in a vacuum chamber, and a vacuum chamber of the vacuum chamber is opposed to the mounting table. A shower head is provided on the ceiling, and the mounting table and the shower head form a pair of parallel plate electrodes.
[0004]
Then, a predetermined processing gas is introduced into the vacuum chamber from the shower head, and the processing chamber is evacuated from the bottom of the vacuum chamber to form a processing gas atmosphere having a predetermined degree of vacuum. By supplying high frequency power of a predetermined frequency to the head, plasma of a processing gas is generated, and the plasma is applied to the semiconductor wafer, thereby performing processing such as etching of the semiconductor wafer.
[0005]
In the plasma processing apparatus as described above, the mounting table is evacuated evenly from the periphery of the mounting table to form a uniform flow of the processing gas around the semiconductor wafer and to prevent the plasma from leaking from the processing space. There is known a device provided with an exhaust ring which is formed in an annular plate shape and has a large number of through-holes and a slit-shaped exhaust passage formed therearound (see, for example, Patent Document 1).
[0006]
As described above, the exhaust ring has the function of preventing plasma leakage from the processing space in the vacuum chamber. However, in order to improve the function of preventing such plasma leakage, it is necessary to use an exhaust ring. It is necessary to reduce the opening area of the exhaust path or lengthen the exhaust path to make it difficult for electrons to pass through the exhaust path. When a plasma leak occurs, the plasma becomes unstable, and it becomes difficult to perform a predetermined plasma process on a semiconductor wafer or the like. Therefore, it is necessary to reduce the possibility of occurrence of plasma leak as much as possible.
[0007]
However, if the function of preventing the plasma leakage of the exhaust ring is improved as described above, it becomes impossible to obtain a sufficient conductance for the gas. For this reason, there is a problem that the process that can be performed is limited because the vacuum evacuation performance is reduced. On the other hand, if an attempt is made to secure a high evacuation capacity in order to avoid such a problem, a large-sized, high-performance vacuum pump is required, and there is a problem that the manufacturing cost of the apparatus increases.
[0008]
[Patent Document 1]
Japanese Utility Model Laid-Open No. 5-8937 (FIG. 1-3).
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional plasma processing apparatus, when the function of preventing the leakage of the plasma of the exhaust ring is improved, the conductance to the gas is reduced, and it is difficult to achieve both. For this reason, there has been a problem that a desired plasma process cannot be performed due to occurrence of a plasma leak, and a process that can be performed is limited due to a decrease in conductance to gas.
[0010]
The present invention has been made in view of such a conventional situation, has a high gas conductance capability, can cope with a wide range of processes without increasing manufacturing costs, and prevents plasma leakage. It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus capable of performing good plasma processing with high function and stable plasma.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
That is, the plasma processing apparatus according toclaim 1, wherein a vacuum chamber for accommodating the substrate to be processed, a mounting table that is disposed in the vacuum chamber, and on which the substrate to be processed is mounted, and the vacuum chamber, A plasma generating mechanism for generating plasma for performing a predetermined process on the substrate to be processed, an exhaust ring arranged to surround the mounting table, and an exhaust path formed with an exhaust path, and the vacuum through the exhaust path. A plasma processing apparatus comprising: a vacuum evacuation mechanism that evacuates a chamber; wherein the exhaust ring includes a side wall formed substantially perpendicular to a mounting surface of the mounting table, and a lower end of the side wall. And a bottom portion extending inward from the bottom surface, and the exhaust path is formed at least in the side wall portion.
[0012]
The plasma processing apparatus according to claim 2 is the plasma processing apparatus according toclaim 1, wherein the side wall portion of the exhaust ring has an inner cylindrical member and an outer cylindrical member arranged concentrically at a predetermined interval. And an opening provided in the inner cylindrical member and an opening provided in the outer cylindrical member are shifted from each other.
[0013]
The plasma processing apparatus according to claim 3 is the plasma processing apparatus according to claim 2, wherein the opening provided in the inner cylindrical member and the opening provided in the outer cylindrical member are vertically long. It is characterized by being formed in a rectangular shape and being provided at a predetermined interval along the circumferential direction.
[0014]
The plasma processing apparatus according toclaim 4 is the plasma processing apparatus according to claim 3, wherein the plasma processing apparatus is provided between the opening provided in the inner cylindrical member and the inner cylindrical member and the outer cylindrical member. The exhaust path is formed by the formed gap and the opening provided in the outer cylindrical member.
