JPH0982490A

JPH0982490A - プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH0982490A
Application number: JP7260777A
Authority: JP
Inventors: Yuji Tsukamoto; 雄二塚本
Original assignee: Tokyo Electron Ltd; Tokyo Electron Yamanashi Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd; Tokyo Electron Yamanashi Ltd
Priority date: 1995-09-12
Filing date: 1995-09-12
Publication date: 1997-03-28

Abstract

(57)【要約】【課題】電子ビーム励起方式のプラズマ処理装置にお
いて、１２インチ径などの大きい被処理体にプラズマ処
理を施す際にも、処理の均一性を良好なものとする。【解決手段】プラズマ発生室２０に発生した放電プラ
ズマから引き出した電子ビームを加速室３０で加速して
反応室４０に入射させる装置において、加速電極３１
に、通過孔３１ａを中心とする同心円状に拡散孔３１ｂ
〜３１ｇを形成する。磁界によって電子ビームを拡散さ
せるために、拡散孔３１ｂ〜３１ｇを挟んで内側コイル
Ｃ4と外側コイルＣ5を配置する。拡散磁場によって拡散
された電子ビームは、拡散孔３１ｂ〜３１ｇをも通過し
て、拡散して反応室４０内に入射して、広い範囲で均一
なプラズマを生成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被処理体に対し
て、エッチング処理を始めとする各種のプラズマ処理を
施すためのプラズマ処理方法及びその装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来から半導体製造プロセスにおいて
は、エッチング処理を始めとして、スパタッリング処理
やＣＶＤ処理などの処理に際し、処理容器内にプラズマ
を発生させ、該プラズマ雰囲気で、被処理体、例えば半
導体ウエハ（以下、「ウエハ」という）の表面に所定の
処理を行うプラズマ処理装置が用いられているが、今日
ではデバイスの集積度が益々高くなり、またウエハも大
口径化していることから、これらのプラズマ処理装置に
おいては、微細な処理を高速かつ均一に実施できること
がとりわけ重要である。

【０００３】この点に関し、従来から放電プラズマから
電子ビームを引き出し、これを加速し、該加速された電
子ビームによって反応ガスをプラズマ化して、ウエハに
対して所定のプラズマ処理を施すように構成された、い
わゆる電子ビーム励起方式のプラズマ（ＥＢＥＰ：Elec
tron Beam Excited Plasma）を利用したプラズマ処理装
置が提案されている（例えば、特開昭６３−１９０２９
９号公報、特開平１−１０５５３９号公報、特開平１−
１０５５４０号公報など）。この電子ビーム励起方式の
プラズマ処理装置は、非常に効率よく高密度プラズマを
生成でき、微細な処理を高速に実施できる利点がある。

【０００４】従来の電子ビーム励起方式のプラズマ処理
装置は、主としてＡｒ（アルゴン）ガス雰囲気の放電プ
ラズマ領域（電子発生領域）と電子加速領域、及び処理
ガスを導入してウエハにエッチング等の処理を施す反応
領域（イオン発生領域）によって構成されており、例え
ば加速室に設けられた電極の中心に形成された１つの孔
（通過孔）を通って電子ビームは加速されつつ反応領域
に到達し、そこで処理ガスをプラズマ化するようになっ
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで今日では、デ
バイスを形成するウエハの径は益々大口径化の傾向にあ
り、この種のプラズマ処理装置でも、１２インチのウエ
ハに対して均一な処理を施すことが要求されている。し
かしながら、前記した従来の電子ビーム励起方式のプラ
ズマ処理装置は、加速用電極の中心に形成された単一の
通過孔を介して反応室に電子ビームを入射するように構
成されているため、反応室内に電子ビームを拡散させる
ことが容易ではなかった。したがって、従来の技術で
は、ウエハをはじめとする被処理体の大口径化に対応で
きない。また敢えて強い磁場を反応室内部に形成して拡
散させようとしても、装置構成が大型化する割には、好
適な拡散状態が得られなかったのである。

【０００６】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、前記した電子ビーム励起方式のプラズマ処理装置
において、反応室に電子ビームを入射させるにあたり、
これを効率よくかつ容易に拡散させて反応室内に入射さ
せて、大口径の被処理体に対しても均一な処理が行える
プラズマ処理方法、及びプラズマ処理装置を提供するこ
とをその目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１のプラズマ処理方法は、放電プラズマから
電子ビームを引き出し加速し、加速された電子ビームを
反応室に入射して反応室内の処理ガスをプラズマ化し、
当該プラズマ雰囲気の下で反応室内の被処理体に対して
処理を施す方法において、前記電子ビームを反応室以外
の領域で分割した後に、反応室内に入射させることを特
徴としている。

