JPH07273090A - Method and apparatus for surface treatment - Google Patents

Method and apparatus for surface treatment

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Publication number
JPH07273090A
JPH07273090A JP6041694A JP6041694A JPH07273090A JP H07273090 A JPH07273090 A JP H07273090A JP 6041694 A JP6041694 A JP 6041694A JP 6041694 A JP6041694 A JP 6041694A JP H07273090 A JPH07273090 A JP H07273090A
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JP
Japan
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ion
surface treatment
mixed
plasma
neutral
Prior art date
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Application number
JP6041694A
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Japanese (ja)
Inventor
Naoki Kubota
尚樹 久保田
Osamu Kinoshita
修 木下
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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Publication of JPH07273090A publication Critical patent/JPH07273090A/en
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Abstract

PURPOSE:To facilitate a high speed and high precision surface treatment with a simple apparatus construction by a method wherein an ion beam drawn out from a plasma is converted into a neutral beam and mixed with an ion beam and applied to an object to be treated. CONSTITUTION:An ion beam which is drawn out from an ion source 1 generating a plasma by ion drawing electrodes 4a, 4b and 4c is converted into a neutral beam in a charge exchange chamber 2. The neutral beam generated in the charge exchange chamber 2 is made to enter a treatment chamber 3 for the surface treatment of an object S to be treated. For this purpose, three mesh type ion repulsive electrodes 5a, 5b and 5c are provided between the charge exchange chamber 2 and the treatment chamber 3 and proper potentials are applied to the respective electrodes 5a, 5b and 5c to convert the ion beam drawn into the charge exchange chamber 2 into the neutral beam and make the neutral beam enter the treatment chamber 3. When the neutral beam is applied to the object S to be treated, a suitable level of an ion beam is mixed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、表面処理方法及び装
置、特に中性ビーム、あるいは中性ビームとイオンビー
ムとの混合ビームを被処理体表面に供給し、その表面に
対してエッチング等の表面処理を行うために適用して好
適な表面処理方法及び装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface treatment method and apparatus, and more particularly, to supplying a neutral beam or a mixed beam of a neutral beam and an ion beam to a surface of an object to be treated, and performing etching or the like on the surface. The present invention relates to a surface treatment method and apparatus suitable for being applied to perform surface treatment.

【0002】[0002]

【従来の技術】表面処理、例えばドライエッチングにお
いては、従来は高周波放電やマイクロ波放電等によって
プラズマを生成し、そのプラズマに半導体ウェハ等の被
処理体を晒すことによって該被処理体に対するエッチン
グ加工を行っていた。
2. Description of the Related Art In surface treatment, for example, dry etching, conventionally, plasma is generated by high-frequency discharge or microwave discharge, and an object to be processed such as a semiconductor wafer is exposed to the plasma to etch the object to be processed. Was going on.

【0003】このエッチング方法では、被処理体にイオ
ンや電子といった荷電粒子が入射するため、トランジス
タのゲート加工時のように、ゲート酸化膜やレジスト膜
のような絶縁物が被着された被処理体を加工する場合に
は、被処理体がチャージアップし、ゲート酸化膜の絶縁
破壊やレジスト膜の転写パターンの歪み、更にはエッチ
ング速度がレジストパターンのサイズに依存する、いわ
ゆるマイクロローディング効果が生じる。これらの現象
は、半導体素子の微細化が進むに連れて顕著になり、約
0.2μm ・デザインルールを採用した以降は深刻な問
題となると考えられている。
In this etching method, charged particles such as ions and electrons are incident on the object to be processed, so that an object to be processed, such as a gate oxide film or a resist film, is deposited as in the case of processing the gate of a transistor. When the body is processed, the object to be processed is charged up, the dielectric breakdown of the gate oxide film, the distortion of the transfer pattern of the resist film, and the so-called microloading effect in which the etching rate depends on the size of the resist pattern occur. . These phenomena become remarkable as the miniaturization of semiconductor elements progresses, and it is considered that they will become serious problems after the design rule of about 0.2 μm is adopted.

【0004】前記諸現象は、その大部分が荷電粒子によ
るものであるため、高精度でダメージの少ないエッチン
グ加工を行うためには、電荷を持たない方向の揃った中
性粒子、即ち中性ビームを用いることが望ましいとさ
れ、その技術開発がなされてきた。このように表面処理
に中性ビームを用いることは、ドライエッチングに限ら
ず、絶縁性被膜を作成する成膜においても膜質や処理の
均一性の点において有効である。
Since most of the above-mentioned phenomena are due to charged particles, in order to carry out etching processing with high accuracy and with little damage, neutral particles having no charge in a uniform direction, that is, a neutral beam. It has been considered desirable to use, and its technical development has been made. The use of the neutral beam for the surface treatment is effective not only in dry etching but also in film formation for forming an insulating film in terms of film quality and processing uniformity.

【0005】上記のようにドライエッチングや成膜等の
表面処理に適用する中性ビームを得る方法としては、
(1)電子付着の利用、(2)電荷交換反応の利用があ
る(Jpn.J.Appl .Phys .,29(10),22
20(1990))。
As a method of obtaining a neutral beam applied to the surface treatment such as dry etching and film formation as described above,
(1) Use of electron attachment, (2) Use of charge exchange reaction (Jpn. J. Appl. Phys., 29 (10), 22.
20 (1990)).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】前記(1)の中性ビー
ムを得る方法には、例えばイオンビームをフィラメント
等の電子供給源(ニュートラライザ)によって中性化す
るものがある(特開昭62−37382、特開昭62−
174917)が、この方法では、電子の付着確率が小
さく、イオンビームを効率良く中性化することが困難で
あることから、十分なビームフラックスを得ることがで
きない。
As a method of obtaining the neutral beam (1), for example, there is a method of neutralizing the ion beam by an electron supply source (neutralizer) such as a filament (Japanese Patent Laid-Open No. Sho 62-62). -37382, JP-A-62-
174917), this method cannot obtain a sufficient beam flux because it has a small electron attachment probability and it is difficult to efficiently neutralize the ion beam.

