JPH08222553A

JPH08222553A - 処理装置及び処理方法

Info

Publication number: JPH08222553A
Application number: JP7051863A
Authority: JP
Inventors: Shinji Himori; 慎司桧森
Original assignee: Tokyo Electron Ltd; Tokyo Electron Yamanashi Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd; Tokyo Electron Yamanashi Ltd
Priority date: 1995-02-16
Filing date: 1995-02-16
Publication date: 1996-08-30

Abstract

(57)【要約】【目的】処理室内を移動する電子の移動方向を被処理体
の処理面に対して、ほぼ水平方向にすることにより、被
処理体を処理するプラズマの密度を均一にすることがで
きる処理装置を提供することにある。【構成】処理室内の載置台に被処理体を載置し、前記処
理室内にプラズマを生起させて、前記被処理体を処理す
る処理装置であって、前記処理室内に反応ガスを導入す
るガス導入手段と、前記載置台に載置される被処理体の
一端方向側から電子を供給する電子供給手段と、前記電
子供給手段と対向する側に電子補集手段とを具備し、前
記電子供給手段と電子補集手段とに所定の電圧を印加す
ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はプラズマ処理装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体デバイスの高性能化が進
み、それに伴い半導体ウエハ等の被処理体のプラズマ処
理においても、より精密な微細加工が求められるように
なってきた。このプラズマ処理方法の１つとして、特開
昭６３−１９０２９９号に開示された技術がある。この
技術は、電子ビーム所定の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
（ＥＢＥＰ）方式のプラズマ装置である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
電子ビーム励起（ＥＢＥＰ）式プラズマ処理装置では、
被処理体、例えばウエハやＬＣＤ基板等が大口径化する
のに伴い、処理室の被処理体を載置する面も大口径化が
求められる様になった。これに伴い、処理室で所定の中
性ガスを分離させ、プラズマを発生させる電子は、処理
室の電子供給手段と電子捕集手段との間の距離が長くな
り、電子を捕集手段に導くことが難しくなるというおそ
れがある。又、処理室の圧力を高くし、圧力値の許容度
を大きくしようとすると、処理室における電子の移動す
る自由工程が小さくなるので、プラズマ密度が不安定に
なり、被処理体の処理が不均一になるというおそれがあ
る。

【０００４】本発明の目的は、処理室内を移動する電子
の移動方向を被処理体の処理面に対して、ほぼ水平方向
にすることにより、被処理体を処理するプラズマの密度
を均一にすることができる装置を提供することである。

【０００５】

【作用】処理室内を移動する電子の移動方向を、被処理
体の処理面に対して、ほぼ水平方向になる様な捕集手段
を設けたので、被処理体を処理するプラズマの密度を均
一にすることができる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、プラ
ズマを発生させて、被処理体をプラズマ処理する処理装
置において、前記プラズマ中の電子を被処理体の被処理
面に対し、ほぼ水平方向にして捕集する捕集手段を具備
したことを特徴とする。

【０００７】請求項２の発明は、処理室内の載置台に被
処理体を載置し、前記処理室内にプラズマを生起させ
て、前記被処理体を処理する処理装置であって、前記処
理室内に反応ガスを導入するガス導入手段と、前記載置
台に載置される被処理体の一端方向側から電子を供給す
る電子供給手段と、前記反応ガスを生起させるプラズマ
生起手段と、前記被処理体に対して、前記電子供給手段
と対向する側に設けられた電子捕集手段とを具備し、前
記電子供給手段と電子捕集手段とに所定の電圧を印加す
ることを特徴とする。

【０００８】請求項３の発明は、処理室内の載置台に被
処理体を載置し、前記処理室内にプラズマを生起させ
て、前記被処理体を処理する処理装置であって、前記処
理室内に反応ガスを導入するガス導入手段と、前記載置
台に載置される被処理体の一端方向側から電子を供給す
る電子供給手段と、前記反応ガスを生起させるプラズマ
生起手段と、前記被処理体に対して、前記電子供給手段
と対向する側に設けられた電子捕集手段と、前記電子捕
集手段に流れる電流値を検出する手段と、前記電子捕集
手段に所定の電圧を印加する印加手段と、前記検出手段
によって検出される電流値を、所定の範囲内の電流値に
維持する様に、前記印加手段の印加電圧を設定する制御
手段とを有することを特徴とする。

