JP2929150B2 - Plasma equipment - Google Patents

Plasma equipment

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JP2929150B2
JP2929150B2 JP4175915A JP17591592A JP2929150B2 JP 2929150 B2 JP2929150 B2 JP 2929150B2 JP 4175915 A JP4175915 A JP 4175915A JP 17591592 A JP17591592 A JP 17591592A JP 2929150 B2 JP2929150 B2 JP 2929150B2
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plasma
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electron
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孝之 深沢
裕一郎 山崎
元介 三好
晴雄 岡野
勝弥 奥村
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Toshiba Corp
Tokyo Electron Ltd
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Toshiba Corp
Tokyo Electron Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【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
マを使用するプラズマ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 a plasma apparatus using an electron 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例が述べられ
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例が述べられて
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例が述べられている。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のプラズマ手段つに
いて述べられている。
[0003] That is, Japanese Unexamined Patent Publication No. 1-155555 discloses an electron beam plasma apparatus.
An example in which an electron beam is diffused using a deflection electrode is described. Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-105540 discloses an example in which an electron beam plasma device is provided with a magnetic field canceling means to diffuse an electron beam. Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-190299 describes an example in which an electrode pair is fixed via a spacer in an electron beam plasma apparatus. Also,
JP-A-64-53422 describes 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の端部に被処理体である半導体ウエハWを保持
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 in a cylindrical container 1 formed of stainless steel or the like. A wafer holder 4 for holding a semiconductor wafer W to be processed is disposed 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, in order from the cathode electrode 2 side, first and second intermediate electrodes 5 and 6, each having a through hole coaxially at the center, and an anode electrode 7
, And an electron beam acceleration electrode 9 is provided between the anode electrode 7 and an acceleration space 8. In addition, annular coils 13 to 16 for forming a magnetic field are arranged outside the hermetically sealed container 1 outside the first and second intermediate electrodes 5 and 6, the anode electrode 7, and the electron beam accelerating electrode 9 respectively. I have. Further, the intermediate chamber 17 of the discharge region 10, the acceleration space 8
The processing chamber 3 is provided with exhaust holes 18, 19, and 20, respectively. 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 are provided. 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。
[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.

【0006】また、この種のプラズマ装置において、プ
ラズマ密度を一様にするために処理室3内に導入される
電子ビームの両側に角形の永久磁石を配置し、この永久
磁石の磁力線によってプラズマを圧縮して拡げて偏平状
すなわちシート状にする方法も開発されている(特開昭
59−27499号公報参照)。
In this type of plasma apparatus, rectangular permanent magnets are arranged on both sides of an electron beam introduced into the processing chamber 3 in order to make the plasma density uniform, and plasma is generated by the lines of magnetic force of the permanent magnets. A method of compressing and expanding to make a flat shape, that is, a sheet shape, has also been developed (see JP-A-59-27499).

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
シート状プラズマの生成方法においては、磁場中の放電
で生成された円柱プラズマを一対の矩形状永久磁石で圧
縮して拡げることによりある程度の厚さ及び面積を有す
るシートプラズマを生成することは可能であるが、広い
範囲に亘って均一なシート状プラズマを得ることはでき
ないばかりか、均一化に相反してプラズマ密度が低下す
るため、例えば半導体ウエハやLCD基板等のような大
きな面積を有する被処理体の高精度の処理の実現は困難
であった。この問題はプラズマエッチング装置以外のC
VD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, in the conventional sheet-like plasma generation method, a certain thickness is obtained by compressing and expanding a cylindrical plasma generated by a discharge in a magnetic field with a pair of rectangular permanent magnets. Although it is possible to generate a sheet plasma having an area and an area, not only is it not possible to obtain a uniform sheet-like plasma over a wide range, but also the plasma density decreases contrary to the homogenization. It has been difficult to achieve high-precision processing of a processing target having a large area, such as an LCD or an LCD substrate. This problem is caused by C
A similar problem occurs in a plasma apparatus such as a VD apparatus and a sputtering apparatus.