[0015]
A plasma processing apparatus according to a fifth aspect is the plasma processing apparatus according to any one of the first to fourth aspects, wherein the exhaust path is provided at the bottom of the exhaust ring.
[0016]
7. The plasma processing apparatus according toclaim 6, wherein a vacuum chamber for accommodating the substrate to be processed, a mounting table disposed in the vacuum chamber and on which the substrate to be processed is mounted, and wherein the substrate to be processed is disposed in the vacuum chamber. A plasma generating mechanism for generating plasma for performing predetermined processing on the substrate, an exhaust ring arranged to surround the mounting table, and an exhaust path formed, and an exhaust path formed below the exhaust ring. A vacuum evacuation mechanism for evacuating the vacuum chamber through the evacuation ring, wherein the evacuation ring has a first member having a first opening and a gap between the first member and the first member. A second member having a second opening at a position deviated from the first opening and disposed in the gap from the first opening, and passing through the gap to form the second member. Derived from the opening of It is so that the exhaust passage is formed, characterized in that the plasma in the gap is configured to be trapped.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0018]
FIG. 1 schematically shows an outline of the configuration of an embodiment in which the present invention is applied to a parallel plate type plasma etching apparatus for etching a semiconductor wafer. In FIG. This shows a cylindrical vacuum chamber made of, for example, aluminum or the like and configured so that the inside can be hermetically closed.
[0019]
A mounting table 2 on which the semiconductor wafer W is mounted is provided in thevacuum chamber 1, and the mounting table 2 also serves as a lower electrode. Further, a shower head 3 constituting an upper electrode is provided on a ceiling portion in thevacuum chamber 1, and the mounting table 2 and the shower head 3 constitute a pair of parallel plate electrodes. I have.
[0020]
The shower head 3 is provided with aspace 4 for gas diffusion, and a large number of pores 5 so as to be located below thespace 4 for gas diffusion. Then, a predetermined processing gas supplied from the processinggas supply system 6 is diffused in thegas diffusion space 4 and supplied in a shower shape from the fine holes 5 to the semiconductor wafer W. In the present embodiment, the shower head 3 is set to the ground potential, but a high-frequency power supply may be connected to the shower head 3 so that high-frequency power is applied to both the mounting table 2 and the shower head 3.
[0021]
On the other hand, two high-frequency power sources 9 and 10 are connected to the mounting table 2 via twomatching devices 7 and 8, and two types of predetermined frequencies (for example, 100 MHz and 3.2 MHz) are connected to the mounting table 2. Is superimposed and can be supplied. Note that only one high-frequency power supply that supplies high-frequency power to the mounting table 2 may be used to supply only one type of high-frequency power.
[0022]
Anelectrostatic chuck 11 for holding the semiconductor wafer W by suction is provided on the mounting surface of the mounting table 2 on which the semiconductor wafer W is mounted. Theelectrostatic chuck 11 has a configuration in which an electrostatic chuck electrode 11b is provided in an insulating layer 11a, and aDC power supply 12 is connected to the electrostatic chuck electrode 11b. Further, a focus ring 13 is provided on the upper surface of the mounting table 2 so as to surround the periphery of the semiconductor wafer W.
[0023]
Anexhaust port 14 is provided at the bottom of thevacuum chamber 1, and anexhaust system 15 including a vacuum pump or the like is connected to theexhaust port 14.
[0024]
A ring-shapedexhaust ring 16 is provided around the mounting table 2. As shown in FIG. 2, theexhaust ring 16 has aside wall 17 formed substantially vertically downward and a bottom 18 extending vertically inward from the lower end of theside wall 17. I have it.
[0025]
As shown in FIG. 3, theside wall portion 17 includes an innercylindrical member 19 and an outercylindrical member 20 which are concentrically arranged at predetermined intervals. The innercylindrical member 19 is provided with a plurality of vertically elongatedrectangular openings 19a forming an exhaust path at predetermined intervals along the circumferential direction. Further, as shown in FIGS. 3 and 4, the outercylindrical member 20 is also provided with a plurality of vertically longrectangular openings 20a which similarly constitute the exhaust path, and theopening 19a and theopening 20a are circular. They are arranged at predetermined intervals (distance C shown in FIG. 4) in the circumferential direction.
