JP3089925B2 - Plasma processing apparatus and plasma processing method using the apparatus - Google Patents
Plasma processing apparatus and plasma processing method using the apparatusInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はプラズマ処理装置及び該
装置を用いたプラズマ処理方法に関し、より詳細には試
料に対してエッチング、薄膜形成等のプラズマ処理を施
すためのプラズマ処理装置及び該装置を用いたプラズマ
処理方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method using the apparatus, and more particularly, to a plasma processing apparatus and apparatus for performing plasma processing such as etching and thin film formation on a sample. And a plasma processing method using the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、減圧下にある真空容器内に高周波
等を供給してガス放電を起こさせてプラズマを発生さ
せ、該プラズマを試料表面に照射することによりエッチ
ングや薄膜形成等の処理を行う方法およびその装置は、
高集積半導体素子等の製造に欠かせないものとして、盛
んに研究開発が進められている。2. Description of the Related Art In recent years, a plasma is generated by supplying a high frequency or the like into a vacuum vessel under a reduced pressure to generate a gas discharge, and the plasma is irradiated onto a sample surface to perform processing such as etching and thin film formation. The method of performing and the apparatus
Research and development are being actively pursued as indispensable for the production of highly integrated semiconductor elements and the like.
【0003】このような装置として、高周波を用いた平
行平板型反応性イオンエッチング(RIE;Reactive I
on Etching)装置、平行平板型スパッタ装置や、高周波
及び磁場を用いたマグネトロンRIE装置などが挙げら
れる。また、マイクロ波及び磁場を用いることにより低
ガス圧力領域で活性度の高いプラズマを発生させること
のできる装置として、有磁場マイクロ波プラズマ処理装
置や電子サイクロトロン共鳴励起(ECR:Electron C
yclotron Resonance)プラズマ処理装置は特に将来的に
も有望視されている。As such an apparatus, a parallel plate type reactive ion etching (RIE; Reactive I
on Etching) apparatus, a parallel plate type sputtering apparatus, a magnetron RIE apparatus using a high frequency and a magnetic field, and the like. Further, as a device capable of generating highly active plasma in a low gas pressure region by using a microwave and a magnetic field, a magnetic field microwave plasma processing device and an electron cyclotron resonance excitation (ECR: Electron C
(Yclotron Resonance) Plasma processing equipment is particularly promising in the future.
【0004】上記した各種装置を用い、試料表面にプラ
ズマ処理を施す場合、特に反応容器、防着板、ターゲッ
ト、電力導入用電極等のプラズマに曝される部材がプラ
ズマ照射を受けることにより蓄熱し、前記試料の処理枚
数の増加に伴って前記部材の温度が次第に上昇する。こ
れに起因してプラズマ処理速度やエッチング選択比が変
化するという問題があった。例えば酸化膜のエッチング
装置においては、CF4 等のガスをエッチングガスとし
て用いるが、この分解物であるCが通常プラズマ生成室
内に付着する。このCの付着量は温度に依存し、前記部
材の温度が上がると付着量は減少する。このため連続処
理条件下では、プラズマ生成室部材へのCの付着量が減
少し、代わって試料へのCの付着量が増加し、前記試料
のエッチング速度が低下する。[0004] When plasma treatment is performed on a sample surface using the above-described various devices, in particular, members exposed to plasma, such as a reaction vessel, an anti-adhesion plate, a target, and an electrode for power introduction, receive heat by receiving plasma irradiation. As the number of samples processed increases, the temperature of the member gradually increases. This causes a problem that the plasma processing speed and the etching selectivity change. For example, in an oxide film etching apparatus, a gas such as CF 4 is used as an etching gas, and C, which is a decomposition product, usually adheres to the plasma generation chamber. The amount of C deposited depends on the temperature, and decreases as the temperature of the member increases. For this reason, under continuous processing conditions, the amount of C attached to the plasma generation chamber member decreases, and instead, the amount of C attached to the sample increases, and the etching rate of the sample decreases.
【0005】上記問題を解決するために、プラズマに曝
される部材の温度を熱媒体により一定に調節するプラズ
マエッチング方法(特開平4−256316号公報)
や、反応容器の内壁がペルチェ効果を生ずる部材で覆わ
れたプラズマ処理装置(特開平4ー209528号公
報)が提案されている。In order to solve the above problem, a plasma etching method for controlling the temperature of a member exposed to plasma to a constant value using a heat medium (Japanese Patent Laid-Open No. 4-256316).
Also, a plasma processing apparatus in which the inner wall of a reaction vessel is covered with a member that generates the Peltier effect (Japanese Patent Laid-Open No. 4-209528) has been proposed.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上記した特開平4−2
56316号公報記載の方法においては、例えばプラズ
マ生成室を二重構造とし、その間に80℃程度の熱媒体
を流通させ、前記プラズマ生成室を設定温度に保ち、エ
ッチング速度及び選択比を一定に保持しようとしてい
る。SUMMARY OF THE INVENTION The above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 4-2
In the method described in Japanese Patent No. 56316, for example, the plasma generation chamber has a double structure, a heating medium of about 80 ° C. is circulated therebetween, the plasma generation chamber is maintained at a set temperature, and the etching rate and the selectivity are kept constant. Trying to.
【0007】しかしながら、このような熱媒体の循環に
よる温度制御では、前記プラズマ生成室内で発生する熱
量に比較し、前記熱媒体の熱輸送量が少ないため、前記
プラズマ生成室内壁の温度が飽和するときプラズマ処理
に好ましい温度条件とすべく熱媒体の温度を低く設定し
た場合、前記内壁の温度が飽和するまでに時間がかか
り、この間はプラズマ処理速度に変化が現れる。他方、
早めに前記内壁の温度がプラズマ処理に好ましい温度条
件となるように、熱媒体の温度をやや高く設定した場
合、前記内壁の温度がプラズマ処理に好ましい温度条件
となった後も徐々に上昇を続け、飽和温度が予想以上に
高くなり、好ましいプラズマ処理条件を得られないとい
う課題があった。However, in such temperature control by circulation of the heat medium, the temperature of the wall of the plasma generation chamber is saturated because the heat transport amount of the heat medium is smaller than the heat generated in the plasma generation chamber. When the temperature of the heat medium is set low so as to be a preferable temperature condition for the plasma processing, it takes time until the temperature of the inner wall is saturated, and during this time, the plasma processing speed changes. On the other hand,
If the temperature of the heat medium is set to be slightly higher so that the temperature of the inner wall becomes a favorable temperature condition for plasma processing as soon as possible, the temperature of the inner wall gradually increases even after the temperature of the inner wall becomes a favorable temperature condition for plasma processing. However, there has been a problem that the saturation temperature becomes higher than expected, and favorable plasma processing conditions cannot be obtained.
【0008】また、反応容器内の構成部材、例えばスパ
ッタ装置のターゲット等においても同様の課題があっ
た。[0008] Similar problems have also been encountered with constituent members in a reaction vessel, such as a target of a sputtering apparatus.
【0009】また、特開平4ー209528号公報記載
のプラズマ処理装置においては、前記反応容器の内壁が
前記ペルチェ効果を生ずる部材で覆われており、この部
材の吸熱反応によりプラズマ処理中の前記反応容器が冷
却されるものの、該反応容器内壁の温度を所望の設定温
度に正確に制御することができるようなものではなく、
やはり前記反応容器の温度を所望の温度に維持すること
は難しいという問題があった。In the plasma processing apparatus described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-209528, the inner wall of the reaction vessel is covered with a member generating the Peltier effect, and the endothermic reaction of the member causes the reaction during the plasma processing. Although the vessel is cooled, the temperature of the inner wall of the reaction vessel is not accurately controlled to a desired set temperature,
Again, there was a problem that it was difficult to maintain the temperature of the reaction vessel at a desired temperature.