【0007】この欠点を解決した技術として、サドルフ
ィールド型高速電子線源を用いる方法があるが、この方
法では、条件を適切に設定することにより、中性化効率
を90%以上にすることが可能である。ところが、この
方法には、エネルギとフラックスを独立に制御すること
ができず、又得られるビームのエネルギが約1K eV以
上と比較的高く、エネルギ分布幅も広いという別な欠点
がある(Vacuum ,38(6),469(1988)
等)。
As a technique for solving this drawback, there is a method of using a saddle field type high speed electron beam source. In this method, the neutralization efficiency can be 90% or more by properly setting the conditions. It is possible. However, this method has other drawbacks that the energy and the flux cannot be controlled independently, the energy of the obtained beam is relatively high, about 1 K eV or more, and the energy distribution width is wide (Vacuum, 38 (6), 469 (1988)
etc).

【0008】前記(2)の中性ビームを得る方法には、
なるべく高密度の中性ビームフラックスを得るために、
電荷交換反応確率の大きい希ガスのイオンビームを生成
する装置と、エッチング反応性の高いハロゲン化合物ガ
スを分解し、供給する装置(以下、ハロゲン供給装置と
いう)とを組合せていたため、装置構成が複雑且つ高価
になるという問題があった。又、この方法には、被処理
体上での処理の均一性を確保するために、ハロゲン供給
装置をある程度被処理体から離す必要があることから、
電荷交換反応を行わせる空間(以下、電荷交換室と呼
ぶ)の長さ、即ちイオンビームの輸送距離が長くなり、
その結果、イオンビームが発散し、高密度な中性粒子ビ
ームを生成させることが困難で、エッチング処理を高速
で行うことができないという問題が生じていた。
The method (2) for obtaining the neutral beam is as follows:
In order to obtain the highest possible neutral beam flux,
The device configuration is complicated because a device that generates an ion beam of a rare gas with a high probability of charge exchange reaction and a device that decomposes and supplies a halogen compound gas with high etching reactivity (hereinafter referred to as a halogen supply device) are combined. And there was a problem that it became expensive. Further, in this method, in order to ensure the uniformity of the treatment on the object to be treated, it is necessary to separate the halogen supply device to some extent from the object to be treated,
The length of the space in which the charge exchange reaction is performed (hereinafter referred to as the charge exchange chamber), that is, the transport distance of the ion beam becomes long,
As a result, the ion beam diverges, it is difficult to generate a high-density neutral particle beam, and the etching process cannot be performed at high speed.

【0009】以上詳述した如く、中性ビームのみによる
表面処理技術には、高精度でエッチングや成膜を行うこ
とができるという優れた利点はあるものの、エッチング
等の処理速度が遅く、その上使用する装置が複雑である
という問題があった。
As described above in detail, the surface treatment technique using only the neutral beam has an excellent advantage that etching and film formation can be performed with high accuracy, but the processing speed of etching is slow and There is a problem that the device used is complicated.

【0010】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、単純な装置構成で、高速且つ高精度
の表面処理を行うことができる表面処理方法及び装置を
提供することを課題とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and it is an object of the present invention to provide a surface treatment method and apparatus capable of performing high-speed and high-accuracy surface treatment with a simple apparatus configuration. And

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は、プラズマから
引き出したイオンビームを中性ビームに変換して該中性
ビームを被処理体の表面に照射して表面処理を行う際、
被処理体に照射する中性ビームにイオンビームを混合す
ることにより、前記課題を解決したものである。
According to the present invention, when a surface treatment is performed by converting an ion beam extracted from plasma into a neutral beam and irradiating the surface of the object to be treated with the neutral beam,
The problem is solved by mixing the ion beam with the neutral beam with which the object to be processed is irradiated.

【0012】本発明は、又、上記表面処理方法におい
て、イオンビームを、表面処理の精度及び信頼性の上で
問題とならない範囲の適切な量を混合するようにしたも
のである。
The present invention is also the above-mentioned surface treatment method, wherein the ion beam is mixed in an appropriate amount within a range not causing a problem in terms of surface treatment accuracy and reliability.

【0013】本発明は、又、上記表面処理方法におい
て、プラズマを、不活性ガスと反応性ガスとを原料とし
た混合ガスプラズマとしたものである。
According to the present invention, in the above surface treatment method, the plasma is a mixed gas plasma using an inert gas and a reactive gas as raw materials.

【0014】本発明は、又、上記表面処理方法におい
て、反応性ガスを、ハロゲン化合物としたものである。
According to the present invention, in the above surface treatment method, the reactive gas is a halogen compound.

【0015】本発明は、又、上記表面処理方法におい
て、ハロゲン化合物を、Cl F3 、NF3 、BBr 3
したものである。
According to the present invention, in the above surface treatment method, the halogen compounds are Cl F 3 , NF 3 and BBr 3 .

