JPH0794480A - Plasma processing and plasma processing device - Google Patents
Plasma processing and plasma processing deviceInfo
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- JPH0794480A JPH0794480A JP23803293A JP23803293A JPH0794480A JP H0794480 A JPH0794480 A JP H0794480A JP 23803293 A JP23803293 A JP 23803293A JP 23803293 A JP23803293 A JP 23803293A JP H0794480 A JPH0794480 A JP H0794480A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はプラズマ処理方法及びプ
ラズマ処理装置に関し、より詳細には、半導体素子製造
工程におけるプラズマ処理方法、及び前記プラズマ処理
等に用いられるプラズマ処理装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing method and a plasma processing apparatus, and more particularly to a plasma processing method in a semiconductor element manufacturing process and a plasma processing apparatus used for the plasma processing and the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】減圧又は低ガス圧下にある真空容器にマ
イクロ波を導入することによりガス放電を起こしてプラ
ズマを発生させ、該プラズマを基板表面に導いてエッチ
ングやレジスト除去等の処理を施す、又はＣＶＤ等によ
る薄膜形成を行うためのプラズマ処理装置は高集積半導
体素子等の製造において欠くことのできないものとなっ
ている。2. Description of the Related Art A microwave is introduced into a vacuum vessel under a reduced pressure or a low gas pressure to cause a gas discharge to generate plasma, and the plasma is guided to the surface of a substrate for treatment such as etching or resist removal. Alternatively, a plasma processing apparatus for forming a thin film by CVD or the like is indispensable for manufacturing highly integrated semiconductor elements and the like.
【０００３】また、一層効率良くプラズマを発生させ、
又はプラズマを一定領域に封じ込めるために磁界を作用
させる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（ＥＣＲ：Electron Cycrotron Resonanc
e）励起によりプラズマを発生させる装置は、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ができ
るという利点を有しており、将来的にも有望視されてい
る。In addition, plasma is generated more efficiently,
Alternatively, a magnetic field microwave plasma processing apparatus or an electron cyclotron resonance (ECR) that applies a magnetic field to confine the plasma in a certain region.
e) An apparatus for generating plasma by excitation has an advantage that plasma with high activity can be generated in a low gas pressure region, and is expected to be promising in the future.
【０００４】上記した種々のプラズマ処理装置において
は、半導体基板等に、発生したプラズマ中のイオン、ラ
ジカル、電子等の作用を利用した種々の処理（以下、プ
ラズマ処理と記す）を施しているが、導電性の下地基板
上に絶縁性の被膜が形成されている半導体基板等にプラ
ズマ処理を施すと、基板表面と下地基板との間に電位差
（電圧）が発生し、これにより半導体基板等の性能を劣
化させるという問題があった。In the various plasma processing apparatuses described above, various processes (hereinafter referred to as plasma processing) are performed on the semiconductor substrate or the like by utilizing the action of ions, radicals, electrons, etc. in the generated plasma. When a plasma treatment is applied to a semiconductor substrate or the like in which an insulating film is formed on a conductive base substrate, a potential difference (voltage) is generated between the substrate surface and the base substrate. There was a problem of degrading performance.
【０００５】上記した半導体基板内に局部的に電圧が発
生する（チャージアップ分布）ことによる半導体基板の
劣化は、基板近傍においてプラズマ中のイオン又は電子
の分布が不均一になり、これら不均一な状態のイオン又
は電子が基板表面に付着するためであると考えられてき
た。Deterioration of the semiconductor substrate due to local voltage generation (charge-up distribution) in the semiconductor substrate causes uneven distribution of ions or electrons in plasma in the vicinity of the substrate, and these uneven distributions. It has been considered that the ions or electrons in the state are attached to the surface of the substrate.
【０００６】前記した半導体のチャージアップ分布によ
る劣化を防止するために種々の提案がなされており、例
えば特開平５−２９２６９号公報においては、基板支持
台上に載置された被処理半導体基板の外周を囲むように
導電性リングが載置されたマグネトロンプラズマ処理装
置が開示されている。この発明においては、前記装置に
前記導電性リングが装備されたことにより、プラズマ生
成領域の外周部付近の電子を取り込み、被処理基板の外
周部の一部で電子密度が高くなるのを防止し、チャージ
アップ分布を低減させることができるという効果が得ら
れることが記載されている。Various proposals have been made to prevent the above-described deterioration of the semiconductor due to charge-up distribution. For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 5-29269, a semiconductor substrate to be processed placed on a substrate support is proposed. A magnetron plasma processing apparatus in which a conductive ring is placed so as to surround the outer circumference is disclosed. In the present invention, since the device is equipped with the conductive ring, electrons near the outer peripheral portion of the plasma generation region are taken in and the electron density is prevented from increasing in a part of the outer peripheral portion of the substrate to be processed. It is described that the effect that the charge-up distribution can be reduced can be obtained.
【０００７】また特開平３−２２４２２号公報において
は、半導体ウエハを保持するウエハ押えのプラズマにさ
らされる部分が絶縁膜、プラズマにさらされない内部が
導電材により構成されたプラズマエッチング装置が記載
されている。この発明においては、前記装置に前記構成
のウエハ押えが装備されたことにより、ウエハ押えを通
じて半導体ウエハの表面に存在するチャージを放電する
ことができるという効果が得られることが記載されてい
る。Further, JP-A-3-22422 describes a plasma etching apparatus in which a portion of a wafer holder for holding a semiconductor wafer which is exposed to plasma is an insulating film, and the inside which is not exposed to plasma is made of a conductive material. There is. According to the present invention, it is described that the apparatus is equipped with the wafer retainer having the above-mentioned configuration, so that it is possible to obtain the effect that the charge existing on the surface of the semiconductor wafer can be discharged through the wafer retainer.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】一方本発明者らは、上
記したようなプラズマ処理を施す装置において、実際に
半導体基板にエッチング等の処理を施す際に、どのよう
なメカニズムによりチャージアップが発生するかについ
て検討を行い、以下に説明するような知見を得た。On the other hand, the inventors of the present invention, in the apparatus for performing the plasma treatment as described above, have a mechanism of causing a charge-up when actually performing a treatment such as etching on a semiconductor substrate. We investigated whether or not to do so and obtained the following findings.