【0008】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プラズマ装置を提供
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. It is an object to provide a plasma device.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明のプラズマ装置は、プラズマから電子を引
出し加速して照射することにより、処理室内に供給され
る所定の反応ガスを励起してプラズマ化し、このプラズ
マにより被処理体の処理を行うプラズマ装置を前提と
し、上記処理室内に電子を引込む電子加速手段と、この
電子加速手段により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と、この磁場形成手段と対向する上
記処理室終端側に配設される磁場集束手段とを具備し、
上記磁場集束手段を、磁場集束用磁石と、この磁石の磁
場集束面側に配置される電子誘導用電極とで構成してな
るものである。
In order to achieve the above object, a plasma apparatus according to the present invention excites a predetermined reaction gas supplied into a processing chamber by extracting electrons from plasma and irradiating them with acceleration. Assuming a plasma apparatus that performs plasma processing and processes a target object with the plasma, an electron accelerating means for drawing electrons into the processing chamber, and a magnetic field for compressing and transferring the electrons drawn by the electron accelerating means into a flat shape. Forming means, and a magnetic field focusing means disposed on the processing chamber end side facing the magnetic field forming means,
The magnetic field focusing means is constituted by a magnetic field focusing magnet and an electron guiding electrode arranged on the magnetic field focusing surface side of the magnet.

【0010】この発明において、上記電子加速手段は処
理室内に電子を引込むものであれば、その構造は任意で
よいが、少なくともアノード電極と電子ビーム加速電極
を通過するための磁場を形成する環状コイルを具備する
必要がある。
In the present invention, the electron accelerating means may have any structure as long as it can draw electrons into the processing chamber, but at least an annular coil for forming a magnetic field for passing through the anode electrode and the electron beam accelerating electrode. Must be provided.

【0011】上記磁場形成手段は処理室内に引込まれた
電子を偏平状に圧縮して移送するものであれば、その構
造は任意でよいが、好ましくは磁場形成手段により引込
ま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
イドコイルとで構成する方がよい。この場合、電子を偏
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。
The magnetic field forming means may have any structure as long as the electrons drawn into the processing chamber are compressed and transferred in a flat shape, but preferably the electrons drawn by the magnetic field forming means are flattened. It is better to comprise a pair of permanent magnets facing each other so as to be compressed, and a solenoid coil that transports flattened electrons along a flat surface. In this case, a pair of permanent magnets that compress electrons in 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.

【0012】また、上記磁場集束手段の磁場集束用磁石
は処理室の終端側に配設されて上記磁場形成手段によっ
て偏平状に圧縮されたプラズマの処理室内の終端側を集
束するものであれば任意の磁石でよいが、好ましくは磁
場形成手段の永久磁石の対向面の極と反対極の矩形状永
久磁石にて形成する方がよい。
The magnetic field converging magnet of the magnetic field converging means may be disposed at the terminal end of the processing chamber so as to focus the terminal end of the plasma compressed flat by the magnetic field forming means in the processing chamber. Any magnet may be used, but it is preferable that the magnet is formed of a rectangular permanent magnet having a pole opposite to the pole on the surface facing the permanent magnet of the magnetic field forming means.

【0013】加えて、上記電子誘導用電極は上記電子加
速手段によって処理室内に引込まれた電子を効率良く偏
平されたシート状のプラズマ領域中に取込むものであれ
ば、電位は一定であってもよいが、好ましくは電位を可
変式とする方がよい。
In addition, the potential of the electron guiding electrode is constant as long as the electrons drawn into the processing chamber by the electron accelerating means are efficiently taken into the flattened sheet-like plasma region. However, it is preferable to make the potential variable.