【0016】又、本発明は、プラズマを発生させるイオ
ン源と、該イオン源のプラズマからイオン引出電極で引
き出されたイオンビームを中性ビームに変換する電荷交
換室と、該電荷交換室で生成した中性ビームを入射させ
て被処理体を処理する処理室とを備えた表面処理装置に
おいて、電荷交換室に引き出されたイオンビームの一部
を中性ビームに変換して該中性ビームとイオンビームか
らなる混合ビームを処理室に入射させるための混合ビー
ム生成手段を設けたことにより、同様に前記課題を解決
したものである。
Further, according to the present invention, an ion source for generating a plasma, a charge exchange chamber for converting an ion beam extracted from the plasma of the ion source by an ion extraction electrode into a neutral beam, and a charge exchange chamber for generating the ion beam are generated. In the surface treatment apparatus having a treatment chamber for treating the object to be treated by injecting the neutral beam, a part of the ion beam extracted into the charge exchange chamber is converted into the neutral beam and the neutral beam The above problem is similarly solved by providing a mixed beam generating means for causing a mixed beam of an ion beam to enter the processing chamber.

【0017】本発明は、又、上記表面処理装置におい
て、混合ビーム生成手段が、混合ビーム中に含まれるイ
オンビームの割合を0以上に制御する機能を有している
ようにしたものである。
According to the present invention, in the above-mentioned surface treatment apparatus, the mixed beam generating means has a function of controlling the ratio of the ion beam contained in the mixed beam to 0 or more.

【0018】本発明は、又、上記表面処理装置におい
て、混合ビーム生成手段が、電荷交換室と処理室との間
に配設された、イオン反発電極であるようにしたもので
ある。
The present invention is also the above-mentioned surface treatment apparatus, wherein the mixed beam generating means is an ion repulsion electrode disposed between the charge exchange chamber and the treatment chamber.

【0019】本発明は、又、上記表面処理装置におい
て、イオン反発電極が、混合ビームの進行方向に垂直
で、且つ同方向にメッシュ位置が一致するように配した
複数のメッシュ電極であるようにしたものである。
According to the present invention, in the above surface treatment apparatus, the ion repulsion electrode is a plurality of mesh electrodes arranged so that the mesh positions are perpendicular to the advancing direction of the mixed beam and the mesh positions coincide with each other. It was done.

【0020】[0020]

【作用】本発明者等は、種々検討した結果、処理精度や
信頼性の低下の原因となるイオンビームを中性ビームに
適切に混合することにより、信頼性を損なうことなく、
高精度で、しかも高速でエッチング等の表面処理が可能
となることを知見した。
As a result of various studies, the inventors of the present invention appropriately mix an ion beam, which causes a decrease in processing accuracy and reliability, with a neutral beam, without impairing reliability.
We have found that surface treatment such as etching can be performed with high precision and at high speed.

【0021】本発明は上記知見に基づいてなされたもの
で、本発明においては、プラズマから引き出したイオン
ビームを中性ビームに変換し、該中性ビームにより被処
理体の表面を処理する際、イオンビームを混合するよう
にしたので、例えば、中性ビームに混合するイオンビー
ムの量を任意に制御できるようにし、該イオンビームを
表面処理の精度及び信頼性の上で問題とならない範囲の
量、即ち、イオンの持つ電荷に起因するマイクロローデ
ィング効果やパターンの正確な転写不可等の悪影響が生
じない程度でなお且つエッチング速度を高めることがで
きる量を混合することにより、信頼性を損なうことな
く、高精度で且つ高速でエッチング等の表面処理を行う
ことが可能となる。
The present invention was made based on the above findings. In the present invention, when the ion beam extracted from the plasma is converted into a neutral beam and the surface of the object to be processed is treated with the neutral beam, Since the ion beam is mixed, for example, the amount of the ion beam mixed with the neutral beam can be arbitrarily controlled, and the ion beam can be mixed in an amount that does not cause a problem in terms of surface treatment accuracy and reliability. That is, by mixing in an amount such that the microloading effect due to the electric charge of the ions and the improper transfer of the pattern cannot be adversely affected and the etching rate can be increased, the reliability is not impaired. It becomes possible to perform surface treatment such as etching with high accuracy and high speed.

【0022】中性ビームに混合するイオンビームの量と
しては、数 nA/cm2 以下を挙げることができる。この
程度のイオンビーム量を混合することにより、中性ビー
ムのエッチングの特徴であるマイクロローディング効果
がなく、パターンを正確に転写できる利点を生かしなが
ら、従来問題であった遅いエッチング速度を実用的な速
度にまで向上することができる。
The amount of the ion beam mixed with the neutral beam may be several nA / cm 2 or less. By mixing this amount of ion beam, there is no micro-loading effect, which is a characteristic of neutral beam etching, and the advantage of being able to transfer patterns accurately is utilized, while the slow etching rate, which was a problem in the past, is practical. You can improve up to speed.

【0023】本発明において、表面処理の精度及び信頼
性の上で問題とならない範囲のイオンビームの混合量と
は、例えば、半導体素子製造過程のウェハに形成されて
いる絶縁膜等のエッチングの場合であれば、イオンビー
ムに起因するエッチング形状の異常は、膜厚、膜種、パ
ターンの粗密等に依存するため、一定値として特定する
ことはできない。
In the present invention, the mixing amount of the ion beam within a range that does not cause a problem in terms of surface treatment accuracy and reliability is, for example, in the case of etching an insulating film formed on a wafer in the process of manufacturing a semiconductor element. In this case, since the etching shape abnormality caused by the ion beam depends on the film thickness, film type, pattern density, etc., it cannot be specified as a constant value.

【0024】又、本発明において、プラズマを、不活性
ガスと反応性ガスとを原料とした混合ガスプラズマとす
る場合には、不活性ガスと反応性ガスからなる混合ガス
をプラズマ化すればよいので、イオンビームの元となる
イオンの生成と反応性の高いハロゲン含有ラジカルと
を、1つのプラズマチャンバで同時に行うことができる
ため、装置構成を大幅に簡略化することが可能となる。
Further, in the present invention, when the plasma is a mixed gas plasma using an inert gas and a reactive gas as raw materials, the mixed gas composed of the inert gas and the reactive gas may be turned into plasma. Therefore, the generation of ions that are the source of the ion beam and the halogen-containing radicals having high reactivity can be performed simultaneously in one plasma chamber, so that the device configuration can be greatly simplified.