【0010】また、平行平板型RIE装置におけるアー
ス電極においても、該アース電極下面の温度が20℃以
上変動することがあり、この場合、プロセスの再現性が
得られないという課題があった。[0010] Also, in the case of a ground electrode in a parallel plate type RIE apparatus, the temperature of the lower surface of the ground electrode may fluctuate by 20 ° C or more, and in this case, there is a problem that reproducibility of the process cannot be obtained.
【0011】本発明は上記課題に鑑みてなされたもので
あって、プラズマに曝される部分の温度を処理に適した
所望温度に迅速に設定して維持し、プラズマ処理速度を
一定にすることができ、またエッチングプロセスの再現
性を良好にすることができるプラズマ処理装置及び該装
置を用いたプラズマ処理方法を提供することを目的とし
ている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to quickly set and maintain the temperature of a portion exposed to plasma to a desired temperature suitable for processing and to make the plasma processing speed constant. It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus capable of improving the reproducibility of an etching process and a plasma processing method using the apparatus.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】図1は各種の方式・冷媒
(熱媒体)による熱伝達係数を示したグラフである。図
1から明らかなように熱伝達係数は、気相よりも液相の
方が大きく、さらに液相の自然対流・強制対流よりも沸
騰伝熱の方が大きいことがわかる。このように、直接蒸
発冷却(沸とう伝熱)方式では極めて効率的に熱を伝達
することができる。FIG. 1 is a graph showing heat transfer coefficients of various types and refrigerants (heat mediums). As is clear from FIG. 1, the heat transfer coefficient of the liquid phase is larger than that of the gas phase, and the boiling heat transfer is larger than the natural convection and forced convection of the liquid phase. Thus, heat can be transferred very efficiently in the direct evaporative cooling (boiling heat transfer) system.
【0013】また、一つの物質の液相と気相とが熱平衡
にあって共存するときにおいては、前記両相の温度を沸
点近傍で恒温に維持することができる。When the liquid phase and the gas phase of one substance are in thermal equilibrium and coexist, the temperatures of the two phases can be kept constant near the boiling point.
【0014】本発明者は、直接蒸発冷却方式では熱伝達
量を大きくすることができる点と、沸点近傍で正確に恒
温維持することができる点とに着目した。The present inventors have paid attention to the point that the heat transfer amount can be increased in the direct evaporative cooling system and that the constant temperature can be accurately maintained near the boiling point.
【0015】すなわち、上記課題を解決するために本発
明に係るプラズマ処理装置(1)は、その内部において
試料を処理するための反応容器と、該反応容器の周囲壁
の少なくとも一部に内設された恒温媒体室と、該恒温媒
体室に連通した液化室と、前記恒温媒体室内に封入され
る媒体を加熱するための加熱手段と、前記恒温媒体室内
で気化した媒体を液化するための冷却手段とを備えてい
ることを特徴としている。That is, in order to solve the above-mentioned problems, a plasma processing apparatus (1) according to the present invention includes a reaction vessel for processing a sample therein, and a plasma processing apparatus (1) provided inside at least a part of a peripheral wall of the reaction vessel. A constant temperature medium chamber, a liquefaction chamber communicating with the constant temperature medium chamber, heating means for heating the medium sealed in the constant temperature medium chamber, and cooling for liquefying the vaporized medium in the constant temperature medium chamber. Means.
【0016】前記反応容器の周囲壁の材料としては、熱
伝導性のよい耐プラズマ性の材料を用いる必要がある。As a material for the peripheral wall of the reaction vessel, it is necessary to use a plasma-resistant material having good thermal conductivity.
【0017】また、前記恒温媒体室は大気圧以上に耐え
得る密閉室形式であっても、または図2に示したように
反応容器16の周囲壁内に形成された液化室11eに膨
張室11iが連設され、恒温媒体室11aの圧力が制御
可能に構成されていてもよい。The constant temperature medium chamber may be of a closed chamber type capable of withstanding atmospheric pressure or higher, or may be provided with an expansion chamber 11i in a liquefaction chamber 11e formed in the peripheral wall of the reaction vessel 16 as shown in FIG. May be connected so that the pressure of the constant temperature medium chamber 11a can be controlled.
【0018】前記媒体としては、前記反応容器の周囲壁
の材料と反応しにくく、かつ目的とするプラズマ処理の
最適温度近傍の沸点を有する媒体を選ぶ必要があり、例
えばフッ素系不活性液体や水等が挙げられる。As the medium, it is necessary to select a medium which does not easily react with the material of the peripheral wall of the reaction vessel and has a boiling point near an optimum temperature for the target plasma treatment. And the like.
【0019】また前記加熱手段の一例としてヒータが挙
げられる。このヒータは前記恒温媒体室内の恒温媒体に
浸かる位置に配設されるのが好ましい。A heater is an example of the heating means. This heater is preferably disposed at a position soaked in a constant temperature medium in the constant temperature medium chamber.
【0020】さらに前記冷却手段の一例として冷却パイ
プが挙げられる。A cooling pipe is an example of the cooling means.
【0021】また本発明に係るプラズマ処理装置(2)
は、その内部において試料を処理するための反応容器
と、該反応容器内に配設された構成部材と、該構成部材
の少なくとも一部に内設された恒温媒体室と、該恒温媒
体室に連通した液化室と、前記恒温媒体室内に封入され
る媒体を加熱するための加熱手段と、前記恒温媒体室内
で気化した媒体を液化するための冷却手段とを備えてい
ることを特徴としている。Further, a plasma processing apparatus (2) according to the present invention.
Is a reaction vessel for processing a sample therein, a component disposed in the reaction vessel, a constant temperature medium chamber provided in at least a part of the component, and a constant temperature medium chamber. It is characterized by comprising a communicating liquefaction chamber, heating means for heating the medium sealed in the constant temperature medium chamber, and cooling means for liquefying the medium vaporized in the constant temperature medium chamber.
【0022】前記構成部材としては、前記反応容器内に
おいてプラズマに曝される試料以外の部材、すなわち金
属製もしくは絶縁物質製の防着板、プラズマスパッタ装
置等で用いられるターゲット(金属製もしくは絶縁物質
製を問わず)、あるいは平行平板型のプラズマ処理装置
における電極等が挙げられる。The constituent members include members other than the sample which is exposed to the plasma in the reaction vessel, that is, a metal or insulating material deposition plate, a target (metal or insulating material) used in a plasma sputtering apparatus or the like. Irrespective of the product) or an electrode in a parallel plate type plasma processing apparatus.
【0023】前記構成部材の材料としては、やはり熱伝
導性のよい耐プラズマ性の材料を用いる必要がある。It is necessary to use a plasma-resistant material having good thermal conductivity as the material of the constituent members.
【0024】また本発明に係るプラズマ処理方法は、上
記プラズマ処理装置(1)または(2)を用い、前記恒
温媒体室内に封入された媒体を前記加熱手段を用いて媒
体の沸点近傍の温度まで加熱するとともに、前記恒温媒
体室内で気化した媒体を前記冷却手段を用いて冷却して
液化しつつ、前記反応容器内においてプラズマを生成し
て前記試料を処理することを特徴としている。Further, in the plasma processing method according to the present invention, using the above-described plasma processing apparatus (1) or (2), the medium sealed in the constant temperature medium chamber is heated to a temperature near the boiling point of the medium using the heating means. The method is characterized in that the sample is processed by generating plasma in the reaction vessel while heating and cooling and liquefying the medium vaporized in the constant temperature medium chamber using the cooling means.
