JPH05343196A - Plasma device - Google Patents

Plasma device

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JPH05343196A
JPH05343196A JP4175914A JP17591492A JPH05343196A JP H05343196 A JPH05343196 A JP H05343196A JP 4175914 A JP4175914 A JP 4175914A JP 17591492 A JP17591492 A JP 17591492A JP H05343196 A JPH05343196 A JP H05343196A
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plasma
magnetic field
electrons
electron
processing chamber
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JP4175914A
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Masahiro Shimizu
正裕 清水
Yuichiro Yamazaki
裕一郎 山崎
Motosuke Miyoshi
元介 三好
Haruo Okano
晴雄 岡野
Katsuya Okumura
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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Abstract

PURPOSE:To form an electron beam exciting plasma into a sheet, uniform plasma density, and improve processing precision. CONSTITUTION:A magnetic field forming means 25 for flatly compressing and transferring electrons is arranged in a processing chamber 3 to which the electrons drawn from a plasma is emitted by the accelerating electrode 22a and ring coil 22b of an electron accelerating means 22, and a magnetic field focusing means 26 is arranged on the processing chamber terminal end side opposed to the magnetic field forming means 25. The magnetic field forming means 25 is formed of a pair of permanent magnets 25a, 25b for flatly compressing the electrons drawn by the electron accelerating means 22 and a solenoid coil for transferring the flattened electrons along a flat surface. Thus, the area of the sheet plasma excited by the emission of electrons to a reaction gas can be increased, and the uniforming in plasma density and improvement in processing precision of the sheet plasma can attained.

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 device 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 recent advances in performance and miniaturization of semiconductor devices, fine processing is required also in plasma processing of objects to be processed such as semiconductor wafers, so that the degree of vacuum in the vacuum processing chamber can be further reduced. There is a growing need for more efficient plasma conversion of the reaction gas in the above state. As one of the plasma treatments, electrons are extracted from plasma, accelerated and irradiated to turn a predetermined reaction gas into plasma,
An electron beam excitation type plasma device for treating an object with this plasma is known, and the applicants have already tried to develop a plasma device 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。
That is, the one disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 1-105539 discloses an electron beam plasma apparatus,
Techniques for diffusing an electron beam using deflecting electrodes have been shown. Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-105540 discloses a technique of diffusing an electron beam by providing a magnetic field canceling means in an electron beam plasma device. Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-190299 discloses a technique of fixing an electrode pair via a spacer in an electron beam plasma device. Also,
Japanese Unexamined Patent Publication No. 64-53422 discloses a technique relating to a second plasma means for converting an etching gas into plasma by the 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。
This plasma device, as shown in FIG.
For example, a cathode electrode 2 having an introduction hole 2a for ejecting a discharge gas for plasma generation such as argon (Ar) is provided at one end of a closed container 1 formed of, for example, stainless steel in a cylindrical shape. The wafer holder 4 for holding the semiconductor wafer W, which is the object to be processed, is arranged at the end of the processing chamber 3 on the side 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, 6 and an anode electrode 7 are coaxially provided with a through hole in the center.
And an electron beam accelerating electrode 9 between the anode electrode 7 and the accelerating space 8. In addition, outside the first and second intermediate electrodes 5 and 6, the anode electrode 7 and the electron beam accelerating electrode 9, outside the closed container 1, annular coils 13 to 16 for forming a magnetic field are arranged. There is. In addition, the intermediate chamber 17 of the discharge region 10 and the acceleration space 8
And the processing chamber 3 are provided with exhaust holes 18, 19 and 20, 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 are connected. 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。
With the above-mentioned structure, a discharge voltage V1 is applied between the anode electrode 7 and the cathode electrode 2 to cause discharge, so that plasma is generated in the discharge region 10 containing the cathode electrode 2. Further, when an electron beam acceleration voltage V2 is applied to the acceleration electrode 9, electrons are extracted from the plasma generated in the discharge region 10 and sent to the electron beam acceleration region 11 to accelerate the plasma treatment region 12 (specifically, the plasma treatment region 12). The reaction gas such as chlorine (Cl) or argon (Ar) introduced into the chamber 3) and 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, a DC voltage V3 is applied to the wafer holder 4, or the wafer holder 4 is floated to attract reactive species in the plasma, that is, reactive gas, ions and electrons to the semiconductor wafer W to improve the etching rate.