【０００９】請求項４の発明は、処理室内の載置台に被
処理体を載置し、前記被処理体をプラズマ処理する処理
方法であって、被処理体の一端側から電子を供給する電
子供給工程と、前記電子を捕集する捕集工程と、前記処
理室内にプラズマを生起させるガスを供給するガス供給
工程とを具備し、前記電子捕集工程において、電圧を印
加する電圧印加工程を有したことを特徴とする。

【００１０】

【実施例】本発明の一実施例を、添付図面に基づいて説
明する。図１に示す様に、プラズマ処理装置１００は、
気密容器１００内に電子を放出して、プラズマを生成す
るプラズマ生成部１と、この生成部１で発生したプラズ
マから電子を引き出し加速する加速部２と、反応ガスが
供給され、加速された電子を反応ガスに照射してプラズ
マ化し、被処理体、例えば半導体ウエハＷを処理する処
理部３とで主要部が構成される。

【００１１】上記主要部はそれぞれ円筒状で、かつ導電
性部材、例えばステンレス鋼等の材質で形成され、同心
線上に連設されている。まず、プラズマ生成部１には、
プラズマ生成手段４が設けられている。このプラズマ生
成手段４には、装置本体の一端部にプラズマ生成用の放
電ガス、例えばＡｒ（アルゴン）等を噴入する導入孔５
を備えた、高融点の金属、例えばモリブデンからなり、
先端は熱電子を放出するＬａＢ₆（ランタンボライド）
からなるカソード電極６が、導電性の支持部材、例えば
ステンレスにより形成された部材に支持される。また、
プラズマ生成部１内であり、導入孔５の延長線上で、カ
ソード電極６と対向する位置に設けられたアノード電極
７と、このカソード電極６とアノード電極７との中間部
に設けられた中間電極８とで構成されている。

【００１２】また、中間電極８とアノード電極７との間
には、プラズマを安定して成長させるための中間室１０
が設けられている。この中間室１０には排気孔１１が設
けられ、開閉弁１２を介して、中間室１０内を所定の真
空度、例えば１０ｍＴｏｒｒに維持する真空ポンプ１３
が連設されている。

【００１３】また、中間電極８とアノード電極７の外周
側であり、且つ、装置の外部には、装置内部に所定の磁
場を形成するための環状コイル１４、１６がそれぞれ配
置されている。このようにして、プラズマ生成手段４が
構成されている。このプラズマ生成手段４と同軸上に加
速部２が設けられ、この加速部２は、電子供給手段によ
り構成されている。

【００１４】この電子供給手段１７は、プラズマ生成部
１で生成したプラズマから引き出された電子が移動する
加速空間１８と、上記プラズマから引き出された電子を
加速して、処理部３へ供給する電子供給電極１９を備
え、この電子供給電極１９の外周側で、且つ、装置の外
部には、装置の内部に所定の磁場を形成するための環状
コイル２０が配置されている。また、加速空間１８に
は、加速空間１８内の圧力を中間室１０の圧力よりも低
圧力に設定するための排気孔２１が設けられ、開閉弁２
２を介して所定の真空度に維持する真空ポンプ２３が連
設されている。

【００１５】一方、前記処理部３には、電子の軌道（直
線）軸上に、電子供給手段１７によって加速された電子
を導き、且つ、捕集する捕集手段２５、例えば捕集電極
を備えている。また、処理部３内には、生成されたプラ
ズマにより表面処理される半導体ウエハを載置する載置
台２６が備えられている。例えば、この載置台２６のウ
エハ載置面は、前記電子ビームの軌道に対し平行に設け
られている。そして、前記載置台２６の載置面と対向す
る容器側壁には、ＣｌガスやＡｒガス等の反応ガスを処
理室３に導入するガス供給手段２７が備えられている。
また、載置台２６下部には、処理室３の圧力を加速空間
１８内の圧力より低圧力にするための排気孔２８が設け
られ、開閉弁２９を介して所定の真空度、例えば１００
ｍＴｏｒｒ以下の圧力、好ましくは０．５〜５ｍＴｏｒ
ｒに維持する真空ポンプ３０が連設されている。