【0025】[0025]
【作用】上記構成のプラズマ処理装置(1)によれば、
所望処理温度近傍の沸点を有する媒体を前記恒温媒体室
内に封入し、予め前記加熱手段により媒体を媒体の沸点
近傍まで加熱しておくことにより、前記周囲壁がプラズ
マ処理中にプラズマ照射を受けて加熱されると、直接蒸
発方式の蒸発潜熱により前記周囲壁からは大量の熱が奪
われる。一方媒体は沸騰・気化すると共に、気化した媒
体は前記冷却手段を用いて液化され、媒体の温度が沸点
近傍で恒温維持される。その結果、前記周囲壁が短時間
で処理に適した所望温度になると共に処理回数を重ねて
も所望温度で安定することとなり、プラズマ処理速度が
一定に維持される。According to the plasma processing apparatus (1) having the above structure,
A medium having a boiling point near the desired processing temperature is sealed in the constant temperature medium chamber, and the medium is heated to near the boiling point of the medium by the heating means in advance, so that the peripheral wall receives plasma irradiation during plasma processing. When heated, a large amount of heat is taken from the surrounding wall by the latent heat of evaporation of the direct evaporation method. On the other hand, the medium boils and vaporizes, and the vaporized medium is liquefied using the cooling means, and the temperature of the medium is maintained at a constant temperature near the boiling point. As a result, the peripheral wall becomes a desired temperature suitable for the processing in a short time and becomes stable at the desired temperature even if the number of times of the processing is repeated, so that the plasma processing speed is kept constant.
【0026】また上記構成のプラズマ処理装置(2)に
よれば、前記構成部材が上記したプラズマ処理装置
(1)における前記反応容器の周囲壁と略同様の作用を
受けて恒温に維持される。Further, according to the plasma processing apparatus (2) having the above configuration, the constituent members are maintained at a constant temperature by receiving substantially the same action as the peripheral wall of the reaction vessel in the plasma processing apparatus (1).
【0027】さらに上記構成のプラズマ処理方法によれ
ば、前記媒体として所望処理温度近傍の沸点を有する媒
体を用いることにより、前記周囲壁又は前記構成部材が
プラズマ処理中にプラズマ照射を受けて加熱されても、
直接蒸発方式の蒸発潜熱により前記周囲壁又は前記構成
部材からは大量の熱が奪われる。そして媒体は沸騰・気
化すると共に前記冷却手段により冷却されて液化され、
媒体の温度が沸点近傍で恒温維持される。その結果、前
記周囲壁又は前記構成部材が短時間で処理に適した所望
温度に設定されると共に処理回数を重ねても所望温度で
安定することとなり、プラズマ処理速度が一定に維持さ
れる。Further, according to the plasma processing method having the above-described structure, by using a medium having a boiling point near a desired processing temperature as the medium, the peripheral wall or the constituent member is heated by receiving plasma irradiation during the plasma processing. Even
A large amount of heat is taken from the peripheral wall or the constituent members by the latent heat of evaporation of the direct evaporation method. The medium boils and vaporizes, and is cooled and liquefied by the cooling means,
The temperature of the medium is kept constant near the boiling point. As a result, the peripheral wall or the constituent members are set to a desired temperature suitable for processing in a short time, and are stabilized at the desired temperature even if the number of times of processing is repeated, and the plasma processing speed is maintained constant.
【0028】[0028]
【実施例及び比較例】以下、本発明に係るプラズマ処理
装置及び該装置を用いたプラズマ処理方法の実施例及び
比較例を図面に基づいて説明する。Examples and Comparative Examples Hereinafter, examples and comparative examples of a plasma processing apparatus according to the present invention and a plasma processing method using the apparatus will be described with reference to the drawings.
【0029】[実施例1]図3は、実施例1に係るEC
Rを利用したプラズマ処理装置の模式的断面図であり、
図中10はプラズマ処理装置を、16は反応容器をそれ
ぞれ示している。反応容器16はプラズマ生成室11及
び試料室13を構成しており、プラズマ生成室11の周
囲壁11wは二重構造となっており、その内部には液体
状態の媒体が気体層を残すように封入され、媒体の液体
層収容部分が恒温媒体室11aとなっており、媒体の気
体層収容部分が液化室11eとなっている。恒温媒体室
11aの下部には媒体に浸かるようにヒーター11fが
配設され、ヒーター11fにより媒体が加熱されるよう
になっている。また、液化室11eには例えば20℃の
所定温度に設定された冷却水が流通する冷却パイプ11
hが配設され、冷却パイプ11hにより気化した媒体が
液化されるようになっている。また、液化室11eには
ベローズタイプの膨張室11iが配管11jを介して接
続されており、この膨張室11iにより媒体の蒸発・気
化に伴う圧力上昇が緩和され、恒温媒体室11a及び液
化室11eの圧力が調節されるようになっている。[Embodiment 1] FIG. 3 shows an EC according to Embodiment 1.
FIG. 2 is a schematic sectional view of a plasma processing apparatus using R,
In the figure, reference numeral 10 denotes a plasma processing apparatus, and reference numeral 16 denotes a reaction vessel. The reaction vessel 16 constitutes a plasma generation chamber 11 and a sample chamber 13, and a peripheral wall 11w of the plasma generation chamber 11 has a double structure so that a medium in a liquid state leaves a gas layer therein. Enclosed, the liquid layer accommodating portion of the medium is a constant temperature medium chamber 11a, and the gas layer accommodating portion of the medium is a liquefaction chamber 11e. A heater 11f is provided below the constant temperature medium chamber 11a so as to be immersed in the medium, and the medium is heated by the heater 11f. Further, a cooling pipe 11 through which cooling water set at a predetermined temperature of, for example, 20 ° C. flows through the liquefaction chamber 11e.
h is disposed, and the vaporized medium is liquefied by the cooling pipe 11h. Further, a bellows type expansion chamber 11i is connected to the liquefaction chamber 11e via a pipe 11j, and the expansion chamber 11i mitigates a pressure rise due to evaporation and vaporization of the medium, and the constant temperature medium chamber 11a and the liquefaction chamber 11e. Pressure is adjusted.
【0030】また、プラズマ生成室11の上部壁中央に
は石英ガラス板11bにより封止されたマイクロ波導入
口11cが形成され、さらに下部壁中央のマイクロ波導
入口11cと対向する位置にはプラズマ引き出し窓11
dが形成されている。マイクロ波導入口11cには他端
がマイクロ波発振器(図示せず)に接続された導波管1
2の一端が接続され、またプラズマ引き出し窓11dに
臨ませて試料室13が配設されている。さらにプラズマ
生成室11及びこれに接続された導波管12の一端部に
わたってこれらを囲繞する態様でこれらと同心状に励磁
コイル14が配設されている。A microwave inlet 11c sealed with a quartz glass plate 11b is formed at the center of the upper wall of the plasma generation chamber 11, and a plasma extraction window is provided at a position facing the microwave inlet 11c at the center of the lower wall. 11
d is formed. A waveguide 1 having the other end connected to a microwave oscillator (not shown) at a microwave inlet 11c.
2 is connected to one end, and a sample chamber 13 is provided facing the plasma extraction window 11d. Further, an excitation coil 14 is disposed concentrically with the plasma generation chamber 11 and the waveguide 12 connected thereto so as to surround them over one end thereof.