【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)。
Further, in this type of plasma apparatus, prismatic permanent magnets are arranged on both sides of the electron beam introduced into the processing chamber 3 in order to make the plasma density uniform, and the magnetic lines of force of this permanent magnet generate plasma. A method of compressing and expanding to form 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
ず、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CV
D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-shaped plasma generating method, the cylindrical plasma generated by the discharge in the magnetic field is compressed by the pair of rectangular permanent magnets to be expanded to a certain thickness. It is possible to generate a sheet plasma having a large area and an area, but it is not possible to obtain a uniform sheet plasma over a wide range, and for example, an object to be processed having a large area such as a semiconductor wafer or an LCD substrate. However, it was difficult to realize. This problem is related to CV
The same problem occurs in plasma devices such as D devices and sputtering devices.

【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。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and makes it possible to form an electron beam excited plasma in a sheet shape over a wide range and to make the in-plane plasma density uniform to perform highly accurate processing. It is an object of the present invention 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て
なるものである。
In order to achieve the above object, the plasma device of the present invention excites a predetermined reaction gas supplied into the processing chamber by extracting and accelerating electrons from plasma to irradiate them. Electron accelerating means for drawing electrons into the processing chamber and a magnetic field for compressing and transferring the electrons drawn in by the electron accelerating means on the premise of a plasma device for converting the plasma into plasma and treating the object with the plasma. It is provided with a forming means and a magnetic field converging means arranged on the end side of the processing chamber facing the magnetic field forming means.

【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 electron accelerating means may have any structure as long as it can draw electrons into the processing chamber, but it is required to have 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 it can compress and transfer the electrons drawn into the processing chamber into a flat shape, but the electrons drawn by the magnetic field forming means are preferably flat. It is better to have a pair of permanent magnets facing each other for compression and a solenoid coil for transferring the flattened electrons along the flat surface. In this case, the pair of permanent magnets that compress the electrons into a flat shape have the same pole (N
It can be formed by a rectangular permanent magnet that serves as a pole. Also, the solenoid coil may be single,
It is preferable to have a plurality of coils arranged in parallel in the electron transfer direction because electrons can be transferred over a long distance.

【0012】上記磁場集束手段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、例えば磁
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ことができる。
The magnetic field focusing means is arranged on the terminal side of the processing chamber to focus the plasma compressed flatly by the magnetic field forming means on the terminal side of the processing chamber. It can be formed by a rectangular permanent magnet having a pole opposite to the pole on the opposite surface.

【0013】[0013]

【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、磁場集束手段にて集
束される。したがって、電子加速手段にて処理室内に引
込まれた電子は処理室内に供給される反応ガスを励起し
てシート状のプラズマを生成する。
According to the plasma apparatus of the present invention constructed as described above, electrons are drawn from the plasma into the processing chamber by the electron accelerating means, and the drawn electrons are generated by the magnetic fields of the pair of permanent magnets of the magnetic field forming means. After being compressed into a flat shape, it is transferred in the direction along the flat surface along the magnetic lines of force formed by the solenoid coil and focused by the magnetic field focusing means. Therefore, the electrons drawn into the processing chamber by the electron accelerating means excite the reaction gas supplied into the processing chamber to generate sheet-like plasma.

【0014】[0014]

【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。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Here, in the case where the plasma device of the present invention is applied to a plasma etching device, the same parts as those of the conventional plasma device shown in FIG.

【0015】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。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 a plasma apparatus of the present invention, FIG. 2 is a schematic plan view of electron accelerating means, magnetic field forming means and magnetic field focusing means of the present invention, and FIG. 3 is a side view of FIG. Has been done. The arrow G in the drawing indicates the direction of the magnetic field.

【0016】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 includes plasma generating means 21 for converting discharge gas into plasma, electron accelerating means 22 for extracting electrons from the plasma and accelerating the extracted electrons, and accelerating by the electron accelerating means 22. The main part is constituted by the plasma processing means 23 which performs plasma processing by converting the reaction gas into plasma by the irradiation of the generated electrons.

【0017】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 supplies a discharge gas for generating plasma such as argon (Ar) to one end of the closed container 1 which is a main body of the apparatus and is formed in a cylindrical shape from stainless steel or the like. A cathode electrode 2 having a jetting introduction hole 2a, an anode electrode 7 arranged in an intermediate portion of the closed container 1, and first and second intermediate electrodes arranged between the anode electrode 7 and the cathode electrode 2. It is composed of 5 and 6. Further, an intermediate chamber 17 is formed between the second intermediate electrode 6 and the anode electrode 7, and the intermediate chamber 17 is formed.
A vacuum pump (not shown) is connected to an exhaust hole 18 provided in the lower part of the intermediate chamber 17 via an opening / closing valve 18a to maintain the inside of the intermediate chamber 17 at a predetermined degree of vacuum.

