JPH05343197A - Plasma equipment - Google Patents
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- JPH05343197A JPH05343197A JP4175915A JP17591592A JPH05343197A JP H05343197 A JPH05343197 A JP H05343197A JP 4175915 A JP4175915 A JP 4175915A JP 17591592 A JP17591592 A JP 17591592A JP H05343197 A JPH05343197 A JP H05343197A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】電子ビーム励起プラズマをシート状に形成する
と共に、プラズマ密度の均一化及び処理精度の向上を図
る。
【構成】電子加速手段22によってプラズマから引込ま
れる電子が照射される処理室3内に、電子を偏平状に圧
縮し移送する磁場形成手段25を配設すると共に、磁場
形成手段25と対向する処理室終端側に磁場集束手段2
6を配設する。磁場形成手段25を、電子加速手段22
により引込まれた電子を偏平状に圧縮する一対の永久磁
石25a,25bと、偏平された電子を偏平面に沿って
移送するソレノイドコイル25cとで構成する。磁場集
束手段26を、磁場集束用磁石26aと、この磁石26
aの磁場集束面側に配置される電子誘導用電極26bと
で構成する。これにより、反応ガスへの電子の照射によ
って励起されるシート状プラズマの面積を大きくするこ
とができ、シート状プラズマのプラズマを高密度で均一
にすると共に、処理精度の向上を図ることができる。
(57) [Abstract] [Purpose] To form an electron beam excited plasma in a sheet shape and to make the plasma density uniform and improve the processing accuracy. A magnetic field forming means 25 for compressing and transferring the electrons into a flat shape is provided in the processing chamber 3 irradiated with the electrons drawn from the plasma by the electron accelerating means 22, and faces the magnetic field forming means 25. Magnetic field focusing means 2 on the terminal side of the processing chamber
6 is provided. The magnetic field forming means 25 is replaced with the electron accelerating means 22.
It is composed of a pair of permanent magnets 25a and 25b for compressing the electrons drawn in by a flat shape and a solenoid coil 25c for transferring the flattened electrons along the flat surface. The magnetic field focusing means 26 includes a magnetic field focusing magnet 26 a and the magnet 26.
It is composed of the electron guiding electrode 26b arranged on the magnetic field focusing surface side of a. Thereby, the area of the sheet-shaped plasma excited by the irradiation of the reaction gas with electrons can be increased, the plasma of the sheet-shaped plasma can be made uniform with high density, and the processing accuracy can be improved.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は電子ビーム励起プラズ
マを使用するプラズマ装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma device using an electron beam excited plasma.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年の半導体デバイスの高性能化、微細
化に伴って半導体ウエハ等の被処理体のプラズマ処理に
おいても微細加工が必要となっており、真空処理室内の
真空度をより低減させた状態で反応ガスのプラズマ化を
より効率的に行う必要性が高まっている。このプラズマ
処理の1つとして、プラズマから電子を引出して加速し
て照射することにより所定の反応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
起式のプラズマ装置が知られており、出願人等は既にこ
の種のプラズマ装置の開発を試みている。2. Description of the Related Art With recent advances in performance and miniaturization of semiconductor devices, fine processing is required also in plasma processing of objects to be processed such as semiconductor wafers, so that the degree of vacuum in the vacuum processing chamber can be further reduced. There is a growing need for more efficient plasma conversion of the reaction gas in the above state. As one of the plasma treatments, electrons are extracted from plasma, accelerated and irradiated to turn a predetermined reaction gas into plasma,
An electron beam excitation type plasma device for treating an object with this plasma is known, and the applicants have already tried to develop a plasma device of this type.
【0003】すなわち、特開平1−105539号公報
に記載のものには、電子ビームプラズマ装置において、
偏向電極を用いて電子ビームを拡散させる例が述べられ
ている。また、特開平1−105540号公報に記載の
ものには、電子ビームプラズマ装置において、磁場打消
し手段を設けて電子ビームを拡散させる例が述べられて
いる。また、特開昭63−190299号公報に記載の
ものには、電子ビームプラズマ装置において、電極対を
スペーサを介して固定する例が述べられている。また、
特開昭64−53422号公報に記載のものには、電子
ビームプラズマ装置において、第1のプラズマによりエ
ッチングガスをプラズマ化する第2のプラズマ手段つに
いて述べられている。That is, the one disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 1-105539 discloses an electron beam plasma apparatus,
An example of using a deflection electrode to diffuse an electron beam is described. Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-105540 discloses an example of an electron beam plasma apparatus in which a magnetic field canceling means is provided to diffuse an electron beam. Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-190299 describes an example of fixing an electrode pair via a spacer in an electron beam plasma apparatus. Also,
Japanese Patent Laid-Open No. 64-53422 discloses a second plasma means for converting an etching gas into plasma by the first plasma in an electron beam plasma apparatus.
【0004】このプラズマ装置は、図5に示すように、
例えばステンレス鋼等により円筒状に形成された密閉容
器1内の一方の端部にアルゴン(Ar)等のプラズマ生
成用の放電ガスを噴出する導入孔2aを有するカソード
電極2を設け、密閉容器1のカソード電極2と反対側の
処理室3の端部に被処理体である半導体ウエハWを保持
するウエハホルダ4を配置した構造となっている。更
に、カソード電極2とウエハホルダ4との間に、カソー
ド電極2側から順に、それぞれ同軸的に中央に通過孔を
有する第1及び第2の中間電極5,6とアノード電極7
を設け、そして、アノード電極7との間に加速空間8を
介して電子ビーム加速電極9を設けている。なお、上記
第1及び第2の中間電極5,6、アノード電極7、電子
ビーム加速電極9の外側で密閉容器1の外側にはそれぞ
れ磁場形成のための環状のコイル13〜16が配置され
ている。また、放電領域10の中間室17、加速空間8
及び処理室3にはそれぞれ排気孔18,19,20が設
けられており、各排気孔18,19,20には図示しな
い真空ポンプが接続されて、中間室17、加速空間8及
び処理室3内が所定の真空圧に維持されるようになって
いる。This plasma device, as shown in FIG.
