JP3364131B2 - Plasma processing equipment - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等の
被処理基板に対して、例えばECR(Electron
Cyclotron Resonance)処理等の
プラズマ処理によりSiOF膜やSiO2 膜等の薄膜を
形成するプラズマ処理装置に関する。The present invention relates to a substrate to be processed such as a semiconductor wafer, for example, ECR (Electron).
The present invention relates to a plasma processing apparatus for forming a thin film such as a SiOF film or a SiO 2 film by plasma processing such as Cyclotron Resonance) processing.
【0002】[0002]
【従来の技術】集積回路の配線パタ−ンとしては主にア
ルミニウム配線が用いられ、これを絶縁するための層間
絶縁膜としてはSiOF膜やSiO2 膜等が用いられて
いるが、これらの形成方法としては膜質が良好なことか
ら、マイクロ波と磁界とを組み合わせて高密度プラズマ
を発生させるECRプラズマ処理が採用される傾向にあ
る。2. Description of the Related Art Aluminum wiring is mainly used as a wiring pattern of an integrated circuit, and an SiOF film or a SiO 2 film is used as an interlayer insulating film for insulating the wiring. As a method, an ECR plasma treatment in which microwaves and a magnetic field are combined to generate high-density plasma tends to be adopted because the film quality is good.
【0003】このECRプラズマ処理を行う従来のプラ
ズマ処理装置について図9に挙げると、例えばこの装置
では、プラズマ生成室1A内に、例えば2.45GHz
のマイクロ波を導波管11により透過窓12を介して供
給すると共に、例えば875ガウスの磁界を主電磁コイ
ル13と補助電磁コイル14との組み合わせにより印加
して、マイクロ波と磁界との相互作用(電子サイクロト
ロン共鳴)によりArガスやO2 ガス等のプラズマガス
を高密度プラズマ化し、このプラズマにより成膜室1B
内に導入された例えばSiH4 ガスやSiF4 ガス等の
成膜ガスを活性化させてイオン種を形成して、載置台1
5上に載置された半導体ウエハ(以下「ウエハ」とい
う)Wに対して薄膜を形成している。FIG. 9 shows a conventional plasma processing apparatus for performing this ECR plasma processing. For example, in this apparatus, for example, 2.45 GHz is provided in the plasma generation chamber 1A.
Of the microwaves is supplied by the waveguide 11 through the transmission window 12, and a magnetic field of, for example, 875 Gauss is applied by the combination of the main electromagnetic coil 13 and the auxiliary electromagnetic coil 14 to interact with the microwaves and the magnetic field. The plasma gas such as Ar gas or O 2 gas is converted into high density plasma by (electron cyclotron resonance), and this plasma is used to form the film forming chamber 1B.
The film forming gas such as SiH 4 gas or SiF 4 gas introduced into the chamber is activated to form ionic species, and the mounting table 1
A thin film is formed on a semiconductor wafer (hereinafter referred to as “wafer”) W placed on the wafer 5.
【0004】前記導波管11は、矩形導波管11aと、
下部側に向かって徐々に広がる円錐形導波管11bとを
組み合わせて構成され、マイクロ波発生器16により発
生し、矩形導波管11a内をTE10モ−ドで伝送された
マイクロ波は、円錐形導波管11bでTE11モ−ドに変
換され、そのまま円錐形導波管11b内をTE11モ−ド
で伝送されてプラズマ生成室1A内に導入される。The waveguide 11 includes a rectangular waveguide 11a,
The microwave generated by the microwave generator 16 and transmitted in the TE 10 mode inside the rectangular waveguide 11a is configured by combining with the conical waveguide 11b gradually expanding toward the lower side. It is converted into TE 11 mode by the conical waveguide 11b, transmitted as it is in the conical waveguide 11b in TE 11 mode, and introduced into the plasma generation chamber 1A.
【0005】ここでTE11モ−ドについて図10により
説明する。図10(a)は例えば内径が2aの円筒形導
波管の直径方向の断面図であり、図10(b)は図10
(a)のA−Aにおける断面図であるが、このモ−ドで
は図中実線で示す電界は、導波管の直径方向に存在して
いる。なお図中鎖線は磁界を示しており、図10(b)
中○は電界が紙面の内側に向かう様子、●は電界が紙面
の外側に向かう様子を夫々示している。The TE 11 mode will be described with reference to FIG. FIG. 10A is a diametrical cross-sectional view of a cylindrical waveguide having an inner diameter of 2a, for example, and FIG.
It is a sectional view taken along the line AA in (a). In this mode, the electric field indicated by the solid line in the figure exists in the diameter direction of the waveguide. Note that the chain line in the figure indicates the magnetic field, which is shown in FIG.