【０００９】図６は被処理基板にプラズマを照射するこ
とによりエッチング処理を施した際、前記被処理基板に
チャージアップ分布が発生する様子を模式的に示した概
念図である。FIG. 6 is a conceptual diagram schematically showing how a charge-up distribution is generated on the substrate to be processed when the substrate to be processed is subjected to etching treatment by irradiating plasma.
【００１０】図６に示しているように、被処理基板４０
を構成する下地基板４１の上には絶縁層４２が形成さ
れ、この絶縁層４２の上に積層された電極等の導電層４
３にエッチング処理が施され、所定のパターンが形成さ
れている。導電層４３の上には、エッチングにより所定
パターンの導電層４３を形成するため、レジスト層４５
が形成されている。As shown in FIG. 6, the substrate 40 to be processed is
An insulating layer 42 is formed on a base substrate 41 that constitutes the conductive layer 4 such as electrodes laminated on the insulating layer 42.
3 is subjected to etching treatment to form a predetermined pattern. Since the conductive layer 43 having a predetermined pattern is formed on the conductive layer 43 by etching, the resist layer 45
Are formed.
【００１１】上記したように被処理基板４０に導電層４
３を形成するため、プラズマ処理装置内に載置された被
処理基板４０にプラズマ４４を照射してエッチング等の
プラズマ処理を施すと、プラズマ処理を施している間
に、被処理基板４０のプラズマ４４に接している導電層
４３にはプラズマ４４中から荷電粒子が流入して帯電す
る。図６においては、導電層４３にイオンが流入して正
（＋）に帯電しているが、通常はプラズマ４４の状態や
被処理基板４０の状態により帯電状態（＋、−）やその
大きさも異なる。As described above, the conductive layer 4 is formed on the substrate 40 to be processed.
In order to form No. 3, when the target substrate 40 placed in the plasma processing apparatus is irradiated with plasma 44 and plasma processing such as etching is performed, the plasma of the target substrate 40 is processed during the plasma processing. Charged particles from the plasma 44 flow into the conductive layer 43 which is in contact with 44 and are charged. In FIG. 6, ions flow into the conductive layer 43 to be positively (+) charged, but normally the charged state (+, −) and its size are also changed depending on the state of the plasma 44 and the state of the substrate 40 to be processed. different.
【００１２】この導電層４３の帯電状態に対応して、又
はその他プラズマ４４の状態等を反映して下地基板４１
にもプラズマ４４から荷電粒子が流れ込み、導電層４３
と下地基板４１との間に電位差が生じる。The base substrate 41 corresponds to the charged state of the conductive layer 43 or reflects the state of the plasma 44 and the like.
Also, charged particles flow from the plasma 44 into the conductive layer 43.
A potential difference occurs between the base substrate 41 and the base substrate 41.
【００１３】このように被処理基板４０の周囲に発生し
たプラズマ４４から、被処理基板４０の表面部分である
導電層４３及び絶縁層４２の下地部分となる下地基板４
１の両方に荷電粒子が流れ込み、両者の間に電位差（電
圧）が生じることにより、プラズマ照射中又は照射後に
被処理基板４０に絶縁破壊が生じたり、被処理基板４０
の耐電圧が低下することになる。From the plasma 44 thus generated around the substrate 40 to be processed, the underlying substrate 4 which becomes the underlying portions of the conductive layer 43 and the insulating layer 42 which are the surface portion of the substrate 40 to be processed.
When the charged particles flow into both of the first and second electrodes, and a potential difference (voltage) is generated between the two, dielectric breakdown occurs in the target substrate 40 during or after plasma irradiation, or the target substrate 40 is processed.
The withstand voltage of will decrease.
【００１４】被処理基板４０にプラズマ４４を照射する
と、実際には上記したようなメカニズムにより被処理基
板４０にチャージアップ分布が生じると考えられるが、
特開平５−２９２６９号公報において開示されたマグネ
トロンプラズマ処理装置や、特開平３−２２４２２号公
報において開示されたプラズマエッチング装置において
は、被処理基板４０の表面に流れ込むプラズマ４４中の
荷電粒子量を制御することのみが試みられてきており、
被処理基板４０の下地となる導電性の下地基板４１に流
れ込む荷電粒子については殆ど考慮が払われていなかっ
た。It is considered that when the substrate 40 to be processed is irradiated with the plasma 44, a charge-up distribution is actually generated in the substrate 40 to be processed by the mechanism as described above.
In the magnetron plasma processing apparatus disclosed in JP-A-5-29269 and the plasma etching apparatus disclosed in JP-A-3-22422, the amount of charged particles in the plasma 44 flowing into the surface of the substrate 40 to be processed is set. Only control has been attempted,
Almost no consideration was given to the charged particles flowing into the conductive underlying substrate 41 which is the underlying substrate of the substrate 40 to be processed.
【００１５】そのため、前記した従来のプラズマ処理装
置においては、この導電性の下地基板４１の周囲に空間
が存在し、この空間からプラズマ４４中の荷電粒子が下
地基板４１に流れ込み、被処理基板４０にチャージアッ
プ分布が発生し、被処理基板４０の劣化（チャージアッ
プダメージ）等が生じるという課題があった。Therefore, in the above-described conventional plasma processing apparatus, there is a space around this conductive base substrate 41, and charged particles in the plasma 44 flow into the base substrate 41 from this space, and the substrate 40 to be processed 40 is processed. However, there is a problem in that a charge-up distribution occurs in the substrate, and the substrate 40 to be processed is deteriorated (charge-up damage).