For example, a cathode electrode 2 having an introduction hole 2a for ejecting a discharge gas for plasma generation such as argon (Ar) is provided at one end of a closed container 1 formed of, for example, stainless steel in a cylindrical shape. The wafer holder 4 for holding the semiconductor wafer W, which is the object to be processed, is arranged at the end of the processing chamber 3 on the side opposite to the cathode electrode 2. Further, between the cathode electrode 2 and the wafer holder 4, in order from the cathode electrode 2 side, first and second intermediate electrodes 5, 6 and an anode electrode 7 are coaxially provided with a through hole in the center.
And an electron beam accelerating electrode 9 between the anode electrode 7 and the accelerating space 8. In addition, outside the first and second intermediate electrodes 5 and 6, the anode electrode 7 and the electron beam accelerating electrode 9, outside the closed container 1, annular coils 13 to 16 for forming a magnetic field are arranged. There is. In addition, the intermediate chamber 17 of the discharge region 10 and the acceleration space 8
And the processing chamber 3 are provided with exhaust holes 18, 19 and 20, respectively, and a vacuum pump (not shown) is connected to each of the exhaust holes 18, 19 and 20, and the intermediate chamber 17, the acceleration space 8 and the processing chamber 3 are connected. The inside is maintained at a predetermined vacuum pressure.
【0005】上記のように構成することにより、アノー
ド電極7及びカソード電極2間に放電電圧V1 を印加
し、放電させることによってカソード電極2を収容する
放電領域10にプラズマが生成される。また、電子ビー
ム加速電圧V2 を加速電極9に印加することによって放
電領域10で生じて電子ビーム加速領域11に送られた
プラズマ中から電子を引出し加速してプラズマ処理領域
12(具体的には処理室3)内に導入し、そして、反応
ガス導入管3aを介して処理室3内に導入される塩素
(Cl)やアルゴン(Ar)等の反応ガスを活性化して
高密度のプラズマを発生させ、半導体ウエハWのプラズ
マ処理を行うことができる。この際、ウエハホルダ4に
直流電圧V3 を印加するか、あるいはウエハホルダ4を
フローティングしてプラズマ中の反応種すなわち反応ガ
ス、イオン及び電子を半導体ウエハWに引込むことによ
ってエッチングレートの向上を図っている。With the above-mentioned structure, a discharge voltage V1 is applied between the anode electrode 7 and the cathode electrode 2 to cause discharge, so that plasma is generated in the discharge region 10 containing the cathode electrode 2. Further, when an electron beam acceleration voltage V2 is applied to the acceleration electrode 9, electrons are extracted from the plasma generated in the discharge region 10 and sent to the electron beam acceleration region 11 to accelerate the plasma treatment region 12 (specifically, the plasma treatment region 12). The reaction gas such as chlorine (Cl) or argon (Ar) introduced into the chamber 3) and introduced into the processing chamber 3 through the reaction gas introduction pipe 3a is activated to generate high density plasma. The plasma processing of the semiconductor wafer W can be performed. At this time, a DC voltage V3 is applied to the wafer holder 4, or the wafer holder 4 is floated to attract reactive species in the plasma, that is, reactive gas, ions and electrons to the semiconductor wafer W to improve the etching rate.
【0006】また、この種のプラズマ装置において、プ
ラズマ密度を一様にするために処理室3内に導入される
電子ビームの両側に角形の永久磁石を配置し、この永久
磁石の磁力線によってプラズマを圧縮して拡げて偏平状
すなわちシート状にする方法も開発されている(特開昭
59−27499号公報参照)。Further, in this type of plasma apparatus, prismatic permanent magnets are arranged on both sides of the electron beam introduced into the processing chamber 3 in order to make the plasma density uniform, and the magnetic lines of force of this permanent magnet generate plasma. A method of compressing and expanding to form a flat shape, that is, a sheet shape has also been developed (see JP-A-59-27499).
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
シート状プラズマの生成方法においては、磁場中の放電
で生成された円柱プラズマを一対の矩形状永久磁石で圧
縮して拡げることによりある程度の厚さ及び面積を有す
るシートプラズマを生成することは可能であるが、広い
範囲に亘って均一なシート状プラズマを得ることはでき
ないばかりか、均一化に相反してプラズマ密度が低下す
るため、例えば半導体ウエハやLCD基板等のような大
きな面積を有する被処理体の高精度の処理の実現は困難
であった。この問題はプラズマエッチング装置以外のC
VD装置、スパッタ装置等のプラズマ装置においても同
様の課題となっている。However, in the conventional sheet-shaped plasma generating method, the cylindrical plasma generated by the discharge in the magnetic field is compressed by the pair of rectangular permanent magnets to be expanded to a certain thickness. It is possible to generate a sheet plasma having a surface area and an area, but it is not possible to obtain a uniform sheet-shaped plasma over a wide range, and the plasma density is lowered against the homogenization. It has been difficult to realize highly accurate processing of an object to be processed having a large area such as an LCD substrate or an LCD substrate. This problem is caused by C
The same problem occurs in plasma devices such as VD devices and sputtering devices.
