JPH06181185A - プラズマ表面処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】大口径のウェハを均一に処理できるプラズマ表
面処理装置を提供すること。 【構成】電子ビーム加速用電極８により加速された電子
をプラズマ源ガスに照射してプラズマを生成し、このプ
ラズマによりウェハホルダ４に載置された半導体ウェハ
３をエッチングするプラズマ表面装置において、プラズ
マ源ガスに照射する電子の分布を空間的及び時間的に変
調する電子密度変調用電極９と、この変調に同期してウ
ェハホルダ４に高周波バイアスを印加してプラズマを時
間的に変調する高周波電源Ｖｂとを備えていることを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造に用
いられるプラズマ表面処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピュ−タ−や通信機器の重要
部分には、多数のトランジスタや抵抗等の基本素子を所
望の電気回路機能が得られるようにむすびつけ、これを
１チップ上に集積形成した大規模集積回路（ＬＳＩ）が
多用されている。このため、機器全体の性能は、ＬＳＩ
単体の性能と大きく結びついている。

【０００３】ＬＳＩ単体の性能向上は、集積度を高める
こと、つまり、素子の微細化により実現できるので、パ
ターン寸法の高精度化の要求が高まっており、このた
め、例えば、エッチングの分野では、ウエットエッチン
グに比べて加工精度の高いドライエッチングの重要性が
高まっている。

【０００４】ドライエッチング装置の一つとして、電子
ビームによって反応ガスを励起し、プラズマを発生させ
るタイプのもの（電子ビーム励起プラズマエッチング装
置）がある。この電子ビーム励起プラズマエッチング装
置では、例えば、グロー放電によりプラズマを発生さ
せ、このプラズマ中から電子を引き出し・加速して反応
ガス中に導入し、この電子ビームにより反応ガスを活性
化して高密度のプラズマを発生させ、このプラズマによ
り被処理基体の表面処理を行なっている。この装置で
は、低いイオンエネルギーで高いイオン電流密度が得ら
れ、被処理基体のダメージも少なく、高効率の表面処理
が行なえる。

【０００５】ところで、近年、半導体ウェハが大口径化
される傾向にあり、このため、大面積にわたって均一な
表面処理を行なえる能力を持ったドライエッチング装置
が望まれている。

【０００６】しかしながら、上述した電子ビーム励起プ
ラズマエッチング装置にあっては、電子と反応ガスとの
衝突等により、電子密度分布が電子ビームの進行方向に
沿って減少するものとなるため、プラズマ密度分布も同
様なものとなり、電子ビーム軸に沿って均一な表面処理
ができなくなり、大口径ウェハの均一表面処理という要
求に答えるのが困難であった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来の電
子ビーム励起プラズマエッチング装置では、プラズマ密
度分布が電子ビームの進行方向に沿って減少するものと
なるため、電子ビーム軸に沿って均一な表面処理ができ
なくなり、この結果、大口径のウェハ表面を均一に処理
するのが困難であるという問題があった。

【０００８】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、大面積の被処理基体を
均一に表面処理できるプラズマ表面処理装置を提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のプラズマ表面処理装置（請求項１）は、
被処理基体が収容され、プラズマ源ガスが導入される表
面処理室と、電子を生成する電子生成手段と、前記電子
を加速し、この加速された電子を前記プラズマ源ガスに
照射して、プラズマを生成するプラズマ生成手段と、前
記プラズマ源ガスに照射される電子の分布を空間的に変
調する電子分布変調手段と、この変調に同期して前記加
速された電子の照射により生成される前記プラズマの分
布を空間的に変調するプラズマ分布変調手段とを備えた
ことを特徴とする。

【００１０】なお、前記電子分布変調手段は、前記電子
の軌道上に設けられると共に、前記電子の進行方向の電
界が周期的に変化するように交流電圧が印加された１対
の格子状の電極からなるものが好ましい（請求項２）。

【００１１】また、本発明の他のプラズマ表面処理装置
（請求項３）は、被処理基体が収容され、プラズマ源ガ
スが導入される表面処理室と、電子を生成する電子生成
手段と、前記電子を加速し、この加速された電子を前記
プラズマ源ガスに照射して、プラズマを生成するプラズ
マ生成手段と、前記被処理基体上の前記電子の軌道を磁
気的に変調する電子軌道変調手段とを備えたことを特徴
とする。

