JPH06104190A - Plasma processing system - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To provide a plasma processing system capable of high-speed, low- temperature ashing process and adequate for isotropic etching. CONSTITUTION:A reactor 1 has a microwave intake window 12 in a place opposite to a dielectric path connected to a wave guide for carrying a microwave. The reactor 1 is separated by a separation wall 13 into a plasma generating chamber 14 and a sample processing chamber 15. In this case, the microwave intake window 12 is made of alumina.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体製品を製造する過
程での成膜処理、エッチング処理又はレジストを除去す
るためのアッシング処理等のために用いるプラズマプロ
セス装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma process apparatus used for a film forming process, an etching process, an ashing process for removing a resist, etc. in the process of manufacturing a semiconductor product.

【０００２】[0002]

【従来の技術】例えば半導体集積回路等の半導体製品を
製造する際のエッチングは、パターン形成されたレジス
トをマスクとして行われ、エッチング処理が終了した後
にはマスクとして用いたレジストをウェハ表面から除去
するが、このレジストを除去する方法として従来液体化
学薬品を使用する湿式処理が知られている。2. Description of the Related Art Etching for manufacturing a semiconductor product such as a semiconductor integrated circuit is performed by using a patterned resist as a mask, and after the etching process is completed, the resist used as the mask is removed from the wafer surface. However, as a method of removing this resist, a wet process using a liquid chemical is conventionally known.

【０００３】ところが、この湿式処理方法では、薬品中
の不純物によりウェハ表面の汚染或いは作製済みのパタ
ーンに欠損が生じ易く、製造される半導体製品の品質が
低下するという難点があった。この対策としてプラズマ
を用いたレジストを除去する、所謂乾式処理が広く用い
られている。However, this wet processing method has a drawback in that impurities in the chemicals easily contaminate the surface of the wafer or cause defects in the manufactured pattern, which deteriorates the quality of the manufactured semiconductor product. As a countermeasure, a so-called dry process of removing the resist using plasma is widely used.

【０００４】図２は特開昭62-5600 号公報に記載されて
いるプラズマプロセス装置を示す模式的断面図である。
図中21は導波管25と、その上部において連通された金属
製容器であり、石英ガラス板32によって上部室34と下部
室35とに仕切られている。上部室34の天井壁内面及びこ
の上部室34と前記導波管25との連通部には、マイクロ波
を導波すべく誘電体線路22が設けられている。下部室35
には周囲壁を貫通してガス導入装置23からＯ₂ ガスが導
入される導入口が、またこれと対向する壁面に排気装置
24に排気管を介して連結する排気口が開設されており、
底部に試料Ｓを所定温度に加熱するヒータ27が配設され
ている。FIG. 2 is a schematic sectional view showing a plasma process apparatus described in Japanese Patent Laid-Open No. 62-5600.
In the figure, reference numeral 21 denotes a waveguide 25 and a metal container which communicates with the upper portion thereof, and is divided by a quartz glass plate 32 into an upper chamber 34 and a lower chamber 35. A dielectric line 22 is provided on the inner surface of the ceiling wall of the upper chamber 34 and on the communication portion between the upper chamber 34 and the waveguide 25 to guide microwaves. Lower chamber 35
Has an inlet through which the O ₂ gas is introduced from the gas introducing device 23 through the peripheral wall, and an exhaust device on the wall opposite to this.
24 has an exhaust port connected via an exhaust pipe,
A heater 27 for heating the sample S to a predetermined temperature is provided at the bottom.

【０００５】マイクロ波発振器26にて発振されたマイク
ロ波は、導波管25を経て誘電体線路22へ導入され、金属
製容器21の上部室34で共振され、石英ガラス板32を透過
して下部室35に導入され、Ｏ₂ ガスを励起分解してプラ
ズマを生成し、試料Ｓをアッシング処理する。The microwave oscillated by the microwave oscillator 26 is introduced into the dielectric line 22 through the waveguide 25, resonated in the upper chamber 34 of the metal container 21, and transmitted through the quartz glass plate 32. The sample S introduced into the lower chamber 35 is excited and decomposed with O ₂ gas to generate plasma, and the sample S is ashed.

