JPH09106969A - 多重陰極電子ビームプラズマ食刻装置 - Google Patents
多重陰極電子ビームプラズマ食刻装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は大用量のシリコンウェーハ上に均一
なプラズマの密度を確保することのできる多重陰極電子
ビームプラズマ食刻装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 多重陰極電子ビームプラズマ食刻装置は
真空チャンバと、上記チャンバの上部の上端部に設置さ
れた電子ビームを発生させる複数個の陰極体と、多量の
電子ビームを引き出すために加速−減速管構造を形成
し、上記陰極体の前方から順次的に配列され、それぞれ
に差等電圧を印加することにより定電レンズの役割をす
る加速電極及び減速電極と、上記チャンバの上部を真空
排気するための第１真空排気手段と、上記チャンバの下
部の上端付近の側壁に設置されている食刻ガス注入手段
と、上記チャンバの下部に設置された第２真空排気手段
と上記チャンバの下部に設置された被食刻体ホルダーを
含むことを特徴とする。
なプラズマの密度を確保することのできる多重陰極電子
ビームプラズマ食刻装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 多重陰極電子ビームプラズマ食刻装置は
真空チャンバと、上記チャンバの上部の上端部に設置さ
れた電子ビームを発生させる複数個の陰極体と、多量の
電子ビームを引き出すために加速−減速管構造を形成
し、上記陰極体の前方から順次的に配列され、それぞれ
に差等電圧を印加することにより定電レンズの役割をす
る加速電極及び減速電極と、上記チャンバの上部を真空
排気するための第１真空排気手段と、上記チャンバの下
部の上端付近の側壁に設置されている食刻ガス注入手段
と、上記チャンバの下部に設置された第２真空排気手段
と上記チャンバの下部に設置された被食刻体ホルダーを
含むことを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は多重陰極電子ビーム
プラズマ食刻装置に関し、より詳細には広い領域の均一
なプラズマを発生させるために多数の陰極を円形に対称
的に配置し、多量の電子ビームの引き出しのための高電
圧に引き出して再び減速させる加速−減速管の構造を使
用し、反応箱内で磁気場のない雰囲気を作ることにより
ウェーハの食刻範囲が広くなることによるプラズマの密
度及び温度分布の均一性を制御することのできる高集積
半導体ウェーハプラズマ食刻装置に関する。
プラズマ食刻装置に関し、より詳細には広い領域の均一
なプラズマを発生させるために多数の陰極を円形に対称
的に配置し、多量の電子ビームの引き出しのための高電
圧に引き出して再び減速させる加速−減速管の構造を使
用し、反応箱内で磁気場のない雰囲気を作ることにより
ウェーハの食刻範囲が広くなることによるプラズマの密
度及び温度分布の均一性を制御することのできる高集積
半導体ウェーハプラズマ食刻装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、半導体製造工程は拡大図面によ
る回路パターンの設計、図面の縮小、シリコンウェーハ
上に回路パターンマスキング（ステッパリソグラフイ：
露光現像装備、アルミニウムフィルム）、乾式食刻（回
路の凸形式食刻）、コーティング（積層作業）等を行
う。この中で食刻作業は回路パターンによる微細線の超
精密食刻作業に該当する。例えば、尖端の６４、２５６
Ｍ ＤＲＡＭの最小パターン幅は０．２５μｍ水準であ
り、食刻深さは１〜２μｍ水準が必要である。特に、シ
リコン半導体は高速性の面で化合物半導体に多少遅れる
が、集束図の面では遥かに先立つので超ＬＳＩ製造技術
に多く応用発展されている。
る回路パターンの設計、図面の縮小、シリコンウェーハ
上に回路パターンマスキング（ステッパリソグラフイ：
露光現像装備、アルミニウムフィルム）、乾式食刻（回
路の凸形式食刻）、コーティング（積層作業）等を行
う。この中で食刻作業は回路パターンによる微細線の超
精密食刻作業に該当する。例えば、尖端の６４、２５６
Ｍ ＤＲＡＭの最小パターン幅は０．２５μｍ水準であ
り、食刻深さは１〜２μｍ水準が必要である。特に、シ
リコン半導体は高速性の面で化合物半導体に多少遅れる
が、集束図の面では遥かに先立つので超ＬＳＩ製造技術
に多く応用発展されている。
【０００３】ここで、超精密食刻加工機能をするプラズ
マ原発生のために従来はダイオード（２極真空管式発
振）方法を使用したが、プラズマ密度（プラズマ電位密
度）の不均一性により最近はＤＣ（直流）式、ＲＦ（交
流）式、マイクロ波式、及び電子ビーム式など多様な方
法が考えられているが、その基本原理はプラズマ発生チ
ャンバ雰囲気内で一定な食刻用気体、例えば、ＳＦ6 、
ＣＬ2 等を注入した後、電場によりプラズマ動力を発生
し、磁場によりプラズマ密度を制御するが（場合に従っ
て外部磁場形式〉、先ず、電子ビーム（場合によってＤ
Ｃ又はマイクロ波、へリコン波等を使用する）により食
刻用気体をプラズマ状態（電離気体化）に変化させ、こ
の中で活性化されたイオン（＋極）に対して気体圧力を
調節しながら、シリコンウェーハに相対的電位（−極）
をかければ、イオン粒子が加速衝突することで、粒子の
運動エネルギーが物理化学的反応により急激に熱エネル
