【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は電子ビーム励起プラズ
マを使用する電子ビーム励起プラズマ処理装置に関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to anelectron beam excited plasma processing apparatus usingelectron beam excited plasma .
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年の半導体デバイスの高性能化、微細
化に伴って半導体ウエハ等の被処理体のプラズマ処理に
おいても微細加工が必要となっており、真空処理室内の
真空度をより低減させた状態で反応ガスのプラズマ化を
より効率的に行う必要性が高まっている。このプラズマ
処理の１つとして、プラズマから電子を引出して加速し
て照射することにより所定の反応ガスをプラズマ化し、
このプラズマにより被処理体の処理を行う電子ビーム励
起式のプラズマ装置が知られており、出願人等は既にこ
の種のプラズマ装置の開発を試みている。2. Description of the Related Art With the recent increase in performance and miniaturization of semiconductor devices, fine processing is required also in plasma processing of an object to be processed such as a semiconductor wafer, and the degree of vacuum in a vacuum processing chamber is further reduced. There is an increasing need to more efficiently convert the reaction gas into a plasma in the closed state. As one of the plasma processes, a predetermined reaction gas is turned into plasma by extracting electrons from the plasma, accelerating and irradiating them,
An electron beam excitation type plasma apparatus for processing an object to be processed by this plasma is known, and the applicants have already attempted to develop a plasma apparatus of this type.
【０００３】すなわち、特開平１−１０５５３９号公報
に記載のものには、電子ビームプラズマ装置において、
偏向電極を用いて電子ビームを拡散させる技術が示され
ている。また、特開平１−１０５５４０号公報に記載の
ものには、電子ビームプラズマ装置において、磁場打消
し手段を設けて電子ビームを拡散させる技術が示されて
いる。また、特開昭６３−１９０２９９号公報に記載の
ものには、電子ビームプラズマ装置において、電極対を
スペーサを介して固定する技術が示されている。また、
特開昭６４−５３４２２号公報に記載のものには、電子
ビームプラズマ装置において、第１のプラズマによりエ
ッチングガスをプラズマ化する第２のプラズマ手段に関
する技術が示されている。[0003] That is, Japanese Unexamined Patent Publication No. 1-155555 discloses an electron beam plasma apparatus.
A technique for diffusing an electron beam using a deflection electrode is disclosed. Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-105540 discloses a technique in which an electron beam plasma apparatus is provided with a magnetic field canceling means to diffuse an electron beam. Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-190299 discloses a technique for fixing an electrode pair via a spacer in an electron beam plasma apparatus. Also,
Japanese Unexamined Patent Publication No. 64-53422 discloses a technique relating to a second plasma means for converting an etching gas into a plasma by a first plasma in an electron beam plasma apparatus.
【０００４】このプラズマ装置は、図５に示すように、
例えばステンレス鋼等により円筒状に形成された密閉容
器１内の一方の端部にアルゴン（Ａｒ）等のプラズマ生
成用の放電ガスを噴出する導入孔２ａを有するカソード
電極２を設け、密閉容器１のカソード電極２と反対側の
処理室３の端部に被処理体例えば半導体ウエハＷを照射
される電子の照射方向と直交する位置に保持するウエハ
ホルダ４を配置した構造となっている。更に、カソード
電極２とウエハホルダ４との間に、カソード電極２側か
ら順に、それぞれ同軸的に中央に通過孔を有する第１及
び第２の中間電極５，６とアノード電極７を設け、そし
て、アノード電極７との間に加速空間８を介して電子ビ
ーム加速電極９を設けている。なお、上記第１及び第２
の中間電極５，６、アノード電極７、電子ビーム加速電
極９の外側で密閉容器１の外側にはそれぞれ磁場形成の
ための環状のコイル１３〜１６が配置されている。ま
た、放電領域１０の中間室１７、加速空間８及び処理室
３にはそれぞれ排気孔１８，１９，２０が設けられてお
り、各排気孔１８，１９，２０には図示しない真空ポン
プが接続されて、中間室１７、加速空間８及び処理室３
内が所定の真空圧に維持されるようになっている。[0004] As shown in FIG.