【００１６】本発明はこのような課題に鑑みてなされた
ものであり、プラズマ照射により被処理基板に生ずるチ
ャージアップダメージを低減することができるプラズマ
処理方法及びプラズマ処理装置を提供することを目的と
している。The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a plasma processing method and a plasma processing apparatus capable of reducing charge-up damage caused on a substrate to be processed by plasma irradiation. There is.
【００１７】[0017]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係るプラズマ処理方法は、導電性の下地基板
上に絶縁性の被膜が形成された被処理基板の裏面及び外
周部をプラズマから保護しつつ、前記被処理基板をプラ
ズマ処理することを特徴としている（１）。In order to achieve the above-mentioned object, a plasma processing method according to the present invention is a method of plasma-treating a back surface and an outer peripheral portion of a substrate to be processed in which an insulating film is formed on a conductive base substrate. It is characterized in that the substrate to be processed is plasma-processed while being protected from (1).
【００１８】また本発明に係るプラズマ処理装置は、被
処理基板にプラズマにより処理が施されるプラズマ処理
装置において、前記被処理基板の裏面に密接する試料保
持台と前記被処理基板の外周部に密接する外周リングと
を備えていることを特徴としている（２）。Further, the plasma processing apparatus according to the present invention is a plasma processing apparatus in which a substrate to be processed is processed by plasma, and a sample holder that is in close contact with the back surface of the substrate to be processed and an outer peripheral portion of the substrate to be processed. It is characterized by having a close outer ring (2).
【００１９】さらに本発明に係るプラズマ処理装置は、
被処理基板にプラズマにより処理が施されるプラズマ処
理装置において、試料保持台に前記被処理基板とほぼ同
一形状の凹部が形成されていることを特徴としている
（３）。Further, the plasma processing apparatus according to the present invention is
In a plasma processing apparatus in which a substrate to be processed is processed by plasma, a recess having substantially the same shape as the substrate to be processed is formed on a sample holder (3).
【００２０】本発明に係るプラズマ処理方法において
は、プラズマ処理を施す際に前記被処理基板の裏面及び
外周部をプラズマから保護するが、保護の方法は特に限
定されず、例えば上記（２）又は上記（３）記載のプラ
ズマ処理装置のように、前記被処理基板の裏面に密接す
る前記試料保持台と前記被処理基板の外周部に密接する
外周リングを備えたプラズマ処理装置を用いてもよく、
前記試料保持台に前記被処理基板とほぼ同一形状の凹部
が形成されているプラズマ処理装置を用いてもよい。ま
た、例えば絶縁性の樹脂等で被処理基板の外周部及び裏
面部分を被覆すること等により保護してもよく、さら
に、例えば前記被処理基板の形状とほぼ同一の形状の凹
部が形成された保護ケースに被処理基板を載置した後、
これを試料保持台にセットしてプラズマ処理を施しても
よい。In the plasma processing method according to the present invention, the back surface and the outer peripheral portion of the substrate to be processed are protected from the plasma when performing the plasma processing, but the protection method is not particularly limited, and for example, the above (2) or Like the plasma processing apparatus described in (3) above, a plasma processing apparatus that includes the sample holder that closely contacts the back surface of the substrate to be processed and an outer peripheral ring that closely contacts the outer peripheral portion of the substrate to be processed may be used. ,
A plasma processing apparatus may be used in which a recess having substantially the same shape as the substrate to be processed is formed on the sample holder. Further, for example, the outer peripheral portion and the back surface portion of the substrate to be processed may be protected by being covered with an insulating resin or the like, and further, for example, a recessed portion having substantially the same shape as the substrate to be processed is formed. After placing the substrate to be processed in the protective case,
This may be set on a sample holder and plasma treated.
【００２１】次に、上記（２）記載のプラズマ処理装置
において用いられる外周リングは、例えばプラズマ処理
を施す際に用いるガス種、プラズマ密度、あるいはプラ
ズマ処理の種類、例えばＣＶＤ、エッチング、アッシン
グ等、それぞれの条件において変化しないような安定な
材質を適宜選択することにより、プラズマ処理を安定し
て施すことができる。前記被処理半導体基板の表面に入
射するイオンのエネルギーを高めるために前記試料保持
台に設けた電極に高周波電圧を印加することがあるが、
外周リングを絶縁体にする事で該外周リングへの高周波
電圧の印加は防止され、高エネルギーイオンのスパッタ
リングによる外周リングからの不純物放出は防止され
る。またエッチング等の様に表面での化学反応が重要な
場合、外周リングの材質をその化学反応を考慮したもの
にすることで、エッチング等の処理を安定して施すこと
ができる。Next, the outer peripheral ring used in the plasma processing apparatus described in the above (2) is, for example, a gas species used in performing the plasma processing, a plasma density, or a type of the plasma processing, such as CVD, etching, and ashing. The plasma treatment can be stably performed by appropriately selecting a stable material that does not change under each condition. A high-frequency voltage may be applied to the electrode provided on the sample holder in order to increase the energy of ions incident on the surface of the semiconductor substrate to be processed.
By making the outer peripheral ring an insulator, the application of a high frequency voltage to the outer peripheral ring is prevented, and the impurity emission from the outer peripheral ring due to the sputtering of high energy ions is prevented. Further, when the chemical reaction on the surface is important such as etching, by making the material of the outer peripheral ring in consideration of the chemical reaction, the processing such as etching can be stably performed.