【００１２】なお、前記電子軌道変調手段は、前記被処
理基体の表面に対して垂直な方向の磁場を発生する磁場
発生手段と、前記被処理基体の表面に対して平行な方向
に前記電子を運動させて前記被処理基体上に導く電子導
入手段とからなるものが好ましい（請求項４）。

【００１３】

【作用】本発明のプラズマ表面処理装置（請求項１，
２）によれば、電子分布変調手段により、被処理基体上
のプラズマ源ガスに照射される電子の分布がある時間だ
けに一様且つ高密度になるように制御される。そして、
プラズマ分布変調手段により、前記時間のときだけ前記
被処理基体上に前記電子の照射により生成されるプラズ
マが存在するように制御される。したがって、前記被処
理基体上に一様且つ高密度のプラズマ分布が形成される
ため、被処理基体が大面積の場合でも、一様な表面処理
が行なえる。

【００１４】また、本発明の他のプラズマ表面処理装置
（請求項３，４）によれば、電子軌道変調手段によっ
て、電子とプラズマ源ガスとの衝突等の相互作用が行な
われる領域を制御できる。すなわち、電子軌道変調手段
により、被処理基体上に一様な分布のプラズマが生成で
きるように電子の軌道を変調できるので、大面積の被処
理基体を用いても前記被処理基体の表面を一様に処理で
きる。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図１は、本発明の第１の実施例に係る電子ビーム励
起プラズマエッチング装置の概略構成を示す模式図であ
る。

【００１６】この電子ビーム励起プラズマエッチング装
置は、大きく分けて、放電を起こし、プラズマを生成す
るための放電領域２０と、プラズマ中の電子を引き出し
て加速するための加速領域２１と、反応性ガスに電子を
照射してプラズマを生成するための反応領域２２との３
つの領域に区分されている。

【００１７】図中、１は密閉容器を示しており、この密
閉容器１はステンレス等の材料からなり円筒状に形成さ
れている。密閉容器１内の一方の端部には、その中央部
分にプラズマ生成用ガス、例えば、Ａｒガス等の放電用
ガスを導入するための放電用ガス導入孔２ａを備えた円
筒状のカソード電極２が突出して設けられている。この
カソード電極２は抵抗体Ｒｄを介して放電用電源Ｖｄの
負極側に接続されている。

【００１８】また、密閉容器１内のカソード電極２との
反対側の領域、つまり、反応領域２２には、半導体ウェ
ハ３を載置・保持するためのウェハホルダ４が配置され
ており、このウェハホルダ４は高周波電源Ｖｂに接続さ
れている。

【００１９】上記ウェハホルダ４とカソード電極２との
間の領域には、カソード電極２側から順に、それぞれ中
央部に貫通孔を有する第１の中間電極５，第２の中間電
極６，アノード電極７及び電子ビーム加速用電極８が同
軸的に設けられている。上記第１の中間電極５，第２の
中間電極６は、グロー放電を低電圧で発生させるための
ものである。また、電子ビーム加速用電極８とウェハホ
ルダ４との間の領域には高周波電源Ｖｍに接続された格
子状（メッシュ状）の電子分布密度変調用電極９が設け
られている。

【００２０】上記カソード電極２，アノード電極７，電
子ビーム加速用電極８及びウェハホルダ４の後方の壁部
１８によって、放電領域２０，加速領域２１，反応領域
２２の３つの領域に区分されている。

【００２１】すなわち、カソード電極２とアノード電極
７との間の領域が放電領域２０、アノード電極７と電子
ビーム加速用電極８との間の領域が加速領域２１、電子
ビーム加速用電極８とウェハホルダ４の後方の壁部１８
との間の領域が反応領域２２となっている。

【００２２】また、第１の中間電極５，第２の中間電極
６、アノード電極７、電子ビーム加速用電極８の外側縁
部で密閉容器１の外部には、中間電極５側から順に環状
の第１のコイル１０〜第４の１３が設けられている。

【００２３】第２の中間電極６とアノード電極７との間
には排気孔１４が設けられ、アノード電極７と電子ビー
ム加速用電極８との間には排気孔１５が設けられ、そし
て、電子ビーム加速用電極８とウェハホルダ４との間に
は排気孔１６及びエッチングガス導入孔１７が設けられ
ている。これら排気孔１４，１５，１６及びエッチング
ガス導入孔１７により差動排気が行なわれ、それぞれの
間の圧力が調整可能となっている。上記の如きに構成さ
れた電子ビーム励起プラズマエッチング装置では次のよ
うにして被処理基体のエッチングを行なう。