【0014】[0014]

【作用】上記のように構成されるこの発明のプラズマ装
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て、磁場集束手段の磁石
にて集束されると共に、電子誘導用電極の電位によって
シート化されたプラズマ領域中の電子量が増大され、安
定したプラズマ領域が形成される。
According to the plasma apparatus of the present invention configured as described above, electrons are drawn into the processing chamber from the plasma by the electron acceleration means, and the drawn electrons are generated by the magnetic field of the pair of permanent magnets of the magnetic field forming means. After being compressed into a flat shape, it is transported in a direction along a flat surface along a magnetic field line formed by a solenoid coil, is focused by a magnet of a magnetic field focusing means, and is formed into a sheet by the potential of an electron guiding electrode. The amount of electrons in the reduced plasma region is increased, and a stable plasma region is formed.

【0015】[0015]

【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、この発明のプラズマ装置をプラ
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, a case where the plasma apparatus of the present invention is applied to a plasma etching apparatus will be described by assigning the same reference numerals to the same portions as those of the conventional plasma apparatus shown in FIG.

【0016】図1はこの発明のプラズマ装置の一例の概
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。
FIG. 1 is a schematic sectional view of an example of the plasma apparatus of the present invention, FIG. 2 is a schematic plan view of an electron accelerating means, a magnetic field forming means and a magnetic field focusing means in the present invention, and FIG. 3 is a side view of FIG. Have been.

【0017】この発明のプラズマ装置は、放電用ガスを
プラズマ化するプラズマ生成手段21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。
The plasma apparatus according to the present invention has a plasma generating means 21 for converting a discharge gas into plasma, an electron accelerating means 22 for extracting electrons from the plasma and accelerating the extracted electrons, and an accelerating means for accelerating the electrons. The main part is constituted by plasma processing means 23 for performing plasma processing by turning the reaction gas into plasma by the irradiation of the electrons.

【0018】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 generating means 21 discharges a plasma-generating discharge gas such as argon (Ar) to one end of the closed vessel 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.

【0019】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 area 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.

【0020】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、8A〜15Aの電流が通電されている。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 for transferring electrons extracted from the plasma, and an acceleration space 8 for extracting electrons from the plasma in the discharge region 10 and extracting the electrons.
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 current of 8A to 15A is applied. A vacuum pump (not shown) is connected to an exhaust hole 19 provided below the acceleration space 8 via an on-off valve 19a, so that the interior of the acceleration space 8 is maintained at a predetermined vacuum pressure. In addition,
The region between the anode electrode 7 and the acceleration electrode 22a is an electron acceleration region 11.

【0021】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2
5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
A susceptor 24 for horizontally holding the magnetic field, a magnetic field forming means 25 disposed on the electron acceleration means side for compressing and transferring the electrons drawn from the electron acceleration means 22 into a flat shape, and a magnetic field forming means 2
Magnetic field focusing means 26 disposed on the processing chamber wall side opposite to 5
It is composed of

【0022】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25
a,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26aと、この永久磁石26aの磁場集束面側
を覆うように配置される例えばステンレス鋼等の非磁性
体にて形成される板状の電子誘導用電極26bとで構成
されている。なおこの場合、磁場形成手段25の永久磁
石25a,25bは、長さ160mm、表面の磁場は約1
〜1.2KGに設定され、磁場集束用永久磁石26a
は、長さ260mm、表面の磁場は1〜1.2KGに設定
され、ソレノイドコイル25cは、長さは約30cmに設
定され、3A(アンペア)の電流が通電されている。ま
た、電子誘導用電極26bには電源26cが接続されて
−100V〜+50Vの電位が印加できるようになって
いる。なお、磁場形成手段25と磁場集束用永久磁石2
6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 comprises a pair of permanent magnets 25a, 25b having a rectangular cross section 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 by the permanent magnet 25 of the magnetic field forming means 25.
The poles (S) opposite to the poles (N poles) of the opposing surfaces of
Pole) is formed by a rod-shaped permanent magnet 26a having a rectangular cross section disposed toward the inside of the processing chamber, and a non-magnetic material such as stainless steel disposed to cover the magnetic field focusing surface side of the permanent magnet 26a. And a plate-like electrode for electron guidance 26b. In this case, the permanent magnets 25a and 25b of the magnetic field forming means 25 have a length of 160 mm and a surface magnetic field of about 1 mm.
~ 1.2KG, permanent magnet 26a for magnetic field focusing
Is set to 260 mm in length, the surface magnetic field is set to 1 to 1.2 KG, the length of the solenoid coil 25c is set to about 30 cm, and a current of 3 A (ampere) is supplied. A power supply 26c is connected to the electron guiding electrode 26b so that a potential of -100V to + 50V can be applied. The magnetic field forming means 25 and the magnetic field focusing permanent magnet 2
6 is a plasma processing region 12.

