JPH06283123A - 電子ビーム励起プラズマ発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】微細ドライエッチング加工のための電子ビーム
励起プラズマ発生装置のコンタミネーション（汚染）を
防止し、シリコンウエハの製品の信頼性を高める。 【構成】放電領域２の放電管の外側に高周波誘導コイル
１６を巻装して１３．５６メガヘルツ等の高周波を印加
し、ポート３から供給されるガスを電離しプラズマを形
成させ、プラズマ中の電子ビームを陽極８により加速領
域９にて加速しプラズマ生成領域１０に導出し、プラズ
マ生成領域中に供給される塩素ガスを電離させて、その
イオンをホルダ１３に保持されているシリコンウエハの
ターゲット試料１４に照射し、所定の微細ドライエッチ
ング加工を行うに、放電領域２に於ける無電極放電装置
２０により在来の加熱陰極電極のフイラメントからのラ
ンタン，ボロン等のパーティクルの発生がなく、従って
スパッタリングによるドライエッチングを介してのコン
タミネーションの発生がない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】開示技術は、電子ビームを介して
生成されたプラズマをシリコンウエハ等のターゲット試
料に照射してドライエッチング加工等を行う電子ビーム
励起プラズマ照射装置の構造の技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】周知の如く、産業社会の隆盛は高度に発
達した科学、就中、電子工学等に強力にバックアップさ
れており、したがって、かかる電子工学の更なる発展が
強く求められている。

【０００３】而して、該電子工学においてはデータ等の
情報処理のより高度な精細で正確なデータ処理が、しか
も、超高速でなされることがますます厳しく求められ、
したがって、かかるデータのより精細で、且つ、正確な
超高速演算処理を行うデバイスのハイテク化，ダウンサ
イジングがますます求められ、したがって、ＩＣ，ＬＳ
Ｉ等の高度集積回路をなすシリコンウエハ等に対するよ
り精密なドライエッチング技術が求められ、これに対処
するに、例えば、特開昭６１−２９０６２９号公報発明
に示されている如く、プラズマ照射技術が開発されて、
所謂ＤＣＥ，ＲＦＥ，ＥＣＲ（電子サイクロトロン共
鳴）、更には電子ビーム等によりプラズマを発生させ、
該プラズマの中からイオンとラジカルを利用し、シリコ
ンウエハ等のターゲット試料に照射するシステムが開発
されて実用化されるようになってきている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、シリコ
ンウエハ等の大口径のターゲット試料に対するイオンに
よる損傷について大きなダメージを残さずに、良好なイ
オンアミストドライエッチングを有効に行うには低エネ
ルギー領域に於て大きな断面積に亘り、均一な大イオン
電流密度のプラズマを当該ターゲット試料に照射するこ
とが必要で基本的に相反する条件のもとで行われなけれ
ばならないことが分ってきた。

【０００５】しかしながら、旧式のプラズマ発生装置に
あっては低エネルギーイオンにおいて、イオン電流密度
を大きくすると、断面積に亘り均一にプラズマをターゲ
ット試料に照射することに対処出来ないという問題があ
った。

【０００６】これに対処するに、例えば、特願平３−２
７４９６０号公報発明に開示してある如く、大きなイオ
ン電流密度が得られる高密度のプラズマを生成可能な所
謂電子ビーム励起プラズマ技術（ＥＢＥＰ）が開発さ
れ、図５に示す様な電子ビーム励起プラズマ発生装置１
が実用化される設計が可能になってきており、ＥＣＲ
（電子サイクロトロン共鳴）方式とは別の利点を有して
実用化可能な開発がなされてきている。

【０００７】即ち、当該図５に示す在来態様の電子ビー
ム励起プラズマ発生装置１は放電領域２に於て、ポート
３より電子ビーム形成用のアルゴンガス４を供給し、直
流電源５により陰極電極６を、例えば、１４００℃等に
赤熱状態に加熱し、放電を発生させ、該プラズマ中の電
子を陰極７、及び、陽極８で電子ビーム加速領域９にて
加速させてプラズマ発生領域１０内にてポート１１から
供給される塩素ガス１２をプラズマ化させ、それをホル
ダ１３に設けられたシリコンウエハ等のターゲット試料
１４に照射させ、所定の微細加工をドライエッチングに
より行うようにされていた。