【0031】一方、試料室13内にはプラズマ引き出し
窓11dと対向する位置に試料Sを載置するための試料
台15が配設され、試料室13の下部壁には図示しない
排気装置に接続される排気口13aが形成されている。
また図中11gはプラズマ生成室11に連なるガス供給
系を示しており、13gは試料室13に連なるガス供給
系を示している。On the other hand, a sample table 15 for mounting the sample S is provided in the sample chamber 13 at a position facing the plasma extraction window 11d, and a lower wall of the sample chamber 13 is connected to an exhaust device (not shown). Exhaust port 13a is formed.
In the figure, 11 g indicates a gas supply system connected to the plasma generation chamber 11, and 13 g indicates a gas supply system connected to the sample chamber 13.
【0032】媒体としては、プラズマ処理に適する温度
近傍の沸点を有する媒体を用いる必要があり、ここで
は、不活性で金属とも反応せず、かつ電気伝導性もな
く、しかも不燃性で変質しないという優れた特性を有す
るフッ素系不活性液体フロリナート(米国スリーエム社
商標名、C−F構造のみの有機化合物)であって、表1
に示した沸点が215℃のFC−70を用いた。As the medium, it is necessary to use a medium having a boiling point near the temperature suitable for plasma treatment. In this case, the medium is inert, does not react with metals, has no electric conductivity, and is nonflammable and does not deteriorate. Table 1 is a fluorine-based inert liquid fluorinate (trade name of 3M, an organic compound having only a CF structure) having excellent properties.
Was used and the boiling point was 215 ° C.
【0033】[0033]
【表1】 [Table 1]
【0034】このように構成されたプラズマ処理装置1
0を用い、試料S表面にプラズマ処理を施す場合、まず
ヒータ11fを用いて恒温媒体室11a内の媒体を媒体
の沸点よりやや低い温度、例えば約210℃まで加熱
し、プラズマ生成室11の周囲壁11wの温度をプラズ
マ処理に適した温度近傍にしておく。また、冷却パイプ
11hに約20℃の水を流通させる。この後、プラズマ
生成室11及び試料室13内を所定の真空度に設定し、
プラズマ生成室11又は試料室13内にガス供給系11
g又はガス供給系13gを通じて所要のガス圧力が得ら
れるようにガスを供給し、励磁コイル14により電子サ
イクロトロン共鳴励起に必要な磁界を形成しつつマイク
ロ波導入口11cを通じてプラズマ生成室11内にマイ
クロ波を導入し、プラズマ生成室11を空洞共振器とし
てガスを共鳴励起させ、プラズマを生成させる。生成し
たプラズマは励磁コイル14により形成される試料室1
3側に向かうに従い磁束密度が低下する発散磁界によっ
て試料室13内の試料S及び試料S周辺に投射せしめら
れ、試料S表面にプラズマ処理を施す。The plasma processing apparatus 1 configured as described above
In the case of performing plasma processing on the surface of the sample S using 0, the medium in the constant temperature medium chamber 11a is first heated to a temperature slightly lower than the boiling point of the medium, for example, about 210 ° C., using the heater 11f. The temperature of the wall 11w is set near a temperature suitable for plasma processing. In addition, water of about 20 ° C. is passed through the cooling pipe 11h. Thereafter, the insides of the plasma generation chamber 11 and the sample chamber 13 are set to a predetermined degree of vacuum,
Gas supply system 11 in plasma generation chamber 11 or sample chamber 13
g or a gas supply system 13g to supply a gas so as to obtain a required gas pressure, and generate a magnetic field required for electron cyclotron resonance excitation by the excitation coil 14 while the microwaves enter the plasma generation chamber 11 through the microwave introduction port 11c. Is introduced and the gas is resonantly excited using the plasma generation chamber 11 as a cavity resonator to generate plasma. The generated plasma is applied to the sample chamber 1 formed by the exciting coil 14.
The diverging magnetic field whose magnetic flux density decreases toward the third side is projected onto the sample S and around the sample S in the sample chamber 13, and the surface of the sample S is subjected to plasma processing.
【0035】図4は実施例1に係るプラズマ処理装置1
0を用いた上記方法により、試料S表面に形成された酸
化シリコン膜にエッチング処理を施し、前記酸化シリコ
ン膜のエッチング速度の経時変化を調べた結果を示した
グラフである。また図4には合わせて、比較例として従
来の約80℃の流通水でプラズマ生成室の温度制御を行
う特開平4−256316号公報記載のプラズマ処理方
法を実施し、同様に試料S表面に形成された酸化シリコ
ン膜にエッチング処理を施し、エッチング速度の経時変
化を調べた結果を示した。FIG. 4 shows a plasma processing apparatus 1 according to the first embodiment.
7 is a graph showing a result of performing an etching process on a silicon oxide film formed on the surface of a sample S and examining a change over time in an etching rate of the silicon oxide film by the above-described method using 0. 4, a plasma processing method described in JP-A-4-256316 was conducted as a comparative example in which the temperature of the plasma generation chamber was controlled with flowing water at about 80 ° C. as a comparative example. The results obtained by subjecting the formed silicon oxide film to an etching treatment and examining the change over time in the etching rate are shown.
【0036】エッチング処理条件はマイクロ波電力を
1.5kWに、試料室13の圧力を5mTorrに、エ
ッチングガス(CF4 及びCHF3 の混合ガス)の流量
を50sccmにそれぞれ設定した。またグラフにおけ
る縦軸は、試料Sの処理枚数1枚目における酸化シリコ
ン膜のエッチング速度を1.0とした場合の相対エッチ
ング速度を示している。The etching conditions were such that the microwave power was 1.5 kW, the pressure in the sample chamber 13 was 5 mTorr, and the flow rate of the etching gas (mixed gas of CF 4 and CHF 3 ) was 50 sccm. The vertical axis in the graph indicates the relative etching rate when the etching rate of the silicon oxide film for the first processed sample S is 1.0.
【0037】図4から明らかなように実施例に係るプラ
ズマ処理装置10を用いたエッチング処理方法による場
合は、前記酸化シリコン膜の相対エッチング速度は処理
枚数が40枚目まで約1.0とほとんど変化しておら
ず、エッチング処理速度の経時変化はほとんどなかっ
た。これに対して比較例に係るエッチング処理方法によ
る場合は、処理枚数が10枚目までは次第に下がってい
き、10枚目以降は約0.8程度と低くなり、この後も
徐々にエッチング処理速度の経時変化が発生している。
このように、恒温媒体室11a内に封入された媒体を予
め加熱すると共に恒温媒体室11a内で気化した媒体を
液化することにより、プラズマ生成室11の周囲壁11
wの温度をプラズマ処理に適した温度近傍で一定に調節
し、試料SへのCの付着量を減らしてプラズマ処理速度
を一定に維持することができた。As apparent from FIG. 4, when the etching method using the plasma processing apparatus 10 according to the embodiment is used, the relative etching rate of the silicon oxide film is almost 1.0, ie, about 1.0, until the number of processed silicon oxide films reaches 40. There was no change, and there was almost no change over time in the etching rate. On the other hand, in the case of the etching method according to the comparative example, the number of processed wafers gradually decreases until the tenth wafer, and becomes as low as about 0.8 after the tenth wafer. Changes with time.
As described above, the medium enclosed in the constant temperature medium chamber 11a is preliminarily heated and the medium vaporized in the constant temperature medium chamber 11a is liquefied, so that the peripheral wall 11 of the plasma generation chamber 11 is liquefied.
The temperature of w was adjusted to be constant near a temperature suitable for the plasma processing, and the amount of C adhering to the sample S was reduced, so that the plasma processing speed could be maintained at a constant rate.