The middle circle indicates that the electric field is directed toward the inside of the paper surface, and the circle is that the electric field is directed toward the outside surface of the paper surface.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述のプ
ラズマ処理装置では、マイクロ波はTE11モ−ドでプラ
ズマ生成室1A内に導入されるので、ウエハ上方のある
断面の電気力線の密度は、中央部では高く、周縁部に近
付くに連れて小さくなってしまい、電界分布が不均一と
なっている。ここでプラズマ生成室1Aで発生するプラ
ズマの密度は電界分布に略比例するので、プラズマ処理
によって形成される薄膜の膜厚は電界分布に対応して周
縁部で薄くなってしまい、膜厚について高い面内均一性
を確保することが困難になっている。However, in the above-described plasma processing apparatus, since the microwave is introduced into the plasma generation chamber 1A in the TE 11 mode, the density of the lines of electric force in a certain section above the wafer is It is high in the central part and becomes smaller as it approaches the peripheral part, and the electric field distribution is non-uniform. Here, since the density of the plasma generated in the plasma generation chamber 1A is substantially proportional to the electric field distribution, the film thickness of the thin film formed by the plasma processing becomes thin in the peripheral portion corresponding to the electric field distribution, and the film thickness is high. It is difficult to secure in-plane uniformity.
【0007】一方米国特許公報5,234,526 号には、TM
01モ−ドを利用したプラズマ処理装置が開示されてい
る。この装置は、TE10モ−ドを伝送する矩形導波管の
端部を例えば内径が109mmの円筒形導波管に接続し
て、マイクロ波をTM01モ−ドでプラズマ生成室に導入
するように構成されている。On the other hand, US Pat. No. 5,234,526 discloses TM
A plasma processing apparatus using 01 mode is disclosed. In this apparatus, the end of a rectangular waveguide transmitting TE 10 mode is connected to a cylindrical waveguide having an inner diameter of 109 mm, for example, and microwaves are introduced into a plasma generation chamber in TM 01 mode. Is configured.
【0008】ここでTM01モ−ドについて図11に基づ
いて説明すると、図11(a)は例えば内径が2aの円
筒形導波管の直径方向の断面図であり、図11(b)は
図11(a)のA−Aにおける断面図である。このモ−
ドでは図中実線で示す電界は、導波管の管壁から中心を
通ってまた管壁に戻るように、半波長毎に向きを変えな
がら管壁に沿って伝播する。この図においても鎖線は磁
界を示しており、図11(b)中○は電界が紙面の内側
に向かう様子、●は電界が紙面の外側に向かう様子を夫
々示している。The TM 01 mode will now be described with reference to FIG. 11. FIG. 11A is a sectional view of a cylindrical waveguide having an inner diameter of 2a in the diametrical direction, and FIG. It is sectional drawing in AA of FIG. 11 (a). This mode
In the figure, the electric field indicated by the solid line in the figure propagates along the tube wall while changing the direction for each half wavelength so as to pass from the tube wall of the waveguide to the center and return to the tube wall. Also in this figure, the chain line indicates the magnetic field. In FIG. 11 (b), the open circles indicate the electric field toward the inside of the paper, and the black circles indicate the electric field toward the outside of the paper.
【0009】このような装置では、例えば6インチのウ
エハを処理する場合には、円筒形導波管の内径が109
mmであるため、ウエハの上方側のある断面における電
界分布の均一性は確保できる。しかしながら近年ウエハ
が8インチサイズから12インチサイズへと大口径化す
る傾向にあり、このようにウエハが円筒形導波管の内径
よりも大きくなると、ウエハ周縁部と対向する導波管出
口の領域の電界強度が極端に小さくなってしまい、結局
膜厚の面内均一性が悪くなるという問題がある。In such an apparatus, for example, when processing a 6-inch wafer, the inner diameter of the cylindrical waveguide is 109.
Since it is mm, the uniformity of the electric field distribution in a certain cross section on the upper side of the wafer can be secured. However, in recent years, the wafer tends to be increased in size from 8 inch size to 12 inch size. When the wafer becomes larger than the inner diameter of the cylindrical waveguide in this way, the region of the waveguide outlet facing the wafer peripheral portion is formed. However, there is a problem in that the in-plane uniformity of the film thickness deteriorates.
【0010】本発明はこのような事情の下になされたも
のであり、その目的は、広い面積に亘って均一性の高い
プラズマを発生させることにより、プラズマ処理の面内
均一性を高めることができるプラズマ処理装置及びその
方法を提供することにある。The present invention has been made under such circumstances, and an object thereof is to increase the in-plane uniformity of plasma processing by generating highly uniform plasma over a wide area. An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus and a method therefor.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】このため本発明は、高周
波を透過するための円形板状の透過窓が一端に設けられ
た円筒状の真空室を備え、被処理基板の載置台が内部に
設けられた真空容器と、前記真空容器内に磁界を形成す
るための磁界形成手段と、前記真空室内に高周波をTM
モ−ド例えばTM01モ−ドで前記透過窓を介して供給す
るための高周波供給手段と、を備え、高周波と磁界との
電子サイクロトロン共鳴により処理ガスをプラズマ化
し、そのプラズマにより被処理基板に対して処理を行う
プラズマ処理装置において、前記真空室の内径をD1と
し、前記透過窓の高周波の出口部の口径をD2とする
と、0.75≦D2/D1≦0.85であることを特徴
とする。Therefore, the present invention is provided with a cylindrical vacuum chamber having a circular plate-shaped transmission window for transmitting a high frequency wave at one end, and a mounting table for a substrate to be processed is provided inside. A vacuum container provided, a magnetic field forming means for forming a magnetic field in the vacuum container, and a high frequency wave TM in the vacuum chamber.