【０００６】[0006]

【発明が解決しようとする課題】このような従来のアッ
シング装置では、Ｏ₂ ガスがプラズマ生成室へ導入する
プロセスガスとして、また石英ガラス板が金属製容器を
上下に仕切っているマイクロ波導入窓として広く用いら
れている。しかし、Ｏ₂ ガスをプロセスガスとして用い
る従来のアッシング装置では所望のアッシングレートを
得るために、アッシング温度を所定の温度とする必要が
あり、また半導体製品の構造が微細な場合、アッシング
処理時の熱による半導体製品の損傷が大きく、製造され
る製品の品質が劣化するという問題があった。In such a conventional ashing apparatus, a microwave introduction window in which O ₂ gas is introduced as a process gas into the plasma generation chamber, and a quartz glass plate partitions the metal container into upper and lower parts. Is widely used as. However, in the conventional ashing apparatus that uses O ₂ gas as a process gas, it is necessary to set the ashing temperature to a predetermined temperature in order to obtain a desired ashing rate. Further, when the structure of the semiconductor product is fine, the ashing process is not performed. There has been a problem that semiconductor products are greatly damaged by heat and the quality of manufactured products deteriorates.

【０００７】一方、エッチングの一形体であるＳｉ，Ｓ
ｉＮ等の等方性エッチングは、プロセスガスとしてフッ
素を含むガスを必要とする。しかし、従来の装置はマイ
クロ波導入窓が石英板で形成されており、この石英板は
フッ素によって腐食されてしまうため、等方性エッチン
グには適用できなかった。On the other hand, Si, S which is a form of etching
Isotropic etching such as iN requires a gas containing fluorine as a process gas. However, the conventional apparatus cannot be applied to isotropic etching because the microwave introduction window is formed of a quartz plate and the quartz plate is corroded by fluorine.

【０００８】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところはアッシング処理を、プ
ロセスガスとしてフッ素を含むガスを用いることによっ
て、アッシング温度が低く、しかも高いアッシングレー
トで行うことが可能であり、また等方性エッチングを同
一の装置で行うことを可能としたプラズマプロセス装置
を提供するにある。The present invention has been made in view of the above circumstances. An object of the present invention is to perform an ashing process at a low ashing temperature and a high ashing rate by using a gas containing fluorine as a process gas. It is also possible to provide a plasma processing apparatus capable of performing isotropic etching in the same apparatus.

【０００９】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明に係るプラズマプ
ロセス装置は、導入窓を介して反応器内へ導入されるマ
イクロ波がプロセスガスを励起して発生するプラズマに
より試料を処理するプラズマプロセス装置において、前
記導入窓がアルミナで形成されていることを特徴とす
る。A plasma processing apparatus according to the present invention is a plasma processing apparatus for treating a sample with plasma generated by exciting a process gas by a microwave introduced into a reactor through an introduction window. In the above, the introduction window is formed of alumina.

【００１０】[0010]

【作用】本発明において、マイクロ波導入窓をアルミナ
で形成したからマイクロ波は透過するが、フッ素ガスに
よって腐食されない。そしてアッシング処理にあたって
は、プロセスガスとしてフッ素を含むガスを用いること
によってアッシング温度が低く、かつ処理速度が速くな
り、また等方性エッチングを同一の装置で行い得る。In the present invention, since the microwave introduction window is made of alumina, the microwave is transmitted, but it is not corroded by the fluorine gas. In the ashing process, by using a gas containing fluorine as a process gas, the ashing temperature is low, the processing speed is high, and isotropic etching can be performed by the same apparatus.

【００１１】[0011]

【実施例】以下、本発明をその実施例を示す図面に基づ
き具体的に説明する。図１は本発明に係るプラズマプロ
セス装置を示す模式的断面図であり、図中１は中空直方
体形の反応器であって、上部壁を除く全体が金属製であ
り、周囲壁は二重構造で、内部に冷却水用の通流室11を
備えている。反応器１の上部壁はマイクロ波導入窓とな
っており、マイクロ波の透過が可能で誘電損失が小さ
く、耐熱性であり、しかもフッ素ガスで腐食されないア
ルミナ板12で形成されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be specifically described below with reference to the drawings showing the embodiments. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a plasma processing apparatus according to the present invention. In the figure, 1 is a hollow rectangular parallelepiped-shaped reactor, the whole of which is made of metal except an upper wall, and a peripheral wall has a double structure. Then, the flow-through chamber 11 for cooling water is provided inside. The upper wall of the reactor 1 serves as a microwave introduction window, and is made of an alumina plate 12 that is transparent to microwaves, has a small dielectric loss, is heat resistant, and is not corroded by fluorine gas.