【0018】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。
A discharge region 10 is between the cathode electrode 2 and the anode electrode 7. Also, the first and second
A closed container 1 outside the intermediate electrodes 5 and 6 and the anode electrode 7 of
The coils 13 to 15 each formed in an annular shape for forming a magnetic field are arranged outside the coil.

【0019】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 draws out the electrons from the plasma in the discharge region 10 and the accelerating space 8 in which the electrons drawn out from the plasma are transferred.
An electron beam accelerating electrode 22a (hereinafter referred to as an accelerating electrode) for accelerating the electrons in the plasma processing means 23 and introducing it into the processing chamber 3 of the plasma processing means 23, and a ring for forming a magnetic field arranged outside the accelerating electrode 22a It is composed of 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 the exhaust hole 19 provided in the lower portion of the acceleration space 8 via the opening / closing valve 19a so that the inside of the acceleration space 8 is closed. Is maintained at a predetermined vacuum pressure. The anode electrode 7 and the acceleration electrode 22a
An electron acceleration region 11 is located between and.

【0020】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 introduces electrons accelerated by the acceleration electrode 22a and the annular coil 22b of the electron acceleration means 22 and a reactive gas such as Cl gas or Ar gas to activate the reactive gas. A processing chamber 3 and an object to be processed, such as a semiconductor wafer W, which is disposed in the processing chamber 3.
A susceptor 24 for holding the electron horizontally, a magnetic field forming means 25 arranged on the electron accelerating means side for compressing and transferring the electrons drawn from the electron accelerating means 22 into a flat shape, and a magnetic field forming means 2
The magnetic field focusing means 26 arranged on the wall side of the processing chamber facing the No. 5
It consists of and.

【0021】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150mm、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 has a pair of rectangular rod-shaped permanent magnets 25a, 25b having N-poles facing each other and facing each other so as to compress the cylindrical electron beam drawn from the electron accelerating means 22. And a plurality of solenoid coils 25c (two are shown in the drawing) for transferring the flattened plasma having electrons along the plane. 25d is a cylindrical chamber. Further, the magnetic field focusing means 26 is a permanent magnet 25a of the magnetic field forming means 25,
The pole (S pole) opposite to the pole (N pole) of the facing surface of 25b is formed by a rod-shaped permanent magnet having a rectangular cross section, which is arranged toward the inside of the processing chamber. In this case, the permanent magnets 25a, 2
5b and the magnetic field focusing permanent magnet 26 have a length of 150 mm, 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 50 G. The plasma processing region 12 is between the magnetic field forming means 25 and the magnetic field focusing permanent magnet 26.

【0022】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 of the magnetic field forming means 25.
b, solenoid coil 25c, and magnetic field focusing permanent magnet 2
Since the magnetic field configuration formed by each magnetic field line 6 is formed as shown in FIGS. 2 and 3, the electrons drawn into the processing chamber by the accelerating electrode 22a of the electron accelerating means 22 and the annular coil 22b form a magnetic field. After being flatly compressed by the pair of permanent magnets 25a and 25b of the means 25, the permanent magnets 25a and 25b are transferred in the direction along the flat surface along the magnetic lines of force formed by the solenoid coil 25c, and are focused by the magnetic field focusing permanent magnet 26. A sheet-shaped plasma region is formed near the upper portion of the susceptor 24 (see FIG. 4).

【0023】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 the 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
Dozens of MHz (specifically 2-3 MHz-13.56 MH
z). 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 provided in a coolant channel 24c provided in the susceptor body 24a. The supply pipe 27a and the discharge pipe 27b of the mixed refrigerant are connected to each other, and further, He gas or N2 gas is supplied / discharged to / from a backside gas reservoir (not shown) provided on the mounting surface side of the semiconductor wafer W. A pipe 28 is connected.