【０００８】しかしながら、低エネルギーイオンにおい
て大断面積に亘り、均一な大電流密度のイオンをターゲ
ット試料１４に照射する等のメリットを有するかかる電
子ビーム励起プラズマ発生装置１にあっては、次のよう
な本質的な不具合を相伴するという問題点が無視出来な
くなってきた。

【０００９】即ち、周知の如く、シリコンウエハ等Ｉ
Ｃ，ＬＳＩ等の高度集積回路を構成する素材に於ては高
度の清浄度が厳しく求められるものであり、したがっ
て、ターゲット試料１４に不純物等の付着混入があるこ
とは本来的な機能を本質的に損うものであって、当然の
ことながら、これを避けることが厳しく求められてきた
ものである。

【００１０】しかしながら、上述電子ビーム励起照射プ
ラズマ発生装置１にあっては、その電子ビーム領域２に
於て、陰極電極６が直流電源５により千数百度の赤熱状
態に高温加熱されることから、当該陰極電極６の当該ラ
ンタンボロナイド中に含まれているランタン，ボロン等
のパーティクルも放出されて電子ビーム電極領域９を経
てプラズマ生成領域１０を通過し、ターゲット試料１４
に到達し、ドライエッチングプロセスで所謂コンタミネ
ーション（汚染）を生ずる不都合さがあり、したがっ
て、該コンタミネーションにより上述した如く、シリコ
ンウエハの本来的な目的とするＩＣ，ＬＳＩ等の高度集
積回路が形成出来なくなるという難点を招来する欠点が
あるものである。

【００１１】

【発明の目的】この出願の発明の目的は上述従来技術に
基づく種々の優れた利点を有する電子ビーム励起プラズ
マ発生装置によるプラズマを介してのシリコンウエハ等
のターゲット試料に対する微細加工をドライエッチング
によって行うに際して相伴する電極からのパーティクル
によるコンタミネーション（汚染）の問題点を解決すべ
き技術的課題とし、パーティクル発生源の電極を無く
し、しかも、電子ビーム領域に於て確実に電子ビームの
発生を保証し、電子ビーム励起プラズマによるターゲッ
ト試料に対する照射が確実になされ得るようにして電子
産業における加工技術利用分野に益する優れた電子ビー
ム励起プラズマ発生装置を提供せんとするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段・作用】上述目的に沿い先
述特許請求の範囲を要旨とするこの出願の発明の構成
は、前述課題を解決するために、電子ビーム励起プラズ
マによりシリコンウエハ等のターゲット試料にＩＣ，Ｌ
ＳＩ等の高度集積回路のための微細加工をドライエッチ
ングを介して行うに、その放電管に於て無電極放電によ
り電子ビーム励起プラズマ装置を放電管の周囲に高周波
誘導コイルを装備し、例えば、１〜５０メガヘルツ（商
用コイルの１３．５６メガヘルツ）を用いて該放電管に
封入されるアルゴンガス等を電離させてプラズマ放電を
行い、或いは、放電管の周囲にアンテナを巻装し、該ア
ンテナの外側に電磁コイルを巻装し、該アンテナに、例
えば、１３．５６メガヘルツの励振を作用させてヘリコ
ン波によるプラズマを発生させ、或いは、放電管にマイ
クロ波放射装置を接続して、例えば、２．４５ギガヘル
ツのマイクロ波を放射させ、併せて、放電管の外側に共
鳴磁場、例えば、８７５ガウスの磁場を作用させてＥＣ
Ｒ（電子サイクロトロン共鳴）電子ビームを作用させ、
或いは、又、放電管にリング状の電極を遊嵌して高周波
電源に接続し励振によるプラズマを生起させ、当該放電
管からのパーティクルの発生をなくし、放電管から放射
される電子ビームを加速領域を通り、プラズマ領域にて
プラズマを励起させて所定のシリコンウエハ等ターゲッ
ト試料に照射し、設計通りのＩＣ，ＬＳＩ等の高度集積
回路の微細ドライエッチングを行い、該シリコンウエハ
にはスパッタリングによるパーティクルを介してのコン
タミネーションが生じないシリコンウエハのＩＣ，ＬＳ
Ｉ等の高度集積回路の微細ドライエッチングが現出出来
るようにした技術的手段を講じたものである。