A high-frequency supplying means for supplying through the transmission window in a mode of TM 01 , for example, and the processing gas is turned into plasma by electron cyclotron resonance between the high frequency and the magnetic field, and the plasma is applied to the substrate to be processed. In the plasma processing apparatus that performs the processing, 0.75 ≦ D2 / D1 ≦ 0.85, where D1 is the inner diameter of the vacuum chamber and D2 is the diameter of the high frequency outlet of the transmission window. And
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】図1は本発明のプラズマ処理装置
の一実施の形態を示す断面図であり、図2はその一部の
斜視図、図3はその主要部の拡大断面図である。図中2
は例えばアルミニウム等により形成された真空容器であ
る。この真空容器2は上方に位置してプラズマを発生さ
せる第1の真空室21と、この下方に連通させて連結さ
れた第2の真空室22とからなる。これらの真空室2
1、22は円筒状に構成されており、第1の真空室21
は内径D1が例えば250mm(図3参照)に設定さ
れ、第2の真空室22は第1の真空室21より内径が大
きくなるように設定されている。なお真空容器2は接地
されてゼロ電位となっている。1 is a sectional view showing an embodiment of a plasma processing apparatus of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of a part thereof, and FIG. 3 is an enlarged sectional view of a main part thereof. . 2 in the figure
Is a vacuum container formed of, for example, aluminum. The vacuum container 2 is composed of a first vacuum chamber 21 located above and for generating plasma, and a second vacuum chamber 22 connected below the first vacuum chamber 21. These vacuum chambers 2
The first and second vacuum chambers 21 and 22 have a cylindrical shape.
Has an inner diameter D1 set to, for example, 250 mm (see FIG. 3), and the second vacuum chamber 22 is set to have an inner diameter larger than that of the first vacuum chamber 21. The vacuum container 2 is grounded and has a zero potential.
【0013】この真空容器2の上端は開口されて、この
部分に高周波(マイクロ波)を透過する部材例えば窒化
アルミニウム(AlN)により形成され、直径A1が2
30mmの円形板状の透過窓23が気密に設けられてい
る。この透過窓23は例えばアルミニウム製の支持リン
グ24により外周縁を気密に支持されており、この透過
窓23と支持リング24とにより真空容器2内の真空状
態を維持するようになっている。An upper end of the vacuum container 2 is opened, and a high-frequency (microwave) transmitting member such as aluminum nitride (AlN) is formed in this portion, and the diameter A1 is 2
A circular plate-shaped transparent window 23 of 30 mm is provided in an airtight manner. The transparent window 23 is airtightly supported on the outer peripheral edge by a support ring 24 made of, for example, aluminum, and the transparent window 23 and the support ring 24 maintain a vacuum state in the vacuum container 2.
【0014】前記支持リング24は真空容器2の上端に
設けられており、透過窓23の下面側に内周面が張り出
すように構成されていて、これにより第1の真空室21
のマイクロ波の入口部は、内径がその他の部分によりも
狭くなるようになっている。例えばこの実施の形態で
は、透過窓23のマイクロ波の出口側の口径D2つまり
第1の真空室21のマイクロ波の入口部の内径D2は後
述の実験結果により200mm程度に設定されており、
支持リング24の透過窓23の下方側の厚さは5mm程
度に設定されている。The support ring 24 is provided at the upper end of the vacuum container 2 and has an inner peripheral surface projecting from the lower surface side of the transmission window 23, whereby the first vacuum chamber 21.
The microwave inlet has a narrower inner diameter than other portions. For example, in this embodiment, the diameter D2 of the transmission window 23 on the microwave outlet side, that is, the inner diameter D2 of the microwave inlet portion of the first vacuum chamber 21 is set to about 200 mm according to the experimental result described later,
The thickness of the support ring 24 on the lower side of the transparent window 23 is set to about 5 mm.
【0015】透過窓23の外側には、プラズマ室21内
に例えば2.45GHzのマイクロ波をTMモ−ド例え
ばTM01モ−ド等で供給するための導波管3が設けられ
ている。この導波管3は例えば図2に示すように、矩形
導波管31の出口側端部を円筒形導波管32の上部側側
部に直角に接続し、円筒形導波管32の下端側を、下部
側に向かって徐々に広がるようにテ−パ状に形成された
円錐形導波管33の上端部に接続して構成されている。A waveguide 3 is provided outside the transmission window 23 for supplying a microwave of 2.45 GHz in the plasma chamber 21 in TM mode, for example, TM 01 mode. For example, as shown in FIG. 2, the waveguide 3 has a rectangular waveguide 31 whose outlet end is connected at a right angle to an upper side of a cylindrical waveguide 32, and a lower end of the cylindrical waveguide 32. The side is connected to the upper end of a tapered conical waveguide 33 formed in a taper shape so as to gradually widen toward the lower side.