【０００８】このように反応室以外の領域で電子ビーム
を分割させることで、反応室に入射させる際に電子ビー
ムを分散させて入射させることができ、従来よりも均一
に処理できるエリアが広がる。したがって、例えば１２
インチウエハなど、従来よりも大きい面積を有する被処
理体に対して均一なプラズマ処理が行える。

【０００９】また前記目的を達成するため、請求項２の
プラズマ処理装置は、放電プラズマを発生させるための
プラズマ発生室と、前記放電プラズマから引き出した電
子ビームを加速するための加速室と、加速された電子ビ
ームによって反応ガスをプラズマ化して被処理体に処理
を施すための反応室とを備え、前記加速室に設けられた
加速用電極の中心に形成された通過孔を通じて前記反応
室内に電子ビームを入射させる如く構成されたプラズマ
処理装置において、前記加速室の中で電子ビームを拡散
するための拡散コイルを設けると共に、前記加速用電極
に、前記通過孔を中心とする同心円上に他の複数の拡散
孔を形成したことを特徴としている。

【００１０】かかる構成を有するプラズマ処理装置によ
れば、加速室内で電子ビームが拡散コイルよって拡散さ
れ、この拡散された状態の電子ビームが、従前の通過孔
のみならず拡散孔を通じても反応室内に入射する。した
がって従来の単一の通過孔だけで入射させていた方式よ
りも、反応室内での電子ビームの拡散が容易であり、ま
た拡散孔は通過孔を中心とする同心円上に形成されてい
るから、均一な拡散が可能となっている。したがって、
従来よりも反応ガスをより広い範囲でかつ均一な状態で
プラズマ化させることができる。

【００１１】この場合の拡散孔は、請求項３に記載した
ように、通過孔を中心とする円弧形状のスリットにすれ
ば、より均一性が向上する。

【００１２】拡散コイルについても、請求項４に記載し
たように、拡散孔を径方向に挟んで対向した二重コイル
構成とすれば、効率よく電子ビームを拡散することがで
き、またスペースを有効に利用できるので、装置が大型
化しない。もちろん他のコイルを併用することは差し支
えない。

【００１３】そして請求項５に記載したように、反応室
の内側又は外側に、この反応室内のプラズマの拡散を抑
えるための磁界を形成する磁界形成手段、例えばマルチ
ポールマグネットを設ければ、反応室内に生成されたプ
ラズマが必要以上に拡散することを抑えることが可能に
なり、均一でかつ微細な処理が可能なプラズマ雰囲気を
創出することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明をエッチング装置に
適用した実施の形態について説明すると、図１は本実施
の形態にかかるエッチング装置の端面を示しており、こ
のエッチング装置の密閉容器１は、ステンレス鋼からな
る円筒形のケーシングブロック１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ
を同軸線上に上下に気密に連結してなり、ケーシングブ
ロック１ａ、１ｂがプラズマ発生室２０を、ケーシング
ブロック１ｃが加速室３０を、ケーシングブロック１ｄ
が反応室４０を構成している。なおこれら各ケーシング
ブロック１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄには、冷却のための冷
却ジャケット（図示せず）が適宜必要に応じて装着され
る。

【００１５】プラズマ発生室２内にはリング状のカソー
ド電極２１が設けられ、このカソード電極２１の上方に
は、初期放電電極２２が設けられている。この初期放電
電極２２の中心部は開口し、内部にはプラズマ生成用の
放電ガスを導入するための導入孔２２ａが形成されてい
る。この導入孔２２ａはガス導入管２３と接続されてお
り、さらにバルブ２４、流量制御を行うマスフローコン
トローラ２５を介して放電ガス供給源２６に通じてい
る。本実施の形態では、放電ガスとしてＡｒ（アルゴ
ン）ガスが供給自在となっている。

【００１６】前記カソード電極２１の下方には、中間電
極２７が設けられ、さらにこの中間電極２７の下方に
は、アノード電極２８が設けられている。これら中間電
極２７とアノード電極２８は、各々中心に電子ビーム用
を通過させる小径（例えば１０mmφ）の通過孔２７ａ、
２８ａを有しており、これら各通過孔２７ａ、２８ａ
は、初期放電電極２２と共に密閉容器１内の中心軸線上
に位置するように配設されている。