[0026]
Then, as shown by an arrow in FIG. 4, it passes through theopening 19a of the innercylindrical member 19, and then passes through thegap 21 formed between the innercylindrical member 19 and the outercylindrical member 20. Thereafter, an exhaust passage is formed so that gas is exhausted through theopening 20a of the outercylindrical member 20.
[0027]
The dimensions A to D, ie, the width A of thegap 21, the width B of theopening 19a, the shift width C between theopening 19a and theopening 20a, and the thickness D of the innercylindrical member 19 shown in FIG.
C / A> 1
B> 2A
B / D> 1
It is configured to satisfy.
[0028]
That is, theexhaust ring 16 has a structure in which plasma is trapped in thegap 21. Therefore, the width A of thegap 21 is set to be relatively small, and the shift width C between theopening 19a and theopening 20a is set to the plasma width. Is set to have a sufficient distance to trap
[0029]
In addition, the width B of theopening 19a is not wide enough to trap the plasma here, so that it is set wide enough to secure a sufficient opening area and to ensure sufficient conductance. The thickness D of theshape member 19 is set to be thin. The thickness of the outercylindrical member 20 and theopening 20a are set in the same manner.
[0030]
FIG. 4 schematically shows the configuration of theexhaust ring 16 and does not show actual dimensions. As for the actual dimensions, for example, when the width A of thegap 21 is 1 mm, the width B of theopening 19a is larger than 2 mm, for example, about several millimeters. In addition, the deviation width C between theopening 19a and theopening 20a and the thickness D of the innercylindrical member 19 are also set in consideration of the ease of processing, and the size which is calculated backward from the above conditions. You.
[0031]
In addition, the vertical length of theside wall portion 17 is set to a length that can sufficiently secure the opening area of theopening 19a and theopening 20a and that can secure a sufficient conductance.
[0032]
As described above, by forming the exhaust path in theside wall portion 17 of theexhaust ring 16, by increasing the length of theside wall portion 17 in the vertical direction, a sufficient opening area can be obtained and sufficient conductance can be secured. it can. In addition, even if the opening area is widened, the diameter of theexhaust ring 16 is constant, so that the diameter of thevacuum chamber 1 does not need to be increased, and the footprint of the apparatus does not increase.
[0033]
Further, as described above, by forming the exhaust passage of theside wall portion 17 from theopening 19a, thegap 21, and theopening 20a, the function of preventing plasma leakage is sufficiently ensured, and the opening area is sufficiently increased. As a result, sufficient conductance can be secured.
[0034]
That is, by increasing the opening area of theopening 19a, the electrons in the plasma pass through theopening 19a together with the gas flow as shown by the arrow shown in FIG. Since themember 20 is provided, the possibility that electrons pass through thegap 21 and are extracted to the outside from theopening 20a is extremely low, and the possibility that plasma leaks outside theopening 20a is extremely low. Even if the opening area is increased so that the conductance can be ensured, the function of preventing plasma leakage can be sufficiently ensured.
[0035]
Further, in the present embodiment,openings 18a formed of a large number of circular holes are also formed at thebottom portion 18 of theexhaust ring 16, and an exhaust path is formed by theseopenings 18a. As described above, by forming the exhaust path also in thebottom portion 18, the conductance can be further increased.
[0036]
The exhaust path at the bottom 18 of theexhaust ring 16 as described above may be an exhaust path having the above-described configuration provided on theside wall 17 instead of an opening such as a circular hole. However, since thebottom portion 18 is far away from the region where plasma is formed, the function of preventing plasma leakage does not need to be considered so much, so that the opening can be formed as a circular hole or the like. If a sufficient conductance can be ensured by the exhaust passage provided in theside wall portion 17, the exhaust passage in thebottom portion 18 may not be provided.
[0037]
The material of theexhaust ring 16 may be any material as long as it is conductive. For example, stainless steel, aluminum having an alumite film or a sprayed film formed on its surface, or the like can be used. In this way, theexhaust ring 16 made of a conductive material is electrically connected to the ground potential.
[0038]
Then, the interior of thevacuum chamber 1 can be set to a predetermined vacuum atmosphere by evacuating from theexhaust port 14 by theexhaust system 15 through theexhaust ring 16 configured as described above.