【００１２】反応器１の上方にはアルミナ板12と対向さ
せて、反応器１の上面を覆って誘電体線路２が形成され
ている。該誘電体線路２は誘電損失が少ないフッ素樹
脂，ポリスチレン，ポリエチレン等の誘電体層にて形成
されている。誘電体線路２の一方の矩形側面には導波管
５を介してマイクロ波発振器６が連結されており、マイ
クロ波発振器６から発振されたマイクロ波は導波管５を
経て誘電体線路２に導入され、ここから反応器１内にプ
ラズマ発生に必要な電界が形成される。A dielectric line 2 is formed above the reactor 1 so as to face the alumina plate 12 and cover the upper surface of the reactor 1. The dielectric line 2 is formed of a dielectric layer such as fluororesin, polystyrene, or polyethylene, which has a low dielectric loss. A microwave oscillator 6 is connected to one rectangular side surface of the dielectric line 2 via a waveguide 5, and the microwave oscillated from the microwave oscillator 6 passes through the waveguide 5 to reach the dielectric line 2. It is introduced, and from there, an electric field required for plasma generation is formed in the reactor 1.

【００１３】反応器１の内部は上部壁寄りの位置でアル
ミナ板12と平行に配した仕切壁13にて上, 下に区分さ
れ、上部にプラズマ生成室14を、また下部に試料処理室
15を形成してある。プラズマ生成室14には周囲壁を貫通
して、ガス導入管３が連結してあり、また試料処理室15
には仕切壁13と対向する壁面に排気口４が開設されてい
る。この試料処理室15内にはアッシング処理対象のウェ
ハである試料Ｓを載置するための試料台16が、仕切壁13
から所定寸法ｄだけ離して仕切壁13と平行に設けられて
いる。The inside of the reactor 1 is divided into an upper part and a lower part by a partition wall 13 disposed in parallel with the alumina plate 12 at a position near the upper wall, a plasma generating chamber 14 is provided at the upper part, and a sample processing chamber is provided at the lower part.
Formed 15. A gas introduction pipe 3 is connected to the plasma generation chamber 14 through the peripheral wall, and the sample treatment chamber 15
An exhaust port 4 is provided on the wall surface facing the partition wall 13. In the sample processing chamber 15, a sample table 16 for mounting a sample S, which is a wafer to be ashed, is provided on the partition wall 13
Is provided in parallel with the partition wall 13 at a predetermined distance d from.

【００１４】仕切壁13はアルマイト処理されたアルミニ
ウム板で中央部が周辺部13b よりも側壁13a の寸法だけ
高く形成されており、高くなった中央部には上, 下方向
に貫通する複数の孔17が設けられ、また周辺部13b は反
応器１の内週壁に固定されている。これによって仕切壁
13の周縁部には反応器１の内周壁との間に凹溝14a が形
成され、この凹溝14a に面して前記ガス導入管３がプラ
ズマ生成室14内に開口させてある。The partition wall 13 is an alumite-treated aluminum plate, and its central portion is formed to be higher than the peripheral portion 13b by the dimension of the side wall 13a. The elevated central portion has a plurality of holes penetrating upward and downward. 17 is provided, and the peripheral portion 13b is fixed to the inner wall of the reactor 1. Partition wall by this
A concave groove 14a is formed in the peripheral edge portion of the reactor 13 with the inner peripheral wall of the reactor 1, and the gas introducing pipe 3 is opened in the plasma generation chamber 14 facing the concave groove 14a.