【0016】円錐形導波管33は例えば出口側開口の内
径A2が200mmに設定されており、この出口側開口
端部は透過窓23の上面に接続されている。また前記矩
形導波管31の入口側端部はプラズマ発生用の高周波電
源部34に接続されており、高周波電源部34にて発生
したマイクロ波を導波管3で案内して透過窓23からプ
ラズマ室21内へ導入し得るようになっている。本実施
の形態では、高周波電源部34と矩形導波管31、円筒
形導波管32、円錐形導波管33とにより高周波供給手
段が構成されている。For example, the inner diameter A2 of the exit side opening of the conical waveguide 33 is set to 200 mm, and the exit side opening end is connected to the upper surface of the transmission window 23. Further, the inlet end of the rectangular waveguide 31 is connected to a high frequency power source 34 for plasma generation, and the microwave generated in the high frequency power source 34 is guided by the waveguide 3 to pass through the transmission window 23. It can be introduced into the plasma chamber 21. In the present embodiment, the high frequency power supply section 34, the rectangular waveguide 31, the cylindrical waveguide 32, and the conical waveguide 33 constitute a high frequency supply means.
【0017】第1の真空室21を区画する側壁の上部側
には、例えばプラズマガスを供給するためのガスノズル
41が周方向に沿って均等に配置して設けられると共
に、このガスノズル41には図示しないプラズマガス源
が接続されており、第1の真空室21内の上部にArガ
スやO2 ガス等のプラズマガスをムラなく均等に供給し
得るようになっている。なお図中ガスノズル41は図面
の煩雑化を避けるため2本しか記載していないが、実際
にはそれ以上設けている。On the upper side of the side wall defining the first vacuum chamber 21, for example, gas nozzles 41 for supplying plasma gas are evenly arranged along the circumferential direction, and the gas nozzles 41 are shown in the drawing. A plasma gas source is connected to the inside of the first vacuum chamber 21 so that a plasma gas such as Ar gas or O 2 gas can be uniformly supplied to the upper portion of the first vacuum chamber 21. In the figure, only two gas nozzles 41 are shown in order to avoid complication of the drawing, but in reality, more gas nozzles 41 are provided.
【0018】一方前記第2の真空室22の上部即ち第1
の真空室21と連通している部分には、リング状の成膜
ガス供給部42が設けられており、内周面にはガス供給
口42aが形成されている。この成膜ガス供給部42に
は他端側が図示しない成膜ガス源に接続されたガス供給
管43の一端側が接続されていて、例えばSiH4 ガス
やSiF4 ガス等の成膜ガスが前記ガス供給口42aか
ら噴出するようになっている。On the other hand, the upper portion of the second vacuum chamber 22, that is, the first
A ring-shaped film forming gas supply unit 42 is provided in a portion communicating with the vacuum chamber 21, and a gas supply port 42a is formed in the inner peripheral surface. The film forming gas supply unit 42 is connected to one end of a gas supply pipe 43 whose other end is connected to a film forming gas source (not shown), and the film forming gas such as SiH 4 gas or SiF 4 gas is used as the gas. It is designed to eject from the supply port 42a.
【0019】前記第1の真空室21を区画する側壁の外
周には、これに接近させて当該真空室21を囲むよう
に、例えばリング状の主電磁コイル51が配置されると
共に、第2の真空室22の下方側にはリング状の補助電
磁コイル52が配置され、これらにより第1の真空室2
1から第2の真空室22に亘って上から下に向かう磁界
例えば875ガウスの磁界Bを形成し得るようになって
いる。A ring-shaped main electromagnetic coil 51, for example, is arranged on the outer periphery of the side wall defining the first vacuum chamber 21 so as to surround the vacuum chamber 21 so as to be close to the side wall. A ring-shaped auxiliary electromagnetic coil 52 is arranged on the lower side of the vacuum chamber 22.
A magnetic field B from the upper side to the lower side, for example, a magnetic field B of 875 Gauss is formed from the first vacuum chamber 22 to the second vacuum chamber 22.
【0020】また第2の真空室22内にはウエハWを載
置するための載置台6が処理位置とウエハWの受け渡し
位置の間で昇降自在に設けられている。この載置台6は
例えばアルミニウム製の本体61の上に、ヒ−タと電極
とを内蔵した誘電体プレ−ト62を設けてなり、表面は
静電チャックとして構成されている。前記電極には静電
チャック用の図示しない直流電源が接続されていると共
に、ウエハWにイオンを引込むためのバイアス電圧を印
加するように高周波電源部63が接続されている。さら
に成膜室22の底部には排気管25が接続されている。Further, in the second vacuum chamber 22, a mounting table 6 for mounting the wafer W is provided so as to be vertically movable between a processing position and a transfer position of the wafer W. The mounting table 6 is composed of, for example, a main body 61 made of aluminum, and a dielectric plate 62 having a heater and electrodes built therein, and the surface thereof is configured as an electrostatic chuck. A DC power source (not shown) for an electrostatic chuck is connected to the electrodes, and a high frequency power source unit 63 is connected to apply a bias voltage for attracting ions to the wafer W. Further, an exhaust pipe 25 is connected to the bottom of the film forming chamber 22.