【００１６】そして、上記の電子を加速する電子供給手
段１７と、電子を導き、且つ捕集する捕集手段２５との
間の空間には、電子を安定して導くための電子導入手段
としての電圧が印加されている。また、捕集手段２５の
気密容器外には、捕集手段２５により捕集される電子量
を検出するモニター３１が、電気的にリードにより接続
されている。このモニター３１には、捕集する電子量に
応じて、供給手段１７と前記捕集手段２５との間に印加
される電圧を制御する制御部３２が接続されている。

【００１７】また、前記中間電極８側のインピーダンス
よりも、アノード電極７側のインピーダンスが小さいの
で、カソード電極６と中間電極８との間に生じたグロー
放電が、中間電極８とアノード電極７との間の中間室１
０に移行していく様に構成される。

【００１８】このようにして生成されたプラズマ内の電
子は、加速領域である加速部２の処理部３側に設けられ
た電子供給電極１９に、直流電源３６から加速電圧を印
加することにより加速される。この加速された電子は、
加速部２から処理部３へ導入される。この際、処理部３
内には、ガス供給手段により所定の反応ガス、例えばＣ
ｌ₂ガスが導入される。また、処理部３の内圧は、排気
孔２８より排気することにより、１００ｍＴｏｒｒ以下
の圧力、好ましくは０．５〜５ｍＴｏｒｒの圧力に設定
される。

【００１９】このような処理部３内に導入された電子
は、処理部３内のＣｌ₂ガスに照射され、そのＣｌ₂ガ
スが電子ビームにより励起されることにより、高密度プ
ラズマが発生する。また載置台２６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
導体ウエハ側に引き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、数百
ｋＨｚ〜十数ＭＨｚ（例えば、Ｐｏｌｙ−Ｓｉでは１
３．５６ＭＨｚ、ＳｉＯ₂では３８０〜８００ｋＨｚ）
である。更に、この載置台２６の載置面に載置されるウ
エハの温度を、所定温度に設定するため温度調整手段、
例えば冷媒循環路とヒータ、更にウエハ裏面と載置面間
に伝熱ガス、例えばＨｅを供給する機構（図示せず）な
どが設けられている。

【００２０】次に、上記の様に構成されたプラズマエッ
チング装置の各電極、カソード電極６、中間電極８、ア
ノード電極７、電子供給電極１９に、電力を供給するた
めの電源回路の構成ついて、図２を用いながら詳細につ
いて述べる。

【００２１】まず、カソード電極６には、所定のインピ
ーダンス、例えば２．５Ωを有する抵抗器３２を介し
て、所定の電力、例えば２５０Ｖ／２０Ａの電力の供給
が可能な直流電源Ｖ₁３３が接続されており、カソード
電極６とアノード電極７との間に高電流を印加すること
が可能である。また、中間電極８には、開閉器を介して
所定のインピーダンス、例えば２００Ωを有する抵抗器
３４を介して、所定の電力、例えば３５０Ｖ／１Ａの電
力の供給が可能な直流電源３５が接続されており、カソ
ード電極６と中間電極８との間に高電圧を印加すること
が可能となっている。更に、電子供給電極１９には、プ
ラズマ生成部１において発生した電子ビームを加速させ
るための加速電圧Ｖ₂３６を印加することが可能である
様に構成されている。

【００２２】次に、図１を参照しながらプラズマ装置の
動作について説明する。まず、プラズマを生成させるた
めの放電用ガスを、プラズマ生成部１に設けられた導入
孔５から導入して、カソード電極６と第１の中間電極８
との間の圧力が減圧するように、排気孔１１から排気を
行う。その後、減圧され圧力が、例えば１．０Ｔｏｒｒ
程度に達すると、カソード電極６と中間電極８及びアノ
ード電極７との間に放電電圧Ｖ₁を印加する。この電圧
印加により、グロー放電が発生して、プラズマ生成部１
にプラズマが発生する。

【００２３】この放電電圧Ｖ₁の印加は、詳しくはま
ず、カソード電極６と中間電極８間でグロー放電を発生
させ、その後、中間電極８からアノード電極７へと電圧
印加回路を変化させて安定したグロー放電をプラズマ生
成部１において形成させる。

【００２４】そして、半導体ウエハが載置された載置台
２６に、高周波電圧が印加されることにより、発生した
プラズマ中の反応種、すなわち反応ガス、イオン及び電
子が引き出されて、載置台２６上のウエハがエッチング
される。

