JPH01105539A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、半導体装置の製造等に利用されるプラズマ処
理装置に関する。

（従来の技術） 一般に、プラズマ処理装置は、半導体装置の製造等に利
用され、プラズマによりエツチング、成膜等を行う。

このようなプラズマ処理装置としては、従来からいくつ
かの種類の装置が知られているが、本発明者等は従来か
ら電子ビームによって反応ガスを励起しプラズマを発生
させるシステム（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｂｅａｍ　ｅｘｃｉ
ｔｅｄ　ｐｌａｓｎ＋ａ　ｓｙｓｔｅｍ）を提案してい
る。

このシステムでは、例えば、グロー放電等によりプラズ
マを形成し、このプラズマ中から電子を引出し、加速し
て所定の反応ガス雰囲気とされた領域内に導入し、この
電子ビームにより上記反応ガスを活性化して高密度のブ
ーラズマを発生させる。

なお、このシステムでは、上記電子ビームの進行方向に
沿って磁場を形成し、この磁場によって電子ビームをガ
イドする。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、例えば半導体装置の製造等においては、
半導体ウェハは６インチ、８インチ等に大口径化される
傾向にある。このため、プラズマ処理装置においては、
より大径でかつ均一なプラズマを形成する必要性が高ま
っている。

本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので
、従来に較べて大径でかつ均一なプラズマを形成するこ
とができ、大口径ウェハ等でも均一に処理を行うことの
できるプラズマ処理装置を提供しようとするものである
。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） すなわち本発明は、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物の処理を行う装置において、
前記電子を偏向し外側方向に拡散させる手段を備えたこ
とを特徴とする。

（作　用）　　　　゛ 上記構成の本拠明のプラズマ処理装置では、′電子を偏
向し外側方向に拡散させる手段、例えば電場により電子
を偏向聾外側方向に一拡散させる電極を備えている。し
たがって、と−人状に入射する電子を拡げ、大径でかつ
均一なプラズマを形成することができ、大口径ウェハ等
でも均一に処理を行うことができる。

（実施例） 以下本発明のプラズマ処理装置をドライエツチング装置
に遠用した実施例を図面を参照して詳細に説明する。

例えばステンレス等により円筒状に形成された密閉容器
１内の一方の端部には、中央部に例えばアルゴンガス等
の放電用ガスを導入するための放電用ガス導入孔２ａを
備えた外径はぼ円筒状のカソード電極２が突出して設け
られている。

また、密閉容器１内のカソード電極２と反対側の端部に
は、シャッター３を有し、半導体ウェハ等の被処理物を
保持するホルダ４が配置されており、カソード電極２と
ボルダ４との間には、カソード電極２側から順に、それ
ぞれ中央部に貫通孔を有する中間電極５、中間電極６、
アノード電極７、電子ビーム加速用電極８および電子ビ
ーム偏向用電極９が配置されている。そして、上記中間
電ｆ！５、中間電？！！６、アノード電ｉ７、電子ビー
ム加速用電極８の周囲には、それぞれ環状に形成された
コイル１０〜１３が配置されている。

なお、上記中間電極５．６、アノード電極７、電子ビー
ム加速用電極８の中央部に形成された貫通孔は、中間電
極５の場合直径７１１１１　、長さ３０１１１１程度、
中間電極６の場合直径１５１１１１、長さ２０ｕ程度、
アノード電極７の場合直径８ＩＩ＋１、長さ１５ｎｍ程
度、電子ビーム加速用電極８の場合直径２Ｇｉｎ、長さ
５０ＩＩｍ程度とされている。そして、中間電ｗｉ６と
アノード電ｆ＃７との間に配置された排気孔１４、アノ
ード電極７と電子ビーム加速用電極８との間に配置され
た排気孔１５、電子ビーム加速用電ｌｌ１８とホルダ４
との間に配置された排気孔１６により差動排気し、それ
ぞれの間の圧力を調節可能に構成されている。

また、上記電子ビーム偏向用電ｗ１９は、例えば電子ビ
ーム加速用電極８側からホルダ４側へ向けて大径となる
環状の形状とされており、その中央部を電子ビームが通
過するよう構成されている。

そして、上記カソード電極２は、例えば第２図に示すよ
うに構成されている。すなわち、中央部に放電用ガス導
入孔２ａを備え材質例えばタンクル等からなる丸棒状の
補助カソード２ｂは、一方の端部を例えばセラミックス
等からなる支持部材２ｃによって支持されている。なお
補助カソード２ｂの先端部は、グロー放電を生じ易くす
るなめ、テーパ状に形成することが好ましい、そして、
この補助カソード２ｂの先端付近には、材質例えばＬａ
Ｂ６等からなる環状の主カソード２ｄが配置されており
、これらの周囲は、材質例えばモリブデン等からなる円
筒状部材２ｅによって覆われている。

なお、各電極およびホルダ４は、高温となるため、この
実施例のドライエツチング装置では、各電極およびホル
ダ４に図示しない冷却用の冷却水流路を設けて冷却する
よう構成されている。

上記構成のこの実施例のドライエツチング装置では、カ
ソード電１１！２とアノード電極７との間が放電領域２
０とされ、アノード電極７と電子ビーム加速用ｔ！８と
の間が電子ビーム加速領域２１とされ、電子ビーム加速
用電極８とホルダ４との間がエツチング領域２２とされ
ている。