【００２２】上記した種々の点を考慮すると、外周リン
グの材質は絶縁性を有するものか、又は被処理基板と同
じ材質のものが好ましく、具体的には、例えばアルミ
ナ、ジルコニア等の酸化物セラミックス、ＡｌＮ、Ｓｉ
3 Ｎ4 等の非酸化物セラミックス、フッ素樹脂、シリコ
ーン樹脂、ポリイミド樹脂等の耐熱性樹脂、Ｓｉ等の基
板材料等が挙げられる。そして、実際にはプラズマ処理
装置の目的や処理条件を考慮して、前記物質の中から適
切な材料を選定すればよい。In consideration of the above-mentioned various points, it is preferable that the material of the outer peripheral ring has an insulating property or the same material as the substrate to be processed. Specifically, for example, oxide ceramics such as alumina and zirconia. , AlN, Si
Non-oxide ceramics such as 3 N 4 , heat resistant resins such as fluororesins, silicone resins and polyimide resins, substrate materials such as Si, etc. may be mentioned. Then, actually, an appropriate material may be selected from the above substances in consideration of the purpose of the plasma processing apparatus and the processing conditions.
【００２３】また、前記被処理基板の裏面に密接する試
料保持台に関しては、試料の裏面と同様の形状の表面を
有する試料保持台が好ましい。被処理基板の裏面は、通
常平坦であるので、試料保持台の表面も平坦であればよ
いが、密着性を増すために静電チャックやその他の手段
を備えた試料保持台がより好ましい。As for the sample holder which is in close contact with the back surface of the substrate to be processed, a sample holder having a front surface having the same shape as the back surface of the sample is preferable. Since the back surface of the substrate to be processed is usually flat, the front surface of the sample holder may be flat, but a sample holder provided with an electrostatic chuck or other means is preferable in order to increase the adhesion.
【００２４】（３）記載のプラズマ処理装置においても
同様に、プラズマ処理装置の試料保持台が被処理基板と
密着するように構成されたものが好ましい。Similarly, in the plasma processing apparatus described in (3), it is preferable that the sample holder of the plasma processing apparatus is configured to be in close contact with the substrate to be processed.
【００２５】[0025]
【作用】本発明に係るプラズマ処理方法によれば、導電
性の下地基板上に絶縁性の被膜が形成された被処理基板
の裏面及び外周部をプラズマから保護しつつ、前記被処
理基板にプラズマ処理を施すので、下地基板にプラズマ
から荷電粒子が流入できなくなり、被処理基板の下地基
板と表面との間のチャージアップ分布が発生しにくくな
り、被処理基板の絶縁破壊等のチャージアップダメージ
が低減される。According to the plasma processing method of the present invention, the back surface and the outer peripheral portion of the substrate to be processed in which the insulating film is formed on the conductive base substrate are protected from the plasma while the substrate to be processed is plasma-treated. Since the treatment is performed, charged particles cannot flow from the plasma to the base substrate, charge-up distribution between the base substrate and the surface of the target substrate is less likely to occur, and charge-up damage such as dielectric breakdown of the target substrate is prevented. Will be reduced.
【００２６】また本発明に係るプラズマ処理装置によれ
ば、被処理基板にプラズマにより処理が施されるプラズ
マ処理装置において、前記被処理基板の裏面に密接する
試料保持台と前記被処理基板の外周部に密接する外周リ
ングとを備えているので、下地基板にプラズマから荷電
粒子が流入できなくなり、被処理基板の下地基板と表面
との間のチャージアップ分布が発生しにくくなり、被処
理基板の絶縁破壊等のチャージアップダメージが低減さ
れる。Further, according to the plasma processing apparatus of the present invention, in the plasma processing apparatus in which the substrate to be processed is processed by plasma, the sample holder and the outer periphery of the substrate to be processed are in close contact with the back surface of the substrate to be processed. Since the outer peripheral ring that is in close contact with the base is provided, charged particles cannot flow from the plasma to the base substrate, and charge-up distribution between the base substrate and the surface of the target substrate is less likely to occur. Charge-up damage such as dielectric breakdown is reduced.
【００２７】さらに本発明に係るプラズマ処理装置によ
れば、被処理基板にプラズマにより処理が施されるプラ
ズマ処理装置において、試料保持台に前記被処理基板と
ほぼ同一形状の凹部が形成されているので、（２）記載
のプラズマ処理装置と同様に、下地基板にプラズマから
荷電粒子が流入できなくなり、被処理基板の下地基板と
表面との間のチャージアップ分布が発生しにくくなり、
被処理基板の絶縁破壊等のチャージアップダメージが低
減される。Further, according to the plasma processing apparatus of the present invention, in the plasma processing apparatus in which the substrate to be processed is processed by the plasma, the sample holder is provided with the recess having substantially the same shape as the substrate to be processed. Therefore, similarly to the plasma processing apparatus described in (2), charged particles cannot flow from the plasma to the base substrate, and charge-up distribution between the base substrate and the surface of the substrate to be processed is less likely to occur.
Charge-up damage such as dielectric breakdown of the substrate to be processed is reduced.
【００２８】[0028]
【実施例及び比較例】以下、本発明に係るプラズマ処理
装置を用いたプラズマ処理方法の実施例を図面に基づい
て説明する。なお、比較例として従来のプラズマ処理装
置を用いたプラズマ処理方法についても説明する。EXAMPLES AND COMPARATIVE EXAMPLES Examples of a plasma processing method using a plasma processing apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. A plasma processing method using a conventional plasma processing apparatus will be described as a comparative example.
【００２９】図１は実施例に係るプラズマ処理装置を模
式的に示した断面図であり、図中１１はプラズマ生成室
を示している。プラズマ生成室１１周壁は２重構造に構
成されており、その内部には冷却水の流通室１１ａが形
成され、また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
下部壁中央にはマイクロ波導入口１１ｃと対向する位置
にプラズマ引き出し窓１１ｄが形成されている。マイク
ロ波導入口１１ｃには他端が図示しないマイクロ波発振
器に接続された導波管１２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。FIG. 1 is a schematic sectional view of a plasma processing apparatus according to an embodiment, and 11 in the drawing indicates a plasma generation chamber. The peripheral wall of the plasma generation chamber 11 is formed in a double structure, and a cooling water flow chamber 11a is formed inside the microwave generation port 11c sealed by a quartz glass plate 11b at the center of the upper wall. Further, a plasma extraction window 11d is formed at a position facing the microwave introduction port 11c in the center of the lower wall. The microwave introduction port 11c is connected to one end of a waveguide 12 whose other end is connected to a microwave oscillator (not shown), and a sample chamber 13 is arranged so as to face the plasma extraction window 11d. Further, an exciting coil 14 is arranged concentrically with the plasma generation chamber 11 and the waveguide 12 connected to the plasma generation chamber 11 so as to surround them.