【００２５】このエッチング時の様子を、図３に基づい
て説明する。処理部３内の電子供給電極１９と電子を捕
集する捕集手段２５、例えば捕集電極との間に、直流電
源電圧３７を印加するので、反応ガス、例えばＣｌ₂ガ
スを励起させる電子ビームを、処理部３の始端側から終
端側である捕集電極２５に安定して捕集できるので、電
子ビーム行路でのＣｌ₂ガスの励起により発生するプラ
ズマの密度が、始端部と終端部とで均一にすることがで
きる。また、図１に示す様に、捕集電極２５の先にある
モニター３１によって、捕集する電子量を電流値として
検出して、予め定められた設定値と比較し、電源電圧３
７の電圧印加量を上記比較値と等しくなるよう変化させ
るので、処理部３内のＣｌ₂ガスを励起させる電子を安
定させることができる。

【００２６】上記の様に、電子供給電極１９と、電子を
捕集する捕集電極２５との間に、電源電圧３７を印加し
た場合に得られた実験データを参照して示す。

【００２７】まず、電源電圧３７を印加せずに、処理部
３内の圧力を高くした場合の結果を以下に示す。図４に
示す様に、処理部３の圧力条件を変化させて実験を行う
とき、すなわち処理部３の圧力を高くし、加速室１８の
圧力と同等、略１０ｍＴｏｒｒ程度にした場合、処理部
３の始端部と終端部では、Ｃｌ₂ガスを励起させる電子
が、圧力が高くなったことで、移動する電子の自由工程
が小さくなる。その結果、処理部３の終端部の電子を捕
集する捕集電極２５で捕集できる電子が減少し、処理部
３内でＣｌ₂ガスを励起させる電子が始端部と終端部で
は異なるので、発生するプラズマ密度も不均一となる。
従って、ウエハの表面を処理するエッチングレートも、
始端部と終端部では差異が生じる。言い換えれば、ウエ
ハ面内でプラズマ処理レートが異なり、処理ムラとな
る。

【００２８】次に、処理部３内の圧力を高く保ったまま
で、直流電源電圧３７に電圧を印加した場合の結果を以
下に示す。図５（ａ）は、横軸に印加電圧値、縦軸に補
集電極における電流値を示したものである。所定の電圧
値、例えば略２０Ｖ以上の値が印加されると、電子は処
理部３の始端部から終端部まで安定して移動することが
できるので、補集電極において検出される電流値も安定
した値となる。従って、電子ビ−ムがＣｌ₂ガスを励起
させ、発生するプラズマの密度も処理部３内の始端部と
終端部で均一化するので、ウエハの表面を一様に処理す
ることができる。

【００２９】また図５（ｂ）は、処理部３に導入する反
応性ガスを、反応ガスがイオン化した際に電離電圧の大
きいガス、例えばＣＦ₄、ＣＨＦ₃、Ｃ₄Ｆ₈等を用い
た時の結果を示す。上記の様な反応ガスを用いた場合、
距離が長くなるにつれて、処理部３内を移動する電子の
エネルギ−は減少する。従って、補集電極１９において
検出される電流はより不安定になるが、所定の電圧値、
例えば略４０Ｖ以上の値が印加されると、１次電子又は
２次電子がエネルギ−を与えられ、処理部３の終端部ま
で安定して移動することができるので、補集電極におい
て検出される電流値も安定する。つまり、処理部３内で
電子が反応ガスを励起して処理部３内のウエハ上、且
つ、ウエハの全径にわたって安定したプラズマを生成す
るので、その安定したプラズマによってウエハの全径に
わたって、ほぼ同一量のラジカル等が降り注ぐことにな
る。従って、ウエハのエッチング処理の均一化が図れ
る。

【００３０】前述の所定の印加電圧値の設定について
は、処理部３に導入する反応ガスの種類、処理部３の載
置台２６に印加する高周波電力値処理部３内の処理雰囲
気等によっても設定値を変化させる必要が生じる。特に
反応ガス種に対する電圧値の設定では、反応ガスの分子
量が大きくなるほど、電子供給電極１９と補集電極２５
とに印加する電源電圧３７を大きくする必要がある。そ
のため、ウエハの処理を行う際、処理部３内の圧力値
等、それぞれの条件下で使用する反応ガスに適した印加
電圧値を予め設定しておいて、その設定値に基づいて制
御部３２により電源電圧３７の電圧値を変化させてウエ
ハの処理を行うことが好ましい。