【0038】次に、試料S表面に形成されたレジストパ
ターンを有する酸化シリコン膜に、図4の場合と同様の
エッチング処理条件にてエッチングを行い、この処理を
40枚の試料Sに行った場合における対レジスト選択比
(酸化シリコン膜エッチング速度/レジスト膜エッチン
グ速度)の経時変化を調べ、その結果を図5に示す。こ
こでは、試料Sの処理枚数1枚目における対レジスト選
択比を1.0とした場合の相対選択比を縦軸にとってい
る。Next, the silicon oxide film having the resist pattern formed on the surface of the sample S is etched under the same etching conditions as in FIG. 4, and this process is performed on 40 samples S. Over time, the selectivity to resist (etching rate of silicon oxide film / etching rate of resist film) was examined. The results are shown in FIG. Here, the vertical axis indicates the relative selectivity when the resist selectivity for the first processed number of samples S is 1.0.
【0039】図5から明らかなように実施例では、相対
選択比は処理枚数が40枚まで約1.0とほとんど変化
しておらず、対レジスト選択比の経時変化はほとんどな
かったのに対し、従来例では、相対選択比は処理枚数が
増加するにつれて次第に増加して10枚目で約1.8と
大きな値となり、この後も徐々に増加しており、相対選
択比の経時変化が発生している。このように、恒温媒体
室11a内に封入された媒体を予め加熱すると共に恒温
媒体室11a内で気化した媒体を液化することにより、
試料SへのCの付着量を減らして試料Sにおける対レジ
スト選択比をほぼ一定に維持することができた。As is clear from FIG. 5, in the embodiment, the relative selection ratio hardly changed to about 1.0 until the number of processed sheets was 40, and the resist selection ratio hardly changed with time. However, in the conventional example, the relative selection ratio gradually increases as the number of processed sheets increases and reaches a large value of about 1.8 at the tenth sheet, and thereafter gradually increases. doing. As described above, by preheating the medium sealed in the constant temperature medium chamber 11a and liquefying the vaporized medium in the constant temperature medium chamber 11a,
By reducing the amount of C attached to the sample S, the resist-to-resist selectivity of the sample S could be kept almost constant.
【0040】図6は図4の場合と同様のエッチング処理
を80枚の試料Sに施し、パーティクル数の経時変化を
調べた結果を示したグラフである。FIG. 6 is a graph showing the results obtained by subjecting 80 samples S to the same etching treatment as in FIG. 4 and examining the change over time in the number of particles.
【0041】図6から明らかなように実施例では、パー
ティクル数は少ない値で維持されており、パーティクル
数の経時変化はほとんどなかった。これに対して従来例
では、パーティクル数は処理枚数が20枚目まで次第に
増加し、25枚目では約100個と急増しており、その
後はほぼ一定して約40個程度と多く、さらに65枚目
で約180個と突発的に増加した後もかなり多い値とな
っており、パーティクル数の経時変化が発生している。
このような変化は、プラズマのon−offと共に起こ
る周囲壁11wの温度変化によるストレスで周囲壁11
wに付着した反応生成物が剥離しやすく、また該反応生
成物の膜厚がある程度以上になると自重により多量の前
記反応生成物が剥離して突発的にパーティクル数が増加
するために起こると考えられる。このように、恒温媒体
室11a内に封入された媒体を予め加熱すると共に恒温
媒体室11a内で気化した媒体を液化することにより、
周囲壁11wの温度をプラズマのon−offに関係な
く一定に調節し、周囲壁11wの温度変化による前記反
応生成物の剥離を阻止し、処理枚数の増加に伴うパーテ
ィクル数の増加を防止することができた。As is apparent from FIG. 6, in the example, the number of particles was maintained at a small value, and the number of particles hardly changed with time. On the other hand, in the conventional example, the number of particles increases gradually until the number of processed particles reaches the 20th, increases rapidly to about 100 at the 25th, and thereafter increases substantially to about 40, and further increases to about 40. Even after the sudden increase to about 180 on the first sheet, the value is considerably large, and the number of particles changes with time.
Such a change is caused by the temperature change of the surrounding wall 11w that occurs with the on-off of the plasma and the surrounding wall 11w.
It is considered that the reaction products attached to w easily peel off, and that when the film thickness of the reaction products exceeds a certain level, a large amount of the reaction products peels off due to its own weight and the number of particles increases suddenly. Can be As described above, by preheating the medium sealed in the constant temperature medium chamber 11a and liquefying the vaporized medium in the constant temperature medium chamber 11a,
The temperature of the peripheral wall 11w is adjusted to be constant irrespective of the on-off state of the plasma to prevent the reaction products from being separated due to the temperature change of the peripheral wall 11w, and to prevent the number of particles from increasing due to an increase in the number of processed substrates. Was completed.
【0042】以上説明したように実施例1に係るプラズ
マ処理装置10を用いたプラズマ処理方法においては、
プラズマ処理に適した温度近傍の沸点を有する媒体を用
いることにより、周囲壁11wがプラズマ処理中にプラ
ズマ照射を受けて加熱されても、直接蒸発方式の蒸発潜
熱により周囲壁11wから大量の熱が奪われる。そして
媒体は沸騰・気化すると共に、冷却パイプ11hを流れ
る冷却水により冷却されて液化され、媒体の温度が沸点
近傍で恒温維持される。その結果、周囲壁11wの温度
を短時間でプラズマ処理に適した温度に設定できると共
に処理回数を重ねても周囲壁11wの温度を所望温度に
安定的に維持することができ、試料S表面へのエッチン
グガス分解生成物の付着量を減らして、エッチング処理
速度及び選択比を一定に維持することができる。As described above, in the plasma processing method using the plasma processing apparatus 10 according to the first embodiment,
By using a medium having a boiling point near the temperature suitable for the plasma processing, even if the peripheral wall 11w is heated by receiving plasma irradiation during the plasma processing, a large amount of heat is generated from the peripheral wall 11w by the evaporation latent heat of the direct evaporation method. Be deprived. The medium boils and evaporates, and is cooled and liquefied by the cooling water flowing through the cooling pipe 11h, so that the temperature of the medium is maintained at a constant temperature near the boiling point. As a result, the temperature of the peripheral wall 11w can be set to a temperature suitable for plasma processing in a short time, and the temperature of the peripheral wall 11w can be stably maintained at a desired temperature even if the number of times of processing is increased. The etching rate and the selectivity can be kept constant by reducing the amount of deposition of the decomposition products of the etching gas.
【0043】また、プラズマのon−offに関係なく
プラズマ生成室11の周囲壁11wの温度が一定に保た
れるため、周囲壁11wの温度変化による前記反応生成
物の剥離を阻止してパーティクルの発生を防止すること
ができる。Further, since the temperature of the peripheral wall 11w of the plasma generation chamber 11 is kept constant irrespective of the on-off state of the plasma, separation of the reaction product due to a change in the temperature of the peripheral wall 11w is prevented, and particles are not generated. Generation can be prevented.
【0044】なお本実施例では、反応容器16の周囲壁
の一部すなわちプラズマ生成室11の周囲壁11wが二
重構造である場合を例に挙げて説明したが、別の実施例
では、反応容器16の周囲壁の全部が二重構造であって
もよい。In this embodiment, the case where a part of the peripheral wall of the reaction vessel 16, that is, the peripheral wall 11w of the plasma generation chamber 11 has a double structure has been described as an example. The entire peripheral wall of the container 16 may have a double structure.