【0025】又、その際、ラジカルを生成させるため反
応性ガスとして、Cl F3 、NF3、BBr 3 等の比較
的構成原子の数が少ないハロゲン化合物を用いることに
より、希ガスイオンビームの電荷交換反応時にバックグ
ラウンドガスとして存在していても邪魔にならず、効率
良く希ガス中性ビームを生成することができ、処理速度
の向上が可能となる。なお、反応性ガスとしては、これ
らハロゲン化合物に限らず、Cl F3 に相当する反応性
を有するものであれば他の化合物であってもよい。
At this time, by using a halogen compound having a relatively small number of constituent atoms such as Cl F 3 , NF 3 , and BBr 3 as a reactive gas for generating radicals, the charge of the rare gas ion beam is increased. Even if it is present as a background gas during the exchange reaction, it does not interfere, and a rare gas neutral beam can be efficiently generated, and the processing speed can be improved. The reactive gas is not limited to these halogen compounds, but may be any other compound as long as it has reactivity corresponding to Cl F 3 .

【0026】本発明は、表面処理装置において、電荷交
換室に引き出されたイオンビームの一部を中性ビームに
変換して中性ビームとイオンビームからなる混合ビーム
を処理室に入射させるための混合ビーム生成手段を設け
たので、確実に前述した混合ビームを生成させ、被処理
体の表面処理を行うことができる。
According to the present invention, in the surface treatment apparatus, a part of the ion beam extracted into the charge exchange chamber is converted into a neutral beam so that a mixed beam of the neutral beam and the ion beam is incident on the treatment chamber. Since the mixed beam generating means is provided, it is possible to reliably generate the mixed beam described above and perform the surface treatment of the object to be processed.

【0027】又、本発明において、混合ビーム生成手段
をイオン反発電極とする場合には、該イオン反発電極に
混合ビーム中のイオンビームを反発する電位を印加し、
その電位を調整することにより、該イオン反発電極を通
過するイオンの量を調整できるため、イオンビームを希
望する任意の割合に混合・制御することが可能となる。
Further, in the present invention, when the mixed beam generating means is an ion repulsion electrode, a potential for repelling the ion beam in the mixed beam is applied to the ion repulsion electrode,
By adjusting the potential, the amount of ions passing through the ion repulsion electrode can be adjusted, so that the ion beam can be mixed and controlled at any desired ratio.

【0028】このような、イオン反発電極としては、混
合ビームの進行方向に垂直で、且つ同進行方向にメッシ
ュ位置が一致する複数のメッシュ電極からなるものを挙
げることができる。従来の中性ビームエッチング装置で
は、イオンを完全に除去するためにイオン反発電極を配
置していたが、本発明では、イオンの通過量を制御する
目的で配置している。
As such an ion repulsive electrode, an electrode composed of a plurality of mesh electrodes which are perpendicular to the advancing direction of the mixed beam and whose mesh positions coincide with each other in the advancing direction can be mentioned. In the conventional neutral beam etching apparatus, the ion repulsion electrode is arranged in order to completely remove the ions, but in the present invention, it is arranged for the purpose of controlling the amount of passing ions.

【0029】一般に、イオンビームのエネルギーはプラ
ズマ発生室に与える電位で設定される。例えば、後に詳
述する図1に示すエッチング装置において、400 eV
にイオンビームエネルギーを設定する場合は、プラズマ
室(イオン源)自体をアースから+400Vに設定し、
イオン引き出し電極4c はプラズマ室1と同電位、電極
4b は−500V程度、電極4a は0V(アース電位)
にそれぞれ設定する。又、イオン反発電極5c は0〜−
50V程度に設定し、電極5b は、基板処理にイオンビ
ームを混合する場合には+400Vより小さく設定し、
中性ビームのみで処理を行う場合には+400Vより大
きくする。通常、イオンビームのエネルギーは、プラズ
マ室に印加する電位とプラズマ電位の合計の電位によっ
て定まることと、イオンビーム自体にエネルギー幅が存
在することから、プラズマ室に400Vを印加した場
合、ビームエネルギーは400e Vより多少高くなる。
従って前記条件で発生させたイオンビームを全てカット
するためには、例えば+430V程度の電位が必要であ
る。又、電極5a には0Vを設定する。
Generally, the energy of the ion beam is set by the potential applied to the plasma generation chamber. For example, in the etching apparatus shown in FIG.
To set the ion beam energy to, set the plasma chamber (ion source) itself to +400 V from ground,
The ion extraction electrode 4c has the same potential as the plasma chamber 1, the electrode 4b has about -500V, and the electrode 4a has 0V (earth potential).
Set to each. Also, the ion repulsion electrode 5c is 0-
The voltage is set to about 50V, and the electrode 5b is set to be smaller than + 400V when the ion beam is mixed in the substrate processing.
When the processing is performed only with the neutral beam, the voltage is higher than + 400V. Usually, the energy of the ion beam is determined by the total potential of the potential applied to the plasma chamber and the plasma potential, and since the ion beam itself has an energy width, the beam energy is 400 V applied to the plasma chamber. Somewhat higher than 400eV.
Therefore, in order to cut all the ion beams generated under the above conditions, for example, a potential of about +430 V is required. Further, 0V is set to the electrode 5a.