【0021】次に上述のプラズマ処理装置を用いて、被
処理基板であるウエハW上に例えばSiOF膜よりなる
層間絶縁膜を形成する方法を説明する。先ず真空容器2
の側壁に設けた図示しないゲ−トバルブを開いて図示し
ない搬送ア−ムにより、例えば表面にアルミニウム配線
が形成された例えば8インチサイズのウエハWを図示し
ないロ−ドロック室から搬入して載置台6上に載置す
る。Next, a method of forming an interlayer insulating film made of, for example, a SiOF film on the wafer W which is the substrate to be processed by using the above plasma processing apparatus will be described. First, the vacuum container 2
A gate valve (not shown) provided on the side wall of the wafer is opened, and a wafer (for example, 8 inches) having aluminum wiring formed on the surface thereof is carried in from a load lock chamber (not shown) by a transfer arm (not shown) and placed on the mounting table. Place on top of 6.
【0022】続いてゲ−トバルブを閉じて内部を密閉し
た後、載置台6を処理位置まで上昇させ、排気管25に
より内部雰囲気を排出して所定の真空度まで真空引き
し、ガスノズル41からプラズマガス例えばArガス及
びO2 ガスを所定の流量で導入すると共に、成膜ガス供
給部42から成膜ガス例えばSiF4 ガスを所定の流量
で導入する。そして真空容器2内を例えば0.15Pa
のプロセス圧力に維持し、かつ高周波電源部63により
載置台6に13.56MHz,2500Wのバイアス電
圧を印加すると共に、載置台6の表面温度を例えば40
0℃に設定する。Then, after closing the gate valve to seal the inside, the mounting table 6 is raised to the processing position, the internal atmosphere is exhausted by the exhaust pipe 25 to evacuate to a predetermined vacuum degree, and the plasma is discharged from the gas nozzle 41. A gas such as Ar gas and O 2 gas is introduced at a predetermined flow rate, and a film forming gas such as SiF 4 gas is introduced from the film forming gas supply unit 42 at a predetermined flow rate. The inside of the vacuum container 2 is, for example, 0.15 Pa.
While maintaining the process pressure of No. 3, and applying a bias voltage of 13.56 MHz and 2500 W to the mounting table 6 by the high frequency power supply unit 63, the surface temperature of the mounting table 6 is set to, for example, 40.
Set to 0 ° C.
【0023】第1の真空室21内には、高周波電源部3
4からの2.45GHz,2700Wの高周波(マイク
ロ波)Mが、先ず矩形導波管31内をTE11モ−ドで伝
送された後、矩形導波管31と円筒形導波管32の接続
部付近でTM01モ−ドに変換され、そのまま円錐形導波
管33内を電界領域を広げながらTM01モ−ドで伝送さ
れて真空容器2の天井部に至り、透過窓23を介して第
1の真空室21内に導入される。In the first vacuum chamber 21, the high frequency power source unit 3
A high frequency (microwave) M of 2.45 GHz and 2700 W from 4 is first transmitted in the TE 11 mode in the rectangular waveguide 31, and then the rectangular waveguide 31 and the cylindrical waveguide 32 are connected. Is converted into TM 01 mode in the vicinity of the portion and is transmitted as it is in TM 01 mode while expanding the electric field region in the conical waveguide 33 to reach the ceiling of the vacuum container 2 and through the transmission window 23. It is introduced into the first vacuum chamber 21.
【0024】一方真空容器2内には主電磁コイル51と
補助電磁コイル52とにより磁界Bが形成され、磁界B
の強さが875ガウスとなったポイントで、磁界とマイ
クロ波との相互作用により電子サイクロトロン共鳴が生
じ、この共鳴によりプラズマガスがプラズマ化され、且
つ高密度化される。なおプラズマガスを用いることによ
りプラズマが安定する。On the other hand, in the vacuum chamber 2, a magnetic field B is formed by the main electromagnetic coil 51 and the auxiliary electromagnetic coil 52, and the magnetic field B
At the point where the intensity of the magnetic field becomes 875 gauss, electron cyclotron resonance occurs due to the interaction between the magnetic field and the microwave, and the plasma gas is made into a plasma and densified by the resonance. The plasma is stabilized by using the plasma gas.
【0025】生成したプラズマは第1の真空室21から
第2の真空室22に向けてプラズマ流として流れ込んで
いき、ここに供給されているSiF4 ガスはこのプラズ
マ流により活性化(プラズマ化)されて、活性種(プラ
ズマ)を形成する。一方プラズマイオンはバイアス電圧
によりウエハWに引き込まれ、ウエハW表面のパタ−ン
(凹部)に堆積されたSiOF膜の角をプラズマイオン
のスパッタエッチング作用により削り取って間口を広げ
ながら、SiOF膜が成膜されて凹部内に埋め込まれ
る。The generated plasma flows into the second vacuum chamber 22 from the first vacuum chamber 21 as a plasma flow, and the SiF 4 gas supplied thereto is activated (plasmaized) by this plasma flow. To form active species (plasma). On the other hand, the plasma ions are attracted to the wafer W by the bias voltage, and the corners of the SiOF film deposited on the pattern (recess) on the surface of the wafer W are scraped off by the sputter etching action of the plasma ions to widen the frontage while forming the SiOF film. It is filmed and embedded in the recess.