【００１７】前記密閉容器１外側における初期放電電極
２２の外周には、磁場形成のための環状のコイルＣ1が
配置され、中間電極２７の外周には環状のコイルＣ2が
配置され、さらにアノード電極２８の外周にも環状のコ
イルＣ3が配置されている。

【００１８】加速室３０の下方には、図２に示したよう
な加速電極３１が設けられている。この加速電極３１
は、その中心に電子ビームを通過させる通過孔３１ａ
が、前記中間電極２７の通過孔２７ａやアノード電極２
８の通過孔２８ａと同一軸線上に形成されており、さら
にこの通過孔３１ａを中心とする同心円状に、同一中心
角を有する円弧状の複数のスリットの形態を持った拡散
孔３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅ、３１ｆ、３１ｇが
等間隔で形成されている。この拡散孔３１ｂ、３１ｃ、
３１ｄ、３１ｅ、３１ｆ、３１ｇは、その合計面積が、
通過孔３１ａの面積と同一であることが、処理の均一性
の点で好ましい。

【００１９】前記加速電極３１には、前記拡散孔３１
ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅ、３１ｆ、３１ｇを挟んで
対向するように、磁界形成のための拡散コイルとなる環
状の内側コイルＣ4と、外側コイルＣ5が配置されてい
る。これら内側コイルＣ4と外側コイルＣ5は方向が異な
っている。

【００２０】前記加速室３０の下方に位置する反応室４
０内の下方には、被処理体であるウエハＷを保持するた
めの載置台４１が設けられている。この載置台４１は、
クーロン力によってウエハＷを所定位置に吸着保持する
ための静電チャック機構（図示せず）を備えている。ま
たこの載置台４１は、駆動機構（図示せず）によって図
１に示したように、回転自在であり、また上下に昇降自
在となっている。さらにこの載置台４１には、整合器４
２を介してバイアス印加用の高周波電源４３が接続され
ている。この高周波電源４３から例えば３８０ｋＨｚ、
８００ｋＨｚなどの高周波が載置台４１に印加されるよ
うになっている。

【００２１】前記反応室４０内における載置台４１の周
囲には、電子ビームの照射によって反応室４０内に生成
されるプラズマの拡散を抑えるため、磁界形成手段、例
えば環状のマルチポールマグネット４４が設けられてい
る。なおこのような反応室４０内のプラズマ拡散防止の
ための磁界形成手段は、必ずしも本実施の形態のように
反応室４０内に設ける必要はなく、適宜反応室４０の外
部に設置してもよい。

【００２２】前記反応室４０の上方には、エッチング処
理に必要な処理ガス、例えば塩素系のガスやアルゴンガ
スを処理ガス供給源４５から、マスフローコントローラ
４６、バルブ４７を介して反応室４０内に導入するため
の処理ガス導入管４８が設けられている。

【００２３】次に本装置の排気系について説明すると、
前記プラズマ発生室２０、加速室３０及び反応室４０内
は、それぞれ最適な圧力に調整する必要があるが、本装
置では、これら各プラズマ発生室２０、加速室３０及び
反応室４０に各々対応する排気管５１、５２、５３を設
け、これら排気管５１、５２、５３を排気管路５４、５
５、５６を介して、共通する排気手段、例えばターボ分
子ポンプ５７に接続してある。そして各排気管路５４、
５５、５６に可変ダンパ５４ａ、５５ａ、５６ａを介装
し、これら各可変ダンパ５４ａ、５５ａ、５６ａの開度
調整によって、プラズマ発生室２０、加速室３０及び反
応室４０内を、各々最適な圧力にまで独立して真空引き
できる構成とした。かかる構成によって本装置では、プ
ラズマ発生室２０＞加速室３０＞反応室４０の順に圧力
が小さく設定できるようになっている。より具体的にい
えば、プラズマ発生室２０内は１〜５Ｔｏｒｒ、加速室
３０内は１〜５ｍＴｏｒｒ、そして反応室４０内は０．
５ｍＴｏｒｒ〜３ｍＴｏｒｒに設定自在となっている。

【００２４】次に本装置において、プラズマ発生室２０
から電子ビームを引き出してこれを加速して反応室４０
に入射させるまでのプロセスに必要な電界形成の構成に
ついて図３に基づいて説明すると、カソード電極２１と
初期放電電極２２とを結ぶ回路には抵抗Ｒ1が設けら
れ、カソード電極２１と中間電極２７とを結ぶ回路には
抵抗Ｒ2が設けられている。なお、カソード電極２１に
は安定化抵抗Ｒｓが設けられている。そして放電プラズ
マのインピーダンスをＲｐとすると、これらの抵抗値は
下記の不等式（１）、（２）に示す関係にある。