【００３０】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保持台１７が配設され、試
料保持台１７上にはウエハ等の被処理基板Ｓが図示しな
い静電チャックにより着脱可能に載置され、被処理基板
Ｓはその外周に密着して配設された外周リング１５によ
り固定されている。この外周リング１５及び被処理基板
Ｓが載置された試料保持台１７の構造は図２において、
詳しく説明する。さらに試料室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。On the other hand, a sample holder 17 is disposed in the sample chamber 13 at a position facing the plasma extraction window 11d, and a substrate S to be processed such as a wafer is attached to and detached from the sample holder 17 by an electrostatic chuck (not shown). The target substrate S is mounted so that it can be mounted thereon, and is fixed by an outer peripheral ring 15 that is disposed in close contact with the outer periphery of the target substrate S. The structure of the sample holder 17 on which the outer ring 15 and the substrate S to be processed are placed is shown in FIG.
explain in detail. Further, an exhaust port 13a connected to an exhaust device (not shown) is formed on the lower wall of the sample chamber 13.
【００３１】なお、図中、１１ｇはプラズマ生成室１１
に連なる反応ガス供給系を示しており、１３ｇは試料室
１３に連なる反応ガス導入口を示しており、１１ｈ、１
１ｉは冷却水の供給系、排出系を示している。In the figure, 11g is a plasma generation chamber 11
13g indicates a reaction gas supply system connected to the sample chamber 13, and 13g indicates a reaction gas inlet connected to the sample chamber 13, 11h, 1
Reference numeral 1i indicates a supply system and a discharge system of cooling water.
【００３２】図２は、図１に示したプラズマ処理装置に
おいて、被処理基板Ｓが載置された試料保持台１７及び
被処理基板Ｓを保護する外周リング１５を模式的に示し
た断面図である。FIG. 2 is a sectional view schematically showing a sample holder 17 on which the substrate S to be processed is placed and an outer peripheral ring 15 for protecting the substrate S to be processed in the plasma processing apparatus shown in FIG. is there.
【００３３】図２に示しているように、基台２０の上に
試料台２１が載置されており、この試料台２１には被処
理基板温度制御用の冷却水を循環させるための流路２２
が形成されている。この流路２２には導入管２３及び導
出管２４が接続されており、冷却液が導入管２３から流
路２２を通って導出管２４から排出されるように構成さ
れている。試料台２１の上方には静電チャック２５が載
置されており、この静電チャック２５の上部に被処理基
板Ｓが載せられるようになっている。静電チャック２５
は、例えばセラミックス等から構成された絶縁体２６内
部に電極層２７が埋設された格好で形成されており、こ
の電極層２７には電極棒２８が接続されている。この静
電チャック２５の電極層２７には、被処理基板Ｓを載置
する際に静電的な吸着力を発生させるために直流電圧が
印加され、またプラズマが照射される際には、高周波が
印加される。As shown in FIG. 2, a sample table 21 is placed on the base table 20, and a flow path for circulating cooling water for controlling the temperature of the substrate to be processed is mounted on the sample table 21. 22
Are formed. An introduction pipe 23 and a discharge pipe 24 are connected to the flow passage 22, and the cooling liquid is configured to be discharged from the introduction pipe 23 through the flow passage 22 and the discharge pipe 24. An electrostatic chuck 25 is placed above the sample table 21, and the substrate S to be processed is placed on the electrostatic chuck 25. Electrostatic chuck 25
Is formed such that an electrode layer 27 is embedded inside an insulator 26 made of, for example, ceramics, and an electrode rod 28 is connected to the electrode layer 27. A DC voltage is applied to the electrode layer 27 of the electrostatic chuck 25 to generate an electrostatic attraction force when the substrate S to be processed is placed, and a high frequency wave is applied when the plasma is irradiated. Is applied.
【００３４】また、この試料保持台１７の上には、アル
ミナ製の外周リング１５が配設されている。この外周リ
ング１５は、二つに分割され、それぞれの一端部が図示
しないピンにより開閉できる状態で固定されており、被
処理基板Ｓを載置する際や取り出す際には開くことがで
きるようになっている。従って、被処理基板Ｓを静電チ
ャックに２５載置する際には、外周リング１５を開き、
被処理基板Ｓを静電チャック２５に載置した後、外周リ
ング２５を閉じる。外周リング１５の固定されていない
他端は、外周リング１５を閉じた後、お互いが磁石等で
簡単に接続、固定できる構造となっている。そして、こ
の外周リング１５を閉じることにより、外周リング１５
が被処理基板１９の外周部に接するような構造となって
いるので、プラズマ処理中には被処理基板Ｓの外周部、
及び表面外周部にプラズマが照射されるのを防止するこ
とができる。An outer peripheral ring 15 made of alumina is arranged on the sample holder 17. The outer peripheral ring 15 is divided into two, one end of each of which is fixed in a state in which it can be opened and closed by a pin (not shown) so that it can be opened when the substrate S to be processed is placed or taken out. Has become. Therefore, when placing the substrate S to be processed 25 on the electrostatic chuck, the outer peripheral ring 15 is opened,
After placing the substrate S to be processed on the electrostatic chuck 25, the outer peripheral ring 25 is closed. The other ends of the outer peripheral ring 15 which are not fixed have a structure in which they can be easily connected and fixed to each other by a magnet or the like after closing the outer peripheral ring 15. Then, by closing the outer peripheral ring 15,
Is in contact with the outer peripheral portion of the substrate to be processed 19, the outer peripheral portion of the substrate to be processed S,
Also, it is possible to prevent the plasma from being irradiated to the outer peripheral portion of the surface.