For example, a cathode electrode 2 having an introduction hole 2a for ejecting a discharge gas for generating plasma such as argon (Ar) is provided at one end of a closed container 1 formed in a cylindrical shape of stainless steel or the like. And a wafer holder 4 for holding an object to be processed, for example, a semiconductor wafer W, at a position orthogonal to the irradiation direction of the electrons to be irradiated, at the end of the processing chamber 3 opposite to the cathode electrode 2. Further, between the cathode electrode 2 and the wafer holder 4, first and second intermediate electrodes 5 and 6 each having a through hole at the center coaxially therewith and an anode electrode 7 are provided in this order from the cathode electrode 2 side, An electron beam acceleration electrode 9 is provided between the anode electrode 7 and an acceleration space 8. Note that the first and second
The annular coils 13 to 16 for forming a magnetic field are arranged outside the closed container 1 outside the intermediate electrodes 5 and 6, the anode electrode 7, and the electron beam accelerating electrode 9. Exhaust holes 18, 19, and 20 are provided in the intermediate chamber 17, the acceleration space 8, and the processing chamber 3 of the discharge region 10, respectively, and a vacuum pump (not shown) is connected to each of the exhaust holes 18, 19, and 20. And the intermediate chamber 17, the acceleration space 8, and the processing chamber 3.
The inside is maintained at a predetermined vacuum pressure.
【０００５】上記のように構成することにより、アノー
ド電極７及びカソード電極２間に放電電圧Ｖ1 を印加
し、放電させることによってカソード電極２を収容する
放電領域１０にプラズマが生成される。また、電子ビー
ム加速電圧Ｖ2 を加速電極９に印加することによって放
電領域１０で生じて電子ビーム加速領域１１に送られた
プラズマ中から電子を引出し加速してプラズマ処理領域
１２（具体的には処理室３）内に導入し、そして、反応
ガス導入管３ａを介して処理室３内に導入される塩素
（Ｃｌ）やアルゴン（Ａｒ）等の反応ガスを活性化して
高密度のプラズマを発生させ、半導体ウエハＷのプラズ
マ処理を行うことができる。この際、ウエハホルダ４に
直流電圧Ｖ3 を印加するか、あるいはウエハホルダ４を
フローティングしてプラズマ中の反応種すなわち反応ガ
ス、イオン及び電子を半導体ウエハＷに引込むことによ
ってエッチングレートの向上を図っている。すなわち、
半導体ウエハＷをプラズマから引出された電子の照射方
向と直交状に位置させるため、イオンエネルギの高いイ
オンを半導体ウエハＷに打込んでエッチング処理を行う
ことができ、エッチングレートを高めることができる。[0005] With the above configuration, a discharge voltage V1 is applied between the anode electrode 7 and the cathode electrode 2 to cause a discharge, thereby generating plasma in the discharge region 10 accommodating the cathode electrode 2. Further, by applying an electron beam acceleration voltage V2 to the accelerating electrode 9, electrons are extracted from the plasma generated in the discharge region 10 and sent to the electron beam acceleration region 11, accelerated, and accelerated by the plasma processing region 12 (specifically, the processing). The reaction gas such as chlorine (Cl) or argon (Ar) introduced into the processing chamber 3 through the reaction gas introduction pipe 3a is activated to generate high-density plasma. The plasma processing of the semiconductor wafer W can be performed. At this time, the etching rate is improved by applying a DC voltage V3 to the wafer holder 4 or floating the wafer holder 4 to draw the reactive species in the plasma, that is, the reactive gas, ions and electrons into the semiconductor wafer W. That is,
Since the semiconductor wafer W is positioned orthogonal to the irradiation direction of the electrons extracted from the plasma, the etching process can be performed by implanting ions having high ion energy into the semiconductor wafer W, and the etching rate can be increased.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年の
半導体デバイスの微細化に伴って被処理体の酸化膜は薄
層化されており、従来のこの種のプラズマ装置のように
被処理体を電子の照射方向と直交する位置に配置するも
のにおいては、イオンエネルギの高いイオンの注入によ
って例えばフォトレジストが焼きただれることやイオン
汚染等が生じると共に、絶縁破壊の原因を招くという問
題があった。また、被処理体を電子の照射方向と直交状
に配置するものにおいては、被処理体の処理面に対して
均一なプラズマ密度が確保できないため、処理精度の低
下をきたすという問題もあった。この問題はプラズマエ
ッチング装置以外のＣＶＤ装置、スパッタ装置等のプラ
ズマ装置においても同様の課題となっている。However, with the recent miniaturization of semiconductor devices, the oxide film of the object to be processed has been made thinner, and the object to be processed has to be made electronically like a conventional plasma apparatus of this type. In the case of disposing them at a position orthogonal to the irradiation direction, there is a problem that implantation of ions having high ion energy causes, for example, burning of a photoresist, ion contamination, and the like, and also causes dielectric breakdown. Further, in the case where the object to be processed is arranged in a direction perpendicular to the electron irradiation direction, there is a problem that a uniform plasma density cannot be ensured on the processing surface of the object to be processed, thereby lowering the processing accuracy. This problem is a similar problem in plasma devices such as a CVD device and a sputtering device other than the plasma etching device.
