JP2929151B2 - Plasma equipment - Google Patents

Plasma equipment

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JP2929151B2
JP2929151B2 JP4175916A JP17591692A JP2929151B2 JP 2929151 B2 JP2929151 B2 JP 2929151B2 JP 4175916 A JP4175916 A JP 4175916A JP 17591692 A JP17591692 A JP 17591692A JP 2929151 B2 JP2929151 B2 JP 2929151B2
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electron
accelerating
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正裕 清水
裕一郎 山崎
元介 三好
晴雄 岡野
勝弥 奥村
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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、軸中
心のビーム状成分が残存したままのシート状プラズマし
か生成できないため、密度の高い均一なプラズマ領域が
得られないばかりか、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ず、例えば半導体ウエハやL
CD基板等のような大きな面積を有する被処理体の処理
には適せず、実現が困難であった。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, 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, since only a sheet-like plasma with a beam-shaped component at the center of the axis remaining can be generated, not only a high-density uniform plasma region cannot be obtained, but also a wide It is not possible to obtain a uniform sheet-like plasma over a range, for example a semiconductor wafer or L
It is not suitable for processing an object having a large area, such as a CD substrate, and is difficult to realize. This problem is a similar problem in plasma devices such as a CVD device and a sputtering device other than the plasma etching device.

【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分岐すると共に偏
平状に圧縮し移送する磁場形成手段とを具備してなるも
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 for processing the object to be processed by the plasma, the electron acceleration means for drawing electrons into the processing chamber, and the electrons drawn by the electron acceleration means are branched and compressed into a flat shape. And a magnetic field forming means for transferring.

【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、少なくとも磁場を形成するための環状コイルを
具備する必要がある。
In the present invention, the structure of the electron accelerating means is not limited as long as it can draw electrons into the processing chamber, but it is necessary to provide at least an annular coil for forming a magnetic field.

【0011】上記磁場形成手段は処理室内に引込まれた
電子を分岐すると共に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
手段から引込まれた電子を分岐すると共に偏平状に圧縮
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、電子を分岐すると共に偏平状に圧縮
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、必要に応じ
て複数組配置することも可能である。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 it branches and compresses and transports the electrons drawn into the processing chamber in a flat shape. Preferably, the electron drawn from the magnetic field forming means is used. And a solenoid coil for transferring flattened electrons along a flat surface. In this case, a pair of permanent magnets that split electrons and compress them in a flat shape can be formed by rectangular permanent magnets whose opposing surfaces have the same pole (N pole). It is also possible. Although a single solenoid coil may be used, it is preferable to provide a plurality of coils in parallel in the electron transfer direction because electrons can be transferred over a long distance.

【0012】[0012]

【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電子ビーム成分を保ち
つつ分岐されると共に、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処理室内に供給される反応性ガス
を励起してシート状のプラズマを生成する。
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 branched while maintaining the electron beam component and compressed in a flat shape, it is excited in a reactive gas supplied in the processing chamber by being transferred along the plane of the magnetic field formed by the solenoid coil along the plane of the magnetic field. To generate a sheet-like plasma.

【0013】[0013]

【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.

【0014】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と磁場
形成手段の概略平面図、図3は図2の側面図が示されて
いる。また、図面中矢印Gは磁場の方向を示している。
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 and a magnetic field forming means of the present invention, and FIG. 3 is a side view of FIG. Arrow G in the drawing indicates the direction of the magnetic field.

【0015】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性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 the plasma processing means 23 which converts the reactive gas into plasma by the irradiation of the electrons and performs the plasma processing.

【0016】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 a closed vessel 1 which is a cylindrical body made of, for example, stainless steel or the like. 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.

【0017】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.

【0018】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 for transferring electrons extracted from the plasma and an acceleration space 8 for extracting electrons 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.

【0019】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分岐す
ると共に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 the 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 that holds the electron beam horizontally, a magnetic field forming device 25 that is disposed on the electron acceleration device side, branches the electrons drawn from the electron acceleration device 22, compresses the electrons into a flat shape, and transfers the electrons.
It comprises a magnetic field forming means 25 and a magnetic field focusing means 26 arranged on the side of the processing chamber wall facing the magnetic field forming means 25.

【0020】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左右に分
岐すると共に圧縮すべくN極同士を対向させて上下に対
峙する一対の断面矩形状の永久磁石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,25bは長さ40mm、表面の磁
場は約2KGに設定され、磁場集束用永久磁石26は長
さ260mmに設定され、表面の磁場は2KGに設定さ
れ、ソレノイドコイル25c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 comprises a pair of rectangular cross-sections which vertically separate the columnar electron beam drawn in from the electron accelerating means 22 so that the N poles are opposed to each other and compressed so as to be compressed. Permanent magnets 25a, 25b,
It comprises a plurality (two shown in the drawing) of solenoid coils 25c for transferring plasma having flattened electrons along a flat plane. In addition, 25d is a cylindrical chamber. The magnetic field converging means 26 has a pole (N) on the surface of the magnetic field forming means 25 opposite to the permanent magnets 25a and 25b.
The pole (S pole) opposite to the pole (pole) is formed of 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 and 25b have a length of 40 mm, the surface magnetic field is set to about 2 KG, the magnetic field focusing permanent magnet 26 is set to a length of 260 mm, the surface magnetic field is set to 2 KG, and the solenoid coil 25 c The length 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.