【００１３】

【実施例】次に、この出願の発明の実施例を図１〜図４
に基づいて説明すれば以下の通りである。

【００１４】尚、図５と同一態様部分は同一符号を用い
て説明するものとする。

【００１５】図１に示す実施例は簡素な構造で、コンパ
クト化され、初期組み付け，設置，メンテナンス性等が
良好である態様であり、プラズマ生成領域１０にはシリ
コンウエハのターゲット試料１４がホルダ１３に所定に
設置され、そのケーシングにはポート１１が配設されて
イオン形成用の塩素ガス１２が導入されるようにされて
おり、該ターゲット試料１４に対向して加速陽極８が電
子ビーム加速領域９の基部に設けられ、更に、該電子ビ
ーム加速領域９には加速陰極７が設けられており、両者
間に排気ポート１５が設けられている。

【００１６】而して、加速陰極７の前側の放電領域２に
あっては、この出願の発明の無電極放電装置をなす高周
波誘導コイル１６が所定に巻装されて高周波電源１７に
接続され、１〜５０メガヘルツ、例えば、通常の商用周
波数である１３．５６メガヘルツを印加されてポート３
から供給されるアルゴンガス４にプラズマを放電させる
ようにされている。

【００１７】而して、当該電子ビーム励起イオン照射装
置１' にあっては、放電領域２に於てその放電管には在
来態様の加熱式の陰極電極が設けられておらず、即ち、
無電極放電装置が電子ビーム励起プラズマ装置として装
備され、その高周波誘導コイル１６が高周波電源１７に
より１〜５０メガヘルツ、例えば、１３，５６メガヘル
ツを印加されてアルゴンガスを電離しプラズマ放電を発
生させ、該プラズマ中の電子ビームを加速陰極７、及
び、加速陽極８により電子ビーム加速領域９内にて所定
に加速し、プラズマ生成領域１０にて封入される塩素ガ
ス１２を電離してプラズマを励起し、該イオンがホルダ
１３のターゲット試料１４に照射されて所定のＩＣ，Ｌ
ＳＩ等の高度集積回路の微細加工をドライエッチングす
るようにされている。

【００１８】そして、当該実施例においては電子ビーム
領域２の放電管に加熱陰極の電極がないことによるラン
タンボロナイド電極からのランタン，ボロン等のパーテ
ィクルの放散がなく、したがって、ターゲットのコンタ
ミネーション（汚染）の発生が避けられ、該ターゲット
試料の清浄度は高度に保たれて設計通りのＩＣ，ＬＳＩ
等の高度集積回路のドライエッチングがなされることに
なり、製品に対する信頼度は極めて高いものとなる。

【００１９】尚、ポート３，１１から供給されるアルゴ
ンガスや塩素ガスは排気ポート１５から在来態様同様に
排気される。

【００２０】次に、図２に示す実施例においては放電領
域２に於ける無電極放電装置としてその放電管の外側に
アンテナ１６' を配設すると共に、更にその外側に電磁
コイル１６''を軸方向に連装させ、１〜５０メガヘル
ツ、例えば、上述同様に１３．５６メガヘルツの高周波
を該アンテナ１６' 、及び、電磁コイル１６''に付与し
てヘリコン波を発生させ、該ヘリコン波の生起を介しポ
ート３から供給されるアルゴンガス４に電離を生じさせ
てプラズマ放電を形成させ該プラズマ中の電子ビームを
して上述実施例同様に加速領域９にて加速させてプラズ
マ生成領域１０に於て電極１４に上述同様のドライエッ
チング３を行わしめる。

【００２１】而して、当該実施例においても放電領域２
に於てはその放電管に無電極放電装置を設けてあること
により、上述実施例同様にランタン，ボロン等によるタ
ーゲット試料１４に於けるコンタミネーション（汚染）
の発生は全く避けられるものである。