【0008】この発明は上記事情に鑑みなされたもの
で、電子ビーム励起プラズマを広い範囲に亘ってシート
状にすると共に、その面内のプラズマ密度を均一にして
精度の高い処理を行えるようにしたプラズマ装置を提供
することを目的とするものである。The present invention has been made in view of the above circumstances, and makes it possible to form an electron beam excited plasma in a sheet shape over a wide range and to make the in-plane plasma density uniform to perform highly accurate processing. It is an object of the present invention to provide a plasma device.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明のプラズマ装置は、プラズマから電子を引
出し加速して照射することにより、処理室内に供給され
る所定の反応ガスを励起してプラズマ化し、このプラズ
マにより被処理体の処理を行うプラズマ装置を前提と
し、上記処理室内に電子を引込む電子加速手段と、この
電子加速手段により引込まれた電子を偏平状に圧縮し移
送する磁場形成手段と、この磁場形成手段と対向する上
記処理室終端側に配設される磁場集束手段とを具備し、
上記磁場集束手段を、磁場集束用磁石と、この磁石の磁
場集束面側に配置される電子誘導用電極とで構成してな
るものである。In order to achieve the above object, the plasma device of the present invention excites a predetermined reaction gas supplied into the processing chamber by extracting and accelerating electrons from plasma to irradiate them. Electron accelerating means for drawing electrons into the processing chamber and a magnetic field for compressing and transferring the electrons drawn in by the electron accelerating means on the premise of a plasma device for converting the plasma into plasma and treating the object with the plasma. And a magnetic field focusing means disposed on the terminal side of the processing chamber facing the magnetic field forming means.
The magnetic field focusing means is composed of a magnetic field focusing magnet and an electron guiding electrode arranged on the magnetic field focusing surface side of the magnet.
【0010】この発明において、上記電子加速手段は処
理室内に電子を引込むものであれば、その構造は任意で
よいが、少なくともアノード電極と電子ビーム加速電極
を通過するための磁場を形成する環状コイルを具備する
必要がある。In the present invention, the electron accelerating means may have any structure as long as it can draw electrons into the processing chamber, but an annular coil forming a magnetic field for passing at least the anode electrode and the electron beam accelerating electrode. Must be provided.
【0011】上記磁場形成手段は処理室内に引込まれた
電子を偏平状に圧縮して移送するものであれば、その構
造は任意でよいが、好ましくは磁場形成手段により引込
まれた電子を偏平状に圧縮すべく対峙する一対の永久磁
石と、偏平された電子を偏平面に沿って移送するソレノ
イドコイルとで構成する方がよい。この場合、電子を偏
平状に圧縮する一対の永久磁石は対向する面が同極(N
極)となる矩形状の永久磁石にて形成することができ
る。また、ソレノイドコイルは単数であってもよいが、
電子の移送方向に並列の複数のコイルを具備する方が長
い距離、電子を移送できる点で好ましい。The magnetic field forming means may have any structure as long as it can compress and transfer the electrons drawn into the processing chamber into a flat shape, but the electrons drawn by the magnetic field forming means are preferably flat. It is better to have a pair of permanent magnets facing each other for compression and a solenoid coil for transferring the flattened electrons along the flat surface. In this case, the pair of permanent magnets that compress the electrons into a flat shape have the same pole (N
It can be formed by a rectangular permanent magnet that serves as a pole. Also, the solenoid coil may be single,
It is preferable to have a plurality of coils arranged in parallel in the electron transfer direction because electrons can be transferred over a long distance.
【0012】また、上記磁場集束手段の磁場集束用磁石
は処理室の終端側に配設されて上記磁場形成手段によっ
て偏平状に圧縮されたプラズマの処理室内の終端側を集
束するものであれば任意の磁石でよいが、好ましくは磁
場形成手段の永久磁石の対向面の極と反対極の矩形状永
久磁石にて形成する方がよい。Further, the magnetic field focusing magnet of the magnetic field focusing means is arranged at the end side of the processing chamber so as to focus the end side of the plasma compressed flatly by the magnetic field forming means inside the processing chamber. Although any magnet may be used, it is preferable to use a rectangular permanent magnet having a pole opposite to the pole on the facing surface of the permanent magnet of the magnetic field forming means.
【0013】加えて、上記電子誘導用電極は上記電子加
速手段によって処理室内に引込まれた電子を効率良く偏
平されたシート状のプラズマ領域中に取込むものであれ
ば、電位は一定であってもよいが、好ましくは電位を可
変式とする方がよい。In addition, the electron inducing electrode has a constant potential as long as it is capable of efficiently injecting the electrons drawn into the processing chamber by the electron accelerating means into the flat sheet-like plasma region. However, it is preferable that the potential is variable.
【0014】[0014]
【作用】上記のように構成されるこの発明のプラズマ装
置によれば、電子加速手段によってプラズマ中から処理
室内に電子が引込まれ、引込まれた電子は磁場形成手段
の一対の永久磁石の磁場によって偏平状に圧縮された
後、ソレノイドコイルによって形成される磁力線に沿っ
て偏平面に沿う方向に移送されて、磁場集束手段の磁石
にて集束されると共に、電子誘導用電極の電位によって
シート化されたプラズマ領域中の電子量が増大され、安
定したプラズマ領域が形成される。According to the plasma apparatus of the present invention constructed as described above, electrons are drawn from the plasma into the processing chamber by the electron accelerating means, and the drawn electrons are generated by the magnetic fields of the pair of permanent magnets of the magnetic field forming means. After being compressed into a flat shape, it is transferred in the direction along the flat surface along the lines of magnetic force formed by the solenoid coil, focused by the magnet of the magnetic field focusing means, and formed into a sheet by the potential of the electrode for electron induction. Further, the amount of electrons in the plasma region is increased and a stable plasma region is formed.