【0021】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の磁力線によって電子ビームの軸成分が
押し戻されて左右に分岐されると共に偏平状に圧縮され
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)。
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 the axial components of the electron beam are pushed back by the magnetic lines of force of the pair of permanent magnets 25a and 25b of the means 25 and are branched to the left and right and compressed flat, the electron beams are flattened along the magnetic lines of force formed by the solenoid coil 25c. It is conveyed in the direction along and is focused by the magnetic field focusing permanent magnet 26 to form a sheet-like plasma region at a position above and above the susceptor 24 (see FIG. 4).

【0022】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.

【0023】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.

【0024】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によって電子ビーム成分
を保ったまま左右に分岐されると共に偏平状に圧縮され
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。
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 branched right and left by the pair of permanent magnets 25a and 25b of the magnetic field forming means 25 while keeping the electron beam components, and are compressed flat, and then formed by the solenoid coil 25c. The magnetic flux is transferred along the deflected plane by the magnetic field lines, and the end is focused by the focusing permanent magnet 26. In this state, the reaction gas Cl or Ar supplied into the processing chamber 3 is excited and turned into plasma, and the sheet-like plasma is converted into a susceptor 24.
And at a position near and above the semiconductor wafer W.

【0025】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、
加速されたイオンとして衝突して半導体ウエハWがエッ
チングされる。
Then, a 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 a plasma sheath on the surface of the semiconductor wafer W,
The semiconductor wafer W is etched by collision with accelerated ions.

【0026】上記実施例では、磁場形成手段25が1組
の永久磁石25a,25bにて形成される場合について
説明したが、必ずしも磁場形成手段25は1組の永久磁
石25a,25bのみである必要はなく、この1組の永
久磁石25a,25bの下流側すなわち磁場集束手段側
に更に1組あるいは複数組の永久磁石25a,25bを
配置こともでき、このように形成することにより、更に
均一な磁場配位を形成することができると共に、シート
状プラズマの均一性の向上を図ることができる。
In the above embodiment, the case where the magnetic field forming means 25 is formed by one set of the permanent magnets 25a and 25b has been described. However, the magnetic field forming means 25 does not necessarily have to be only one set of the permanent magnets 25a and 25b. However, one or more sets of permanent magnets 25a, 25b can be arranged downstream of the set of permanent magnets 25a, 25b, that is, on the side of the magnetic field converging means. The magnetic field configuration can be formed, and the uniformity of the sheet-like plasma can be improved.

【0027】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.

【0028】[0028]

【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.

【0029】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
によって分岐すると共に偏平状に圧縮し移送するので、
被処理体の径方向に高密度でかつ均一な分布を有するシ
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 branched by the magnetic field forming means and compressed and transferred in a flat shape.
A sheet-like plasma having a high density and a uniform distribution in the radial direction of the object to be processed can be generated, and the processing accuracy can be improved.

【0030】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
子を分岐すると共に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高い密度の上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。
2) According to the second aspect of the present invention, the magnetic field forming means is flattened with a pair of permanent magnets facing each other to branch and compress the electrons drawn by the electron accelerating means. Since it is composed of a solenoid coil that transports electrons along an uneven plane, it is possible to generate a sheet-like plasma having a high density in the radial direction of the object to be processed and a uniform density over a large area, and Plasma treatment of the processing object can be performed.

【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 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

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 Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification symbol FI H05H 1/24 H01L 21/302 B (72) Inventor Motosuke Miyoshi 72 Horikawacho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Toshiba Horikawacho Plant ( 72) Inventor Haruo Okano 1 Toshiba-cho, Komukai, Koyuki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture (72) Inventor Katsuya Okumura 1-kotoshiba-cho, Komukai-shi, Kawasaki-shi, Kanagawa Toshiba Tamagawa Plant ( 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) ) Surveyed field (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分岐すると共に偏平状
に圧縮し移送する磁場形成手段とを具備することを特徴
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. A plasma apparatus comprising: electron acceleration means for drawing electrons into a processing chamber; and magnetic field forming means for branching, flattening and transferring electrons drawn by the electron acceleration means.
【請求項2】 磁場形成手段を、電子加速手段により引
込まれた電子を分岐すると共に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 pair of permanent magnets for splitting electrons drawn by an electron accelerating means and compressing them in a flat shape, and a solenoid coil for transferring the flattened electrons along a flat surface. 2. The plasma apparatus according to claim 1, wherein the plasma apparatus comprises:
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