【０００７】この発明は上記事情に鑑みなされたもの
で、電子ビーム励起プラズマを広い範囲に亘ってシート
状にすると共に、その面内のプラズマ密度を均一にして
精度の高い処理を行えるようにした電子ビーム励起プラ
ズマ処理装置を提供することを目的とするものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and makes it possible to form an electron beam-excited plasma into a sheet over a wide range and to make the plasma density in the plane uniform so that highly accurate processing can be performed.Electron beam pump
It is an object to provide azuma processing apparatus .
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の電子ビーム励起プラズマ処理装置は、放
電用ガスのプラズマ生成手段と、少なくとも磁場形成の
ための環状コイルを具備し、プラズマから電子を引出す
と共に、引出された電子を加速する電子加速手段と、上
記電子加速手段により加速された電子の照射により処理
室内で反応ガスをプラズマ化して被処理体のプラズマ処
理を行うプラズマ処理手段とを備えた電子ビーム励起プ
ラズマ処理装置であって、 上記プラズマ処理手段は、
上記電子加速手段により加速された電子の流れの方向に
おいて上記環状コイルの下流側に設けられ、加速された
電子を偏平状に圧縮すべく対峙する一対の永久磁石と、
偏平された電子を偏平面に沿って移送するソレノイドコ
イルと、上記偏平面に沿って移送される電子を集束すべ
く上記永久磁石と対向する処理室側壁面に配設される磁
場集束用磁石とを具備し、 上記一対の永久磁石と、上
記ソレノイドコイルと、上記磁場集束用磁石とで形成さ
れる磁場により、上記被処理体を保持する被処理体保持
手段の上方近傍に被処理体保持手段と平行なシート状の
プラズマ領域を形成することを特徴とするものである。In order to achieve the above object, anelectron beam excited plasma processing apparatus according to the present inventioncomprises:
Means for generating a plasma of an electric gas and at least
With an annular coil for extracting electrons from the plasma
At the same time, electron acceleration means for accelerating the extracted electrons
Processing by irradiation of electrons accelerated by the electron acceleration means
The reaction gas is converted into plasma in the room to perform plasma processing on the object to be processed.
Beam excitation pump having plasma processing means for performing
A plasma processing apparatus, wherein the plasma processing means comprises:
In the direction of the electron flow accelerated by the electron acceleration means
Provided on the downstream side of the annular coil and accelerated
A pair of permanent magnets facing each other to compress the electrons flat,
Solenoid coil that transports flattened electrons along a flat surface
And the electrons transported along the plane
The magnet provided on the side wall of the processing chamber facing the permanent magnet
A field focusing magnet, the pair of permanent magnets, and
Formed by the solenoid coil and the magnet for focusing the magnetic field.
Object holding, which holds the object by the applied magnetic field
A sheet-like sheet parallel to the object holding means
It is characterized in that a plasma region is formed .
【０００９】この発明において、電子の通過領域を偏平
状に圧縮する一対の永久磁石は対向する面が同極（Ｎ
極）となる矩形状の永久磁石にて形成することができ
る。また、ソレノイドコイルは単数であってもよいが、
電子の移送方向に並列の複数のコイルを具備する方が長
い距離、電子を移送できる点で好ましい。In thepresent invention, a pair of permanent magnets for compressing the passage area of electrons into a flat shape have opposite surfaces of the same polarity (N
(Pole) can be formed of a rectangular permanent magnet. Also, the solenoid coil may be singular,
Providing a plurality of coils in parallel in the electron transfer direction is preferable in that electrons can be transferred over a long distance.
【００１０】[0010]
【作用】上記のように構成されるこの発明の電子ビーム
励起プラズマ処理装置によれば、電子加速手段によって
プラズマ中から処理室内に電子が引込まれ、引込まれた
電子はその通過領域を磁場形成手段の一対の永久磁石の
磁場によって偏平状に圧縮された後、ソレノイドコイル
によって形成される磁力線に沿って偏平面に沿う方向に
移送される。そして、電子が処理室内に供給される反応
ガスを励起して被処理体と平行なシート状のプラズマを
生成し、このプラズマ領域中の反応種（反応ガス、イオ
ン、電子）を被処理体に均一に注入することができる。Theelectron beam of the present invention constructed as described above
According to theexcited plasma processing apparatus , the electrons are drawn into the processing chamber from the plasma by the electron accelerating means, and the drawn electrons are compressed in a flat shape by the magnetic field of the pair of permanent magnets of the magnetic field forming means. , Are transferred in a direction along a deflected plane along the lines of magnetic force formed by the solenoid coils. Then, the electrons excite the reaction gas supplied into the processing chamber to generate a sheet-like plasma parallel to the object to be processed, and the reactive species (reaction gas, ions, and electrons) in the plasma region are applied to the object to be processed. It can be injected uniformly.