【0023】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に示すような磁場Gが形成されるので、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の上方近傍位置にシ
ート状のプラズマ領域を形成する(図4参照)。この
際、電子誘導用電極26bの電位を変化させることによ
ってプラズマ領域中に引込まれる電子の量が増大される
と共に、シート状プラズマ領域外すなわちシート状プラ
ズマ領域の外側及び磁場集束用永久磁石26aの後方の
壁側へのプラズマの回り込みを抑制することができる。
Accordingly, 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
In the magnetic field configuration formed by each magnetic field line of No. 6, a magnetic field G as shown in FIGS. 2 and 3 is formed, so that the electrons drawn into the processing chamber by the accelerating electrode 22a and the annular coil 22b of the electron accelerating means 22 After being compressed flat by the pair of permanent magnets 25a and 25b of the magnetic field forming means 25,
The sheet is transferred in the direction along the deflected plane along the line of magnetic force formed by the solenoid coil 25c, is focused by the magnetic field focusing permanent magnet 26, and forms a sheet-like plasma region at a position above and above the susceptor 24 (FIG. 4). reference). At this time, by changing the potential of the electron guiding electrode 26b, the amount of electrons drawn into the plasma region is increased, and at the same time, outside the sheet-like plasma region, that is, outside the sheet-like plasma region, and the magnetic field focusing permanent magnet 26a Can be suppressed from flowing around the wall behind.

【0024】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.

【0025】次に、上記のように構成されるこの発明の
プラズマ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 ,S2 をOFFとする。
Next, the operation of the plasma apparatus of the present invention configured as described above will be described. First, a discharge gas is introduced from the discharge gas introduction hole 2a, and the cathode electrode 2
In a state where the gas is evacuated so that the pressure between the first intermediate electrode 5 and the first intermediate electrode 5 becomes, for example, about 1.0 Torr, the pressure between the cathode electrode and the first and second intermediate electrodes 5 and 6 and the anode electrode 7 is increased. When a glow discharge is generated by applying a discharge voltage V1 to the electrode, 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 S2 are turned off.

【0026】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、磁場集
束用永久磁石26a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の上方近傍位置に形
成する。この際、電子誘導用電極26bの電位を変化さ
せることによってプラズマ領域中に引込まれる電子の量
が増大されると共に、シート状プラズマ領域外すなわち
シート状プラズマ領域の外側及び磁場集束用永久磁石2
6aの後方の壁側へのプラズマの回り込みが抑制され
て、プラズマ密度が高められる。 そして、サセプタ2
4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。
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 force lines 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 magnetic field focusing permanent magnet 26a. In this state, the electrons excite the reaction gas Cl or Ar supplied into the processing chamber 3 to be turned into plasma, and the sheet-like plasma is formed at a position above and above the susceptor 24 and the semiconductor wafer W. At this time, by changing the potential of the electron guiding electrode 26b, the amount of electrons drawn into the plasma region is increased, and outside the sheet-like plasma region, that is, outside the sheet-like plasma region, and the magnetic field focusing permanent magnet 2
The sneak of the plasma toward the wall behind 6a is suppressed, and the plasma density is increased. And susceptor 2
Reactive species, that is, reactive gases, ions and electrons are extracted from the sheet-like plasma region by the high-frequency voltage applied to 4, and the reactive species are accelerated in the plasma sheath on the surface of the semiconductor wafer W and collide as an ion beam. The semiconductor wafer W is etched.