ギーに変化することで所定のパターンにより表面食刻作
用をすることになる。
マ原発生のために従来はダイオード（２極真空管式発
振）方法を使用したが、プラズマ密度（プラズマ電位密
度）の不均一性により最近はＤＣ（直流）式、ＲＦ（交
流）式、マイクロ波式、及び電子ビーム式など多様な方
法が考えられているが、その基本原理はプラズマ発生チ
ャンバ雰囲気内で一定な食刻用気体、例えば、ＳＦ6 、
ＣＬ2 等を注入した後、電場によりプラズマ動力を発生
し、磁場によりプラズマ密度を制御するが（場合に従っ
て外部磁場形式〉、先ず、電子ビーム（場合によってＤ
Ｃ又はマイクロ波、へリコン波等を使用する）により食
刻用気体をプラズマ状態（電離気体化）に変化させ、こ
の中で活性化されたイオン（＋極）に対して気体圧力を
調節しながら、シリコンウェーハに相対的電位（−極）
をかければ、イオン粒子が加速衝突することで、粒子の
運動エネルギーが物理化学的反応により急激に熱エネル
ギーに変化することで所定のパターンにより表面食刻作
用をすることになる。
【０００４】上記のプラズマ発生方式とその問題点をみ
れば次の通りである。 1 ．ダイオード方式 伝統的な方式（２極真空管発振電源）として、ＳＦ6 、
ＣＬ2 等のガスに対して高電圧電場を形成し物理化学的
反応によりプラズマ状態（中性電離気体）に変化させる
方法である。しかし、高電圧制御が困難で各素子の損傷
が起こり高圧のガス圧力が必要のため微細パターン加工
用には困難な問題点であった。
れば次の通りである。 1 ．ダイオード方式 伝統的な方式（２極真空管発振電源）として、ＳＦ6 、
ＣＬ2 等のガスに対して高電圧電場を形成し物理化学的
反応によりプラズマ状態（中性電離気体）に変化させる
方法である。しかし、高電圧制御が困難で各素子の損傷
が起こり高圧のガス圧力が必要のため微細パターン加工
用には困難な問題点であった。
【０００５】２．マイクロ波方式 １）ＭＥＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｅｎｈａｎｃｅｄ
ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ） 超真空の清浄な定磁場状憶でプラズマ用原料ガスを注入
し電圧制御によりマイクロ波を放射してプラズマ状態に
する方式として実際イオンエネルギーが低い問題点があ
った。
ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ） 超真空の清浄な定磁場状憶でプラズマ用原料ガスを注入
し電圧制御によりマイクロ波を放射してプラズマ状態に
する方式として実際イオンエネルギーが低い問題点があ
った。
【０００６】２）ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌ
ｏｔｒｏｎ ＲｅｓｏｎａｎｃｅＥｔｃｈｉｎｇ） 主として日本装備に採択される方式として、超短波マイ
クロ波領域（２．４ＧＨｚ）の低圧下でも高密度のプラ
ズマ生成が可能であるが、密閉された磁場中であるため
ウェーハ表面電位が不均一になる問題が起こり、大容量
の大きい領域の加工（ウェーハ直径10”以上）には困難
な問題点があつた。
ｏｔｒｏｎ ＲｅｓｏｎａｎｃｅＥｔｃｈｉｎｇ） 主として日本装備に採択される方式として、超短波マイ
クロ波領域（２．４ＧＨｚ）の低圧下でも高密度のプラ
ズマ生成が可能であるが、密閉された磁場中であるため
ウェーハ表面電位が不均一になる問題が起こり、大容量
の大きい領域の加工（ウェーハ直径10”以上）には困難
な問題点があつた。
【０００７】３．ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃ
ｙ） １）Ｈ−Ｗ（Ｈｅｌｉｃｏｎ Ｗａｖｅ） 主としてアメリカ装備で採択される方式であり、定磁場
の内数十ＭＨｚの領域で高周波の放電運動と励起（気体
の高エネルギー化）コイルの磁場運動の制御により固有
の波形によるプラズマを発生するが、ＥＣＲ方式に比べ
てウェーハ表面電位が均一でプラズマ密度も高い点が有
利である。しかし、大容量、例えば、６４、２５６Ｍ
ＤＲＡＭ用１２”、１４”ウェーハの加工にはプラズマ
密度が不均一になる問題点があつた。
ｙ） １）Ｈ−Ｗ（Ｈｅｌｉｃｏｎ Ｗａｖｅ） 主としてアメリカ装備で採択される方式であり、定磁場
の内数十ＭＨｚの領域で高周波の放電運動と励起（気体
の高エネルギー化）コイルの磁場運動の制御により固有
の波形によるプラズマを発生するが、ＥＣＲ方式に比べ
てウェーハ表面電位が均一でプラズマ密度も高い点が有
利である。しかし、大容量、例えば、６４、２５６Ｍ
ＤＲＡＭ用１２”、１４”ウェーハの加工にはプラズマ
密度が不均一になる問題点があつた。
【０００８】２）ＴＣＰ（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ Ｃ
ｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ） 定磁場はなく、時変磁場のみ存在する誘導場として励起
作用をする跨線形のアンテナの範囲によって大きい領域
のプラズマを発生させることもできるが、やはり中心か
ら遠くなるほど密度が減少する傾向がある。即ち、従来
はＥＣＲ、Ｈ−Ｗ、ＴＣＰ方式などが主流であったが、
ＥＣＲ方式の場合プラズマ発生は低ガス圧力で高密度プ
ラズマ生成が可能であるが、磁場中であるため均一な性