[0039]
Further, a magneticfield forming mechanism 22 is provided around thevacuum chamber 1 so that a desired magnetic field can be formed in a processing space in thevacuum chamber 1. The magneticfield forming mechanism 22 is provided with arotating mechanism 23, and is configured to rotate the magnetic field inside thevacuum chamber 1 by rotating the magneticfield forming mechanism 22 around thevacuum chamber 1.
[0040]
Next, an etching process in the plasma etching apparatus configured as described above will be described.
[0041]
First, a gate valve (not shown) provided at a loading / unloading port (not shown) is opened, and the semiconductor wafer W is loaded into thevacuum chamber 1 by a transfer mechanism or the like and placed on the loading table 2. Thereafter, the semiconductor wafer W mounted on the mounting table 2 is attracted and held by applying a predetermined DC voltage from theDC power supply 12 to the electrostatic chuck electrode 11 b of theelectrostatic chuck 11.
[0042]
Next, after the transfer mechanism is retracted out of thevacuum chamber 1, the gate valve is closed, the inside of thevacuum chamber 1 is evacuated by a vacuum pump or the like of thevacuum system 15, and after the inside of thevacuum chamber 1 reaches a predetermined degree of vacuum. A predetermined etching process gas is introduced into thevacuum chamber 1 from the processgas supply system 6 through thegas diffusion space 4 and the pores 5 at a flow rate of, for example, 100 to 1000 sccm. Is maintained at a predetermined pressure, for example, about 1.33 to 133 Pa (10 to 1000 mTorr).
[0043]
In this state, high frequency power of a predetermined frequency (for example, 100 MHz and 3.2 MHz) is supplied from the highfrequency power supplies 9 and 10 to the mounting table 2.
[0044]
As described above, by applying the high-frequency power to the mounting table 2, a high-frequency electric field is formed in the processing space between the shower head 3 and the mounting table 2. A predetermined magnetic field is formed in the processing space by the magneticfield forming mechanism 22. As a result, a predetermined plasma is generated from the processing gas supplied to the processing space, and the predetermined film on the semiconductor wafer W is etched by the plasma.
[0045]
At this time, as described above, since the conductance of theexhaust ring 16 is high, the vacuum evacuation can be efficiently performed from the vacuum chamber, and the high vacuum degree can be easily achieved without using a large and high-performance vacuum pump or the like. Can be set to In addition, since leakage of plasma can be reliably prevented in theexhaust ring 16, a desired etching process can be performed with high accuracy by stable plasma.
[0046]
When the predetermined etching process is performed, the supply of the high-frequency power from the high-frequency power sources 9 and 10 is stopped, the etching process is stopped, and the semiconductor wafer W is removed from the vacuum chamber in a procedure reverse to the procedure described above. 1 Take it out.
[0047]
In the above embodiment, the case where the present invention is applied to a plasma etching apparatus for etching a semiconductor wafer has been described, but the present invention is not limited to such a case. For example, a substrate other than a semiconductor wafer may be processed, and the present invention can be applied to a process other than etching, for example, a film forming apparatus such as CVD.
[0048]
【The invention's effect】
As described above, according to the plasma processing apparatus of the present invention, it has a high gas conductance capability, can cope with a wide range of processes without increasing production costs, and has a function of preventing plasma leakage. Good plasma treatment can be performed with high and stable plasma.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an overall schematic configuration of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a main part of the plasma processing apparatus of FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a main part of the plasma processing apparatus of FIG. 1;
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a main part of the plasma processing apparatus of FIG. 1;
[Explanation of symbols]
W ... Semiconductor wafer, 1 ... Vacuum chamber, 2 ... Placement table, 3 ... Shower head, 9,10 ... High frequency power supply, 14 ... Exhaust port, 15 ... Exhaust system, 16 ... Exhaust ring, 17 ... side wall part, 18 ... bottom part, 18a ... opening, 19 ... inner cylindrical member, 19a ... opening, 20 ... outer cylindrical member, 20a ... opening, 21 ... gap.