【００１１】[0011]
【実施例】以下にこの発明の実施例を図面に基いて詳細
に説明する。ここでは、この発明の電子ビーム励起プラ
ズマ処理装置をプラズマエッチング装置に適用した場合
について、図５に示した従来のプラズマ装置と同一部分
には同一符号を付して説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Here, theelectron beam excitation
In the case where the plasmaprocessing apparatus is applied to the plasma processing apparatus, the same parts as those of the conventional plasma apparatus shown in FIG.
【００１２】図１はこの発明の電子ビーム励起プラズマ
処理装置の一例の概略断面図、図２はこの発明における
電子加速手段、磁場形成手段及び磁場集束手段の概略平
面図、図３は図２の側面図が示されている。また、図面
中の矢印Ｇは磁場の方向を示している。FIG. 1 shows anelectron beam excited plasma of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an example of theprocessing apparatus , FIG. 2 is a schematic plan view of an electron accelerating unit, a magnetic field forming unit, and a magnetic field focusing unit in the present invention, and FIG. 3 is a side view of FIG. Arrow G in the drawing indicates the direction of the magnetic field.
【００１３】この発明の電子ビーム励起プラズマ処理装
置は、放電用ガスをプラズマ化するプラズマ生成手段２
１と、このプラズマから電子を引出すと共に引出された
電子を加速する電子加速手段２２と、この電子加速手段
２２により加速された電子の照射により反応ガスをプラ
ズマ化してプラズマ処理を行うプラズマ処理手段２３と
で主要部が構成されている。Anelectron beam excited plasma processing apparatus according to the present invention
The plasma generating means 2converts the discharge gas into plasma.
1, an electron accelerating means 22 for extracting electrons from the plasma and accelerating the extracted electrons, and a plasma processing means 23 for irradiating the electrons accelerated by the electron accelerating means 22 to convert the reaction gas into plasma to perform plasma processing. And the main part is constituted.
【００１４】この場合、プラズマ生成手段２１は、例え
ばステンレス鋼等により円筒状に形成された装置本体で
ある密閉容器１内の一方の端部にアルゴン（Ａｒ）等の
プラズマ生成用の放電ガスを噴出する導入孔２ａを有す
るカソード電極２と、密閉容器１の中間部に配置される
アノード電極７と、このアノード電極７とカソード電極
２との間に配置される第１及び第２の中間電極５，６と
で構成されている。また、第２の中間電極６とアノード
電極７との間に中間室１７が形成され、この中間室１７
の下部に設けられた排気孔１８に開閉弁１８ａを介して
真空ポンプ（図示せず）が接続されて中間室１７内が所
定の真空度に維持されている。In this case, the plasma generation means 21 supplies a discharge gas for plasma generation, such as argon (Ar), to one end of the hermetically sealed container 1 which is a cylindrical body made of, for example, stainless steel. A cathode electrode 2 having a spouting inlet 2a; an anode electrode 7 disposed at an intermediate portion of the closed container 1; and first and second intermediate electrodes disposed between the anode electrode 7 and the cathode electrode 2. 5 and 6. Further, an intermediate chamber 17 is formed between the second intermediate electrode 6 and the anode electrode 7, and this intermediate chamber 17 is formed.
A vacuum pump (not shown) is connected to an exhaust hole 18 provided at a lower portion of the intermediate chamber 17 via an on-off valve 18a, and the inside of the intermediate chamber 17 is maintained at a predetermined degree of vacuum.
【００１５】なお、カソード電極２とアノード電極７と
の間が放電領域１０となっている。また、第１及び第２
の中間電極５，６とアノード電極７の外側で密閉容器１
の外側にはそれぞれ磁場形成のための環状に形成された
コイル１３〜１５が配置されている。The space between the cathode electrode 2 and the anode electrode 7 is a discharge region 10. In addition, the first and second
Closed container 1 outside the intermediate electrodes 5 and 6 and the anode electrode 7
The coils 13 to 15 each formed in an annular shape for forming a magnetic field are arranged outside the.