【0030】本発明の特徴は、イオン反発電極(図1で
は電極5b )に与える電位をビーム出射電位(プラズマ
室に与えた電位)より小さくしたり大きくしたりするこ
とによって、被処理体に照射する中性ビームに混合する
イオンビーム量を制御することにある。
The feature of the present invention is to irradiate the object to be processed by making the potential applied to the ion repulsion electrode (electrode 5b in FIG. 1) smaller or larger than the beam extraction potential (potential applied to the plasma chamber). The purpose is to control the amount of ion beam mixed with the neutral beam.

【0031】[0031]

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳
細に説明する。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.

【0032】図1は、本発明に係る一実施例のエッチン
グ装置(表面処理装置)を示す概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an etching apparatus (surface treatment apparatus) according to an embodiment of the present invention.

【0033】本実施例のエッチング装置は、その基本構
成として、イオン源1(ECRプラズマイオン源)、電
荷交換室2、処理室3を備えている。
The etching apparatus of this embodiment is provided with an ion source 1 (ECR plasma ion source), a charge exchange chamber 2 and a processing chamber 3 as its basic configuration.

【0034】プラズマ発生室である上記イオン源1に
は、マイクロ波導入窓1a 、プラズマの原料ガスを導入
するためのガス導入口1b が設けられ、且つ周囲には、
イオン源1の内部に磁場を発生させるためのコイル1c
、1d が巻装されている。又、このコイル1c 、1d
は、これによって形成される磁場はプラズマ生成にのみ
寄与するように鉄製のシールド1e で覆われている。
The above-mentioned ion source 1 which is a plasma generating chamber is provided with a microwave introduction window 1a and a gas introduction port 1b for introducing a raw material gas of plasma.
A coil 1c for generating a magnetic field inside the ion source 1.
1d is wound. Also, this coil 1c, 1d
Is covered with an iron shield 1e so that the magnetic field formed thereby contributes only to plasma generation.

【0035】イオン源1と電荷交換室2は、平行に配設
された3枚のイオン引出電極4a 、4b 、4c により仕
切られ、又、電荷交換室2と処理室3は、平行に配設さ
れた3枚のイオン反発電極5a 、5b 、5c により仕切
られている。この3枚のイオン反発電極は、それぞれ多
数のメッシュが形成されたメッシュ電極であり、各メッ
シュ電極が混合ビームの進行方向に垂直で、且つ同方向
にメッシュ位置が一致するように配置されている。
The ion source 1 and the charge exchange chamber 2 are partitioned by three ion extraction electrodes 4a, 4b and 4c arranged in parallel, and the charge exchange chamber 2 and the processing chamber 3 are arranged in parallel. It is partitioned by the three ion repulsive electrodes 5a, 5b, 5c thus formed. The three ion repulsion electrodes are mesh electrodes in which a large number of meshes are formed, and each mesh electrode is arranged so as to be perpendicular to the advancing direction of the mixed beam and to have the mesh positions aligned in the same direction. .

【0036】処理室3には、被処理体Sを取付け、その
温度を一定に設定可能なサンプルホルダ3a が設置され
ている。又、処理室3には排気装置6が接続されてお
り、該排気装置6の圧力制御装置(図示せず)により、
装置全体を所定の圧力に設定できるようになっている。
The processing chamber 3 is provided with a sample holder 3a to which the object S to be processed is attached and whose temperature can be set constant. An exhaust device 6 is connected to the processing chamber 3, and a pressure control device (not shown) for the exhaust device 6 allows
The entire device can be set to a predetermined pressure.

【0037】次に、本実施例の作用を、エッチングを例
として具体的に説明する。
Next, the operation of this embodiment will be specifically described by taking etching as an example.

【0038】まず、処理室3のサンプルホルダ3a に、
シリコンウェハ(被処理体)Sを設置し、該シリコンウ
ェハSの温度を20℃に設定した。このシリコンウェハ
Sの表面にはポリシリコンが成膜され、該ポリシリコン
膜の上にフォトレジストで0.3から1.0μm のライ
ン・アンド・スペースパターンのマスクが形成されてい
る。
First, in the sample holder 3a of the processing chamber 3,
A silicon wafer (object to be processed) S was installed, and the temperature of the silicon wafer S was set to 20 ° C. Polysilicon is formed on the surface of this silicon wafer S, and a mask of a line-and-space pattern of 0.3 to 1.0 μm is formed of photoresist on the polysilicon film.

【0039】次いで、ガス導入口1b より、Ne ガス
(不活性ガス)を15sccm、Cl F3ガスを4sccmの割
合で導入すると共に、装置内の圧力が2×10-3Torr
となるように排気装置6の圧力制御装置(図示せず)を
調整した。又、コイル1c 、1d には、直流定電流電源
(図示せず)により、それぞれ300Aの電流を供給す
ることにより、イオン源1の内部にECR点(磁束密度
が875gauss となる点)を設定した。
Then, Ne gas (inert gas) was introduced at a rate of 15 sccm and Cl F 3 gas was introduced at a rate of 4 sccm from the gas inlet 1b, and the pressure inside the apparatus was 2 × 10 -3 Torr.
The pressure control device (not shown) of the exhaust device 6 was adjusted so that Further, an ECR point (a point where the magnetic flux density is 875 gauss) is set inside the ion source 1 by supplying a current of 300 A to each of the coils 1c and 1d by a DC constant current power source (not shown). .

【0040】上記条件の下で、更に、発振周波数2.4
5GHz のマイクロ波電源(図示せず)より、導波管1
f 及びマイクロ波導入窓1a を介してマイクロ波をイオ
ン源1に導入し、イオン源内部にECRプラズマを生成
し、その状態でイオン引出電極4a 、4b 、4c により
イオン源1から約400e Vのエネルギのイオンビーム
を引き出し、電荷交換室2でその一部を中性ビームに変
換した。
Under the above conditions, the oscillation frequency of 2.4
Waveguide 1 from a 5 GHz microwave power source (not shown)
Microwaves are introduced into the ion source 1 through f and the microwave introduction window 1a to generate ECR plasma inside the ion source, and in that state, the ion extraction electrodes 4a, 4b, and 4c generate about 400 eV of the ion source 1 An ion beam of energy was extracted and a part of the ion beam was converted into a neutral beam in the charge exchange chamber 2.