Claims

Translated fromJapanese

被処理基板を収容する真空チャンバと、
前記真空チャンバ内に配置され、前記被処理基板が載置される載置台と、
前記真空チャンバ内に、前記被処理基板に所定の処理を施すためのプラズマを発生させるプラズマ発生機構と、
前記載置台の周囲を囲むように配置され、排気路が形成された排気リングと、前記排気路を介して前記真空チャンバ内を真空排気する真空排気機構とを具備したプラズマ処理装置であって、
前記排気リングは、前記載置台の載置面に対して略垂直に形成された側壁部と、この側壁部の下端から内側に向かって延在する底部とを有し、少なくとも前記側壁部に、前記排気路が形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。A vacuum chamber containing a substrate to be processed,
A mounting table that is disposed in the vacuum chamber and on which the substrate to be processed is mounted,
In the vacuum chamber, a plasma generation mechanism that generates plasma for performing a predetermined process on the substrate to be processed,
An plasma processing apparatus comprising: an exhaust ring arranged to surround the mounting table and an exhaust path formed therein; and a vacuum exhaust mechanism configured to evacuate the vacuum chamber through the exhaust path.
The exhaust ring has a side wall formed substantially perpendicular to the mounting surface of the mounting table, and a bottom extending inward from a lower end of the side wall, and at least the side wall includes A plasma processing apparatus, wherein the exhaust path is formed.

請求項１記載のプラズマ処理装置であって、
前記排気リングの前記側壁部は、同心状に所定間隔を設けて配置された内側円筒状部材と外側円筒状部材とから構成され、前記内側円筒状部材に設けられた開口と、前記外側円筒状部材に設けられた開口とが、ずらして配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to claim 1,
The side wall portion of the exhaust ring includes an inner cylindrical member and an outer cylindrical member that are concentrically arranged at a predetermined interval, and an opening provided in the inner cylindrical member, and the outer cylindrical member. A plasma processing apparatus, wherein an opening provided in a member is displaced.

請求項２記載のプラズマ処理装置であって、
前記内側円筒状部材に設けられた前記開口と、前記外側円筒状部材に設けられた前記開口は、縦長の矩形状に形成され、円周方向に沿って所定間隔で複数設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to claim 2,
The opening provided in the inner cylindrical member and the opening provided in the outer cylindrical member are formed in a vertically long rectangular shape, and a plurality of openings are provided at predetermined intervals along a circumferential direction. Characteristic plasma processing apparatus.

請求項３記載のプラズマ処理装置であって、
前記内側円筒状部材に設けられた前記開口と、前記内側円筒状部材と前記外側円筒状部材との間に形成された間隙と、前記外側円筒状部材に設けられた前記開口と、から前記排気路が形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to claim 3,
The exhaust provided from the opening provided in the inner cylindrical member, a gap formed between the inner cylindrical member and the outer cylindrical member, and the opening provided in the outer cylindrical member. A plasma processing apparatus, wherein a path is formed.

請求項１〜４いずれか１項記載のプラズマ処理装置であって、
さらに前記排気リングの前記底部に前記排気路が設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein
Further, the exhaust path is provided at the bottom of the exhaust ring.

被処理基板を収容する真空チャンバと、
前記真空チャンバ内に配置され、前記被処理基板が載置される載置台と、
前記真空チャンバ内に、前記被処理基板に所定の処理を施すためのプラズマを発生させるプラズマ発生機構と、
前記載置台の周囲を囲むように配置され、排気路が形成された排気リングと、前記排気リングの下方から、前記排気路を介して前記真空チャンバ内を真空排気する真空排気機構とを具備したプラズマ処理装置であって、
前記排気リングは、
第１の開口を有する第１の部材と、
前記第１の部材と間隙を設けて配置され前記第１の開口とはずれた位置に第２の開口を有する第２の部材とを具備し、
前記第１の開口から前記間隙内に入り、前記間隙内を通って前記第２の開口から導出されるよう前記排気路が形成され、前記間隙内で前記プラズマがトラップされるよう構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。A vacuum chamber containing a substrate to be processed,
A mounting table that is disposed in the vacuum chamber and on which the substrate to be processed is mounted,
In the vacuum chamber, a plasma generation mechanism that generates plasma for performing a predetermined process on the substrate to be processed,
An exhaust ring arranged to surround the mounting table and having an exhaust path formed therein, and a vacuum exhaust mechanism configured to evacuate the inside of the vacuum chamber through the exhaust path from below the exhaust ring. A plasma processing apparatus,
The exhaust ring,
A first member having a first opening;
A second member having a second opening disposed at a position deviated from the first opening and provided with a gap with the first member;
The exhaust path is formed so as to enter the gap from the first opening, pass through the gap, and be led out of the second opening, and is configured to trap the plasma in the gap. A plasma processing apparatus characterized by the above-mentioned.