【００１６】電子加速手段２２は、プラズマ中から引出
された電子が移送する加速空間８と、放電領域１０のプ
ラズマ中から電子を引出すと共に引出された加速空間８
内の電子を加速してプラズマ処理手段２３の処理室３内
へ導入する電子ビーム加速電極２２ａ（以下に加速電極
という）と、この加速電極２２ａの外側に配設される磁
場形成のための環状コイル２２ｂとで構成されている。
この場合、環状コイル２２ｂの内径は約５０mmに設定さ
れており、また、加速空間８の下部に設けられた排気孔
１９に開閉弁１９ａを介して図示しない真空ポンプが接
続されて加速空間８内が所定の真空圧に維持されるよう
になっている。なお、アノード電極７と加速電極２２ａ
との間が電子加速領域１１となっている。The electron accelerating means 22 includes an acceleration space 8 into which electrons extracted from the plasma are transferred, and an acceleration space 8 from which electrons are extracted from the plasma in the discharge region 10.
An electron beam accelerating electrode 22a (hereinafter referred to as an accelerating electrode) for accelerating the electrons inside and introducing the electron beam into the processing chamber 3 of the plasma processing means 23, and a ring for forming a magnetic field provided outside the accelerating electrode 22a. And a coil 22b.
In this case, the inner diameter of the annular coil 22b is set to about 50 mm, and a vacuum pump (not shown) is connected to an exhaust hole 19 provided in the lower part of the acceleration space 8 via an opening / closing valve 19a. Is maintained at a predetermined vacuum pressure. The anode electrode 7 and the acceleration electrode 22a
A region between them is an electron acceleration region 11.
【００１７】一方、プラズマ処理手段２３は、電子加速
手段２２の加速電極２２ａと環状コイル２２ｂによって
加速された電子と例えばＣｌガスやＡｒガス等の反応ガ
スとを導入して反応ガスを活性化する処理室３と、この
処理室３内に配置されて被処理体例えば半導体ウエハＷ
を水平に保持する被処理体保持手段であるサセプタ２４
と、電子加速手段側に配設されて電子加速手段２２から
引込まれた電子を偏平状に圧縮し移送する磁場形成手段
２５と、磁場形成手段２５と対向する処理室壁側に配設
される磁場集束手段２６とで構成されている。On the other hand, the plasma processing means 23 activates the reaction gas by introducing electrons accelerated by the accelerating electrode 22a and the annular coil 22b of the electron acceleration means 22 and a reaction gas such as Cl gas or Ar gas. A processing chamber 3 and an object to be processed, such as a semiconductor wafer W, disposed in the processing chamber 3
Susceptor 24 serving as an object holding means for holding the object horizontally
A magnetic field forming means 25 disposed on the electron accelerating means side for compressing and transferring electrons drawn from the electron accelerating means 22 into a flat shape; and a magnetic field forming means 25 disposed on the processing chamber wall side facing the magnetic field forming means 25. And a magnetic field focusing means 26.
【００１８】この場合、磁場形成手段２５は、電子加速
手段２２から引込まれた円柱状の電子ビームを圧縮すべ
くＮ極同士を対向させて対峙する一対の断面矩形の棒状
の永久磁石２５ａ，２５ｂと、偏平された電子を有する
プラズマを偏平面に沿って移送する複数（図面では２つ
の場合を示す）のソレノイドコイル２５ｃとで構成され
ている。なお、２５ｄは円筒チャンバである。また、磁
場集束手段２６は磁場形成手段２５の永久磁石２５ａ，
２５ｂの対向する面の極（Ｎ極）と反対の極（Ｓ極）を
処理室内側に向けて配設される断面矩形の棒状の永久磁
石にて形成されている。この場合、永久磁石２５ａ，２
５ｂ及び磁場集束用永久磁石２６は、長さ１６０mm、表
面の磁場は約２ＫＧに設定され、ソレノイドコイル２５
ｃの長さは約３０cmに設定されて、半導体ウエハＷ付近
の磁場が約５０Ｇに設定されるようになっている。な
お、磁場形成手段２５と磁場集束用永久磁石２６との間
がプラズマ処理領域１２になっている。In this case, the magnetic field forming means 25 includes a pair of rectangular permanent magnets 25a and 25b having rectangular cross sections which face each other with their N poles facing each other in order to compress the columnar electron beam drawn in from the electron accelerating means 22. And a plurality (two shown in the drawing) of solenoid coils 25c for transferring plasma having flattened electrons along a flat surface. In addition, 25d is a cylindrical chamber. The magnetic field focusing means 26 is provided with the permanent magnets 25a of the magnetic field forming means 25,
The pole (S pole) opposite to the pole (N pole) on the opposing surface of 25b is formed by a rod-shaped permanent magnet having a rectangular cross section and disposed toward the inside of the processing chamber. In this case, the permanent magnets 25a, 25
5b and the magnetic field focusing permanent magnet 26 are 160 mm long, the surface magnetic field is set to about 2 KG, and the solenoid coil 25
The length of c is set to about 30 cm, and the magnetic field near the semiconductor wafer W is set to about 50G. The space between the magnetic field forming means 25 and the magnetic field focusing permanent magnet 26 is the plasma processing region 12.