【0027】上記のように構成されるプラズマエッチン
グ装置において、電子誘導用電極26bをフローティン
グした場合(比較例)と、電子誘導用電極26bに電位
を与えた場合(実施例)とを比較実験したところ、以下
のような結果が得られた。
In the plasma etching apparatus configured as described above, a comparison experiment was performed between the case where the electron guiding electrode 26b was floating (Comparative Example) and the case where a potential was applied to the electron guiding electrode 26b (Example). However, the following results were obtained.

【0028】実験条件 ・半導体ウエハW:ポリSi ・反応ガス:Ar ・環状コイル22b:8A ・ソレノイドコイル25c:3A ・比較例の電子誘導用電極:フローティング ・実施例の電子誘導用電極26b:0V(処理室3の壁
面に接地) 上記条件の下で実験を行った結果、比較例ではで電子取
込量=3.8A、平均エッチングレート=13.2オン
グストローム(Angstrom)/分(min) であったが、実施例
では電子取込量=5.3〜5.5A、平均エッチングレ
ート=32.3オングストローム(Angstrom)/分(min)
であり、電子取込量において約1.4倍の電子量の増大
が図れ、また、平均エッチングレートにおいては約2.
4倍の増大が図れた。
Experimental conditions Semiconductor wafer W: poly Si Reaction gas: Ar Ring coil 22b: 8A Solenoid coil 25c: 3A Electrode inducing electrode of comparative example: floating Electrode inducing electrode 26b of embodiment: 0V (Grounded to the wall of the processing chamber 3) As a result of conducting an experiment under the above conditions, in the comparative example, the amount of electrons taken in was 3.8 A, the average etching rate was 13.2 Angstroms / min (min). However, in the example, the amount of electrons taken in was 5.3 to 5.5 A, and the average etching rate was 32.3 Angstroms / minute (min).
Thus, the amount of electrons taken in can be increased by about 1.4 times in the amount of electrons taken in, and the average etching rate can be increased by about 2.
A four-fold increase was achieved.

【0029】なお、上記実施例では、この発明のプラズ
マ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, the case where the plasma apparatus of the present invention is applied to a plasma etching apparatus has been described.
Needless to say, the present invention can be applied to other electron beam excitation type plasma devices such as a device and a sputtering device. 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.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上に説明したように、この発明のプラ
ズマ装置によれば、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 plasma apparatus of the present invention, since it is configured as described above, the following effects can be obtained.

【0031】1)請求項1記載のプラズマ装置によれ
ば、電子加速手段により引込まれた電子を磁場形成手段
によって偏平状に圧縮し移送し、その電子の終端部を磁
場集束手段にて集束すると共に、電子誘導用電極の電位
によって電子を有効に取込むことができるので、被処理
体の径方向に均一で高密度なシート状プラズマを生成す
ることができると共に、処理精度の向上を図ることがで
きる。
1) According to the first aspect of the present invention, the electrons drawn by the electron accelerating means are compressed and transferred flat by the magnetic field forming means, and the ends of the electrons are focused by the magnetic field focusing means. At the same time, electrons can be effectively taken in by the potential of the electron guiding electrode, so that a uniform and high-density sheet-like plasma can be generated in the radial direction of the object to be processed, and the processing accuracy is improved. Can be.

【0032】2)請求項2記載のプラズマ装置によれ
ば、磁場形成手段を、電子加速手段により引込まれた電
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
ルとで構成するので、広い面積に亘って被処理体の径方
向に均一密度を有するシート状プラズマを生成すること
ができ、大きな被処理体のプラズマ処理を行うことがで
きる。
According to the second aspect of the present invention, the magnetic field forming means includes a pair of permanent magnets facing each other to compress the electrons drawn by the electron accelerating means into a flat shape and a flattened electron. Since it is composed of a solenoid coil that moves along a plane, a sheet-like plasma having a uniform density in the radial direction of the object to be processed can be generated over a wide area, and plasma processing of a large object to be processed can be performed. Can be.