【００３５】また、パーティクル等の発生を考慮して、
外周リング１５を被処理基板１９の上方からかぶせるよ
うな構成等にしても構わない。In consideration of the generation of particles and the like,
The outer peripheral ring 15 may be covered over the substrate 19 to be processed.
【００３６】このように構成されたプラズマ処理装置に
あっては、プラズマ生成室１１及び試料室１３内を所定
の真空度に設定した後、プラズマ生成室１１内に反応ガ
ス供給系１１ｇ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２．４５ＧＨｚの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し、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１３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内の被処理基板Ｓ
周辺に投射され、試料室１３内の被処理基板Ｓ表面をプ
ラズマ処理するようになっている。In the plasma processing apparatus configured as described above, after the inside of the plasma generating chamber 11 and the sample chamber 13 is set to a predetermined vacuum degree, the plasma processing chamber 11 is supplied with the required gas through the reaction gas supply system 11g. Gas is supplied so that a gas pressure is obtained, a magnetic field is formed by the excitation coil 14, and the plasma generation chamber 11 is supplied through the microwave introduction port 11c.
A microwave of 2.45 GHz is introduced into the inside of the plasma generation chamber 11 and the gas is resonantly excited by using the plasma generation chamber 11 as a cavity resonator to generate plasma. The generated plasma has a divergent magnetic field whose magnetic flux density decreases toward the sample chamber 13 side formed by the exciting coil 14 and causes the substrate S to be processed in the sample chamber 13 to be processed.
The surface of the substrate S to be processed in the sample chamber 13 is projected to the periphery and plasma-processed.
【００３７】上記した実施例に係るプラズマ処理装置を
用いて、被処理基板Ｓのチャージアップダメージを評価
するため、ＭＯＳキャパシタが形成された被処理基板Ｓ
上にアルゴンプラズマを照射し、ＭＯＳキャパシタの耐
電圧を調べた。プラズマ生成条件は、マイクロ波電力が
１．２ｋＷ、導入したアルゴンガスの圧力が０．６Ｔｏ
ｒｒであり、試料保持台には４００ｋＨｚの高周波電圧
を３００Ｗの電力で印加した。また、被処理基板Ｓを吸
着させるために、静電チャック内の電極２０に４００Ｖ
の直流電圧を印加した。In order to evaluate the charge-up damage of the substrate S to be processed by using the plasma processing apparatus according to the above-mentioned embodiment, the substrate S to be processed on which the MOS capacitor is formed is evaluated.
The top surface was irradiated with argon plasma, and the withstand voltage of the MOS capacitor was examined. Plasma generation conditions are as follows: microwave power 1.2 kW, introduced argon gas pressure 0.6 To.
A high frequency voltage of 400 kHz was applied to the sample holder with an electric power of 300 W. In order to attract the substrate S to be processed, 400 V is applied to the electrode 20 in the electrostatic chuck.
DC voltage was applied.
【００３８】図３は、上記条件のプラズマ処理を施した
際のＭＯＳキャパシタが形成された被処理基板Ｓの耐電
圧分布を示した平面図であり、図３に示されている数字
は、被処理基板Ｓ上に形成されたＭＯＳキャパシタの耐
電圧を示しており、各数字はその一つ一つがＭＯＳキャ
パシタの各素子の耐電圧に対応している。FIG. 3 is a plan view showing the withstand voltage distribution of the substrate S to be processed on which the MOS capacitor is formed when the plasma processing under the above conditions is performed, and the numbers shown in FIG. The withstand voltage of the MOS capacitor formed on the processing substrate S is shown, and each numeral corresponds to the withstand voltage of each element of the MOS capacitor.
【００３９】なお比較例として、図２に示した外周リン
グ１５を用いず、被処理基板を直接試料保持台に載置す
る従来のプラズマ処理装置を用いた場合についても、実
施例の場合と同様の実験を行った。結果を実施例と同様
に図４に示す。As a comparative example, the case where the conventional plasma processing apparatus in which the substrate to be processed is directly placed on the sample holder is used without using the outer peripheral ring 15 shown in FIG. 2 is similar to the case of the embodiment. The experiment was done. The results are shown in FIG. 4 as in the example.
【００４０】図４からわかるように比較例に係るプラズ
マ処理装置により被処理基板Ｓにプラズマ処理を施した
場合には、被処理基板Ｓの中央部及び周辺部分では絶縁
破壊が認められた。As can be seen from FIG. 4, when the substrate S to be processed was subjected to the plasma processing by the plasma processing apparatus according to the comparative example, dielectric breakdown was observed in the central portion and the peripheral portion of the substrate S to be processed.
【００４１】一方実施例に係るプラズマ処理装置を用い
た場合には、被処理基板Ｓ上のＭＯＳキャパシタ素子に
耐電圧の劣化は認められなかった。On the other hand, when the plasma processing apparatus according to the example was used, no deterioration of withstand voltage was observed in the MOS capacitor element on the substrate S to be processed.
【００４２】このように上記実施例に係るプラズマ処理
装置を用いて、被処理基板Ｓにプラズマ処理を施した場
合、下地基板にプラズマから荷電粒子が流入するのを防
止することができ、被処理基板の下地基板と表面との間
のチャージアップ分布の発生を抑制することができ、そ
の結果、被処理基板の絶縁破壊等のチャージアップダメ
ージを低減することができる。As described above, when the substrate S to be processed is subjected to the plasma processing by using the plasma processing apparatus according to the above-described embodiment, it is possible to prevent the charged particles from flowing from the plasma to the base substrate, and the processed substrate S is processed. Generation of charge-up distribution between the base substrate and the surface of the substrate can be suppressed, and as a result, charge-up damage such as dielectric breakdown of the substrate to be processed can be reduced.