【００１９】したがって、電子加速手段２２の環状コイ
ル２２ｂ、磁場形成手段２５の永久磁石２５ａ，２５
ｂ、ソレノイドコイル２５ｃ及び磁場集束用永久磁石２
６の各磁力線によって形成される磁場配位は図２及び図
３に示すように形成されるので、電子加速手段２２の加
速電極２２ａ及び環状コイル２２ｂによって処理室内に
引込まれた電子は、磁場形成手段２５の一対の永久磁石
２５ａ，２５ｂによって偏平状に圧縮した後、ソレノイ
ドコイル２５ｃによって形成される磁力線に沿って偏平
面に沿う方向に移送され、磁場集束用永久磁石２６にて
集束されて、サセプタ２４の上方近傍位置にサセプタ２
４と平行なシート状のプラズマ領域を形成する（図４参
照）。Therefore, the annular coil 22b of the electron accelerating means 22 and the permanent magnets 25a, 25
b, solenoid coil 25c and permanent magnet 2 for focusing magnetic field
Since the magnetic field configuration formed by the magnetic field lines of No. 6 is formed as shown in FIGS. 2 and 3, the electrons drawn into the processing chamber by the accelerating electrode 22a and the annular coil 22b of the electron accelerating means 22 generate the magnetic field. After being compressed into a flat shape by the pair of permanent magnets 25a and 25b of the means 25, it is transferred in a direction along a flat surface along a magnetic field line formed by the solenoid coil 25c, and focused by the magnetic field focusing permanent magnet 26. The susceptor 2 is located near the upper side of the susceptor 24.
Then, a sheet-like plasma region parallel to 4 is formed (see FIG. 4).
【００２０】なお、サセプタ２４には、励起されたプラ
ズマ中の反応種（反応ガス、イオン及び電子）を半導体
ウエハＷ側に引込むための高周波電源ＲＦが接続されて
いる。この高周波電源ＲＦのバイアス電圧は数ＭＨｚ〜
十数ＭＨｚ（具体的には２〜３ＭＨｚ〜１３．５６ＭＨ
ｚ）である。また、サセプタ２４は、例えばステンレス
鋼製のサセプタ本体２４ａの上面側周辺に半導体ウエハ
Ｗを固定保持するクランプリング２４ｂを装着し、サセ
プタ本体２４ａに設けられた冷媒流路２４ｃにエチレン
グリコールと水とを混合した冷媒の供給管２７ａ及び排
出管２７ｂが接続され、更に、半導体ウエハＷの載置面
側に設けられたバックサイドガス溜り（図示せず）には
ＨｅガスあるいはＮ2 ガスの供給・排出管２８が接続さ
れている。The susceptor 24 is connected to a high-frequency power supply RF for drawing reactive species (reactive gas, ions and electrons) in the excited plasma to the semiconductor wafer W side. The bias voltage of this high-frequency power supply RF is several MHz to
Dozens of MHz (specifically, 2-3 MHz to 13.56 MH
z). Further, the susceptor 24 is provided with a clamp ring 24b for fixing and holding the semiconductor wafer W around the upper surface side of a susceptor body 24a made of, for example, stainless steel, and ethylene glycol and water are supplied to a refrigerant passage 24c provided in the susceptor body 24a. Is connected to a supply pipe 27a and a discharge pipe 27b of a refrigerant in which He gas or N2 gas is supplied / discharged to a backside gas reservoir (not shown) provided on the mounting surface side of the semiconductor wafer W. A tube 28 is connected.