【0045】また本実施例では、恒温媒体室11a及び
液化室11eが一体的に形成されている場合を例に挙げ
て説明したが、別の実施例では、恒温媒体室11a及び
液化室11eが別個に形成されて連通していてもよい。In this embodiment, the case where the constant temperature medium chamber 11a and the liquefaction chamber 11e are integrally formed has been described as an example. However, in another embodiment, the constant temperature medium chamber 11a and the liquefaction chamber 11e are formed integrally. It may be formed separately and communicated.
【0046】さらに本実施例では、媒体として、フッ素
系不活性液体であるフロリナートFC−70(米国スリ
ーエム社商標名)を用いた場合を例に挙げて説明した
が、別の実施例では、媒体としてその他、表1に示した
各種フロリナート(米国スリーエム社商標名)FC−7
2(C6 F14)、FC−84(C7 F16)、FC−7
7、FC−75(C8 H18)、FC−40、FC−4
3、FC−71、水、パークロロエチレン(CCl2 =
CCl2 )、トリクロロエチレン(CHCl=CCl
2 )、1.1.1 −トリクロロエタン(CCl3 CH3 )等
のプラズマ生成室11の周囲壁11wの構成材料と反応
しにくい各種媒体を用いることができ、各種プラズマ処
理に適した温度近傍の沸点を有する媒体を選択して用い
ればよい。Further, in this embodiment, the case where Fluorinert FC-70 (trade name of 3M Co., USA) is used as the medium has been described as an example. In addition, various florinates (trade name of US 3M) FC-7 shown in Table 1
2 (C 6 F 14), FC-84 (C 7 F 16), FC-7
7, FC-75 (C 8 H 18), FC-40, FC-4
3, FC-71, water, perchlorethylene (CCl 2 =
CCl 2 ), trichloroethylene (CHCl = CCl
2 ), 1.1.1-Various media such as trichloroethane (CCl 3 CH 3 ) which hardly reacts with the constituent material of the peripheral wall 11 w of the plasma generation chamber 11 can be used. What is necessary is just to select and use the medium which has.
【0047】また本実施例では、媒体の加熱手段として
ヒータ11fが配設された場合を例に挙げて説明した
が、別の実施例では、加熱手段として、その他赤外線ラ
ンプ等が配設されていてもよい。In this embodiment, the case where the heater 11f is provided as the medium heating means has been described as an example. However, in another embodiment, another infrared lamp or the like is provided as the heating means. You may.
【0048】さらに本実施例では、気化した媒体の冷却
手段として冷却パイプ11hが配設された場合を例に挙
げて説明したが、別の実施例では、冷却手段として、そ
の他冷却シュラウド等が配設されていてもよい。Further, in this embodiment, the case where the cooling pipe 11h is provided as a cooling means for the vaporized medium has been described as an example. However, in another embodiment, other cooling shrouds or the like are provided as the cooling means. It may be provided.
【0049】また本実施例では、プラズマ処理装置10
がECRを利用したプラズマ処理装置である場合につい
て説明したが、別の実施例ではECRを利用しない有磁
場マイクロ波を利用したプラズマ処理装置であってもよ
い。In this embodiment, the plasma processing apparatus 10
Is a plasma processing apparatus using ECR, but in another embodiment, a plasma processing apparatus using a magnetic field microwave that does not use ECR may be used.
【0050】[実施例2]図7は実施例2に係る平行平
板型バイアススパッタ装置を模式的に示した断面図であ
り、図中20は平行平板型バイアススパッタ装置を、2
6は反応容器をそれぞれ示している。反応容器26の上
部にはターゲット電極21が配設されており、このター
ゲット電極21は二重構造となっており、その内部には
液体状態の媒体が気体層を残すように封入され、液体層
収容部分が恒温媒体室21aとなっており、媒体の気体
層収容部分が液化室21eとなっている。恒温媒体室2
1aの下部には媒体に浸かるようにヒーター21fが配
設され、ヒーター21fにより媒体が加熱されるように
なっている。また、液化室21eには例えば所定温度に
設定された冷却水が流通する冷却パイプ21hが配設さ
れ、冷却パイプ21hにより気化した媒体が液化される
ようになっている。また、液化室21eにはベローズタ
イプの膨張室21iが配管21jを介して接続されてお
り、この膨張室21iにより媒体の蒸発気化に伴う圧力
の上昇が緩和され、恒温媒体室21a及び液化室21e
の圧力が調節されるようになっている。そしてターゲッ
ト電極21の下面にはターゲット25が保持されるよう
になっている。[Embodiment 2] FIG. 7 is a sectional view schematically showing a parallel plate type bias sputtering apparatus according to a second embodiment.
Reference numeral 6 denotes a reaction vessel. A target electrode 21 is provided on the upper portion of the reaction vessel 26. The target electrode 21 has a double structure, in which a medium in a liquid state is sealed so as to leave a gas layer, and a liquid layer is sealed. The accommodation part is a constant temperature medium chamber 21a, and the gas layer accommodation part of the medium is a liquefaction chamber 21e. Constant temperature medium room 2
A heater 21f is provided under the medium 1a so as to be immersed in the medium, and the medium is heated by the heater 21f. In the liquefaction chamber 21e, for example, a cooling pipe 21h through which cooling water set at a predetermined temperature flows is disposed, and the vaporized medium is liquefied by the cooling pipe 21h. Further, a bellows type expansion chamber 21i is connected to the liquefaction chamber 21e through a pipe 21j, and the expansion chamber 21i reduces a rise in pressure due to the evaporation of the medium, and the constant temperature medium chamber 21a and the liquefaction chamber 21e.
Pressure is adjusted. The target 25 is held on the lower surface of the target electrode 21.
【0051】また、反応容器26の下部にはヒータ24
aが内設された試料台電極24が配設されており、試料
台電極24上には試料Sが載置されるようになってい
る。また反応容器26の側壁にはガス供給系23gが、
ターゲット電極21及び試料台電極24には高周波電源
22b、24bがそれぞれ接続されている。A heater 24 is provided below the reaction vessel 26.
A sample stage electrode 24 in which a is provided is provided, and a sample S is mounted on the sample stage electrode 24. A gas supply system 23 g is provided on the side wall of the reaction vessel 26.
High frequency power supplies 22b and 24b are connected to the target electrode 21 and the sample stage electrode 24, respectively.
【0052】このような構成の平行平板型バイアススパ
ッタ装置20を用い、ターゲット25としてAlを用い
て試料S表面にAl膜を形成する場合、まず媒体として
沸点が174℃のFC−43を恒温媒体室21a内に封
入した後、反応容器26内の試料台電極24上に試料S
を載置する。次に、ヒータ21fを用いて恒温媒体室2
1a内の媒体を媒体の沸点よりやや低い温度、例えば約
170℃まで加熱し、ターゲット電極21下部をプラズ
マ処理に適した温度近傍にしておく。また、冷却パイプ
21hに約20℃の水を流通させる。この後、反応容器
26内を所定の真空度に設定し、ガス供給系23gを通
じて所要のガス圧が得られるようにArガスを供給す
る。次に、ターゲット電極21及び試料台電極24に高
周波電源22b、24bから高周波電界を付加すること
によりArガスがプラズマ化され、主にArイオンによ
りAlからなるターゲット25がスパッタされ、試料S
表面にAl膜が形成される。When an Al film is formed on the surface of the sample S using the parallel plate type bias sputtering apparatus 20 having the above structure and Al as the target 25, first, FC-43 having a boiling point of 174 ° C. is used as a medium. After sealing in the chamber 21a, the sample S is placed on the sample stage electrode 24 in the reaction vessel 26.