【0041】一般に、電荷交換反応によって微小時間Δ
t あたりに減少するイオンビームの量ΔIは、次式で表
わせる。
Generally, a minute time Δ is caused by the charge exchange reaction.
The amount ΔI of the ion beam that decreases per t can be expressed by the following equation.

【0042】ΔI(t )=IA (t )×UA (t )×N
B ×σch(UA (t ))×Δt ここで、IA はイオンビーム電流、UA はイオンビーム
とターゲットガスの相対速度、NB はターゲットガスの
密度、σch(UA (t ))は相対速度UA に依存する電
荷交換断面積である。
The ΔI (t) = I A ( t) × U A (t) × N
B × σ ch (U A ( t)) × Δt Here, I A is the ion beam current, U A is the ion beam and the relative velocity of the target gas, the N B density of the target gas, σ ch (U A (t )) Is the charge exchange cross section depending on the relative velocity U A.

【0043】今、仮にNe + イオンビームのエネルギー
が400 eV、ターゲッガスがNeでその圧力が2m To
rr 、電荷交換帯の長さが15cmであるとする場合、上
式を用いて変換効率を計算すると約30%(理論値)と
なる。但し、電荷交換帯にはNe 以外にCl F3 ガスや
Cl 、Cl F、F等の分解生成物(イオン源プラズマ中
で分解したもの)が存在しているために、Ne + イオン
とその様々なガス粒子間で電荷交換反応を含めた弾性、
非弾性衝突が生じることにより、実際はNe +イオンが
Ne に変換される割合は理論値より小さいと考えられ
る。
Now, suppose that the energy of the Ne + ion beam is 400 eV, the target gas is Ne, and the pressure is 2 mTo.
rr, and assuming that the length of the charge exchange zone is 15 cm, the conversion efficiency calculated using the above formula is about 30% (theoretical value). However, since there are Cl F 3 gas and decomposition products such as Cl, Cl F, and F (decomposed in the ion source plasma) in addition to Ne in the charge exchange zone, Ne + ions and various Elasticity including charge exchange reaction between various gas particles,
It is considered that the ratio of Ne + ions converted into Ne is actually smaller than the theoretical value due to inelastic collision.

【0044】上記のようにしてイオンビームを中性ビー
ムに変換したところ、そのうちイオン反発電極5a 、5
b 、5c と垂直あるいは垂直からのずれが約5.0度以
内の方向性を持ったビームのみが、イオン反発電極5a
、5b 、5c を通過して処理室3に入射するようにで
きた。
When the ion beam was converted into a neutral beam as described above, the ion repulsion electrodes 5a, 5
b, 5c, and only the beam that has a directionality within about 5.0 degrees from or perpendicular to the ion repulsion electrode 5a
It was possible to allow the light to enter the processing chamber 3 through 5b and 5c.

【0045】その時、電荷交換室2で、中性ビームに変
換されずに残ったイオンビームと、電荷交換によって生
じた低速イオンが、イオン反発電極5c 、5b 、5a を
通過して処理室3に入射する割合を制御するために、イ
オン反発電極に適切な電位を与えた。主に、電極5b に
与える正電位の値を変化させることにより、イオンビー
ムと中性ビームからなる混合ビーム中のイオンビームの
量を変化させ、又、処理室3に面しているイオン反発電
極5a には、ビーム中に含まれていた電子やイオン反発
電極5c 、5b から発生した2次電子が被処理体に到達
しないように、0から負の電位を印加するのが適切であ
る。
At that time, the ion beam remaining in the charge exchange chamber 2 without being converted into a neutral beam and the slow ions generated by the charge exchange pass through the ion repulsion electrodes 5c, 5b, 5a and enter the processing chamber 3. An appropriate electric potential was applied to the ion repulsion electrode to control the incidence rate. The amount of the ion beam in the mixed beam composed of the ion beam and the neutral beam is changed mainly by changing the value of the positive potential applied to the electrode 5b, and the ion repulsion electrode facing the processing chamber 3 is also changed. It is appropriate to apply a negative potential from 0 to 5a so that the electrons contained in the beam and the secondary electrons generated from the ion repulsion electrodes 5c and 5b do not reach the object.

【0046】具体的には、イオン引き出し電極には、4
a =0V、4b =−500V、4c=400Vを設定
し、イオン反発電極には、5a =0V、5b =+390
V、5c =−10Vを設定することにより、2n A/cm
2 程度のイオンビームを含む混合ビームが処理室3に入
射するようにできた。なお、従来のように、中性ビーム
のみで処理する場合は、イオン反発電極に、5a =0
V、5b =+430V、5c =−10Vを設定する。
Specifically, the ion extraction electrode has 4
a = 0V, 4b = -500V, 4c = 400V are set, and 5a = 0V, 5b = + 390 is set to the ion repulsion electrode.
By setting V, 5c = -10V, 2n A / cm
A mixed beam including about 2 ion beams was made to enter the processing chamber 3. In the case of processing with only a neutral beam as in the conventional case, 5a = 0 on the ion repulsion electrode.
V, 5b = + 430V and 5c = -10V are set.