【００２２】次に、図３に示す実施例においては放電領
域２に於て無電極放電装置として先述在来態様の放電を
作用させるべく、当該放電管にマイクロ波放射装置１８
を接続して、例えば、２．４５ギガヘルツのマイクロ波
を発生させ、更に、放電管の外側に共鳴磁場１６''' の
電磁コイルにより、例えば、８７５ガウス等の共鳴磁場
を付与してプラズマを発生させて該プラズマ中の電子ビ
ームがエネルギーを吸収して良好にプラズマの形成を図
ることが出来るようにした態様であり、当該実施例にお
いてもまた、放電領域２に於て、無電極放電装置が装備
されていることにより、スパッタリングによるパーティ
クルの発生がなく、ターゲット試料１４に於けるコンタ
ミネーションが生じないことは同様である。

【００２３】而して、図４に示す実施例は一種の応用例
の態様であり、当該態様においては放電領域２に於ける
放電管の外側にリング状の電極１８' ，１８' を長手方
向に連装して遊嵌し、各々高周波電源１９に接続して上
述同様１〜５０メガヘルツ、例えば、１３．５６メガヘ
ルツの商用周波数の通電を印加することにより、封入さ
れるスパッタリングのプラズマ放電が形成され、プラズ
マ中の電子ビームが加速領域９に於て加速され、プラズ
マ生成領域１０で塩素ガスの電離を介してイオンがター
ゲット試料１４に照射される態様は上述各実施例同様で
あり、又、無電極放電装置による電子ビーム励起を介し
てのイオン照射であるために、ターゲット試料１４には
上述同様ランタン，ボロン等の放電によるドライエッチ
ング発生を介してのコンタミネーションの発生は阻止さ
れ、シリコンウエハの清浄度は確実に保証されるもので
ある。

【００２４】尚、この出願の発明の実施態様は上述各実
施例に限るものでないことは勿論であり、例えば、上述
各実施例の組合せ構造を採る等種々の態様が採用可能で
ある。

【００２５】又、適用対象は電子産業のみならず、医
療，農業，化学薬品工業等の微細ドライエッチングを対
象とする産業は全てに適用可能である。

【００２６】

【発明の効果】以上、この出願の発明によれば、基本的
に電子産業等においてＩＣ，ＬＳＩ等の高度集積回路を
形成するに、シリコンウエハ等に対する微細ドライエッ
チング加工を行うに、電子ビーム励起プラズマ発生装置
を用い、放電領域にてアルゴンガス等の封入ガスを放電
電離させてプラズマを形成し、該プラズマ中の電子ビー
ムを加速領域にて所定に加速させ、プラズマ領域にて塩
素ガス等を電離させてプラズマ中のイオンをシリコンウ
エハ等のターゲット試料に照射するに際し、この出願の
発明においては電子ビーム領域に於けるプラズマ形成に
際し、無電極放電装置を用い、従来の熱陰極電極を用い
ないようにしたために、加熱陰極の電極のフイラメント
から放出されるランタン，ボロン等のパーティクルが発
生せず、したがって、ランタン，ボロン等が発生せず、
したがって、かかるランタン，ボロン等のパーティクル
によるコンタミネーション（汚染）の弊害がターゲット
試料に生ぜず、したがって、かかるコンタミネーション
（汚染）を最も嫌うシリコンウエハの清浄度が確実に保
持され、設計通りのＩＣ，ＬＳＩ等の高度集積回路が形
成され、微細ドライエッチングの加工が設計通りに行わ
れ、製品に対する信頼度が高まり、製品歩留りも向上
し、コスト的にも安く出来るという優れた効果が奏され
る。

【００２７】したがって、電子ビーム励起プラズマ発生
技術のメリットがフルに発揮され、ターゲット試料を浮
動電位に保っても、電子ビーム成分の影響がなく、電子
ビーム軸近くの照射イオンエネルギーを大きく出来、イ
オン電流密度の良好な均一性を保つことが出来るという
効果もある。

【００２８】而して、無電極放電装置の態様としては電
子ビーム励起プラズマ装置が放電管の周囲に高周波誘導
コイルを装備する等の無電極放電装置とすることによ
り、商用周波数を用いることが出来、最も構造を簡単に
出来ることから、操作がし易く、又、初期製造，組み付
けは勿論のこと、保守点検整備等もメンテナンスがし易
く、寿命も長いという効果があり、又、放電管の周囲に
アンテナを配設し、該アンテナの外側に電磁コイルを巻
装してヘリコン波放電を行うようにすることにより、同
じく、ターゲット試料に於けるコンタミネーション（汚
染）が防がれ、ヘリコン波放電によるアルゴンガスのプ
ラズマ放電を容易に得ることが出来るという簡易性が得
られる効果がある。