【0015】[0015]
【実施例】以下にこの発明の実施例を図面に基いて詳細
に説明する。ここでは、この発明のプラズマ装置をプラ
ズマエッチング装置に適用した場合について、図5に示
した従来のプラズマ装置と同一部分には同一符号を付し
て説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Here, in the case where the plasma device of the present invention is applied to a plasma etching device, the same parts as those of the conventional plasma device shown in FIG.
【0016】図1はこの発明のプラズマ装置の一例の概
略断面図、図2はこの発明における電子加速手段、磁場
形成手段及び磁場集束手段の概略平面図、図3は図2の
側面図が示されている。FIG. 1 is a schematic sectional view of an example of the plasma apparatus of the present invention, FIG. 2 is a schematic plan view of electron accelerating means, magnetic field forming means and magnetic field focusing means of the present invention, and FIG. 3 is a side view of FIG. Has been done.
【0017】この発明のプラズマ装置は、放電用ガスを
プラズマ化するプラズマ生成手段21と、このプラズマ
から電子を引出すと共に引出された電子を加速する電子
加速手段22と、この電子加速手段22により加速され
た電子の照射により反応ガスをプラズマ化してプラズマ
処理を行うプラズマ処理手段23とで主要部が構成され
ている。The plasma apparatus of the present invention has plasma generating means 21 for converting discharge gas into plasma, electron accelerating means 22 for extracting electrons from the plasma and accelerating the extracted electrons, and accelerating by the electron accelerating means 22. The main part is constituted by the plasma processing means 23 which performs plasma processing by converting the reaction gas into plasma by the irradiation of the generated electrons.
【0018】この場合、プラズマ生成手段21は、例え
ばステンレス鋼等により円筒状に形成された装置本体で
ある密閉容器1内の一方の端部にアルゴン(Ar)等の
プラズマ生成用の放電ガスを噴出する導入孔2aを有す
るカソード電極2と、密閉容器1の中間部に配置される
アノード電極7と、このアノード電極7とカソード電極
2との間に配置される第1及び第2の中間電極5,6と
で構成されている。また、第2の中間電極6とアノード
電極7との間に中間室17が形成され、この中間室17
の下部に設けられた排気孔18に開閉弁18aを介して
真空ポンプ(図示せず)が接続されて中間室17内が所
定の真空度に維持されている。In this case, the plasma generating means 21 supplies a discharge gas for plasma generation such as argon (Ar) to one end of the closed container 1 which is a device body formed in a cylindrical shape from stainless steel or the like. A cathode electrode 2 having a jetting introduction hole 2a, an anode electrode 7 arranged in an intermediate portion of the closed container 1, and first and second intermediate electrodes arranged between the anode electrode 7 and the cathode electrode 2. It is composed of 5 and 6. Further, an intermediate chamber 17 is formed between the second intermediate electrode 6 and the anode electrode 7, and the intermediate chamber 17 is formed.
A vacuum pump (not shown) is connected to an exhaust hole 18 provided in the lower part of the intermediate chamber 17 via an opening / closing valve 18a to maintain the inside of the intermediate chamber 17 at a predetermined degree of vacuum.
【0019】なお、カソード電極2とアノード電極7と
の間が放電領域10となっている。また、第1及び第2
の中間電極5,6とアノード電極7の外側で密閉容器1
の外側にはそれぞれ磁場形成のための環状に形成された
コイル13〜15が配置されている。A discharge region 10 is between the cathode electrode 2 and the anode electrode 7. Also, the first and second
A closed container 1 outside the intermediate electrodes 5 and 6 and the anode electrode 7 of
The coils 13 to 15 each formed in an annular shape for forming a magnetic field are arranged outside the coil.
【0020】電子加速手段22は、プラズマ中から引出
された電子が移送する加速空間8と、放電領域10のプ
ラズマ中から電子を引出すと共に引出された加速空間8
内の電子を加速してプラズマ処理手段23の処理室3内
へ導入する電子ビーム加速電極22a(以下に加速電極
という)と、この加速電極22aの外側に配設される磁
場形成のための環状コイル22bとで構成されている。
この場合、環状コイル22bの内径は約50mmに設定さ
れ、8A〜15Aの電流が通電されている。また、加速
空間8の下部に設けられた排気孔19に開閉弁19aを
介して図示しない真空ポンプが接続されて加速空間8内
が所定の真空圧に維持されるようになっている。なお、
アノード電極7と加速電極22aとの間が電子加速領域
11となっている。The electron accelerating means 22 draws out the electrons from the plasma in the discharge region 10 and the accelerating space 8 in which the electrons drawn from the plasma are transferred.
An electron beam accelerating electrode 22a (hereinafter referred to as an accelerating electrode) for accelerating the electrons in the plasma processing means 23 and introducing it into the processing chamber 3 of the plasma processing means 23, and a ring for forming a magnetic field arranged outside the accelerating electrode 22a It is composed of a coil 22b.
In this case, the inner diameter of the annular coil 22b is set to about 50 mm, and a current of 8 A to 15 A is applied. Further, a vacuum pump (not shown) is connected to an exhaust hole 19 provided in the lower portion of the acceleration space 8 via an opening / closing valve 19a so that the inside of the acceleration space 8 is maintained at a predetermined vacuum pressure. In addition,
The electron acceleration region 11 is between the anode electrode 7 and the acceleration electrode 22a.