【0047】実際に、以上の条件の下で、前記混合ビー
ムにより、ホルダ3a に設置してある前記シリコンウェ
ハS上のポリシリコンのエッチングを行ったところ、マ
スクパターンの粗密に拘らず、異常形状のない異方性エ
ッチングが達成できた。このとき、ポリシリコンのエッ
チング速度は810Å/min 、対レジスト選択比は3.
1、対シリコン酸化膜選択比は68.2であった。
Actually, under the above conditions, when the polysilicon on the silicon wafer S installed on the holder 3a was etched by the mixed beam, an abnormal shape was obtained regardless of the density of the mask pattern. It was possible to achieve anisotropic etching. At this time, the etching rate of polysilicon is 810 Å / min, and the selection ratio to the resist is 3.
1, and the selection ratio to the silicon oxide film was 68.2.

【0048】なお、上述した本実施例のプロセス条件
は、最適化された条件ではないため、上記各種特性値
は、更に改善が可能である。
Since the process conditions of the present embodiment described above are not optimized conditions, the above various characteristic values can be further improved.

【0049】又、同様のエッチング方法により、シリコ
ンウェハ上に0.5μm ルールのMOSキャパシタを作
成し、シリコン酸化膜の電気的特性を評価したところ、
膜質の劣化は一切認められなかった。
Further, a 0.5 μm rule MOS capacitor was formed on a silicon wafer by the same etching method, and the electrical characteristics of the silicon oxide film were evaluated.
No deterioration of film quality was observed.

【0050】図2に、前記エッチング条件の下で、イオ
ン反発電極(主に5b )に与える電位を変化させ、混合
ビーム内のイオンビーム量を増減させた場合のエッチン
グ速度依存性と、エッチング速度比を示した。このエッ
チング速度比は、(ライン・アンド・スペースパターン
内のエッチング速度)/(パターンのないオープンスペ
ース部分のエッチング速度)で定義してあり、この値が
1より小さいとパターン内でのエッチング速度がオープ
ンスペース部分より小さいことを意味する。
FIG. 2 shows the etching rate dependence and the etching rate when the potential applied to the ion repulsion electrode (mainly 5b) is changed under the above etching conditions to increase or decrease the ion beam amount in the mixed beam. The ratio is shown. This etching rate ratio is defined as (etching rate in line and space pattern) / (etching rate in open space portion without pattern). If this value is less than 1, the etching rate in the pattern is It is smaller than the open space part.

【0051】上記図2により明らかなように、混合ビー
ム中のイオンビーム量を増加させると、エッチング速度
が増加するが、前記エッチング速度比はある程度(この
実施例では約6n A/cm2 )以上増加させると小さくな
り、パターンサイズに依存する不均一なエッチングにな
ることが分かった。これは、シリコンウェハSに入射す
るイオンビームフラックスが増加し、マイクロローリン
グ効果(エッチング速度のパターン粗密依存性)が現わ
れていることを意味する。但し、イオンビームの量が図
中の0〜16n A/cm2 いずれの場合においても、前記
MOSキャパシタのシリコン酸化膜の電気的特性に大き
な差は生じなかった。これは、荷電粒子(イオンビー
ム)フラックスが、プラズマエッチングの場合より2か
ら3桁程度小さかったためと考えられる。
As is clear from FIG. 2, when the amount of ion beam in the mixed beam is increased, the etching rate is increased, but the etching rate ratio is above a certain level (about 6 nA / cm 2 in this embodiment). It was found that as the amount was increased, it became smaller, resulting in non-uniform etching depending on the pattern size. This means that the ion beam flux incident on the silicon wafer S increases and the micro-rolling effect (etching rate dependence of pattern density) appears. However, no matter what the ion beam amount was from 0 to 16 nA / cm 2 in the figure, there was no great difference in the electrical characteristics of the silicon oxide film of the MOS capacitor. It is considered that this is because the charged particle (ion beam) flux was about 2 to 3 orders of magnitude smaller than that in the case of plasma etching.

【0052】以上詳述した本実施例によれば、イオンビ
ームを混合する最適範囲(本実施例では約6n A/cm2
以下)があるものの、高いエッチング精度と信頼性の下
で、中性ビーム単独の場合に比べて大幅にエッチング速
度の向上を図ることが可能となることが明らかとなっ
た。
According to this embodiment described in detail above, the optimum range for mixing the ion beams (about 6 nA / cm 2 in this embodiment) is used.
However, it has been clarified that the etching rate can be significantly improved as compared with the case of using the neutral beam alone, with high etching accuracy and reliability.

【0053】以上、本発明について具体的に説明した
が、本発明は、前記実施例に示したものに限られるもの
でなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であ
る。
Although the present invention has been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.

【0054】例えば、前記実施例では、原料ガスはNe
とCl F3 の混合ガスに限らず、他の不活性ガスやNF
3 、BBr 3 等の他の反応性ガスとの混合ガス、Ar ガ
スとF2 ガスとの混合ガス等であってもよい。NF3
BBr 3 、F2 等の反応性ガスを用いる場合も、基本的
にはCl F3 と同一の条件で処理することができる。
For example, in the above embodiment, the source gas is Ne.
Not limited to mixed gas of Cl and Cl F 3 , other inert gas or NF
A mixed gas with other reactive gas such as 3 , BBr 3 or the like, a mixed gas with Ar gas and F 2 gas, or the like may be used. NF 3 ,
When a reactive gas such as BBr 3 or F 2 is used, the treatment can be basically performed under the same conditions as Cl F 3 .

【0055】又、表面処理はエッチングに限らず、成膜
であってもよく、又、被処理体もポリシリコンが被着さ
れたシリコンウェハに限定されない。
The surface treatment is not limited to etching but may be film formation, and the object to be treated is not limited to a silicon wafer coated with polysilicon.