質の大直径プラズマを作るのが難しく、Ｈ−Ｗ方式の場
合にはＥＣＲ装置の欠点を補完するための代替方式とし
てヘリコン波のプラズマ原は荷電粒子のエネルギー分布
（イオンエネルギー）が均一で、かつ制御条件が容易で
ありＥＣＲ装置の動作周波数である２．４５ＧＨｚより
低い周波数領域を利用し、低い磁場でも高い電子密度を
得ることができて費用も節減できるなどの色々な利点が
あるが、大容量のシリコンウェーハ（１０”以上）上で
均−な電子密度を確保するためには限界点があると指摘
されている。
ｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ） 定磁場はなく、時変磁場のみ存在する誘導場として励起
作用をする跨線形のアンテナの範囲によって大きい領域
のプラズマを発生させることもできるが、やはり中心か
ら遠くなるほど密度が減少する傾向がある。即ち、従来
はＥＣＲ、Ｈ−Ｗ、ＴＣＰ方式などが主流であったが、
ＥＣＲ方式の場合プラズマ発生は低ガス圧力で高密度プ
ラズマ生成が可能であるが、磁場中であるため均一な性
質の大直径プラズマを作るのが難しく、Ｈ−Ｗ方式の場
合にはＥＣＲ装置の欠点を補完するための代替方式とし
てヘリコン波のプラズマ原は荷電粒子のエネルギー分布
（イオンエネルギー）が均一で、かつ制御条件が容易で
ありＥＣＲ装置の動作周波数である２．４５ＧＨｚより
低い周波数領域を利用し、低い磁場でも高い電子密度を
得ることができて費用も節減できるなどの色々な利点が
あるが、大容量のシリコンウェーハ（１０”以上）上で
均−な電子密度を確保するためには限界点があると指摘
されている。
【０００９】又、ＴＣＰ方式は外部磁場なしに渦線形の
アンテナを使用することで、磁気場による電子密度を効
果的に確保することができるが、ウェーハ直径が大きく
なるほど密度分布が弱くなる傾向があった。即ち、従来
の方式は発生されたプラズマ雰囲気内で食刻する方法と
して、主としてＥＣＲ、Ｈ−Ｗ、ＴＣＰ方式などによっ
て１６、３２Ｍ ＤＲＡＭ用として、６”、８”ウェー
ハ加工用に使われたが、大体中央部分に電子密度が集中
される傾向が大きく、半怪が大きくなるほど表面電位差
が大きくなるので不均一な食刻加工になって生産性と効
率性が多少落ちる問題点があった。
アンテナを使用することで、磁気場による電子密度を効
果的に確保することができるが、ウェーハ直径が大きく
なるほど密度分布が弱くなる傾向があった。即ち、従来
の方式は発生されたプラズマ雰囲気内で食刻する方法と
して、主としてＥＣＲ、Ｈ−Ｗ、ＴＣＰ方式などによっ
て１６、３２Ｍ ＤＲＡＭ用として、６”、８”ウェー
ハ加工用に使われたが、大体中央部分に電子密度が集中
される傾向が大きく、半怪が大きくなるほど表面電位差
が大きくなるので不均一な食刻加工になって生産性と効
率性が多少落ちる問題点があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】このような問題点を解
決するために、大口径の非磁気化されたプラズマを製造
し、又、比較的に低いガス圧と磁気場のない状態でウェ
ーハを食刻しようとする試みが行われている。このよう
な試みの１つとして今後実用化予定の６４、２５６Ｍ
ＤＲＡＭ用１２”シリコンウェーハの食刻装置に使用す
る目的でＥＢＰＥ食刻装置が試験的に提案されている。
決するために、大口径の非磁気化されたプラズマを製造
し、又、比較的に低いガス圧と磁気場のない状態でウェ
ーハを食刻しようとする試みが行われている。このよう
な試みの１つとして今後実用化予定の６４、２５６Ｍ
ＤＲＡＭ用１２”シリコンウェーハの食刻装置に使用す
る目的でＥＢＰＥ食刻装置が試験的に提案されている。
【００１１】これを概略的に説明すれば、ＥＢＰＥ食刻
装置は図１に示すように、三つの区画、即ち、放電プラ
ズマ区画２１、電子加速区画２２、及び反応室２３23と
で構成されている。高温陰極２４はＬａＢ6 フィラメン
トであり、アルゴンガスが放電領域２１に供給され、電
子ビームとプラズマが真空チャンバの内壁に拡散される
ことを防ぐために約４５０Ｇの側方向磁場が加わる。こ
の装置で３０Ａ以上の電子ビームが電極Ｓ２のオリフィ
ス４を通じて一定に引き出される。これは反応室２３か
ら生成されるイオンが後方の加速領域２２に拡散される
ためである。電子ビームが反応ガス原子の最大電子衝突
イオン化断面積に該当するエネルギーに設定され得るた
め、高密度プラズマが反応室２３で生成される。又、こ
の装置は反応室内のビーム電流、エネルギー及びガス圧
を独立的に制御し得る特徴がある。この特徴は食刻工程
に対するプラズマパラメータを最適化するのに便利であ
る。反応室２３で電子ビームは大きいプラズマ容積を発
生させるために広く分散されるべきである。加速電極に
設置されたコイル２に対して反対極（ｐｏｌｅ）を有す
る逆磁気場コイルにより発生された磁場は電子ビームを
磁力の発散ライン（ｄｉｖｅｒｇｉｎｇ ｌｉｎｅ）に
沿って分散させる。
装置は図１に示すように、三つの区画、即ち、放電プラ
ズマ区画２１、電子加速区画２２、及び反応室２３23と
で構成されている。高温陰極２４はＬａＢ6 フィラメン
トであり、アルゴンガスが放電領域２１に供給され、電
子ビームとプラズマが真空チャンバの内壁に拡散される
ことを防ぐために約４５０Ｇの側方向磁場が加わる。こ
の装置で３０Ａ以上の電子ビームが電極Ｓ２のオリフィ