【００４３】次に、多結晶Ｓｉからなる外周リング１５
が備えられた別の実施例に係るプラズマ処理装置を用
い、１μｍの酸化膜が形成されたＳｉ基板にエッチング
処理を施した。エッチング処理を行う際は、エッチング
ガスとして、Ｃ4 Ｈ8 ：２５ｓｃｃｍ、Ｏ2 ：１３ｓｃ
ｃｍを供給し、圧力が１ｍＴｏｒｒ、マイクロ波電力が
１．３ｋＷ、試料保持台１７に印加した高周波が４００
ｋＨｚ、エッチング時間が３分の条件でエッチング処理
を施した。Next, the outer peripheral ring 15 made of polycrystalline Si
Using a plasma processing apparatus according to another embodiment provided with, an Si substrate on which a 1 μm oxide film was formed was subjected to etching processing. When the etching process is performed, the etching gas is C 4 H 8 : 25 sccm, O 2 : 13 sc
cm, the pressure is 1 mTorr, the microwave power is 1.3 kW, and the high frequency applied to the sample holder 17 is 400.
The etching treatment was performed under the conditions of kHz and etching time of 3 minutes.
【００４４】その結果、エッチング処理を安定して施す
ことができ、得られた被処理基板Ｓもチャージアップに
よる耐電圧の劣化は認められなかった。As a result, the etching process could be stably performed, and the obtained substrate S to be processed did not show deterioration in withstand voltage due to charge-up.
【００４５】次に、試料保持台に被処理基板とほぼ同一
形状の凹部が形成されたプラズマ処理装置の実施例につ
いて説明する。Next, an embodiment of a plasma processing apparatus in which a concave portion having substantially the same shape as the substrate to be processed is formed on the sample holder will be described.
【００４６】図５は静電チャックに凹部が形成された試
料保持台を模式的に示した断面図である。この実施例に
係るプラズマ処理装置では、静電チャック３２に凹部３
１が形成された試料保持台３０が用いられている他は、
図１に示したプラズマ処理装置と同様に構成されてい
る。また、試料保持台３０の構成も静電チャック３２に
凹部３１が形成されている他は、図２に示した試料保持
台１７の構成と同様である。従って、ここでは静電チャ
ック３２に形成された凹部３１に関連することのみを以
下に簡単に説明する。FIG. 5 is a sectional view schematically showing a sample holder having a concave portion formed on the electrostatic chuck. In the plasma processing apparatus according to this embodiment, the recess 3 is formed in the electrostatic chuck 32.
1, except that the sample holder 30 on which 1 is formed is used,
It is configured similarly to the plasma processing apparatus shown in FIG. Further, the structure of the sample holder 30 is the same as that of the sample holder 17 shown in FIG. 2 except that the concave portion 31 is formed in the electrostatic chuck 32. Therefore, here, only the matters relating to the concave portion 31 formed in the electrostatic chuck 32 will be briefly described below.
【００４７】静電チャック３２に形成された凹部３１の
形状は、ほぼ被処理基板Ｓの形状とほぼ同じであり、こ
の凹部３１の中に被処理基板Ｓを載置することができ
る。被処理基板Ｓを取り出す際には、図示しない離脱用
ノックピンを使用する。The shape of the recess 31 formed in the electrostatic chuck 32 is almost the same as the shape of the substrate S to be processed, and the substrate S to be processed can be placed in the recess 31. When taking out the substrate S to be processed, a disengagement knock pin (not shown) is used.
【００４８】このように図５に示した形状の凹部３１が
形成された静電チャック３２に被処理基板Ｓを載置して
プラズマ処理を施すと、下地基板にプラズマから荷電粒
子が流入するのを防止することができ、被処理基板Ｓの
下地基板と表面との間のチャージアップ分布の発生を抑
制することができ、その結果、被処理基板Ｓの絶縁破壊
等のチャージアップダメージを低減することができる。As described above, when the substrate S to be processed is placed on the electrostatic chuck 32 in which the concave portion 31 having the shape shown in FIG. 5 is formed and plasma processing is performed, charged particles flow from the plasma into the base substrate. Can be prevented, and the occurrence of charge-up distribution between the base substrate and the surface of the substrate S to be processed can be suppressed. As a result, charge-up damage such as dielectric breakdown of the substrate S to be processed can be reduced. be able to.
【００４９】[0049]
【発明の効果】以上詳述したように本発明に係るプラズ
マ処理方法にあっては、導電性の下地基板上に絶縁性の
被膜が形成された被処理基板の裏面及び外周部をプラズ
マから保護しつつ、前記被処理基板をプラズマ処理する
ので、下地基板にプラズマから荷電粒子が流入するのを
防止することができ、被処理基板の下地基板と表面との
間のチャージアップ分布の発生を抑制することができ、
その結果、被処理基板の絶縁破壊等のチャージアップダ
メージを低減することができる。As described in detail above, in the plasma processing method according to the present invention, the back surface and the outer peripheral portion of the substrate to be processed having the insulating coating formed on the conductive base substrate are protected from the plasma. At the same time, since the substrate to be processed is plasma-processed, it is possible to prevent charged particles from flowing into the base substrate from the plasma, and suppress the occurrence of charge-up distribution between the base substrate and the surface of the target substrate. You can
As a result, charge-up damage such as dielectric breakdown of the substrate to be processed can be reduced.