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

【図1】この発明のプラズマ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 a plasma device of the present invention.

【図2】この発明における電子加速手段、磁場形成手段
及び磁場集束手段を示す概略平面図である。
FIG. 2 is a schematic plan view showing an electron accelerating unit, a magnetic field forming unit, and a magnetic field focusing unit according to 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】この発明のプラズマ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 generation state of a sheet-like plasma region by the plasma device 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.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

22 電子加速手段 22a 電子ビーム加速電極 22b 環状コイル 25 磁場形成手段 25a,25b 永久磁石 25c ソレノイドコイル 26 磁場集束手段 26a 磁場集束用永久磁石 26b 電子誘導用電極 26c 電源 Reference Signs List 22 electron accelerating means 22a electron beam accelerating electrode 22b annular coil 25 magnetic field forming means 25a, 25b permanent magnet 25c solenoid coil 26 magnetic field focusing means 26a magnetic field focusing permanent magnet 26b electron guiding electrode 26c power supply

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H05H 1/24 H01L 21/302 B (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 平2−265150(JP,A) 特開 平3−162581(JP,A) 特開 平5−136067(JP,A) 特開 平5−291189(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H05H 1/24 H05H 1/46 C23C 14/35 C23F 4/00 H01L 21/205 H01L 21/3065 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H05H 1/24 H01L 21/302 B (72) Inventor Motosuke Miyoshi 72 Horikawa-cho, Sai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Toshiba Horikawa-cho Co., Ltd. Inside the factory (72) Inventor Haruo Okano 1 Toshiba-cho, Komukai, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Within the Toshiba Research Institute Co., Ltd. In the factory (56) References JP-A-2-265150 (JP, A) JP-A-3-162581 (JP, A) JP-A-5-136067 (JP, A) JP-A-5-291189 (JP, A) (58) Fields surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H05H 1/24 H05H 1/46 C23C 14/35 C23F 4/00 H01L 21/205 H01L 21/3065

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 プラズマから電子を引出し加速して照射
することにより、処理室内に供給される所定の反応ガス
を励起してプラズマ化し、このプラズマにより被処理体
の処理を行うプラズマ装置において、 上記処理室内に電子を引込む電子加速手段と、この電子
加速手段により引込まれた電子を偏平状に圧縮し移送す
る磁場形成手段と、この磁場形成手段と対向する上記処
理室終端側に配設される磁場集束手段とを具備し、 上記磁場集束手段を、磁場集束用磁石と、この磁石の磁
場集束面側に配置される電子誘導用電極とで構成してな
ることを特徴とするプラズマ装置。
1. A plasma apparatus for extracting and accelerating and irradiating electrons from plasma to excite a predetermined reaction gas supplied into a processing chamber into plasma and performing processing of an object to be processed with the plasma. An electron accelerating means for drawing electrons into the processing chamber, a magnetic field forming means for compressing and transferring the electrons drawn by the electron accelerating means in a flat shape, and a magnetic field forming means disposed on the terminal side of the processing chamber opposite to the magnetic field forming means. A plasma apparatus, comprising: a magnetic field converging means, wherein the magnetic field converging means is constituted by a magnetic field converging magnet and an electron guiding electrode disposed on the magnetic field converging surface side of the magnet.
【請求項2】 磁場形成手段を、電子加速手段により引
込ま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
ノイドコイルとで構成してなることを特徴とする請求項
1記載のプラズマ装置。
2. A magnetic field forming means comprising a pair of permanent magnets facing each other to compress the electrons drawn by the electron accelerating means into a flat shape, and a solenoid coil for transferring the flattened electrons along a flat surface. The plasma apparatus according to claim 1, wherein
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