ス４を通じて一定に引き出される。これは反応室２３か
ら生成されるイオンが後方の加速領域２２に拡散される
ためである。電子ビームが反応ガス原子の最大電子衝突
イオン化断面積に該当するエネルギーに設定され得るた
め、高密度プラズマが反応室２３で生成される。又、こ
の装置は反応室内のビーム電流、エネルギー及びガス圧
を独立的に制御し得る特徴がある。この特徴は食刻工程
に対するプラズマパラメータを最適化するのに便利であ
る。反応室２３で電子ビームは大きいプラズマ容積を発
生させるために広く分散されるべきである。加速電極に
設置されたコイル２に対して反対極（ｐｏｌｅ）を有す
る逆磁気場コイルにより発生された磁場は電子ビームを
磁力の発散ライン（ｄｉｖｅｒｇｉｎｇ ｌｉｎｅ）に
沿って分散させる。
【００１２】反応室２３の中央で、永久磁石２５はビー
ム電子を効果的に分散させる。この永久磁石２５はドー
ナツ形状でその外側面はＮ極であり、その内側面はＳ極
であり、ステンレス鋼で覆われている。多極磁石組立体
が又電子とイオンとが真空チヤンパ内壁に拡散すること
を防ぐために反応室２３に設置されている。それで、大
直径の均一な濃厚なプラズマが一定に発生することがで
きる。
ム電子を効果的に分散させる。この永久磁石２５はドー
ナツ形状でその外側面はＮ極であり、その内側面はＳ極
であり、ステンレス鋼で覆われている。多極磁石組立体
が又電子とイオンとが真空チヤンパ内壁に拡散すること
を防ぐために反応室２３に設置されている。それで、大
直径の均一な濃厚なプラズマが一定に発生することがで
きる。
【００１３】しかし、従来のＥＢＰＥ装置は大容量用の
シリコンウェーハ（１０”以上）上で均一な電子密度を
確保するには限界点があり、反応室２３から生成される
イオンが後方の加速領域２２に拡散されることにより、
そのイオンが陰極２４と反応して陰極が磨耗されて陰極
の寿命を短縮し、又、陰極とイオンとの反応による反応
生成物が陰極及びウェーハ表面に付着して汚染を起こす
可能性がある。
シリコンウェーハ（１０”以上）上で均一な電子密度を
確保するには限界点があり、反応室２３から生成される
イオンが後方の加速領域２２に拡散されることにより、
そのイオンが陰極２４と反応して陰極が磨耗されて陰極
の寿命を短縮し、又、陰極とイオンとの反応による反応
生成物が陰極及びウェーハ表面に付着して汚染を起こす
可能性がある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の問題点を
解決するために、大容量のシリコンウェーハ上に均一な
プラズマの密度を確保することができ、温度分布を容易
に制御することができ、食刻ガスのイオンの陰極と反応
を排除してウェーハ表面に付着される汚染を防止するこ
とができる多重陰極プラズマ食刻装置を提供することを
目的とする。
解決するために、大容量のシリコンウェーハ上に均一な
プラズマの密度を確保することができ、温度分布を容易
に制御することができ、食刻ガスのイオンの陰極と反応
を排除してウェーハ表面に付着される汚染を防止するこ
とができる多重陰極プラズマ食刻装置を提供することを
目的とする。
【００１５】本発明は上記の目的を達成するためのもの
で、プラズマ食刻装置において、広い領域の均一なプラ
ズマを発生するために多数個の陰極を円形に対称的に配
置し、多量の電子ビーム引出のために加速−減速管の構
造を使用し、反応箱内に磁気場のない雰囲気を形成し
て、シリコンウェーハ上にプラズマ密度及び温度分布を
制御し得るようにすることにより均一なプラズマ密度及
び温度を確保することを特徴とする。
で、プラズマ食刻装置において、広い領域の均一なプラ
ズマを発生するために多数個の陰極を円形に対称的に配
置し、多量の電子ビーム引出のために加速−減速管の構
造を使用し、反応箱内に磁気場のない雰囲気を形成し
て、シリコンウェーハ上にプラズマ密度及び温度分布を
制御し得るようにすることにより均一なプラズマ密度及
び温度を確保することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図２乃
至図６により詳細に説明する。図２は本発明のプラズマ
食刻装置の一実施例の概略図である。本実施例のプラズ
マ食刻装置は多重陰極領域（Ｉ）、電子加速−減速領域
（ＩＩ）、反応箱領域（ＩＩＩ）の３区画に構成され
る。図２で各部分の説明は次の通りである。
至図６により詳細に説明する。図２は本発明のプラズマ
食刻装置の一実施例の概略図である。本実施例のプラズ
マ食刻装置は多重陰極領域（Ｉ）、電子加速−減速領域
（ＩＩ）、反応箱領域（ＩＩＩ）の３区画に構成され
る。図２で各部分の説明は次の通りである。
【００１７】１は真空チャンバであり、上板、下板及び
円筒形側枝からなっている。真空チャンバ１の上板には
多数個の電子ビーム発生用陰極体２が円形対称的に設置
され、陰極を加熱して電子を発生させる熱陰極で比較的
低温で熱電子放出の優れたＬａＢ6 材料からなってい
る。陰極体２の配列構造は図３に示すように多数個の陰
極が中央の陰極を中心として同心円を形成するように円
形対称的に配列されている。ここで、複数の陰極は各々
同一な構造となつている。
円筒形側枝からなっている。真空チャンバ１の上板には
多数個の電子ビーム発生用陰極体２が円形対称的に設置
され、陰極を加熱して電子を発生させる熱陰極で比較的
低温で熱電子放出の優れたＬａＢ6 材料からなってい
る。陰極体２の配列構造は図３に示すように多数個の陰