【００２５】Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒｐ・・・（１）Ｒ１−Ｒ２＞＞Ｒｐ・・・（２）

【００２６】またカソード電極２１と初期放電電極２２
との間、及びカソード電極２１と中間電極２７との間に
は、負の直流電圧を印加するための直流電源Ｖ1が接続
されている。そしてアノード電極２８は接地され、加速
電極３１には、正の直流電圧を印加するための直流電源
Ｖ2が接続されている。

【００２７】本実施の形態にかかるエッチング装置の主
要部は以上のように構成されており、次にその作用等を
図４に基づいて説明すると、まずカソード電極２１と初
期放電電極２２との間に例えば数百ボルト程度の直流電
圧を印加して初期放電を発生させる。この初期放電によ
りカソード電極２１の熱電子放出部が加熱され、該熱電
子放出部と中間電極２７との間に放電プラズマが発生す
る。そしてこの放電プラズマが生じた後は、前記初期放
電は消滅する。

【００２８】カソード電極２５から放出される熱電子
は、コイルＣ1、Ｃ2によって形成されるカスプ磁界の磁
力線に沿って移動する。したがって、他電極への放電が
容易になる。放電プラズマが安定した後は、直流電源Ｖ
1の電圧を数十ボルトにする。

【００２９】そして加速室３０の加速電極３１に直流電
源Ｖ2からの直流電圧を印加すると、熱電子は加速室３
０に引き出されて加速される。この場合、加速室３０の
上部外周には、コイルＣ3が配置され、また加速室３０
外部における加速電極３１の周囲には、内側コイルＣ4
と外側コイルＣ5とが配置されているので、これら各コ
イルＣ3、及び内側コイルＣ4、外側コイルＣ5によっ
て、加速室３０内には拡散磁場が形成されている。した
がって、加速室３０に誘導された電子ビームは、図４に
示したように、この拡散磁場によって下方に向けてテー
パ状に広がる。

【００３０】そのように広がった電子ビームは、加速電
極３１に形成された通過孔３１ａのみならず、円弧状の
複数のスリットの形態を持った拡散孔３１ｂ、３１ｃ、
３１ｄ、３１ｅ、３１ｆ、３１ｇも通過して、反応室４
０内に入射する。そしてこの電子ビームは、反応室４０
内に導入された処理ガス、例えば塩素系ガスやアルゴン
ガスに照射され、これら処理ガスが電離あるいは励起さ
れて高密度のプラズマが反応室４０内に発生する。

【００３１】このとき、載置台４１に載置された被処理
体であるウエハＷには、高周波電源４３によって高周波
バイアスが印加されているので、前記プラズマ中の反応
種（反応ガス、イオン及び電子）がウエハＷに作用して
ウエハＷの表面がエッチングされるのである。

【００３２】前記エッチングの反応種を生成するプラズ
マは、加速電極３１の通過孔３１ａだけではなく、その
同心円状に形成された複数の拡散孔３１ｂ、３１ｃ、３
１ｄ、３１ｅ、３１ｆ、３１ｇも通過した電子ビームに
よって生起されたものである。このため該プラズマは反
応室４０に広がって一様に生成され、たとえウエハＷが
１２インチと大口径であっても、それに対応した均一性
の高いものとなっている。したがって、かかる大口径の
ウエハＷに対しても均一なエッチング処理を施すことが
できる。

【００３３】また前記拡散磁場を形成するための構成部
材である内側コイルＣ4と外側コイルＣ5は、拡散孔３１
ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅ、３１ｆ、３１ｇを径方向
に挟んで対向した二重コイル構成をとっており、電子ビ
ームを効率よく拡散孔３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１
ｅ、３１ｆ、３１ｇに導くことができ、しかも装置が大
型化しない。なお本装置では特にコイルＣ3と内側コイ
ルＣ4、外側コイルＣ5は、加速室３０内にカスプ磁場を
形成し、該カスプ磁場のゼロ点は加速室３０内に形成さ
れるようになっているが、内側コイルＣ4、外側コイル
Ｃ5自体は方向が異なっているので、その中心磁場はキ
ャンセルされ、結局拡散孔３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３
１ｅ、３１ｆ、３１ｇを抜ける磁場が形成されている。
したがって加速室３０内の電子ビームを一層効率よく反
応室４０内に拡散させることができる。