【0021】一方、プラズマ処理手段23は、電子加速
手段22の加速電極22aと環状コイル22bによって
加速された電子と例えばClガスやArガス等の反応ガ
スとを導入して反応ガスを活性化する処理室3と、この
処理室3内に配置されて被処理体例えば半導体ウエハW
を水平に保持するサセプタ24と、電子加速手段側に配
設されて電子加速手段22から引込まれた電子を偏平状
に圧縮し移送する磁場形成手段25と、磁場形成手段2
5と対向する処理室壁側に配設される磁場集束手段26
とで構成されている。On the other hand, the plasma processing means 23 activates the reaction gas by introducing the electrons accelerated by the accelerating electrode 22a of the electron accelerating means 22 and the annular coil 22b and the reaction gas such as Cl gas or Ar gas. A processing chamber 3 and an object to be processed, such as a semiconductor wafer W, which is disposed in the processing chamber 3.
A susceptor 24 for holding the electron horizontally, a magnetic field forming means 25 arranged on the electron accelerating means side for compressing and transferring the electrons drawn from the electron accelerating means 22 into a flat shape, and a magnetic field forming means 2
The magnetic field focusing means 26 arranged on the wall side of the processing chamber facing the No. 5
It consists of and.
【0022】この場合、磁場形成手段25は、電子加速
手段22から引込まれた円柱状の電子ビームを圧縮すべ
くN極同士を対向させて対峙する一対の断面矩形の棒状
の永久磁石25a,25bと、偏平された電子を有する
プラズマを偏平面に沿って移送する複数(図面では2つ
の場合を示す)のソレノイドコイル25cとで構成され
ている。なお、25dは円筒チャンバである。また、磁
場集束手段26は、磁場形成手段25の永久磁石25
a,25bの対向する面の極(N極)と反対の極(S
極)を処理室内側に向けて配設される断面矩形の棒状の
永久磁石26aと、この永久磁石26aの磁場集束面側
を覆うように配置される例えばステンレス鋼等の非磁性
体にて形成される板状の電子誘導用電極26bとで構成
されている。なおこの場合、磁場形成手段25の永久磁
石25a,25bは、長さ160mm、表面の磁場は約1
〜1.2KGに設定され、磁場集束用永久磁石26a
は、長さ260mm、表面の磁場は1〜1.2KGに設定
され、ソレノイドコイル25cは、長さは約30cmに設
定され、3A(アンペア)の電流が通電されている。ま
た、電子誘導用電極26bには電源26cが接続されて
−100V〜+50Vの電位が印加できるようになって
いる。なお、磁場形成手段25と磁場集束用永久磁石2
6との間がプラズマ処理領域12になっている。In this case, the magnetic field forming means 25 has a pair of rectangular permanent magnets 25a, 25b having a rectangular cross section with N poles facing each other so as to compress the cylindrical electron beam drawn from the electron accelerating means 22. And a plurality of solenoid coils 25c (two are shown in the drawing) for transferring the flattened plasma having electrons along the plane. 25d is a cylindrical chamber. Further, the magnetic field focusing means 26 is the permanent magnet 25 of the magnetic field forming means 25.
a and 25b are opposite poles (N poles) and opposite poles (S poles).
(A pole) is formed of a rod-shaped permanent magnet 26a having a rectangular cross section disposed toward the inside of the processing chamber, and a non-magnetic material such as stainless steel disposed so as to cover the magnetic field focusing surface side of the permanent magnet 26a. And a plate-shaped electron guiding electrode 26b. In this case, the permanent magnets 25a and 25b of the magnetic field forming means 25 have a length of 160 mm and the surface magnetic field is about 1 mm.
~ 1.2 KG, magnetic field focusing permanent magnet 26a
Has a length of 260 mm, the surface magnetic field is set to 1 to 1.2 KG, the solenoid coil 25c is set to a length of about 30 cm, and a current of 3 A (ampere) is applied. Further, a power source 26c is connected to the electron guiding electrode 26b so that a potential of -100V to + 50V can be applied. The magnetic field forming means 25 and the magnetic field focusing permanent magnet 2
A plasma processing region 12 is between 6 and 6.
【0023】したがって、電子加速手段22の環状コイ
ル22b、磁場形成手段25の永久磁石25a,25
b、ソレノイドコイル25c及び磁場集束用永久磁石2
6の各磁力線によって形成される磁場配位は図2及び図
3に示すような磁場Gが形成されるので、電子加速手段
22の加速電極22a及び環状コイル22bによって処
理室内に引込まれた電子は、磁場形成手段25の一対の
永久磁石25a,25bによって偏平状に圧縮した後、
ソレノイドコイル25cによって形成される磁力線に沿
って偏平面に沿う方向に移送され、磁場集束用永久磁石
26にて集束されて、サセプタ24の上方近傍位置にシ
ート状のプラズマ領域を形成する(図4参照)。この
際、電子誘導用電極26bの電位を変化させることによ
ってプラズマ領域中に引込まれる電子の量が増大される
と共に、シート状プラズマ領域外すなわちシート状プラ
ズマ領域の外側及び磁場集束用永久磁石26aの後方の
壁側へのプラズマの回り込みを抑制することができる。Therefore, the annular coil 22b of the electron accelerating means 22 and the permanent magnets 25a, 25 of the magnetic field forming means 25 are used.