極が中央の陰極を中心として同心円を形成するように円
形対称的に配列されている。ここで、複数の陰極は各々
同一な構造となつている。
【００１８】真空チャンバ１内の上部には陰極体２から
順次的に各々加速された電極３と減速電極４とが設置さ
れ、加速電極３は図４に示すようにプレート形状で陰極
体2に対応する位置に電子ビーム貫通用ホール５が形成
されている。減速電極４は図５に示すようにプレート形
状で加速電極３と同様に陰極体２に対応する位置に電子
ビーム貫通用ホール６が形成され、電子ビーム貫通用ホ
ール６の回りには下向に形成された円筒形の突起部７を
備えている。この突起部７は電子ビーム貫通用ホール６
の外郭から半径が漸進的に縮小されるように形成されて
いる。加速電極３と減速電極４との配置は各々陰極体２
に対応して形成された中央中心電子ビーム貫通用ホール
を中心として回りの電子ビーム貫通用ホールが同心円を
形成するように円形対称的に配置され、各々陰極体２に
対応する位置に電子ビーム貫通用ホール５、6 が形成さ
れることにより陰極体２から発生した電子ビームが各々
の加速電極及び減速電極3 、４を通過できるようにな
る。
順次的に各々加速された電極３と減速電極４とが設置さ
れ、加速電極３は図４に示すようにプレート形状で陰極
体2に対応する位置に電子ビーム貫通用ホール５が形成
されている。減速電極４は図５に示すようにプレート形
状で加速電極３と同様に陰極体２に対応する位置に電子
ビーム貫通用ホール６が形成され、電子ビーム貫通用ホ
ール６の回りには下向に形成された円筒形の突起部７を
備えている。この突起部７は電子ビーム貫通用ホール６
の外郭から半径が漸進的に縮小されるように形成されて
いる。加速電極３と減速電極４との配置は各々陰極体２
に対応して形成された中央中心電子ビーム貫通用ホール
を中心として回りの電子ビーム貫通用ホールが同心円を
形成するように円形対称的に配置され、各々陰極体２に
対応する位置に電子ビーム貫通用ホール５、6 が形成さ
れることにより陰極体２から発生した電子ビームが各々
の加速電極及び減速電極3 、４を通過できるようにな
る。
【００１９】加速電極３及び減速電極４は加速電極３中
間に、又、減速電極４中間に定電レンズを入れて電子ビ
ームの輸送の役割を兼ねている。即ち、加重電極３の各
々の極板と減速電極４の各々の極板に差動電圧を印加す
ることで、加速電極４が電子ビームを集束する役割をす
る定電レンズを形成することになる。加速電極３には陰
極体２に比べて高い電圧をかけて、減速電極４には加速
電極３に比べて低い電圧をかける。
間に、又、減速電極４中間に定電レンズを入れて電子ビ
ームの輸送の役割を兼ねている。即ち、加重電極３の各
々の極板と減速電極４の各々の極板に差動電圧を印加す
ることで、加速電極４が電子ビームを集束する役割をす
る定電レンズを形成することになる。加速電極３には陰
極体２に比べて高い電圧をかけて、減速電極４には加速
電極３に比べて低い電圧をかける。
【００２０】減速電極４の電子ビーム貫通用ホール６は
円筒形突起部７が下向になるように形成されているた
め、本実施例では反応箱で形成されたプラズマの中のイ
オンが逆加速されて陰極体２に到達できないようにする
ことで逆加速されたイオンが陰極体２に当たって損傷さ
れることを防止すると共に、反応生成物の生成を減らし
て食刻工程後ウェーハ表面に汚染を起こさないようにす
る役割をするのが本実施例の特徴の中の一つである。
円筒形突起部７が下向になるように形成されているた
め、本実施例では反応箱で形成されたプラズマの中のイ
オンが逆加速されて陰極体２に到達できないようにする
ことで逆加速されたイオンが陰極体２に当たって損傷さ
れることを防止すると共に、反応生成物の生成を減らし
て食刻工程後ウェーハ表面に汚染を起こさないようにす
る役割をするのが本実施例の特徴の中の一つである。
【００２１】真空チャンバ１内の減速電極４の下には集
束レンズ８が形成され（図２）、集束レンズ８は図６に
示すようにソレノイド磁場レンズの構造をなし、ソレノ
イド磁場レンズとその回りに形成された鉄磁極体で構成
されている。集束レンズ８の配置は陰極体２の配列位置
と対応する位置に電子ビーム貫通用ホールを形成するよ
うに整列されている。集束レンズ８により電子ビームを
集束、発散することにより電子ビームの分布を調節し、
集束レンズ８の電子ビーム貫通用ホールの内部に各々の
電子ビームを通過させる。
束レンズ８が形成され（図２）、集束レンズ８は図６に
示すようにソレノイド磁場レンズの構造をなし、ソレノ
イド磁場レンズとその回りに形成された鉄磁極体で構成
されている。集束レンズ８の配置は陰極体２の配列位置
と対応する位置に電子ビーム貫通用ホールを形成するよ
うに整列されている。集束レンズ８により電子ビームを
集束、発散することにより電子ビームの分布を調節し、
集束レンズ８の電子ビーム貫通用ホールの内部に各々の
電子ビームを通過させる。
【００２２】真空チャンバ１内の集束レンズ８の下の側
壁には食刻ガス注入手段９が設置されており、プラズマ
の密度及び食刻ガスの圧力などを調節することができ
る。１０はドーナツ状の永久磁石で注入手段９の下に設
置され、その外側面はＮ極であり、その内側面はＳ極に
なるように構成されている。永久磁石１０によって電子
ビームを分散回折させることでプラズマの密度を均一に
する。
壁には食刻ガス注入手段９が設置されており、プラズマ