【００２１】次に、上記のように構成されるこの発明の
電子ビーム励起プラズマ処理装置の作用について説明す
る。まず、放電用ガス導入孔２ａから放電用ガスを導入
し、カソード電極２と第１の中間電極５との間の圧力が
例えば１．０Torr程度となるよう排気を行った状態で、
カソード電極と、第１及び第２の中間電極５，６、アノ
ード電極７との間に放電電圧Ｖ1 を印加してグロー放電
を生起させると、放電領域１０内にプラズマが発生す
る。この場合、第１及び第２の中間電極５，６は、グロ
ー放電を低電圧で起り易くするためのもので、最初にカ
ソード電極２と第１の中間電極５との間でグロー放電が
生じ、その後第２の中間電極６、アノード電極７と移行
していく。カソード電極２とアノード電極７との間で安
定したグロー放電が形成された後は、スイッチＳ1 ，Ｓ
2 をＯＦＦとする。Next, according to the present invention constructed as described above,
The operation of the electron beam excited plasma processing apparatus will be described. First, a discharge gas is introduced from the discharge gas introduction hole 2a, and the gas is evacuated so that the pressure between the cathode electrode 2 and the first intermediate electrode 5 becomes, for example, about 1.0 Torr.
When a discharge voltage V1 is applied between the cathode electrode, the first and second intermediate electrodes 5, 6, and the anode electrode 7 to generate glow discharge, plasma is generated in the discharge region 10. In this case, the first and second intermediate electrodes 5 and 6 are for facilitating glow discharge at a low voltage, and the glow discharge is first generated between the cathode electrode 2 and the first intermediate electrode 5. Thereafter, the process proceeds to the second intermediate electrode 6 and the anode electrode 7. After a stable glow discharge is formed between the cathode electrode 2 and the anode electrode 7, the switches S1 and S
Set 2 to OFF.
【００２２】上記のようにして生成されたプラズマ中の
電子は加速電極２２ａへの加速電圧Ｖ2 の印加によって
加速空間８内に引出され、環状コイル２２ｂにより形成
される磁力線によって加速されて処理室３内へ移送され
る。処理室３内に引込まれた電子は磁場形成手段２５の
一対の永久磁石２５ａ，２５ｂによって偏平状に圧縮さ
れた後、ソレノイドコイル２５ｃによって形成される磁
力線によって偏平面に沿って移送されると共に、集束用
永久磁石２６によって終端が集束される。この状態で電
子が処理室３内に供給される反応ガスＣｌあるいはＡｒ
を励起してプラズマ化し、そのシート状プラズマをサセ
プタ２４及び半導体ウエハＷの上方近傍位置に平行に形
成する。The electrons in the plasma generated as described above are drawn into the acceleration space 8 by application of the acceleration voltage V2 to the acceleration electrode 22a, accelerated by the magnetic lines of force formed by the annular coil 22b, and accelerated. It is transferred inside. The electrons drawn into the processing chamber 3 are compressed in a flat shape by the pair of permanent magnets 25a and 25b of the magnetic field forming means 25, and are then transported along the flat surface by the lines of magnetic force formed by the solenoid coil 25c. The end is focused by the focusing permanent magnet 26. In this state, the reaction gas Cl or Ar in which electrons are supplied into the processing chamber 3
Is excited and turned into plasma, and the sheet-like plasma is formed in parallel with the susceptor 24 and a position above and above the semiconductor wafer W.
【００２３】そして、サセプタ２４に印加される高周波
電圧によってシート状プラズマ領域中より反応種すなわ
ち反応ガス、イオン及び電子が引出され、この反応種が
半導体ウエハＷ表面中のプラズマシース中で加速され、
イオンビームとして衝突して半導体ウエハＷがエッチン
グされる。したがって、比較的イオンエネルギの低いイ
オンを半導体ウエハＷに打込むことができるので、微細
化により薄層化された酸化膜の絶縁破壊やフォトレジス
トのイオン汚染等を防止し、精度の高いエッチング処理
を行うことができる。The reactive species, that is, reactive gas, ions and electrons are extracted from the sheet-like plasma region by the high-frequency voltage applied to the susceptor 24, and the reactive species are accelerated in the plasma sheath on the surface of the semiconductor wafer W.
The semiconductor wafer W is etched by collision with an ion beam. Accordingly, since ions having relatively low ion energy can be implanted into the semiconductor wafer W, dielectric breakdown of an oxide film thinned by miniaturization, ion contamination of a photoresist, and the like can be prevented, and a highly accurate etching process can be performed. It can be performed.
【００２４】なお、上記実施例では、この発明の電子ビ
ーム励起プラズマ処理装置がプラズマエッチング装置に
適用される場合について説明したが、エッチング装置以
外にも例えばＣＶＤ装置やスパッタ装置等その他の電子
ビーム励起式のプラズマ装置にも適用できることは勿論
である。また、上記実施例では被処理体が半導体ウエハ
の場合について説明したが、被処理体は半導体ウエハに
限られるものではなく、例えばＬＣＤ基板等についても
同様に処理することができる。In the above embodiment, theelectronic device according to the present invention is used.