放電領域２０では、放電用ガス導入孔２ａから例えばア
ルゴンガス等の放電用ガスを導入し、カソード電極２と
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２と、中間
電極５．６アノード電極７との間に放電電圧Ｖｄを印加
してグロー放電を生起させる。なお、運転中は、カソー
ド電極２と中間電極５との間の圧力が例えば０．６Ｔｏ
ｒｒ程度となるよう真空度を高める。

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と中間１ｔ＠５と
の間でグロー放電が生じ、この後中間電極６、アノード
電極７と移行していく、なお、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。

また、このグロー放電は、最初に補助カソード２ｂの先
端部で生じるが、放電により温度が１５００℃程度に上
昇すると、高温でのエミッション特性の優れた主カソー
ド２ｄに移行、する。

電子ビーム加速領域２１の圧力は、例えば１Ｏ−４Ｔｏ
ｒｒ程度とし、電子ビーム加速電圧ン１８には、電子ビ
ーム加速電圧ｖ　ａｃｃを印加する。そして、放電領域
２０で生じたプラズマ中から電子を引出し、加速してエ
ツチング領域２２に導入する。

エツチング領域２２は、エツチングガス導入孔１７から
例えば塩素ガス、アルゴンガス等のエツチングガスを導
入し、排気孔１６から排気することにより圧力例えば１
０−４〜１０−１程度とし、電子ビーム加速用電極８と
ホルダ４との間に電圧ｖ１を印加する。そして、電子ビ
ーム加速領域２１から導入された電子ビームを、プラス
の電圧を印加された電子ビーム偏向用電極９によって外
側へ向けて拡散させ、この拡散させた電子ビームにより
エラチン“グガスを活性化して高密度のプラズマを発生
させる。なお、電子ビーム偏向用電極９に印加する電圧
は、電子ビーム加速電圧、処理を行う半導体ウェハの大
きさ等によって適宜選択する。またこの時、エツチング
領域２２部分の密閉容器１の電位をプラズマ電位より低
くし、電子の閉じ込めを良くする。

そして、上記プラズマ中のイオンが、ホルダ４に保持さ
れた半導体ウェハ等のターゲット表面に形成されたプラ
ズマシース中で加速され、イオンビームとしてターゲッ
トに射突し、ターゲットがエツチングされる。この時の
処理時間の制御はシャッタ３または電子ビーム加速用電
源のＯＮ、ＯＦＦにより行う。

なお、上記処理操作中、各電極の外側に設けられたコイ
ル１０〜１３に通電することにより、磁４Ｂを発生させ
、電子を電極の貫通孔部分に集中させて電子引出しの効
率向上を図る。

上記説明のこの実施例のドライエツチング装置では、電
子ビームをコイル１０〜１３によって形成される磁場Ｂ
によってガイドする。このため、電子ビーム偏向用電極
９を使用しない場合は、磁場Ｂの影響により、エツチン
グ領域２２に導入された電子ビームの拡散に長い距離を
要し、形成されるプラズマは小径となるが、電子ビーム
偏向用電極９を使用することにより、エツチング領域２
２に導入された電子ビームを外側へ向けて偏向し、拡散
させる。そして、この拡散させた電子ビ　□−ムにより
エツチングガスを活性化して高密度のプラズマを発生さ
せる。したがって、例え′ばエツチング領域２２の長さ
を長くすることなく、従来に較べて大径でかつ均一なプ
ラズマを形成することができ、大ロ径つニへ等でも均一
に処理を行うことができる なお、上記実施例では、エツチング領域２２部分の密閉
容器１の電位をプラズマ電位より低く制御し、電界によ
り、電子の閉じ込めを良くするよう構成したが、第３図
に示すように、電子ビーム加速用電極８とホルダ４との
間の周囲に例えば複数の永久磁石３０を配置し、多極磁
場により、プラズマの閉じ込めを良くするよう構成する
こともできる。

また、上記実施例では、本発明をドライエツチング装置
に叢用した例について説明したが、本発明はかかる実施
例に限定されるものではなく、例えば成膜装置等、他の
プラズマ処理装置に適用することができることはもちろ
んである。

［発明の効果］ 上述のように、本発明のプラズマ処理装置では、従来に
較べて大径でかつ均一なプラズマを形成することができ
、大ロ径つニへ等でも均一に処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のプラズマ処理装置を示す構
成図、第２図はカソード電極を示す縦断面図、第３図は
第１図に示すプラズマ処理装置の変形例の要部を示す構
成図である。 １・・・・・・密閉容器、２・・・・・・カソード電極
、２ａ・・・・・・放電用ガス導入孔、３・・・・・・
シャッター、４・・・・・・ホルダ、５．６・・・・・
・中間電極、７・・・・・・アノード電極、８・・・・
・・電子ビーム加速用電極、９・・・・・・電子ビーム
偏向用電極、１０〜１３・・・・・・コイル、１４〜１
６・・・・・・排気孔、１７・・・・・・エツチングガ
ス導入孔、２０・・・・・・放電領域、２１・・・・・
・電子ビーム加速領域、２２・・・・・・エツチング領
域。 第３」

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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
   より被処理物の処理を行う装置において、前記電子を偏
   向し外側方向に拡散させる手段を備えたことを特徴とす
   るプラズマ処理装置。
2. （２）電子を偏向し外側方向に拡散させる手段は、電場
   によって行うことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のプラズマ処理装置。