の密度及び食刻ガスの圧力などを調節することができ
る。１０はドーナツ状の永久磁石で注入手段９の下に設
置され、その外側面はＮ極であり、その内側面はＳ極に
なるように構成されている。永久磁石１０によって電子
ビームを分散回折させることでプラズマの密度を均一に
する。
【００２３】１１は多重極永久磁石であり、真空チャン
バ１下部外側面回りに設置され反応箱から生成されたプ
ラズマが反応箱の内壁に拡散されてなくなるのを防ぐ役
割をする。１２はプラズマ診断手段として図２に示すよ
うに、被食刻体ホルダー１３の前方に設置され、プラズ
マの密度及び電子温度分布を測定し、この結果をフィー
ドバックして制御装置１４により各々陰極２、加速電極
３、減速電極４、集束レンズ８及び食刻ガス注入手段９
の動作点を調節するようになる。
バ１下部外側面回りに設置され反応箱から生成されたプ
ラズマが反応箱の内壁に拡散されてなくなるのを防ぐ役
割をする。１２はプラズマ診断手段として図２に示すよ
うに、被食刻体ホルダー１３の前方に設置され、プラズ
マの密度及び電子温度分布を測定し、この結果をフィー
ドバックして制御装置１４により各々陰極２、加速電極
３、減速電極４、集束レンズ８及び食刻ガス注入手段９
の動作点を調節するようになる。
【００２４】１３は被食刻体、例えば、ウェーハなどの
ホルダーとしてこの上に食刻しようとするウェーハが置
かれ、食刻程度を調節するために電圧がかかることにな
る。１５は真空を形成するための各種真空ポンプシステ
ムであり、（Ｉ）、（ＩＩ）領域と（ＩＩＩ）領域の間
に差等真空を形成する。以上のように構成された本実施
例の食刻装置は下記のように作動する。
ホルダーとしてこの上に食刻しようとするウェーハが置
かれ、食刻程度を調節するために電圧がかかることにな
る。１５は真空を形成するための各種真空ポンプシステ
ムであり、（Ｉ）、（ＩＩ）領域と（ＩＩＩ）領域の間
に差等真空を形成する。以上のように構成された本実施
例の食刻装置は下記のように作動する。
【００２５】先ず、陰極体２を高い温度、例えば、１４
００〜２０００Ｋ程度に加熱して陰極で電子ビームを発
生し得るようにする。そして、加速電極３に陰極体２よ
り高い電圧、例えば、７０００Ｖ以上の電圧をかければ
電子ビームが引き出されることになる。放電気体状態と
電子とのイオン化状態で最適のイオン化反応を有する電
子のエネルギーは５０〜５００ｅＶ（電子ボルト）であ
るが、この程度のエネルギーで電子を引き出せば空間電
荷制限効果により電子ビーム電流は非常に少ない量に制
限される。これを解決するために本実施例では加速電極
３に高電圧（７０００Ｖ以上）をかけて高いエネルギー
の大電流の電子ビームを引き出した後、減速電極４で電
子ビームのエネルギーを最適のイオン化反応率を有する
電子のエネルギー（５０〜５００ｅＶ）に低くする。
又、減速電極４の構造により反応箱から発生した食刻プ
ラズマの内の食刻イオンが逆加速されて陰極に衝突する
ことを防ぐことができる。従来のＥＢＰＥではＡｒプラ
ズマカラムを形成して大電流の電子ビームを生成させ
た。それで、Ａｒイオンや反応箱から発生した食刻イオ
ンが逆加速されて陰極に当たるようになり、これによる
陰極の磨耗と陰極の寿命短縮の問題が発生する。本発明
のＭＣＥＢＰＥでは加速−減速管の構造を使用すること
によりこの問題を解決した。
００〜２０００Ｋ程度に加熱して陰極で電子ビームを発
生し得るようにする。そして、加速電極３に陰極体２よ
り高い電圧、例えば、７０００Ｖ以上の電圧をかければ
電子ビームが引き出されることになる。放電気体状態と
電子とのイオン化状態で最適のイオン化反応を有する電
子のエネルギーは５０〜５００ｅＶ（電子ボルト）であ
るが、この程度のエネルギーで電子を引き出せば空間電
荷制限効果により電子ビーム電流は非常に少ない量に制
限される。これを解決するために本実施例では加速電極
３に高電圧（７０００Ｖ以上）をかけて高いエネルギー
の大電流の電子ビームを引き出した後、減速電極４で電
子ビームのエネルギーを最適のイオン化反応率を有する
電子のエネルギー（５０〜５００ｅＶ）に低くする。
又、減速電極４の構造により反応箱から発生した食刻プ
ラズマの内の食刻イオンが逆加速されて陰極に衝突する
ことを防ぐことができる。従来のＥＢＰＥではＡｒプラ
ズマカラムを形成して大電流の電子ビームを生成させ
た。それで、Ａｒイオンや反応箱から発生した食刻イオ
ンが逆加速されて陰極に当たるようになり、これによる
陰極の磨耗と陰極の寿命短縮の問題が発生する。本発明
のＭＣＥＢＰＥでは加速−減速管の構造を使用すること
によりこの問題を解決した。
【００２６】このようにして、出た低エネルギー大電流
の電子ビームを集束レンズ８を使ってビームを集束発散
させるようになる。集束レンズ８の強度を調節すること
により電子ビームが広がる程度と電子ビームの分布を制
御し得るようにした。集束レンズ８はソレノイド磁場レ
ンズとその周囲に形成された鉄磁極体で構成されること
で、集束レンズ８から発生した磁気場が反応箱にまで影
響を及ばないようにした。そして、ドーナツ形状の永久
磁石１０を使用して電子ビームを分散回折させることに
より、より均一な電流及びプラズマ分布を有するように
した。このような形状の永久磁石１０の磁気場は局部的
にだけ形成されるため反応箱全体には影響を及ぼさな
い。
の電子ビームを集束レンズ８を使ってビームを集束発散
させるようになる。集束レンズ８の強度を調節すること