【0056】更に、本発明装置によれば、イオン反発電
極の電位を調整することにより、イオンを全て除去し、
中性ビームのみで処理することも可能である。
Further, according to the device of the present invention, all the ions are removed by adjusting the potential of the ion repulsion electrode,
It is also possible to treat only with a neutral beam.

【0057】[0057]

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
簡単な装置構成で、電荷に起因する膜質の低下やエッチ
ング形状異常等を生じることなく、高速で被処理体を表
面処理することができる。
As described above, according to the present invention,
With a simple device configuration, the object to be processed can be surface-treated at high speed without deterioration in film quality or abnormal etching shape due to electric charges.

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

【図1】本発明に係る一実施例のエッチング装置の概略
構成を示す説明図
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an etching apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】実施例の効果を示すための、イオンビームフラ
ックスとエッチング速度及びエッチング速度比との関係
を示す線図
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between an ion beam flux, an etching rate and an etching rate ratio for showing the effect of the embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…イオン源 1a …マイクロ波導入窓 1b …ガス導入口 1c 、1d …コイル 1e …鉄製シールド 1f …導波管 2…電荷交換室 3…処理室 3a …サンプルホルダ 4a 、4b 、4c …イオン引出電極 5a 、5b 、5c …イオン反発電極 6…排気装置 S…シリコンウェハ 1 ... Ion source 1a ... Microwave introduction window 1b ... Gas introduction port 1c, 1d ... Coil 1e ... Iron shield 1f ... Waveguide 2 ... Charge exchange chamber 3 ... Processing chamber 3a ... Sample holder 4a, 4b, 4c ... Ion extraction Electrodes 5a, 5b, 5c ... Ion repulsion electrode 6 ... Exhaust device S ... Silicon wafer

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】プラズマから引き出したイオンビームを中
性ビームに変換して該中性ビームを被処理体の表面に照
射して表面処理を行う際、被処理体に照射する中性ビー
ムにイオンビームを混合することを特徴とする表面処理
方法。
1. When the ion beam extracted from the plasma is converted into a neutral beam and the surface of the object to be processed is irradiated with the neutral beam to perform surface treatment, the neutral beam irradiated to the object to be processed is ionized. A surface treatment method, which comprises mixing beams.
【請求項2】請求項1において、 イオンビームを、表面処理の精度及び信頼性の上で問題
とならない範囲の適切な量を混合することを特徴とする
表面処理方法。
2. The surface treatment method according to claim 1, wherein the ion beam is mixed in an appropriate amount within a range not causing a problem in terms of accuracy and reliability of the surface treatment.
【請求項3】請求項1において、 プラズマが、不活性ガスと反応性ガスとを原料とした混
合ガスプラズマであることを特徴とする表面処理方法。
3. The surface treatment method according to claim 1, wherein the plasma is a mixed gas plasma using an inert gas and a reactive gas as raw materials.
【請求項4】請求項3において、 反応性ガスが、ハロゲン化合物であることを特徴とする
表面処理方法。
4. The surface treatment method according to claim 3, wherein the reactive gas is a halogen compound.
【請求項5】請求項4において、 ハロゲン化合物が、Cl F3 、NF3 、BBr 3 である
ことを特徴とする表面処理方法。
5. The surface treatment method according to claim 4, wherein the halogen compound is Cl F 3 , NF 3 , or BBr 3 .
【請求項6】プラズマを発生させるイオン源と、該イオ
ン源のプラズマからイオン引出電極で引き出されたイオ
ンビームを中性ビームに変換する電荷交換室と、該電荷
交換室で生成した中性ビームを入射させて被処理体を処
理する処理室とを備えた表面処理装置において、 電荷交換室に引き出されたイオンビームの一部を中性ビ
ームに変換して該中性ビームとイオンビームからなる混
合ビームを処理室に入射させるための混合ビーム生成手
段を設けたことを特徴とする表面処理装置。
6. An ion source for generating plasma, a charge exchange chamber for converting an ion beam extracted from the plasma of the ion source by an ion extraction electrode into a neutral beam, and a neutral beam generated in the charge exchange chamber. In a surface treatment apparatus having a treatment chamber for injecting a beam to treat an object to be processed, a part of the ion beam extracted into the charge exchange chamber is converted into a neutral beam, and the neutral beam and the ion beam are formed. A surface treatment apparatus comprising a mixed beam generation means for causing the mixed beam to enter a processing chamber.
【請求項7】請求項6において、 混合ビーム生成手段が、混合ビーム中に含まれるイオン
ビームの割合を0以上に制御する機能を有していること
を特徴とする表面処理装置。
7. The surface treatment apparatus according to claim 6, wherein the mixed beam generating means has a function of controlling the ratio of the ion beam contained in the mixed beam to 0 or more.
【請求項8】請求項6において、 混合ビーム生成手段が、電荷交換室と処理室との間に配
設された、イオン反発電極であることを特徴とする表面
処理装置。
8. The surface treatment apparatus according to claim 6, wherein the mixed beam generating means is an ion repulsion electrode disposed between the charge exchange chamber and the processing chamber.
【請求項9】請求項8において、 イオン反発電極が、混合ビームの進行方向に垂直で、且
つ同方向にメッシュ位置が実質的に一致するように配さ
れた複数のメッシュ電極であることを特徴とする表面処
理装置。
9. The ion repulsion electrode according to claim 8, wherein the ion repulsion electrode is a plurality of mesh electrodes arranged so as to be perpendicular to the advancing direction of the mixed beam and the mesh positions substantially coincide with each other in the advancing direction. And surface treatment equipment.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000023162A (en) * 1998-09-16 2000-04-25 포만 제프리 엘 METHOD TO OPERATE GeF4 GAS IN HOT CATHODE DISCHARGE ION SOURCES

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