【００１５】次に上述したような本発明装置の操作手順
及び機能について説明する。マイクロ波発振器６にて発
振されたマイクロ波は、導波管５を経て誘電体線路２に
導入され、ここからマイクロ波導入窓であるアルミナ板
12を透過してプラズマ生成室14内に導入される。一方、
ガス導入管３から導入されたフッ素を含むプロセスガス
は、まず凹溝14a 内を経てその全周に広がった後に仕切
壁13上を均一に流れる。これにより凹溝14a 内を除くプ
ラズマ生成室14内での局所的な圧力差がなくなるが、一
方これにより仕切壁13の上部のプラズマ生成室14と仕切
壁13の下部の試料処理室15との間に圧力差が形成され
る。Next, the operation procedure and function of the apparatus of the present invention as described above will be described. The microwave oscillated by the microwave oscillator 6 is introduced into the dielectric line 2 through the waveguide 5, and the alumina plate serving as a microwave introduction window is introduced from here.
It passes through 12 and is introduced into the plasma generation chamber 14. on the other hand,
The process gas containing fluorine introduced from the gas introduction pipe 3 first flows through the groove 14a and spreads over the entire circumference thereof, and then uniformly flows on the partition wall 13. This eliminates the local pressure difference in the plasma generation chamber 14 excluding the concave groove 14a, but this causes the plasma generation chamber 14 above the partition wall 13 and the sample processing chamber 15 below the partition wall 13 to disappear. A pressure difference is formed between them.

【００１６】プラズマ生成室14内へマイクロ波を導入す
ることにより、ここにプラズマが形成される。一方、プ
ラズマ生成室14の上部のマイクロ波導入窓はアルミナ板
で形成されているため、マイクロ波を透過するが、フッ
素ガス及びそのプラズマによって腐食されない。生成さ
れたプラズマは仕切壁13の孔17を通じて試料処理室15へ
均一に導出される。この際、荷電粒子は仕切壁13にてト
ラップされ、中性粒子のみが載置台16上に載置された試
料Ｓ表面に到達して処理が行われる。By introducing microwaves into the plasma generation chamber 14, plasma is formed therein. On the other hand, since the microwave introduction window in the upper part of the plasma generation chamber 14 is formed of an alumina plate, it transmits microwaves but is not corroded by the fluorine gas and its plasma. The generated plasma is uniformly led to the sample processing chamber 15 through the holes 17 in the partition wall 13. At this time, the charged particles are trapped by the partition wall 13, and only the neutral particles reach the surface of the sample S mounted on the mounting table 16 for processing.

【００１７】次に実施例を示す。 （実施例１）試料として直径が８インチのウェハ上にレ
ジストを全面に塗布したものを用い、以下の条件で低温
アッシングを行った。 ガス流量比：Ｏ₂ ／CF₄ ＝ 736／64 SCCM ガス圧 ： 0.6 Torr マイクロ波パワー： 1.5kW ウェハ温度：30℃ 仕切壁から試料台までの距離ｄ：60mmNext, examples will be shown. (Example 1) As a sample, a wafer having a diameter of 8 inches and coated with a resist on the entire surface was used, and low temperature ashing was performed under the following conditions. Gas flow rate ratio: O ₂ / CF ₄ = 736/64 SCCM Gas pressure: 0.6 Torr Microwave power: 1.5kW Wafer temperature: 30 ℃ Distance from partition wall to sample stand d: 60mm

【００１８】その結果、アッシングレートは略２μm ／
分, 均一性は±５％であった。アッシング処理後マイク
ロ波導入窓であるアルミナ板を調べたが、腐食された形
跡は見られなかった。なお、従来の装置にてプロセスガ
スとしてＯ₂ ガスを導入し、ウェハ温度以外は上記と同
じ処理条件で同じ試料をアッシング処理した。その結
果、実施例１と同程度のアッシングレートを得るための
ウェハ温度は、 180〜200 ℃と非常に高い温度であっ
た。As a result, the ashing rate is about 2 μm /
Minutes and uniformity was ± 5%. After the ashing treatment, the alumina plate as the microwave introduction window was examined, but no evidence of corrosion was found. O ₂ gas was introduced as a process gas in a conventional apparatus, and the same sample was ashed under the same processing conditions as described above except for the wafer temperature. As a result, the wafer temperature for obtaining the same ashing rate as in Example 1 was a very high temperature of 180 to 200 ° C.