【００５０】また上記（２）記載のプラズマ処理装置に
よれば、被処理基板にプラズマにより処理が施されるプ
ラズマ処理装置において、前記被処理基板の裏面に密接
する試料保持台と前記被処理基板の外周部に密接する外
周リングとを備えているので、下地基板にプラズマから
荷電粒子が流入するのを防止することができ、被処理基
板の下地基板と表面との間のチャージアップ分布の発生
を抑制することができ、その結果、被処理基板の絶縁破
壊等のチャージアップダメージを低減することができ
る。Further, according to the plasma processing apparatus of the above (2), in the plasma processing apparatus in which the substrate to be processed is processed by the plasma, the sample holder and the substrate to be processed which are in close contact with the back surface of the substrate to be processed. Since it has an outer peripheral ring that is in close contact with the outer peripheral portion of the substrate, it is possible to prevent charged particles from flowing into the underlying substrate from the plasma, and to generate a charge-up distribution between the underlying substrate and the surface of the substrate to be processed. Can be suppressed, and as a result, charge-up damage such as dielectric breakdown of the substrate to be processed can be reduced.
【００５１】さらに上記（３）記載のプラズマ処理装置
によれば、被処理基板にプラズマにより処理が施される
プラズマ処理装置において、試料保持台に前記被処理基
板とほぼ同一形状の凹部が形成されているので、（２）
記載のプラズマ処理装置と同様に、下地基板にプラズマ
から荷電粒子が流入するのを防止することができ、被処
理基板の下地基板と表面との間のチャージアップ分布の
発生を抑制することができ、その結果、被処理基板の絶
縁破壊等のチャージアップダメージを低減することがで
きる。Further, according to the plasma processing apparatus of the above (3), in the plasma processing apparatus in which the substrate to be processed is processed by the plasma, the sample holder is provided with the recess having substantially the same shape as the substrate to be processed. (2)
Similar to the described plasma processing apparatus, it is possible to prevent charged particles from flowing into the base substrate from the plasma, and it is possible to suppress the occurrence of charge-up distribution between the base substrate and the surface of the target substrate. As a result, charge-up damage such as dielectric breakdown of the substrate to be processed can be reduced.
【図１】本発明の実施例に係るプラズマ処理装置を模式
的に示した断面図である。FIG. 1 is a sectional view schematically showing a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図２】図１に示した実施例に係るプラズマ処理装置に
おいて、被処理基板が載置される試料保持台を模式的に
示した断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a sample holder on which a substrate to be processed is placed in the plasma processing apparatus according to the embodiment shown in FIG.
【図３】実施例に係るプラズマ処理装置を用いてＭＯＳ
キャパシタが形成された被処理基板にプラズマ処理を施
した際の被処理基板の耐電圧分布を示した平面図であ
る。FIG. 3 is a diagram illustrating a MOS using a plasma processing apparatus according to an embodiment.
FIG. 6 is a plan view showing a withstand voltage distribution of a substrate to be processed when a plasma treatment is applied to the substrate to be processed on which a capacitor is formed.
【図４】比較例に係るプラズマ処理装置を用いてＭＯＳ
キャパシタが形成された被処理基板にプラズマ処理を施
した際の被処理基板の耐電圧分布を示した平面図であ
る。FIG. 4 is a schematic view of a MOS using a plasma processing apparatus according to a comparative example.
FIG. 6 is a plan view showing a withstand voltage distribution of a substrate to be processed when a plasma treatment is applied to the substrate to be processed on which a capacitor is formed.
【図５】別の実施例に係るプラズマ処理装置において、
被処理基板が載置される試料保持台を模式的に示した断
面図である。FIG. 5 shows a plasma processing apparatus according to another embodiment,
It is sectional drawing which showed typically the sample holding stand in which a to-be-processed substrate is mounted.
【図６】従来のプラズマ処理装置において、被処理基板
にプラズマを照射することにより導電層のエッチング処
理を行った際、前記被処理基板にチャージアップ分布が
発生する様子を模式的に示した概念図である。FIG. 6 is a conceptual diagram schematically showing how a charge-up distribution is generated on a substrate to be processed when the conductive layer is etched by irradiating the substrate to be processed with plasma in a conventional plasma processing apparatus. It is a figure.
Ｓ 被処理基板 １５ 外周リング １７、３０ 試料保持台 ３１ 凹部 S substrate to be processed 15 outer peripheral ring 17, 30 sample holder 31 recess
Claims (3)
成された被処理基板の裏面及び外周部をプラズマから保
護しつつ、前記被処理基板をプラズマを用いて処理する
ことを特徴とするプラズマ処理方法。1. A method of treating a substrate to be processed with plasma while protecting a back surface and an outer peripheral portion of the substrate to be processed in which an insulating film is formed on a conductive base substrate from plasma. Plasma treatment method.
れるプラズマ処理装置において、前記被処理基板の裏面
に密接する試料保持台と前記被処理基板の外周部に密接
する外周リング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 plasma processing apparatus for processing a substrate to be processed with plasma, comprising: a sample holder that is in close contact with a back surface of the substrate to be processed; and an outer peripheral ring that is in close contact with an outer peripheral portion of the substrate to be processed. A plasma processing apparatus characterized in that
れるプラズマ処理装置において、試料保持台に前記被処
理基板とほぼ同一形状の凹部が形成されていることを特
徴とするプラズマ処理装置。3. A plasma processing apparatus in which a substrate to be processed is processed by plasma, wherein a recess having substantially the same shape as that of the substrate to be processed is formed on a sample holder.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23803293A JPH0794480A (en) | 1993-09-24 | 1993-09-24 | Plasma processing and plasma processing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23803293A JPH0794480A (en) | 1993-09-24 | 1993-09-24 | Plasma processing and plasma processing device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0794480A true JPH0794480A (en) | 1995-04-07 |
Family
ID=17024162
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23803293A Pending JPH0794480A (en) | 1993-09-24 | 1993-09-24 | Plasma processing and plasma processing device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0794480A (en) |
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| CN110349846A (en) * | 2019-06-19 | 2019-10-18 | 长江存储科技有限责任公司 | A kind of lithographic method and three-dimensional storage of semiconductor devices |
-
1993
- 1993-09-24 JP JP23803293A patent/JPH0794480A/en active Pending
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