により電子ビームが広がる程度と電子ビームの分布を制
御し得るようにした。集束レンズ８はソレノイド磁場レ
ンズとその周囲に形成された鉄磁極体で構成されること
で、集束レンズ８から発生した磁気場が反応箱にまで影
響を及ばないようにした。そして、ドーナツ形状の永久
磁石１０を使用して電子ビームを分散回折させることに
より、より均一な電流及びプラズマ分布を有するように
した。このような形状の永久磁石１０の磁気場は局部的
にだけ形成されるため反応箱全体には影響を及ぼさな
い。
【００２７】一方、食刻ガス注入手段９から供給された
食刻ガスと集束レンズ８及び永久磁石１０とを通じて出
た電子ビームが放電を起こして食刻プラズマを形成する
ことになり、この食刻プラズマも永久磁石１０により分
散回折することで一定な密度分布を有する。このように
発生した食刻プラズマは反応箱の下方に拡散しながらウ
ェーハを食刻することになる。又、被食刻体ホルダー１
３に若干の電圧をかけることで食刻特性を制御すること
になる。
食刻ガスと集束レンズ８及び永久磁石１０とを通じて出
た電子ビームが放電を起こして食刻プラズマを形成する
ことになり、この食刻プラズマも永久磁石１０により分
散回折することで一定な密度分布を有する。このように
発生した食刻プラズマは反応箱の下方に拡散しながらウ
ェーハを食刻することになる。又、被食刻体ホルダー１
３に若干の電圧をかけることで食刻特性を制御すること
になる。
【００２８】食刻プラズマが下方にだけ拡散され、半径
方向には拡散されないように多重極永久磁石１１を反応
箱壁面に付着する。やはり多重極永久磁石１１による磁
気場は局部的にだけ形成されるため反応箱全体には影響
を与えない。食刻プラズマの特性をフィードバックして
制御するためのプラズマ診断装置１２を使用して食刻プ
ラズマの特性をフィードバックして制御装置１４により
陰極体２、加速電極３、減速電極４、集束レンズ８及び
食刻ガス注入手段９の全ての変数を自動調節する。
方向には拡散されないように多重極永久磁石１１を反応
箱壁面に付着する。やはり多重極永久磁石１１による磁
気場は局部的にだけ形成されるため反応箱全体には影響
を与えない。食刻プラズマの特性をフィードバックして
制御するためのプラズマ診断装置１２を使用して食刻プ
ラズマの特性をフィードバックして制御装置１４により
陰極体２、加速電極３、減速電極４、集束レンズ８及び
食刻ガス注入手段９の全ての変数を自動調節する。
【００２９】真空ポンプシステム１５を用いてＩ、ＩＩ
領域とＩＩＩ領域の真空状態を維持する。Ｉ、ＩＩ領域
とＩＩＩ領域は各々〜０．０１ｍ Ｔｏｒｒ、〜１ｍ
Ｔｏｒｒの差等真空を維持することになる。この際、加
速、減速電極２、３がオリフィス役割をして差等真空に
なる。
領域とＩＩＩ領域の真空状態を維持する。Ｉ、ＩＩ領域
とＩＩＩ領域は各々〜０．０１ｍ Ｔｏｒｒ、〜１ｍ
Ｔｏｒｒの差等真空を維持することになる。この際、加
速、減速電極２、３がオリフィス役割をして差等真空に
なる。
【００３０】
【発明の効果】本発明による多重陰極電子ビームプラズ
マ食刻装置は多数個の陰極を互いに一定な間隔をおいて
円形対称的に配置することにより広い領域の均一なプラ
ズマを発生させることができ、加速−減速管の構造を使
用することで多量の電子ビームをプラズマイオンの逆加
速による陰極の磨耗と汚染なしに引き出すことができ
る。又、反応室内に全体的に磁気場のない雰囲気でプラ
ズマを生成することにより電子ビームによるプラズマの
分布調節が可能である。
マ食刻装置は多数個の陰極を互いに一定な間隔をおいて
円形対称的に配置することにより広い領域の均一なプラ
ズマを発生させることができ、加速−減速管の構造を使
用することで多量の電子ビームをプラズマイオンの逆加
速による陰極の磨耗と汚染なしに引き出すことができ
る。又、反応室内に全体的に磁気場のない雰囲気でプラ
ズマを生成することにより電子ビームによるプラズマの
分布調節が可能である。
【図１】従来のＥＢＰＥ食刻装備を示す断面図である。
【図２】本発明の多重陰極電子ビームプラズマ食刻装置
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図３】多重陰極の形状及び配列状態を概略的に示す図
２のＡ−Ａ線断面図である。
２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】加速電極の形状及び配列状態を概略的に示す図
２のＢ−Ｂ線断面図である。
２のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】減速電極の形状及び配列状態を概略的に示す図
２のＣ−Ｃ線に対する斜視図である。
２のＣ−Ｃ線に対する斜視図である。
【図６】集束レンズの概略的な形状及び配列状態を示す
図２のＤ−Ｄ線断面図である。
図２のＤ−Ｄ線断面図である。
【図７】永久磁石の概略的な形状及び配列状態を示す図
２のＥ−Ｅ線断面図である。
２のＥ−Ｅ線断面図である。