【００１９】（実施例２）試料として直径が８インチの
ウェハ上に下地膜としてSiＯ₂ 膜を形成し、その上に多
結晶シリコンを堆積したものを用い、以下の条件で等方
性エッチングを行った。 ガス流量比：SF₆ ／Ｏ₂ ／Ar＝30／５／30 SCCM ガス圧： 0.2 Torr マイクロ波パワー： 1.5kW ウェハ温度：20℃ 仕切壁から試料台までの距離ｄ：60mm(Embodiment 2) As a sample, an isotropic etching is performed under the following conditions by using a wafer having a diameter of 8 inches, on which a SiO ₂ film is formed as a base film and polycrystalline silicon is deposited thereon. went. Gas flow rate ratio: SF ₆ / O ₂ / Ar = 30/5/30 SCCM Gas pressure: 0.2 Torr Microwave power: 1.5kW Wafer temperature: 20 ° C Distance from partition wall to sample stand d: 60mm

【００２０】その結果、エッチングレートは略3000Å／
分, 均一性は±３％，下地膜であるSiＯ₂ 膜との選択比
は略150 であった。エッチング処理後アルミナ板を調べ
たが腐食された形跡は見られなかった。As a result, the etching rate is approximately 3000Å /
The uniformity was ± 3%, and the selection ratio with respect to the underlying SiO ₂ film was about 150. The alumina plate was examined after the etching treatment, but no evidence of corrosion was found.

【００２１】（実施例３）試料として直径が８インチの
ウェハ上に下地膜としてSiＯ₂ 膜を形成し、その上に窒
化ケイ素を堆積したものを用い、以下の条件で等方性エ
ッチングを行った。 ガス流量比：SF₆ ／Ｏ₂ ／Ar＝15／15／20 SCCM ガス圧： 0.8 Torr マイクロ波パワー： 1.5kW ウェハ温度：20℃ 仕切壁から試料台までの距離ｄ：60mm(Embodiment 3) As a sample, an isotropic etching was carried out under the following conditions by forming a SiO ₂ film as a base film on a wafer having a diameter of 8 inches and depositing silicon nitride thereon. It was Gas flow rate ratio: SF ₆ / O ₂ / Ar = 15/15/20 SCCM Gas pressure: 0.8 Torr Microwave power: 1.5kW Wafer temperature: 20 ℃ Distance from partition wall to sample stage d: 60mm

【００２２】その結果、エッチングレートは略2000Å／
分, 均一性は±３％，下地膜であるSiＯ₂ 膜との選択比
は略80であった。エッチング処理後アルミナ板を調べた
が、腐食された形跡は見られなかった。As a result, the etching rate is approximately 2000Å /
The uniformity was ± 3%, and the selection ratio with respect to the underlying SiO ₂ film was about 80. When the alumina plate was examined after the etching treatment, no evidence of corrosion was found.

【００２３】[0023]

【発明の効果】以上のように本発明のプラズマプロセス
装置においては、マイクロ波導入窓をアルミナで形成し
たため、アッシング処理では、プロセスガスとしてフッ
素ガスを用いることによって所望の処理速度でアッシン
グ温度を大幅に低くすることができ、また多結晶シリコ
ン及び窒化シリコンの等方性エッチングへも適用できる
等本発明は優れた効果を奏する。As described above, in the plasma processing apparatus of the present invention, since the microwave introduction window is formed of alumina, in the ashing process, by using the fluorine gas as the process gas, the ashing temperature can be significantly increased at the desired processing speed. The present invention has excellent effects such that it can be made extremely low and can be applied to isotropic etching of polycrystalline silicon and silicon nitride.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明に係るプラズマプロセス装置の構成を示
す模式的断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a plasma process apparatus according to the present invention.

【図２】従来のアッシング装置の構成を示す模式的断面
図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a conventional ashing device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 反応器 ２ 誘電体線路 ３ ガス導入管 ５ 導波管 12 アルミナ板 (マイクロ波導入窓) 13 仕切壁 14 プラズマ生成室 15 試料処理室 16 試料台 17 孔 Ｓ 試料 1 Reactor 2 Dielectric Line 3 Gas Introductory Tube 5 Waveguide 12 Alumina Plate (Microwave Introducing Window) 13 Partition Wall 14 Plasma Generation Room 15 Sample Processing Room 16 Sample Stand 17 Hole S Sample

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 導入窓を介して反応器内へ導入されるマ
イクロ波がプロセスガスを励起して発生するプラズマに
より試料を処理するプラズマプロセス装置において、前
記導入窓がアルミナで形成されていることを特徴とする
プラズマプロセス装置。1. A plasma process apparatus for treating a sample with plasma generated by exciting a process gas by microwaves introduced into a reactor through an introduction window, wherein the introduction window is formed of alumina. A plasma process device characterized by the above.