【0026】このようなプラズマ処理装置では、第1の
真空室21の内径を、マイクロ波の入口部では200m
mとし、直ぐ下方側で250mmに急激に大きくしてい
るので、形成されるSiOF膜の膜厚をウエハWの面内
においてほぼ均一とすることができる。In such a plasma processing apparatus, the inner diameter of the first vacuum chamber 21 is 200 m at the microwave inlet.
Since it is m and is rapidly increased to 250 mm immediately below, the thickness of the formed SiOF film can be made substantially uniform in the plane of the wafer W.
【0027】この理由は次のように推察される。即ちマ
イクロ波は既述のように円錐形導波管33内を電界領域
を広げながら伝送され、透過窓23を介してTM01モ−
ドで第1の真空室21内に導入されるが、第1の真空室
21内では内径が急激に大きくなっているので、この部
分でマイクロ波の伝播が乱される。これによりTM01モ
−ドで導波管3と第1の真空室21の入口部を管壁に沿
って伝播してきたマイクロ波は、この急激に大きくなる
部分で乱されて、例えば図4に示すような高次モ−ド例
えばTM02モ−ドを発生し、そのモ−ドのまま第1の真
空室21内を伝送していくと考えられる。The reason for this is presumed as follows. That is, the microwave is transmitted while expanding the electric field region in the conical waveguide 33 as described above, and is transmitted through the transmission window 23 to the TM 01 mode.
However, since the inner diameter of the first vacuum chamber 21 rapidly increases, the microwave propagation is disturbed in this portion. As a result, the microwave propagating along the tube wall at the inlet of the waveguide 3 and the first vacuum chamber 21 in the TM 01 mode is disturbed at this abruptly increasing portion, for example, as shown in FIG. It is considered that a high-order mode such as the TM 02 mode shown in FIG. 3 is generated and the mode is transmitted as it is in the first vacuum chamber 21.
【0028】そしてこのような高次モ−ドでは、管壁の
みならず、真空容器2の中央部分にも電界が発生するの
で、ウエハWから見ると、ウエハWに対向する面内のほ
ぼ全体に電界が存在することになる。このため当該面内
において広い面積に亘って均一なプラズマ領域を確保す
ることができ、この結果プラズマにより形成されるSi
OF膜の膜厚がウエハWの面内においてほぼ均一になる
と推察される。In such a high-order mode, an electric field is generated not only in the tube wall but also in the central portion of the vacuum container 2. Therefore, when viewed from the wafer W, almost the entire surface of the wafer W facing the wafer W is covered. There will be an electric field at. Therefore, it is possible to secure a uniform plasma region over a large area in the surface, and as a result, the Si formed by the plasma is formed.
It is estimated that the film thickness of the OF film becomes substantially uniform in the surface of the wafer W.
【0029】ここでこのような高次モ−ドの発生は、後
述の実験結果により、第1の真空室21の内径D1と入
口部の内径D2との大きさの比に関係があると推察され
る。即ちD2/D1が大きすぎると、つまり内径D2に
比べて内径D1があまり大きくならないと、マイクロ波
の伝播の乱れが小さすぎ、結局TM01モ−ドのまま伝送
してしまうと考えられる。The occurrence of such a higher-order mode is presumed to be related to the ratio of the inner diameter D1 of the first vacuum chamber 21 and the inner diameter D2 of the inlet portion from the experimental results described later. To be done. That is, if D2 / D1 is too large, that is, if the inner diameter D1 is not so large as compared with the inner diameter D2, the disturbance of the microwave propagation is too small, and it is considered that the TM 01 mode is transmitted in the end.
【0030】このTM01モ−ドではマイクロ波は円錐形
導波管33の管壁に沿って電界領域を広げながら伝播し
ていくので、円錐形導波管33の上端側に比べて内径が
大きい第1の真空室21では、電界は内壁部分では存在
するものの、中央部分には存在しない。このため電界強
度が中央部分でかなり小さくなってしまうので、プラズ
マ密度の面内均一性を高めることは困難となると考えら
れる。In the TM 01 mode, the microwave propagates along the tube wall of the conical waveguide 33 while expanding the electric field region, so that the inner diameter is larger than that of the upper end of the conical waveguide 33. In the large first vacuum chamber 21, the electric field exists in the inner wall portion but does not exist in the central portion. For this reason, the electric field strength becomes considerably small in the central portion, and it is considered difficult to increase the in-plane uniformity of the plasma density.
【0031】一方D2/D1が小さすぎると、つまり急
激に内径D1を大きくし過ぎると、マイクロ波の伝播が
内径D1が大きくなる部分で乱れ過ぎ、軸対称でないモ
−ドが励起されやすく、やはりプラズマ密度の面内均一
性が悪くなると考えられる。On the other hand, if D2 / D1 is too small, that is, if the inner diameter D1 is too large, the microwave propagation is disturbed too much in the portion where the inner diameter D1 becomes large, and a mode that is not axially symmetric is easily excited. It is considered that the in-plane uniformity of the plasma density deteriorates.