【００２９】そして又、放電管にマイクロ波放射装置を
接続し、電子ビーム領域にマイクロ波を放射し放電管の
外側に共鳴磁場を設けて共鳴させることにより、いささ
か構造は大がかりにはなるが、ＥＣＲ（電子サイクロト
ロン共鳴）を用いたイオン照射装置集積された技術を用
いることが出来るために、初期セットや稼動や管理制御
がし易いというメリットがある。

【００３０】又、無電極放電装置としてプラズマ領域の
放電管の外側にリング状の電極を遊装し、該リング状電
極を高周波電極に接続させプラズマ領域に封入するアル
ゴンガス等の封入ガスを励振させてプラズマを形成さ
せ、プラズマ中の電子ビームをしてプラズマ領域に導出
してプラズマを発生し、所定の微細ドライエッチングに
供するに同様にスパッタリングからくるところのドライ
エッチングを介してのコンタミネーション（汚染）が招
来されず、クリーンな微細ドライエッチングが行えると
いう効果がある。

【００３１】そして、いずれにしても、この出願の発明
においては放電中の電子ビームでプラズマを励起させて
ターゲット試料に照射するプロセスで無電極放電装置を
用いているために、加熱陰極の電極によるフイラメント
からのランタン，ボロン等のパーティクルが生じてター
ゲット試料に放射させて該パーティクルがコンタミネー
ション（汚染）を招来させることによるシリコンウエハ
の汚染をきたして製品の純度を下げ、信頼性を低下させ
ることがないという優れた効果があり、その限りにおい
て、シリコンウエハの清浄度を上げてＩＣ，ＬＳＩ等の
高度集積回路の微細ドライエッチング技術がより更に促
進されるという派生的効果も奏される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この出願の発明の１実施例の模式平面図であ
る。

【図２】同、別の実施例の模式平面図である。

【図３】同、他の実施例の模式平面図である。

【図４】更に他の実施例の模式平面図である。

【図５】従来技術に基づく電子ビーム励起イオン照射装
置の模式平面図である。

【符号の説明】

２ 放電領域 ９ 電子ビーム加速領域 １０ プラズマ生成領域 １ 電子ビーム励起プラズマ発生装置 ２０，２０' ，２０''，２０''' 無電極放電装置（電
子ビーム源） １６ 高周波誘導コイル １６' アンテナ １６'' 電磁コイル ２０' ヘリコン波放電装置 １８ マイクロ波放射装置 １６''' 共鳴磁場 １８' リング状電極 １９ 高周波電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｊ 37/32 9172−5Ｅ Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｚ 9277−4Ｍ Ｈ０５Ｈ 1/24 9014−2Ｇ (72)発明者 浜垣 学 埼玉県和光市広沢２番１号 理化学研究所 内 (72)発明者 山田 猛 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１ 号 川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者 大西 勝 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)発明者 長谷川 猛 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】放電領域，電子ビーム加速領域，プラズマ
   発生領域がこの順で配設されている電子ビーム励起プラ
   ズマ発生装置において、該放電領域に電子発生源として
   無電極放電装置が設けられた電子ビーム励起プラズマ発
   生装置。
2. 【請求項２】上記電極放電装置が放電管の周囲に高周波
   誘導コイルを巻装されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の電子ビーム励起プラズマ発生装置。
3. 【請求項３】上記電極放電装置が放電管の周囲にアンテ
   ナと該アンテナの外側に電磁コイルを巻装したヘリコン
   波放電装置を併設されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の電子ビーム励起プラズマ発生装置。
4. 【請求項４】上記電極放電装置が放電管の周囲に共鳴磁
   場を設けると共に該放電管にマイクロ波放射装置を接続
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の電子ビーム励起プラズマ発生装置。
5. 【請求項５】上記電極放電装置が放電管の周囲にリング
   状電極を設けられ、該リング状電極に高周波電源を接続
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の電子ビーム励起プラズマ発生装置。