【００３４】また本装置においては、反応室４０内にプ
ラズマ拡散を抑えるマルチポールマグネット４４が設置
されているので、前記プラズマの無制限な拡散は抑えら
れ、その密度は高いものとなっている。したがって、ウ
エハＷに対して、微細かつエッチングレートの高いエッ
チング処理が可能である。

【００３５】前記実施の形態では、拡散孔３１ｂ、３１
ｃ、３１ｄ、３１ｅ、３１ｆ、３１ｇは通過孔３１ａを
中心とする１つの同心円上に形成されているが、これに
限らず、複数の径の異なった同心円状に形成してもよ
い。この場合には、さらに拡散度合いが向上する。

【００３６】前記した実施の形態は、エッチング装置と
して構成した例であったが、これに限らず、本発明は他
のプラズマ処理装置、例えばアッシング装置、スパッタ
リング装置、ＣＶＤ装置としても具体化できる。さらに
被処理体も、ウエハに限らず、ＬＣＤ基板であってもよ
い。

【００３７】

【発明の効果】請求項１のプラズマ処理方法によれば、
電子ビームを分散させて反応室に入射させることができ
ので、従来よりも大きい面積を有する被処理体に対して
均一なプラズマ処理が行える。

【００３８】請求項２〜５のプラズマ処理装置によれ
ば、従来の単一の通過孔だけで電子ビームを反応室に入
射させていた方式よりも、反応室内での電子ビームの拡
散が容易であり、反応ガスをより均一な状態でプラズマ
化させることができる。したがって、例えば１２インチ
のウエハに対しても均一な処理を施すことが可能であ
る。そして請求項２のプラズマ処理装置では、均一性が
さらに向上し、また請求項３のプラズマ処理装置のよう
に拡散孔を径方向に挟んで対向した二重コイル構成を拡
散コイルとして構成すれば、効率よく電子ビームを拡散
することができると共に、装置の大型化を抑制できると
いう効果が得られる。また請求項４のプラズマ処理装置
の場合には、プラズマ密度を上げて、より微細な処理が
可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかるエッチング装置の
断面説明図である。

【図２】図１のエッチング装置における加速電極の平面
説明図である。

【図３】図１のエッチング装置における電界形成のため
の回路の説明図である。

【図４】図１のエッチング装置における作用を示す断面
説明図である。

【符号の説明】

１密閉容器２０プラズマ発生室２１カソード電極２２初期放電電極２７中間電極２８アノード電極３０加速室３１加速電極３１ａ通過孔３１ｂ〜３１ｇ拡散孔４０反応室４１載置台４３高周波電源４４マルチポールマグネット４８処理ガス導入管５７ターボ分子ポンプＣ1、Ｃ2、Ｃ3 コイルＣ4 内側コイルＣ5 外側コイルＷウエハ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/205 Ｈ０１Ｌ 21/205 21/3065 21/31 Ｄ 21/31 21/302 Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】放電プラズマから電子ビームを引き出し
て加速し、加速された電子ビームを反応室に入射して反
応室内の処理ガスをプラズマ化し、当該プラズマ雰囲気
の下で反応室内の被処理体に対して処理を施す方法にお
いて、前記電子ビームを反応室以外の領域で分割した後に、反
応室内に入射させることを特徴とする、プラズマ処理方
法。
【請求項２】放電プラズマを発生させるためのプラズ
マ発生室と、前記放電プラズマから引き出した電子ビー
ムを加速するための加速室と、加速された電子ビームに
よって反応ガスをプラズマ化して被処理体に処理を施す
ための反応室とを備え、前記加速室に設けられた加速用
電極の中心に形成された通過孔を通じて前記反応室内に
電子ビームを入射させる如く構成されたプラズマ処理装
置において、前記加速室の中で電子ビームを拡散するための拡散コイ
ルを設けると共に、前記加速用電極に、前記通過孔を中
心とする同心円上に複数の拡散孔を形成したことを特徴
とする、プラズマ処理装置。
【請求項３】前記拡散孔は、通過孔を中心とする円弧
形状のスリットであることを特徴とする、請求項２に記
載のプラズマ処理装置。
【請求項４】前記拡散コイルは、拡散孔を径方向に挟
んで対向した二重コイルであることを特徴とする、請求
項２又は３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】前記反応室の内側又は外側に、この反応
室内のプラズマの拡散を抑えるための磁界を形成する磁
界形成手段を設けたことを特徴とする、請求項２、３又
は４に記載のプラズマ処理装置。