【0032】続いて本発明者らが膜厚の面内均一性との
関係でD2/D1の最適化を図るために行った実験例に
ついて説明する。上述の図1に示すプラズマ処理装置を
用い、Arガス及びO2 ガスを所定の流量で内径D1=
250mmの第1の真空室21内に導入すると共に、S
iF4 ガスを所定の流量で第2の真空室22内に導入
し、高周波電力を2500W、バイアス電力を2700
W、成膜温度を400℃、真空容器2内の圧力を0.1
5Paとして、第1の真空室21の入口側の内径D2の
大きさを変えて、上述の実施の形態と同様のプロセス条
件によりSiOF膜を8インチサイズのウエハW上に成
膜し、膜厚の面内均一性を測定した。ここで膜厚の面内
均一性はオプティプロ−ブにより測定した。また第1の
真空室21の内径D1を275mm、300mmとした
場合においても同様の実験を行った。Next, an example of an experiment conducted by the present inventors to optimize D2 / D1 in relation to the in-plane uniformity of film thickness will be described. Using the plasma processing apparatus shown in FIG. 1 described above, the inner diameter of the Ar gas and O 2 gas at a predetermined flow rate D1 =
While being introduced into the first vacuum chamber 21 of 250 mm, S
iF 4 gas is introduced into the second vacuum chamber 22 at a predetermined flow rate, and high frequency power is 2500 W and bias power is 2700.
W, the film forming temperature is 400 ° C., the pressure inside the vacuum container 2 is 0.1
The inner diameter D2 on the inlet side of the first vacuum chamber 21 is changed to 5 Pa, and the SiOF film is formed on the 8-inch wafer W under the same process conditions as in the above-described embodiment. The in-plane uniformity was measured. Here, the in-plane uniformity of film thickness was measured by Optiprobe. The same experiment was performed when the inner diameter D1 of the first vacuum chamber 21 was 275 mm and 300 mm.
【0033】この結果を図5〜図8に示すが、ここで図
5は第1の真空室21の内径D1が250mmの場合、
図6は275mmの場合、図7は300mmの場合を夫
々示しており、図8においては△が250mm、○が2
75mm、□が300mmを夫々示している。The results are shown in FIGS. 5 to 8. Here, FIG. 5 shows that when the inner diameter D1 of the first vacuum chamber 21 is 250 mm,
6 shows a case of 275 mm, and FIG. 7 shows a case of 300 mm. In FIG. 8, Δ is 250 mm and ◯ is 2.
75 mm and □ indicate 300 mm, respectively.
【0034】この結果により、第1の真空室21の内径
D1の大きさにかかわらず、内径D1に対する入口部の
内径D2の大きさの比(D2/D1)が0.8付近のと
きに、SiOF膜の膜厚の面内均一性が最も良くなり、
この値を離れるに連れて面内均一性が悪化することが認
められた。As a result, regardless of the size of the inner diameter D1 of the first vacuum chamber 21, when the ratio (D2 / D1) of the size of the inner diameter D2 of the inlet to the inner diameter D1 is around 0.8, The in-plane uniformity of the thickness of the SiOF film is the best,
It was confirmed that the in-plane uniformity deteriorated as the value was deviated.
【0035】これにより第1の真空室21にて広い面積
に亘って均一性の高いプラズマを発生させるためには、
第1の真空室21の内径D1と第1の真空室21の入口
部内径D2との間には最適な関係が存在することが確認
され、膜厚の面内均一性を20%以下にするためには、
0.75≦D2/D1≦0.85程度にすればよいこと
が認められた。Thus, in order to generate highly uniform plasma over a large area in the first vacuum chamber 21,
It was confirmed that an optimum relationship exists between the inner diameter D1 of the first vacuum chamber 21 and the inlet inner diameter D2 of the first vacuum chamber 21, and the in-plane uniformity of the film thickness is set to 20% or less. In order to
It was found that it is sufficient to set 0.75 ≦ D2 / D1 ≦ 0.85.
【0036】以上において、本発明ではTMモ−ドを伝
送する導波管は実施の形態に記載した構成に限らず、矩
形導波管と内径の異なる複数の円筒形導波管を組み合わ
せた構成のものであってもよいし、TMモ−ドの高次モ
−ドは、TM02モ−ドに限らず、TM03モ−ド等であっ
てもよい。また本発明はSiOF膜の成膜処理に限られ
るものではなく、例えばSiO2 膜やCF膜(フッ素添
加カ−ボン膜)等の成膜処理に適用してもよいし、エッ
チング処置等に適用するようにしてもよい。In the above, the waveguide for transmitting the TM mode in the present invention is not limited to the configuration described in the embodiment, but a configuration in which a rectangular waveguide and a plurality of cylindrical waveguides having different inner diameters are combined. The TM mode is not limited to the TM 02 mode but may be the TM 03 mode or the like. Further, the present invention is not limited to the film forming process of the SiOF film, but may be applied to the film forming process of, for example, the SiO 2 film or the CF film (fluorine-containing carbon film) or the etching process. You may do it.