【００３１】また、補集電極２５で、検出する電流値を
モニタ−３１により検出しながら、所定の範囲内の電流
値を得られるような電圧値を設定したのちにウエハの処
理を行うようにしても良い。

【００３２】上述のように、処理部３の電子供給電極１
９と、補集電極２５との間に電圧３７を印加し処理部３
内に発生させるプラズマのプラズマ密度を安定させるの
で、ウエハ径の大型化や、処理部３内の圧力マ−ジン増
等が行われても、ウエハを安定して処理することができ
る。

【００３３】また、本実施例では、プラズマ装置に電子
ビーム励起式プラズマ装置を用いているが、対向する平
行平板電極間に放電させてプラズマを発生させるプラズ
マ処理装置や、マグネトロンプラズマ装置などにも用い
ることができる。また、処理部３内に導入する反応ガス
は、Ｃｌ₂やＡｒ等の単ガスのみでも良いし、複合ガス
等との組み合わせを用いても良い。また、被処理体とし
ては、ＬＣＤ基板等でもよい。

【００３４】

【発明の効果】本発明は、電子供給手段と電子捕集手段
との間に、所定の電圧を印加するので、処理室内にガス
を供給し、電子供給手段により導かれた電子により生起
させるプラズマを均一化し、処理室内の載置台に載置さ
れた被処理体を均一に処理することができる。更に、印
加する電圧値を設定する制御手段を設けたので、プラズ
マを安定化でき、被処理体の処理精度を向上することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の断面
図

【図２】図１のプラズマ処理装置の回路概略図

【図３】図１のプラズマ処理装置の要部概略斜視図

【図４】図１のプラズマ処理装置の実験データ図

【図５】図１のプラズマ処理装置の実験データ図

【符号の説明】

Ｗ被処理体（半導体ウエハ）１９電子供給電極（電子供給手段）２５電子補集手段２６載置台２７ガス供給手段３１モニタ−（検出手段）３２制御部３７電源電圧

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマを発生させて被処理体をプラズ
マ処理する処理装置において、前記プラズマ中の電子を
被処理体の被処理面に対し、ほぼ水平方向にして、捕集
する捕集手段を具備したことを特徴とする処理装置。
【請求項２】処理室内の載置台に被処理体を載置し、
前記処理室内にプラズマを生起させて、前記被処理体を
処理する処理装置であって、前記処理室内に、反応ガス
を導入するガス導入手段と、前記載置台に載置される被
処理体の一端方向側から、電子を供給する電子供給手段
と、前記反応ガスを生起させるプラズマ生起手段と、前
記被処理体に対して、前記電子供給手段と対向する側に
設けられた電子捕集手段とを具備し、前記電子供給手段
と電子捕集手段とに所定の電圧を印加することを特徴と
する処理装置。
【請求項３】処理室内の載置台に被処理体を載置し、
前記処理室内にプラズマを生起させて、前記被処理体を
処理する処理装置であって、前記処理室内に反応ガスを
導入するガス導入手段と、前記載置台に載置される被処
理体の一端方向側から電子を供給する電子供給手段と、
前記反応ガスを生起させるプラズマ生起手段と、前記被
処理体に対して、前記電子供給手段と対向する側に設け
られた電子捕集手段と、前記電子捕集手段に流れる電流
値を検出する手段と、前記電子捕集手段に所定の電圧を
印加する印加手段と、前記検出手段によって検出される
電流値を所定の範囲内の電流値に維持する様に、前記印
加手段の印加電圧を設定する制御手段とを有することを
特徴とする処理装置。
【請求項４】処理室内の載置台に被処理体を載置し、
前記被処理体をプラズマ処理する処理方法であって、被
処理体の一端側から電子を供給する電子供給工程と、前
記電子を捕集する捕集工程と、前記処理室内にプラズマ
を生起させるガスを供給するガス供給工程とを具備し、
前記電子捕集工程において、電圧を印加する電圧印加工
程を有したことを特徴とする処理方法。