１ 真空チヤンバ ２ 多重陰極体 ３ 加速電極 ４ 減速電極 ５ 電子ビーム貫通用ホール ６ 電子ビーム貫通用ホール ８ 集束レンズ ９ 食刻ガス注入手段 １０ 永久磁石 １１ 多重極永久磁石 １２ プラズマ診断手段 １３ 被食刻体ホルダー １４ 制御装置 １５ 真空ポンプシステム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チュン キ−ヒュン 大韓民国、キョンギ−ド、ピョンタク− シ、チュクバク−ドン、479−ボンジ (72)発明者 ユン キル−ジュ 大韓民国、キョンギ−ド、プチョン−シ、 ソーサ−ク、シンゴクボン−ドン、キュク ドン アパートメント、５−ドン 1005− ホー (72)発明者 キム サン−ヨン 大韓民国、キョンギ−ド、ソンタン−シ、 チサン−ドン、コンヨン アパートメン ト、112−ドン 803−ホー (72)発明者 キム テ−ヨン 大韓民国、ソウル、クワンナク−ク、シル リン９−ドン 219−１、シルリンコンヨ ン３チャ アパートメント、７−ドン 1506−ホー
Claims (15)
- 【請求項１】 真空チャンバは；広い領域のプラズマを
発生させるために上記チャンバの上部の上端部に設置さ
れた電子ビームを発生させる陰極体と；多量の電子ビー
ムを引き出すために加速−減速管構造を形成し、上記陰
極体の前方から順次的に配列され、それぞれに差動電圧
を印加することにより定電レンズの役割をする加速電極
及び減速電極と；上記チャンバの上部を真空排気するた
めの第１真空排気手段と；上記チヤンバの下部上端付近
の側壁に設置されている食刻ガス注入手段と：上記チャ
ンバの下部に設置された第２真空排気手段と上記チャン
バの下部に設置された被食刻体ホルダーとからなる多重
陰極電子ビームプラズマ食刻装置。 - 【請求項２】 電子ビームの広がる程度と分布を制御す
るために、上記減速電極と上記食刻ガス注入手段との間
の上記チャンバの内部に集束手段を更に含んで、電子ビ
ームを集束した後発散させることを特徴とする請求項１
記載の多重陰極電子ビームプラズマ食刻装置。 - 【請求項３】 電子ビームを分散回折させプラズマの密
度を均一にするために上記食刻ガス注入手段と上記被食
刻体ホルダーとの間の上記チャンバの内部にドーナツ状
の永久磁石を更に含むことを特徴とする請求項１又は請
求項２記載の多重陰極電子ビームプラズマ食刻装置。 - 【請求項４】 上記チャンバの下部である反応箱から発
生するプラズマが上記反応箱の内壁側に拡散することを
防止するために上記反応箱の外側壁の回りに設置された
多重極永久磁石を更に含むことを特徴とする請求項１又
は請求項２記載の多重陰極電子ビームプラズマ食刻装
置。 - 【請求項５】 上記チャンバの下部である反応箱から発
生するプラズマが上記反応箱の内壁側に拡散することを
防止するために上記反応箱外側の回りに設置された多重
極永久磁石を更に含むことを特徴とする請求項３記戦の
多重陰極電子ビームプラズマ食刻装置 - 【請求項６】 上記被食刻体ホルダー前方に設置されプ
ラズマの密度及び電子温度分布を判定するプラズマ診断
装置と、その測定結果をフィードバックして上記複数個
の陰極体、加速電極、減速電極及び食刻ガス注入手段を
それぞれ制御する制御手段を更に含むことを特徴とする
請求項１記載の多重陰極電子ビームプラズマ食刻装置。 - 【請求項７】 上記被食刻体ホルダー前方に設置されプ
ラズマの密度及び電子温度分布を測定するプラズマ診断
装置と、その測定結果をフィードバックして上記複数個
の陰極体、加速電極、減速電極、食刻ガス注入手段及び
集束手段をそれぞれ制御する制御手段を更に含むことを
特徴とする請求項２記載の多重陰極電子ビームプラズマ
食刻装置。 - 【請求項８】 上記集束手投は集束レンズとしてその中
にソレノイド磁場レンズとその回りに鉄磁極体とで構成
されたことを特徴とする請求項２記載の多重陰極電子ビ
ームプラズマ食刻装置。 - 【請求項９】 上記集束手段は集束レンズとしてその中
にソレノイド磁場レンズとその回りに鉄磁極体とで構成
されたことを特徴とする請求項３記載の多重陰極電子ビ
ームプラズマ食刻装置。 - 【請求項１０】 上記集束手段は集束レンズとしてその
中にソレノイド磁場レンズとその回りに鉄磁極体とで構
成されたことを特徴とする請求項４記載の多重陰極電子
ビームプラズマ食刻装置。 - 【請求項１１】 上記集束手段は集束レンズとしてその
中にソレノイド磁場レンズとその回りに鉄磁極体とで構
成されたことを特徴とする請求項５記載の多重陰極電子
ビームプラズマ食刻装置。 - 【請求項１２】 上記集束手段は集束レンズとしてその
中にソレノイド磁場レンズとその回りに鉄磁極体とで構
成されたことを特徴とする請求項６記載の多重陰極電子
ビームプラズマ食刻装置。 - 【請求項１３】 上記集束手段は集束レンズとしてその
中にソレノイド磁場レンズとその回りに鉄磁極体とで構
成されたことを特徴とする請求項７記載の多重陰極電子
ビームプラズマ食刻装置。 - 【請求項１４】 上記減速電極は上記の陰極配列位置に
対応する位置に電子ビーム貫通ホールが形成され、上記
首通ホールは上記真空チヤンバの下部側に向かって円筒
状の突起部を有することを特徴とする請求項１又は請求
項３記載の多重陰極電子ビームプラズマ食刻装置。 - 【請求項１５】 上記減速電極は上記の陰極配列位層に
対応する位置に電子ビーム貫通ホールが形成され、上記
貫通ホールは上記真空チャンバの下部側に向かって円筒
状の突起部を有することを特徴とする請求項３記載の多
重陰極電子ビームプラズマ食刻装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR793/1995 | 1995-01-16 | ||
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