Is placed. Next, the constant temperature medium chamber 2 is
The medium in 1a is heated to a temperature slightly lower than the boiling point of the medium, for example, about 170 ° C., and the lower portion of the target electrode 21 is kept close to a temperature suitable for plasma processing. In addition, water of about 20 ° C. is passed through the cooling pipe 21h. Thereafter, the inside of the reaction vessel 26 is set to a predetermined degree of vacuum, and Ar gas is supplied through the gas supply system 23g so as to obtain a required gas pressure. Next, by applying a high-frequency electric field from the high-frequency power supplies 22b and 24b to the target electrode 21 and the sample stage electrode 24, Ar gas is turned into plasma, and a target 25 mainly made of Al is sputtered by Ar ions, and the sample S
An Al film is formed on the surface.
【0053】実施例2に係る平行平板型バイアススパッ
タ装置20を用いた処理方法においては、プラズマ処理
に適する温度近傍の沸点を有する媒体を用いることによ
り、図3に示した実施例1に係るプラズマ処理装置10
におけるプラズマ生成室11の周囲壁11wと略同様の
効果によりターゲット電極21を恒温に維持することが
でき、ターゲット25の局所エロージョン(侵食)を防
止してスパッタ速度を一定に保つことができる。In the processing method using the parallel plate type bias sputtering apparatus 20 according to the second embodiment, the medium according to the first embodiment shown in FIG. Processing device 10
, The target electrode 21 can be maintained at a constant temperature by the substantially same effect as the peripheral wall 11w of the plasma generation chamber 11, local erosion (erosion) of the target 25 can be prevented, and the sputtering rate can be kept constant.
【0054】[実施例3]図8は実施例3に係る平行平
板型RIE装置30を模式的に示した断面図であり、図
7に示した実施例2に係る平行平板型バイアススパッタ
装置20と同様の構成を有する部分については、その説
明を省略し、相違する点についてのみその構成を説明す
る。なお実施例2のものと同一の構成部品には同一の符
号を付すこととする。[Embodiment 3] FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a parallel plate type RIE apparatus 30 according to a third embodiment, and shows a parallel plate type bias sputtering apparatus 20 according to the second embodiment shown in FIG. The description of the portions having the same configuration as that described above will be omitted, and only the differences will be described. The same components as those in the second embodiment are denoted by the same reference numerals.
【0055】図中30は平行平板型RIE装置を、26
は反応容器をそれぞれ示している。反応容器26の上部
にはアース電極27が配設されており、このアース電極
27は二重構造となっており、その内部には液体状態の
媒体が気体層を残すように封入され、液体層収容部分が
恒温媒体室27aとなっており、媒体の気体層収容部分
が液化室27eとなっている。恒温媒体室27aの下部
には媒体に浸かるようにヒーター27fが配設され、ヒ
ーター27fにより媒体が加熱されるようになってい
る。また、液化室27eには例えば所定温度に設定され
た冷却水が流通する冷却パイプ27hが配設され、冷却
パイプ27hにより気化した媒体が液化されるようにな
っている。また、液化室27eにはベローズタイプの膨
張室27iが配管27jを介して接続されており、この
膨張室27iにより媒体の蒸発気化に伴う圧力の上昇が
緩和され、恒温媒体室27a及び液化室27eの圧力が
調節されるようになっている。In the figure, reference numeral 30 denotes a parallel plate type RIE apparatus;
Indicates a reaction vessel. An earth electrode 27 is provided on the upper portion of the reaction vessel 26. The earth electrode 27 has a double structure, in which a liquid medium is sealed so as to leave a gas layer. The accommodation part is a constant temperature medium chamber 27a, and the gas layer accommodation part of the medium is a liquefaction chamber 27e. A heater 27f is provided below the constant temperature medium chamber 27a so as to be immersed in the medium, and the medium is heated by the heater 27f. The liquefaction chamber 27e is provided with a cooling pipe 27h through which, for example, cooling water set at a predetermined temperature flows, so that the vaporized medium is liquefied by the cooling pipe 27h. Further, a bellows type expansion chamber 27i is connected to the liquefaction chamber 27e via a pipe 27j, and the expansion chamber 27i alleviates a rise in pressure due to evaporation of the medium, and the constant temperature medium chamber 27a and the liquefaction chamber 27e. Pressure is adjusted.
【0056】また、反応容器26の下方には試料台電極
34が配設されており、試料台電極34上には試料Sが
載置されるようになっている。また試料台電極34には
高周波電源34bが接続されている。A sample stage electrode 34 is provided below the reaction vessel 26, and the sample S is mounted on the sample stage electrode 34. A high-frequency power supply 34b is connected to the sample stage electrode 34.
【0057】実施例3に係る平行平板型RIE装置30
においては、プラズマ処理に適する温度近傍の沸点を有
する媒体を用いることにより、試料S表面のエッチング
を行う際に、実施例2に係る平行平板型バイアススパッ
タ装置20におけるターゲット電極21と略同様の効果
によりアース電極27を恒温に維持することができる。
従って、試料S表面へのエッチングガス分解生成物の付
着量を減らして、エッチング処理速度を一定に維持する
ことができる。The parallel plate type RIE apparatus 30 according to the third embodiment.
In the case of using a medium having a boiling point near the temperature suitable for plasma processing, the same effect as that of the target electrode 21 in the parallel plate bias sputtering apparatus 20 according to the second embodiment can be obtained when etching the surface of the sample S. Thereby, the earth electrode 27 can be maintained at a constant temperature.
Accordingly, the amount of the decomposition product of the etching gas adhered to the surface of the sample S can be reduced, and the etching rate can be kept constant.
【0058】また、アース電極27の温度の変化範囲を
20℃未満にすることにより、プロセスの再現性を向上
させることができる。By setting the temperature change range of the ground electrode 27 to less than 20 ° C., the reproducibility of the process can be improved.
【0059】[0059]
【発明の効果】以上詳述したように本発明に係るプラズ
マ処理装置(1)にあっては、その内部において試料を
処理するための反応容器と、該反応容器の周囲壁の少な
くとも一部に内設された恒温媒体室と、該恒温媒体室に
連通した液化室と、前記恒温媒体室内に封入される媒体
を加熱するための加熱手段と、前記恒温媒体室内で気化
した媒体を液化するための冷却手段とを備えているの
で、所望処理温度近傍の沸点を有する媒体を前記恒温媒
体室内に封入し、予め前記加熱手段により媒体を媒体の
沸点近傍まで加熱しておくことにより、前記周囲壁がプ
ラズマ処理中にプラズマ照射を受けて加熱されても、媒
体の温度が沸点近傍で恒温維持される。その結果、前記
周囲壁を短時間で処理に適した所望温度に設定できると
共に処理回数を重ねても所望温度で安定的に維持するこ
とができ、プラズマ処理速度を一定に維持することがで
きる。As described above in detail, in the plasma processing apparatus (1) according to the present invention, a reaction vessel for processing a sample therein and at least a part of a peripheral wall of the reaction vessel are provided. A constant temperature medium chamber provided therein, a liquefaction chamber communicating with the constant temperature medium chamber, a heating means for heating a medium sealed in the constant temperature medium chamber, and a liquid medium for vaporizing the medium vaporized in the constant temperature medium chamber. The cooling means, the medium having a boiling point near the desired processing temperature is sealed in the constant temperature medium chamber, and the medium is heated in advance to a temperature near the boiling point of the medium by the heating means. Even if is heated by receiving plasma irradiation during the plasma processing, the temperature of the medium is kept constant near the boiling point. As a result, the peripheral wall can be set to a desired temperature suitable for processing in a short time, can be stably maintained at the desired temperature even if the number of times of processing is repeated, and the plasma processing speed can be maintained constant.