【0024】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 device of the present invention configured as described above will be described. First, the discharge gas is introduced through the discharge gas introduction hole 2a, and the cathode electrode 2
Between the cathode electrode and the first and second intermediate electrodes 5, 6 and the anode electrode 7 in a state in which the pressure between the first intermediate electrode 5 and the first intermediate electrode 5 is exhausted to, for example, about 1.0 Torr. When a discharge voltage V1 is applied to generate a 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. First, glow discharge occurs between the cathode electrode 2 and the first intermediate electrode 5. Then, the transition is made to the second intermediate electrode 6 and the anode electrode 7. After stable glow discharge is formed between the cathode electrode 2 and the anode electrode 7, the switches S1 and S2 are turned off.

【0025】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の上方近傍位置に形成す
る。
The electrons in the plasma generated as described above are extracted into the accelerating space 8 by the application of the accelerating voltage V2 to the accelerating electrode 22a, and are accelerated by the magnetic lines of force formed by the annular coil 22b. Transferred in. The electrons drawn into the processing chamber 3 are flatly compressed by the pair of permanent magnets 25a and 25b of the magnetic field forming means 25, and then transferred along the flat plane by the magnetic lines of force formed by the solenoid coil 25c. The end is focused by the focusing permanent magnet 26. In this state, electrons are supplied into the processing chamber 3 as a reaction gas Cl or Ar.
Are excited to form plasma, and the sheet-like plasma is formed in a position near the susceptor 24 and the semiconductor wafer W.

【0026】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。
Then, the high-frequency voltage applied to the susceptor 24 extracts reactive species, that is, reactive gas, ions and electrons from the sheet-shaped plasma region, 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 as an ion beam.

【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 the plasma etching apparatus has been described.
It is needless to say that the present invention can be applied to other electron beam excitation type plasma apparatus such as an apparatus and a sputtering apparatus. Further, in the above embodiment, the case where the object to be processed is a semiconductor wafer has been described, but the object to be processed is not limited to the semiconductor wafer, and, for example, an LCD substrate or the like can be processed in the same manner.

【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 device of the present invention, which 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
によって偏平状に圧縮し移送すると共に、その電子の終
端部を磁場集束手段にて集束するので、被処理体の径方
向に均一な密度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 plasma apparatus of the first aspect, the electrons attracted by the electron accelerating means are compressed and transferred by the magnetic field forming means into a flat shape, and the end portions of the electrons are focused by the magnetic field focusing means. Therefore, it is possible to generate the sheet-shaped plasma having a uniform density in the radial direction of the object to be processed and to improve the processing accuracy.

【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。
2) According to the plasma device of the second aspect, the magnetic field forming means and the pair of permanent magnets facing each other so as to compress the electrons drawn by the electron accelerating means into a flat shape, and the flattened electrons are distributed. Since it is composed of a solenoid coil that moves along a plane, it is possible to generate a sheet-shaped plasma having a uniform density in the radial direction of the object to be processed over a large area, and perform plasma processing of a large object to be processed. You can

【図面の簡単な説明】[Brief description of 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 means, a magnetic field forming means and a magnetic field focusing 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.

【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-shaped 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 磁場集束用永久磁石(磁場集束手段) 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 permanent magnet (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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Gensuke Miyoshi 72 Horikawa-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Stock company Toshiba Horikawa-cho factory (72) Inventor Haruo Okano Komukai-Toshiba, Kawasaki-shi, Kanagawa No. 1 Incorporated company Toshiba Research Institute (72) Inventor Katsuya Okumura No. 1 Komukai Toshiba-cho, Kawasaki-shi, Kanagawa Kanagawa Prefecture Tamagawa factory, Incorporated company

Claims (2)

【特許請求の範囲】[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すること
を特徴とするプラズマ装置。
1. A plasma apparatus for extracting an electron from plasma and accelerating and irradiating the electron to excite a predetermined reaction gas supplied into the processing chamber into plasma, and processing the object to be processed by 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 into a flat shape, and a magnetic field forming means facing the magnetic field forming means are disposed on the end side of the processing chamber. A plasma device comprising a magnetic field focusing 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. The magnetic field forming means comprises a pair of permanent magnets facing each other so as to compress the electrons drawn by the electron accelerating means into a flat shape, and a solenoid coil for transferring the flattened electrons along the flat surface. The plasma device according to claim 1, wherein
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH06252071A (en) * 1992-12-28 1994-09-09 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Plasma processing method and plasma processing device
US7264850B1 (en) 1992-12-28 2007-09-04 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Process for treating a substrate with a plasma
JP2009228011A (en) * 2008-03-19 2009-10-08 Shinmaywa Industries Ltd Sheet plasma film deposition system and sheet plasma regulation method

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