b, solenoid coil 25c, and magnetic field focusing permanent magnet 2
Since the magnetic field configuration formed by the magnetic lines of force 6 forms the magnetic field G as shown in FIGS. 2 and 3, the electrons drawn into the processing chamber by the accelerating electrode 22a and the annular coil 22b of the electron accelerating means 22 are After being flatly compressed by the pair of permanent magnets 25a and 25b of the magnetic field forming means 25,
The magnetic field is formed by the solenoid coil 25c and is transferred in the direction along the flat surface and focused by the magnetic field focusing permanent magnet 26 to form a sheet-like plasma region near the susceptor 24 (FIG. 4). reference). At this time, the amount of electrons drawn into the plasma region is increased by changing the potential of the electron inducing electrode 26b, and the outside of the sheet plasma region, that is, the outside of the sheet plasma region and the magnetic field focusing permanent magnet 26a. It is possible to suppress the plasma from wrapping around to the rear wall side.
【0024】なお、サセプタ24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W側に引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MHz〜
十数MHz(具体的には2〜3MHz〜13.56MH
z)である。また、サセプタ24は、例えばステンレス
鋼製のサセプタ本体24aの上面側周辺に半導体ウエハ
Wを固定保持するクランプリング24bを装着し、サセ
プタ本体24aに設けられた冷媒流路24cにエチレン
グリコールと水とを混合した冷媒の供給管27a及び排
出管27bが接続され、更に、半導体ウエハWの載置面
側に設けられたバックサイドガス溜り(図示せず)には
HeガスあるいはN2 ガスの供給・排出管28が接続さ
れている。The susceptor 24 is connected to a high frequency power supply RF for drawing the reactive species (reactive gas, ions and electrons) in the excited plasma to the semiconductor wafer W side. The bias voltage of this high-frequency power supply RF is several MHz
Dozens of MHz (specifically 2-3 MHz-13.56 MH
z). The susceptor 24 is provided with a clamp ring 24b for fixing and holding the semiconductor wafer W around the upper surface side of a susceptor body 24a made of, for example, stainless steel, and ethylene glycol and water are provided in a coolant channel 24c provided in the susceptor body 24a. The supply pipe 27a and the discharge pipe 27b of the mixed refrigerant are connected to each other, and further, He gas or N2 gas is supplied / discharged to / from a backside gas reservoir (not shown) provided on the mounting surface side of the semiconductor wafer W. A pipe 28 is connected.
【0025】次に、上記のように構成されるこの発明の
プラズマ装置の作用について説明する。まず、放電用ガ
ス導入孔2aから放電用ガスを導入し、カソード電極2
と第1の中間電極5との間の圧力が例えば1.0Torr程
度となるよう排気を行った状態で、カソード電極と、第
1及び第2の中間電極5,6、アノード電極7との間に
放電電圧V1 を印加してグロー放電を生起させると、放
電領域10内にプラズマが発生する。この場合、第1及
び第2の中間電極5,6は、グロー放電を低電圧で起り
易くするためのもので、最初にカソード電極2と第1の
中間電極5との間でグロー放電が生じ、その後第2の中
間電極6、アノード電極7と移行していく。カソード電
極2とアノード電極7との間で安定したグロー放電が形
成された後は、スイッチS1 ,S2 をOFFとする。Next, the operation of the plasma device of the present invention configured as described above will be described. First, the discharge gas is introduced through the discharge gas introduction hole 2a, and the cathode electrode 2
Between the cathode electrode and the first and second intermediate electrodes 5, 6 and the anode electrode 7 in a state in which the pressure between the first intermediate electrode 5 and the first intermediate electrode 5 is exhausted to, for example, about 1.0 Torr. When a discharge voltage V1 is applied to generate a glow discharge, plasma is generated in the discharge region 10. In this case, the first and second intermediate electrodes 5 and 6 are for facilitating glow discharge at a low voltage. First, glow discharge occurs between the cathode electrode 2 and the first intermediate electrode 5. Then, the transition is made to the second intermediate electrode 6 and the anode electrode 7. After stable glow discharge is formed between the cathode electrode 2 and the anode electrode 7, the switches S1 and S2 are turned off.
【0026】上記のようにして生成されたプラズマ中の
電子は加速電極22aへの加速電圧V2 の印加によって
加速空間8内に引出され、環状コイル22bにより形成
される磁力線によって加速されて処理室3内へ移送され
る。処理室3内に引込まれた電子は磁場形成手段25の
一対の永久磁石25a,25bによって偏平状に圧縮さ
れた後、ソレノイドコイル25cによって形成される磁
力線によって偏平面に沿って移送されると共に、磁場集
束用永久磁石26aによって終端が集束される。この状
態で電子が処理室3内に供給される反応ガスClあるい
はArを励起してプラズマ化し、そのシート状プラズマ
をサセプタ24及び半導体ウエハWの上方近傍位置に形
成する。この際、電子誘導用電極26bの電位を変化さ
せることによってプラズマ領域中に引込まれる電子の量
が増大されると共に、シート状プラズマ領域外すなわち
シート状プラズマ領域の外側及び磁場集束用永久磁石2
6aの後方の壁側へのプラズマの回り込みが抑制され
て、プラズマ密度が高められる。 そして、サセプタ2
4に印加される高周波電圧によってシート状プラズマ領
域中より反応種すなわち反応ガス、イオン及び電子が引
出され、この反応種が半導体ウエハW表面中のプラズマ
シース中で加速され、イオンビームとして衝突して半導
体ウエハWがエッチングされる。The electrons in the plasma generated as described above are extracted into the accelerating space 8 by the application of the accelerating voltage V2 to the accelerating electrode 22a and are accelerated by the magnetic lines of force formed by the annular coil 22b. Transferred in. The electrons drawn into the processing chamber 3 are flatly compressed by the pair of permanent magnets 25a and 25b of the magnetic field forming means 25, and then transferred along the flat plane by the magnetic lines of force formed by the solenoid coil 25c. The end is focused by the magnetic field focusing permanent magnet 26a. In this state, the electrons excite the reaction gas Cl or Ar supplied into the processing chamber 3 to generate plasma, and the sheet-like plasma is formed at a position near the susceptor 24 and the semiconductor wafer W. At this time, the amount of electrons drawn into the plasma region is increased by changing the potential of the electron inducing electrode 26b, and at the same time, outside the sheet plasma region, that is, outside the sheet plasma region and the magnetic field focusing permanent magnet 2.