【0037】[0037]
【発明の効果】本発明のプラズマ処理装置によれば、広
い面積に亘って均一性の高いプラズマを発生させること
ができるので、プラズマ処理の面内均一性を高めること
ができる。According to the plasma processing apparatus of the present invention, since highly uniform plasma can be generated over a wide area, the in-plane uniformity of plasma processing can be improved.
【図1】本発明のプラズマ処理装置の一実施の形態を示
す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a plasma processing apparatus of the present invention.
【図2】前記プラズマ処理装置で用いられる導波管の一
例を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing an example of a waveguide used in the plasma processing apparatus.
【図3】前記プラズマ処理装置のマイクロ波の入口部付
近の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view near a microwave inlet of the plasma processing apparatus.
【図4】マイクロ波の伝播を説明するための断面図であ
る。FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining propagation of microwaves.
【図5】D1=250mmの場合のD2/D1と膜厚の
面内均一性との関係を示す特性図である。FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between D2 / D1 and in-plane uniformity of film thickness when D1 = 250 mm.
【図6】D1=275mmの場合のD2/D1と膜厚の
面内均一性との関係を示す特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between D2 / D1 and in-plane uniformity of film thickness when D1 = 275 mm.
【図7】D1=300mmの場合のD2/D1と膜厚の
面内均一性との関係を示す特性図である。FIG. 7 is a characteristic diagram showing a relationship between D2 / D1 and in-plane uniformity of film thickness when D1 = 300 mm.
【図8】D2/D1と膜厚の面内均一性との関係を示す
特性図である。FIG. 8 is a characteristic diagram showing a relationship between D2 / D1 and in-plane uniformity of film thickness.
【図9】従来のプラズマ処理装置を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a conventional plasma processing apparatus.
【図10】TE11モ−ドを説明するための断面図であ
る。FIG. 10 is a sectional view for explaining a TE 11 mode.
【図11】TM01モ−ドを説明するための断面図であ
る。FIG. 11 is a sectional view for explaining the TM 01 mode.
2 真空容器 21 第1の真空室 22 第2の真空室 23 透過窓 24 支持リング 3 導波管 31 矩形導波管 32 円筒形導波管 33 円錐形導波管 34 高周波電源部 54 主電磁コイル 6 載置台 W 半導体ウエハ 2 vacuum container 21 First vacuum chamber 22 Second vacuum chamber 23 Transparent window 24 Support ring 3 Waveguide 31 Rectangular Waveguide 32 cylindrical waveguide 33 Conical Waveguide 34 High frequency power supply 54 Main electromagnetic coil 6 Mounting table W semiconductor wafer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−45098(JP,A) 特開 平2−119100(JP,A) 特開 平6−34238(JP,A) 特開 平6−104096(JP,A) 特開 平7−142196(JP,A) 特開 平8−236297(JP,A) 特開 平10−150031(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05H 1/46 C23C 16/50 H01L 21/205 H01L 21/31 C23F 4/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-6-45098 (JP, A) JP-A-2-119100 (JP, A) JP-A-6-34238 (JP, A) JP-A-6- 104096 (JP, A) JP-A-7-142196 (JP, A) JP-A-8-236297 (JP, A) JP-A-10-150031 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H05H 1/46 C23C 16/50 H01L 21/205 H01L 21/31 C23F 4/00
Claims (2)
窓が一端に設けられた円筒状の真空室を備え、被処理基
板の載置台が内部に設けられた真空容器と、前記真空容
器内に磁界を形成するための磁界形成手段と、前記真空
室内に高周波をTMモ−ドで前記透過窓を介して供給す
るための高周波供給手段と、を備え、高周波と磁界との
電子サイクロトロン共鳴により処理ガスをプラズマ化
し、そのプラズマにより被処理基板に対して処理を行う
プラズマ処理装置において、 前記真空室の内径をD1とし、前記透過窓の高周波の出
口部の口径をD2とすると、0.75≦D2/D1≦
0.85であることを特徴とするプラズマ処理装置。1. A vacuum container having a cylindrical vacuum chamber having a circular plate-shaped transmission window for transmitting a high frequency at one end thereof, and a mounting table for a substrate to be processed provided therein, and the vacuum container. A magnetic field forming means for forming a magnetic field therein, and a high frequency supplying means for supplying a high frequency into the vacuum chamber in the TM mode through the transmission window, and electron cyclotron resonance between the high frequency and the magnetic field. In the plasma processing apparatus for converting the processing gas into plasma by the above, and processing the substrate to be processed by the plasma, if the inner diameter of the vacuum chamber is D1 and the diameter of the high frequency outlet of the transmission window is D2, then 0. 75 ≦ D2 / D1 ≦
The plasma processing apparatus is 0.85.
とを特徴とする請求項1記載のプラズマ処理装置。2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the TM mode is a TM 01 mode.
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