Although the description has been given of the case where the plasmaexcitation plasma processing apparatus is applied to a plasma etching apparatus, it is needless to say that the present invention can be applied to other electron beam excitation type plasma apparatuses such as a CVD apparatus and a sputtering apparatus other than the etching apparatus. In the above embodiment, the case where the object to be processed is a semiconductor wafer has been described. However, the object to be processed is not limited to a semiconductor wafer. For example, an LCD substrate or the like can be similarly processed.
【００２５】[0025]
【発明の効果】以上に説明したように、この発明の電子
ビーム励起プラズマ処理装置によれば、上記のように構
成されるので、以下のような効果が得られる。As described above, according to the present invention,the electron of the present invention
According to thebeam-excited plasma processing apparatus , since it is configured as described above, the following effects can be obtained.
【００２６】電子加速手段により引込まれた電子の通過
領域を磁場形成手段によって偏平状に圧縮し被処理体と
平行なシートプラズマを形成すると共に、その面内のプ
ラズマ密度を均一にすることができるので、被処理体表
面に落ちてくるイオンのエネルギーを小さくすることが
でき、被処理体のイオン汚染や絶縁破壊を防止した処理
ができる。また、広い面積に亘って被処理体表面に衝突
するイオンのエネルギーを小さくすることができ、被処
理体のイオンダメージや絶縁破壊を防止した処理ができ
る。The passing area of the electrons drawn by theelectron accelerating meansis compressed flat by the magnetic field forming means to form a sheet plasma parallel to the objectto be processed, andthe in-plane plasma is formed.
Since the plasma density can be madeuniform, the energy of ions falling on the surface of the object can be reduced, and a treatment can be performed in which ion contamination and dielectric breakdown of the object are prevented.In addition, the energy of ions that collide with the surface of the object to be processed can be reduced over a wide area, and a process can be performed in which ion damage and dielectric breakdown of the object to be processed are prevented.
【図１】この発明の電子ビーム励起プラズマ処理装置の
一例を示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of anelectron beam excited plasma processing apparatus according to the present invention.
【図２】この発明における電子加速手段と磁場形成手段
を示す概略平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view showing an electron accelerating means and a magnetic field forming means in the present invention.
【図３】図２の側断面図である。FIG. 3 is a side sectional view of FIG. 2;
【図４】この発明の電子ビーム励起プラズマ処理装置に
よるシート状プラズマ領域の生成状態を示す概略斜視図
である。FIG. 4 is a schematic perspective view showing a state in which a sheet-like plasma region is generated by theelectron beam excited plasma processing apparatus of the present invention.
【図５】従来のプラズマ装置を示す概略断面図である。FIG. 5 is a schematic sectional view showing a conventional plasma device.
２２ 電子加速手段 ２２ａ 電子ビーム加速電極 ２２ｂ 環状コイル ２４ サセプタ（被処理体保持手段） ２５ 磁場形成手段 ２５ａ，２５ｂ 永久磁石 ２５ｃ ソレノイドコイル ２６ 磁場集束用永久磁石（磁場集束手段） Reference Signs List 22 electron accelerating means 22a electron beam accelerating electrode 22b annular coil 24 susceptor (processing object holding means) 25 magnetic field forming means 25a, 25b permanent magnet 25c solenoid coil 26 permanent magnet for magnetic field focusing (magnetic field focusing means)
フロントページの続き (72)発明者 三好 元介 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式 会社東芝 堀川町工場内 (72)発明者 岡野 晴雄 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝 総合研究所内 (72)発明者 奥村 勝弥 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝 多摩川工場内 (56)参考文献 特開 昭64−89517（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−105539（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−179325（ＪＰ，Ａ) 特許2929149（ＪＰ，Ｂ２) 特許2929150（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3065 H01J 37/32 H05H 1/48Continued on the front page (72) Inventor Motosuke Miyoshi 72 Horikawa-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside of the Hoshikawa-cho Plant of Toshiba Corporation (72) Inventor Haruo Okano 1st, Komukai-Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Corporation Toshiba Research Institute (72) Inventor Katsuya Okumura 1 Komagi Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Tamagawa Plant, Toshiba Corporation (56) References JP-A-64-89517 (JP, A) JP-A-1- 105539 (JP, A) JP-A-1-179325 (JP, A) Patent 2929149 (JP, B2) Patent 2929150 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int. Cl.7 , DB name) H01L 21 / 3065 H01J 37/32 H05H 1/48
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|---|---|---|---|---|
| JP2929149B2 (en) | 1992-06-11 | 1999-08-03 | 東京エレクトロン株式会社 | Plasma equipment |
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