【0060】また本発明に係るプラズマ処理装置(2)
にあっては、その内部において試料を処理するための反
応容器と、該反応容器内に配設された構成部材と、該構
成部材の少なくとも一部に内設された恒温媒体室と、該
恒温媒体室に連通した液化室と、前記恒温媒体室内に封
入される媒体を加熱するための加熱手段と、前記恒温媒
体室内で気化した媒体を液化するための冷却手段とを備
えているので、上記したプラズマ処理装置(1)におけ
る前記反応容器の周囲壁と略同様の効果により、前記構
成部材を恒温に維持することができる。The plasma processing apparatus (2) according to the present invention
Wherein a reaction container for processing a sample therein, a component disposed in the reaction container, a constant temperature medium chamber provided in at least a part of the component, A liquefaction chamber communicating with the medium chamber, heating means for heating the medium sealed in the constant temperature medium chamber, and cooling means for liquefying the medium vaporized in the constant temperature medium chamber; The constituent members can be maintained at a constant temperature by an effect substantially similar to that of the peripheral wall of the reaction vessel in the plasma processing apparatus (1).
【0061】従って、該構成部材が平行平板型RIE装
置のアース電極である場合は、エッチング速度を一定に
維持することができ、また該アース電極下面の温度変化
範囲が20℃未満となり、プロセスの再現性を良好にす
ることができる。Therefore, when the constituent member is the ground electrode of the parallel plate type RIE apparatus, the etching rate can be kept constant, and the temperature change range of the lower surface of the ground electrode becomes less than 20 ° C. Reproducibility can be improved.
【0062】さらに本発明に係るプラズマ処理装置
(1)または(2)を用いたプラズマ処理方法において
は、前記恒温媒体室内に封入された媒体を前記加熱手段
を用いて媒体の沸点近傍の温度まで加熱するとともに、
前記恒温媒体室内で気化した媒体を前記冷却手段を用い
て冷却して液化しつつ、前記反応容器内においてプラズ
マを生成して前記試料を処理するので、媒体の温度が沸
点近傍で恒温維持され、前記周囲壁又は前記構成部材を
短時間で処理に適した所望温度に設定できると共に処理
回数を重ねても所望温度で安定的に維持することがで
き、プラズマ処理速度を一定に維持することができる。Further, in the plasma processing method using the plasma processing apparatus (1) or (2) according to the present invention, the medium sealed in the constant temperature medium chamber is heated to a temperature near the boiling point of the medium by using the heating means. While heating,
The medium vaporized in the constant temperature medium chamber is cooled and liquefied using the cooling means, and the sample is processed by generating plasma in the reaction vessel, so that the temperature of the medium is kept constant near the boiling point, The peripheral wall or the constituent members can be set at a desired temperature suitable for processing in a short time, can be stably maintained at a desired temperature even if the number of times of processing is repeated, and the plasma processing speed can be maintained constant. .
【図1】各種の冷媒(熱媒体)における熱伝達係数を示
したグラフである。FIG. 1 is a graph showing heat transfer coefficients of various refrigerants (heating media).
【図2】膨張室の配設位置を説明するための概略断面図
である。FIG. 2 is a schematic sectional view for explaining an arrangement position of an expansion chamber.
【図3】本発明に係るプラズマ処理装置の実施例1を模
式的に示した断面図である。FIG. 3 is a sectional view schematically showing a first embodiment of the plasma processing apparatus according to the present invention.
【図4】実施例1に係る装置及び従来例に係る装置を用
いた場合のエッチング速度の経時変化を示したグラフで
ある。FIG. 4 is a graph showing a change over time of an etching rate when the apparatus according to the first embodiment and the apparatus according to the related art are used.
【図5】実施例1に係る装置及び従来例に係る装置を用
いた場合の相対選択比(対レジスト)の経時変化を示し
たグラフである。FIG. 5 is a graph showing a change over time in a relative selectivity (to resist) when the apparatus according to the first embodiment and the apparatus according to the related art are used.
【図6】実施例1に係る装置及び従来例に係る装置を用
いた場合のパーティクル数の経時変化を示したグラフで
ある。FIG. 6 is a graph showing the change over time in the number of particles when the device according to the first embodiment and the device according to the conventional example are used.
【図7】実施例2に係る平行平板型バイアススパッタ装
置を模式的に示した断面図である。FIG. 7 is a sectional view schematically showing a parallel plate type bias sputtering apparatus according to a second embodiment.
【図8】実施例3に係る平行平板型RIE装置を模式的
に示した断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view schematically illustrating a parallel plate RIE apparatus according to a third embodiment.
10 プラズマ処理装置 11 プラズマ生成室 11a、21a、27a 恒温媒体室 11e、21e、27e 液化室 11f、21f、27f ヒータ 11h、21h、27h 冷却パイプ 11w 周囲壁 20 平行平板型バイアススパッタ装置 21 ターゲット電極 27 アース電極 30 平行平板型RIE装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Plasma processing apparatus 11 Plasma generation chamber 11a, 21a, 27a Constant temperature medium chamber 11e, 21e, 27e Liquefaction chamber 11f, 21f, 27f Heater 11h, 21h, 27h Cooling pipe 11w Peripheral wall 20 Parallel plate type bias sputtering apparatus 21 Target electrode 27 Earth electrode 30 Parallel plate type RIE device
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 21/205 H01L 21/205 21/3065 21/302 B ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI H01L 21/205 H01L 21/205 21/3065 21/302 B
Claims (3)
反応容器と、該反応容器の周囲壁の少なくとも一部に内
設された恒温媒体室と、該恒温媒体室に連通した液化室
と、前記恒温媒体室内に封入される媒体を加熱するため
の加熱手段と、前記恒温媒体室内で気化した媒体を液化
するための冷却手段とを備えていることを特徴とするプ
ラズマ処理装置。A reaction vessel for processing a sample therein; a constant temperature medium chamber provided at least in a part of a peripheral wall of the reaction vessel; a liquefaction chamber communicating with the constant temperature medium chamber; A plasma processing apparatus, comprising: heating means for heating a medium sealed in a constant temperature medium chamber; and cooling means for liquefying a medium vaporized in the constant temperature medium chamber.
反応容器と、該反応容器内に配設された構成部材と、該
構成部材の少なくとも一部に内設された恒温媒体室と、
該恒温媒体室に連通した液化室と、前記恒温媒体室内に
封入される媒体を加熱するための加熱手段と、前記恒温
媒体室内で気化した媒体を液化するための冷却手段とを
備えていることを特徴とするプラズマ処理装置。2. A reaction container for processing a sample therein, a constituent member disposed in the reaction container, a constant temperature medium chamber provided in at least a part of the constituent member,
A liquefaction chamber communicating with the constant temperature medium chamber, heating means for heating the medium sealed in the constant temperature medium chamber, and cooling means for liquefying the medium vaporized in the constant temperature medium chamber A plasma processing apparatus characterized by the above-mentioned.
記加熱手段を用いて媒体の沸点近傍の温度まで加熱する
とともに、前記恒温媒体室内で気化した媒体を前記冷却
手段を用いて冷却して液化しつつ、前記反応容器内にお
いてプラズマを生成して前記試料を処理することを特徴
とする請求項1または請求項2記載のプラズマ処理装置
を用いたプラズマ処理方法。3. The medium sealed in the constant temperature medium chamber is heated to a temperature near the boiling point of the medium using the heating means, and the medium vaporized in the constant temperature medium chamber is cooled using the cooling means. The plasma processing method using the plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the sample is processed by generating plasma in the reaction vessel while liquefying.
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- 1993-12-27 JP JP05332462A patent/JP3089925B2/en not_active Expired - Fee Related
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