The wraparound of the plasma to the rear wall side of 6a is suppressed, and the plasma density is increased. And susceptor 2
Reactive species, that is, reactive gas, ions, and electrons are extracted from the sheet-shaped plasma region by the high-frequency voltage applied to 4, and these reactive species are accelerated in the plasma sheath on the surface of the semiconductor wafer W and collide as an ion beam. The semiconductor wafer W is etched.
【0027】上記のように構成されるプラズマエッチン
グ装置において、電子誘導用電極26bをフローティン
グした場合(比較例)と、電子誘導用電極26bに電位
を与えた場合(実施例)とを比較実験したところ、以下
のような結果が得られた。In the plasma etching apparatus having the above structure, a comparative experiment was conducted between the case where the electron guiding electrode 26b was floated (comparative example) and the case where a potential was applied to the electron guiding electrode 26b (example). However, the following results were obtained.
【0028】実験条件 ・半導体ウエハW:ポリSi ・反応ガス:Ar ・環状コイル22b:8A ・ソレノイドコイル25c:3A ・比較例の電子誘導用電極:フローティング ・実施例の電子誘導用電極26b:0V(処理室3の壁
面に接地) 上記条件の下で実験を行った結果、比較例ではで電子取
込量=3.8A、平均エッチングレート=13.2オン
グストローム(Angstrom)/分(min) であったが、実施例
では電子取込量=5.3〜5.5A、平均エッチングレ
ート=32.3オングストローム(Angstrom)/分(min)
であり、電子取込量において約1.4倍の電子量の増大
が図れ、また、平均エッチングレートにおいては約2.
4倍の増大が図れた。Experimental conditions-Semiconductor wafer W: Poly-Si-Reactive gas: Ar-Circular coil 22b: 8A-Solenoid coil 25c: 3A-Electron induction electrode of the comparative example: Floating-Electron induction electrode 26b of the example: 0V (Grounding on the wall surface of the processing chamber 3) As a result of conducting an experiment under the above conditions, in the comparative example, the electron uptake amount was 3.8 A, the average etching rate was 13.2 angstrom / min (min). However, in the example, the electron uptake amount = 5.3 to 5.5 A, the average etching rate = 32.3 Angstrom / min (min)
Therefore, the electron amount can be increased about 1.4 times, and the average etching rate can be about 2.
A four-fold increase was achieved.
【0029】なお、上記実施例では、この発明のプラズ
マ装置がプラズマエッチング装置に適用される場合につ
いて説明したが、エッチング装置以外にも例えばCVD
装置やスパッタ装置等その他の電子ビーム励起式のプラ
ズマ装置にも適用できることは勿論である。また、上記
実施例では被処理体が半導体ウエハの場合について説明
したが、被処理体は半導体ウエハに限られるものではな
く、例えばLCD基板等についても同様に処理すること
ができる。In the above embodiment, the case where the plasma apparatus of the present invention is applied to the plasma etching apparatus has been described.
It is needless to say that the present invention can be applied to other electron beam excitation type plasma apparatus such as an apparatus and a sputtering apparatus. Further, in the above embodiment, the case where the object to be processed is a semiconductor wafer has been described, but the object to be processed is not limited to the semiconductor wafer, and, for example, an LCD substrate or the like can be processed in the same manner.
【0030】[0030]
【発明の効果】以上に説明したように、この発明のプラ
ズマ装置によれば、上記のように構成されるので、以下
のような効果が得られる。As described above, according to the plasma device of the present invention, which is configured as described above, the following effects can be obtained.
【0031】1)請求項1記載のプラズマ装置によれ
ば、電子加速手段により引込まれた電子を磁場形成手段
によって偏平状に圧縮し移送し、その電子の終端部を磁
場集束手段にて集束すると共に、電子誘導用電極の電位
によって電子を有効に取込むことができるので、被処理
体の径方向に均一で高密度なシート状プラズマを生成す
ることができると共に、処理精度の向上を図ることがで
きる。1) According to the plasma device of the first aspect, the electrons attracted by the electron accelerating means are compressed and transferred by the magnetic field forming means into a flat shape, and the end portions of the electrons are focused by the magnetic field focusing means. At the same time, since electrons can be effectively taken in by the potential of the electrode for electron induction, it is possible to generate a uniform and high-density sheet-shaped plasma in the radial direction of the object to be processed, and to improve the processing accuracy. You can
【0032】2)請求項2記載のプラズマ装置によれ
ば、磁場形成手段を、電子加速手段により引込まれた電
子を偏平状に圧縮すべく対峙する一対の永久磁石と、偏
平された電子を偏平面に沿って移送するソレノイドコイ
ルとで構成するので、広い面積に亘って被処理体の径方
向に均一密度を有するシート状プラズマを生成すること
ができ、大きな被処理体のプラズマ処理を行うことがで
きる。2) According to another aspect of the plasma device of the present invention, the magnetic field forming means has a pair of permanent magnets facing each other to compress the electrons drawn by the electron accelerating means into a flat shape, and the flattened electrons. Since it is composed of a solenoid coil that moves along a plane, it is possible to generate a sheet-shaped plasma having a uniform density in the radial direction of the object to be processed over a large area, and perform plasma processing of a large object to be processed. You can
【図1】この発明のプラズマ装置の一例を示す概略断面
図である。FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of a plasma device of the present invention.
【図2】この発明における電子加速手段、磁場形成手段
及び磁場集束手段を示す概略平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view showing an electron accelerating means, a magnetic field forming means and a magnetic field focusing means in the present invention.
【図3】図2の側断面図である。FIG. 3 is a side sectional view of FIG.
【図4】この発明のプラズマ装置によるシート状プラズ
マ領域の生成状態を示す概略斜視図である。FIG. 4 is a schematic perspective view showing a generation state of a sheet-shaped plasma region by the plasma device of the present invention.
【図5】従来のプラズマ装置を示す概略断面図である。FIG. 5 is a schematic sectional view showing a conventional plasma device.
22 電子加速手段 22a 電子ビーム加速電極 22b 環状コイル 25 磁場形成手段 25a,25b 永久磁石 25c ソレノイドコイル 26 磁場集束手段 26a 磁場集束用永久磁石 26b 電子誘導用電極 26c 電源 22 electron accelerating means 22a electron beam accelerating electrode 22b annular coil 25 magnetic field forming means 25a, 25b permanent magnet 25c solenoid coil 26 magnetic field focusing means 26a magnetic field focusing permanent magnet 26b electron induction electrode 26c power source
───────────────────────────────────────────────────── 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 H01L 21/302 B 8518−4M (72)発明者 三好 元介 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式会 社東芝堀川町工場内 (72)発明者 岡野 晴雄 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 奥村 勝弥 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝多摩川工場内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification number Reference number within the agency FI Technical indication location H01L 21/302 B 8518-4M (72) Inventor Gensuke Miyoshi 72 Horikawa-cho, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Address Stock Company, Toshiba Horikawa-cho Factory (72) Inventor Haruo Okano 1 Komukai Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Corporate Research Institute, Toshiba Research Institute (72) Inventor Katsuya Okumura Komukai, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Toshiba Town No. 1 Inside the Tama River Factory of Toshiba Corporation
Claims (2)
することにより、処理室内に供給される所定の反応ガス
を励起してプラズマ化し、このプラズマにより被処理体
の処理を行うプラズマ装置において、 上記処理室内に電子を引込む電子加速手段と、この電子
加速手段により引込まれた電子を偏平状に圧縮し移送す
る磁場形成手段と、この磁場形成手段と対向する上記処
理室終端側に配設される磁場集束手段とを具備し、 上記磁場集束手段を、磁場集束用磁石と、この磁石の磁
場集束面側に配置される電子誘導用電極とで構成してな
ることを特徴とするプラズマ装置。1. A plasma apparatus for extracting an electron from plasma and accelerating and irradiating the electron to excite a predetermined reaction gas supplied into the processing chamber into plasma, and processing the object to be processed by the plasma. An electron accelerating means for drawing electrons into the processing chamber, a magnetic field forming means for compressing and transferring the electrons drawn by the electron accelerating means into a flat shape, and a magnetic field forming means facing the magnetic field forming means are disposed on the end side of the processing chamber. A plasma apparatus comprising: a magnetic field focusing means, wherein the magnetic field focusing means comprises a magnetic field focusing magnet and an electron guiding electrode disposed on the magnetic field focusing surface side of the magnet.
込まれた電子を偏平状に圧縮すべく対峙する一対の永久
磁石と、偏平された電子を偏平面に沿って移送するソレ
ノイドコイルとで構成してなることを特徴とする請求項
1記載のプラズマ装置。2. The magnetic field forming means comprises a pair of permanent magnets facing each other so as to compress the electrons drawn by the electron accelerating means into a flat shape, and a solenoid coil for transferring the flattened electrons along the flat surface. The plasma device according to claim 1, wherein
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4175915A JP2929150B2 (en) | 1992-06-11 | 1992-06-11 | Plasma equipment |
| KR1019930010670A KR100246116B1 (en) | 1992-06-11 | 1993-06-11 | Plasma processing apparatus |
| US08/074,539 US5413663A (en) | 1992-06-11 | 1993-06-11 | Plasma processing apparatus |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Publications (2)
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|---|---|
| JPH05343197A true JPH05343197A (en) | 1993-12-24 |
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| JP2024528924A (en) * | 2021-08-02 | 2024-08-01 | エムケイエス インストゥルメンツ, インコーポレイテッド | Method and apparatus for generating plasma |
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|---|---|---|---|---|
| JP3106327B2 (en) | 1992-06-11 | 2000-11-06 | 東京エレクトロン株式会社 | Electron beam excited plasma processing equipment |
-
1992
- 1992-06-11 JP JP4175915A patent/JP2929150B2/en not_active Expired - Lifetime
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| JP2024528924A (en) * | 2021-08-02 | 2024-08-01 | エムケイエス インストゥルメンツ, インコーポレイテッド | Method and apparatus for generating plasma |
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| JP2929150B2 (en) | 1999-08-03 |
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