【００２４】まず、放電用ガス導入孔２ａから、例え
ば、Ａｒガス等の放電用ガスを密閉容器１内に導入する
と共に、カソード電極２と第１の中間電極５との間の領
域の圧力が、例えば、１．０Ｔｏｒｒ程度になるように
制御する。

【００２５】この状態で放電用電源Ｖｄによりカソード
電極２とアノード電極７との間に所定レベルの電圧を印
加すると、最初、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、この後、グロー放電が第２の
中間電極６，アノード電極７でも生じ、結果として、放
電領域２０の全体でグロー放電が発生し、カソード電極
２を収容する部分にプラズマが生成される。

【００２６】このとき、加速領域２１の圧力は、例え
ば、１０^-4Ｔｏｒｒに維持され、電子ビーム加速用電極
８には可変電源Ｖ_c によって正の電位が印加されてお
り、この電子ビーム加速用電極８により放電領域２０で
発生したプラズマ中から電子が引き出されて反応領域２
２に導入される。ここで、プラズマ中から引き出される
電子の多くは電子分布密度変調用電極９により減速又は
増速される。

【００２７】このとき、エッチングガス導入孔１７か
ら、例えば、Ｃｌ₂ 等のエッチングガスを反応領域２２
内に導入すると共に、排気孔１６からガスを排気して反
応領域２２内の圧力を１０^-4〜１０^-3Ｔｏｒｒ程度に保
持する。

【００２８】また、高周波電源Ｖｂによってウェハホル
ダ４に高周波バイアスを印加することができるようにな
っている。この状態で、電子ビームが反応領域２２内の
エッチングガスに照射されてエッチングガスが活性化さ
れ、高密度のプラズマが生成される。

【００２９】ここで、上述したように、電子分布密度変
調用電極９により、ある電子は減速され、また、ある電
子は増速されるため、電子分布密度変調用電極９の通過
前には一様だった電子の分布密度が、電子分布密度変調
用電極９の通過後には、電子ビームの進行方向に沿って
密度の濃淡が生じる。この様子を図２を用いてより詳し
く説明する。

【００３０】図２に示すように、時間ｔ₀ における電子
分布密度変調用電極９の印加電圧（周期Ｔ）はゼロなの
で、時間ｔ₀ に電子分布密度変調用電極９を通過する電
子は、なんら加速されずに反応領域２２に導入される。

【００３１】そして、時間ｔ₀ が過ぎた後で且つ時間Ｔ
／２以下の期間に電子分布密度変調用電極９を通過する
電子は速度が大きくなる方向に加速される。このとき、
上記期間では、後から電子分布密度変調用電極９を通過
する電子ほど大きく加速されるので、後から来た電子が
前に来た電子を追い越す場合がある。

【００３２】また、時間Ｔ／２が過ぎた後で且つ時間Ｔ
未満の期間に電子分布密度変調用電極９を通過する電子
は速度が小さくなる方向に加速される。このとき、上記
期間では、後から電子分布密度変調用電極９を通過する
電子ほど大きく減速されるので、後から来た電子は前に
来た電子を追い越すことができない。

【００３３】この結果、電子密度分布が進行方向に変化
し、図２に示すように、時間ｔ₁ のときに電子分布密度
変調用電極９からｘ₁ 離れた距離で電子密度が非常に高
くなる。このときの電子ビーム軸上の電子密度は図３の
曲線ａのようになる。なお、横軸は電子密度変調用電極
９からの距離である。

【００３４】従来装置の場合、反応領域の電子密度分布
は、電子とエッチングガスとの衝突や発散磁場の影響に
より、図３の直線ｂに示すように、電子ビームの進行方
向に単調減少するが、本実施例のように、電子に密度変
調をかけることで電子密度分布を操作することができ
る。このため、電子ビーム軸方向の半導体ウェハ３の両
端部の位置をそれぞれｘ₀ ，ｘ₂ とすると、図３の曲線
ａに示すように、半導体ウェハ３上では従来に比べて電
子が一様且つ高密度に存在することになる。

【００３５】この改善された電子密度分布は、所定の周
期で得られることになるが、この周期に同期してウェハ
ホルダ４に高周波バイアスを高周波電源Ｖｂによって印
加してプラズマを変調すれば、電子密度分布の高密度化
及び均一化に追随してプラズマ密度分布も一様且つ高密
度になる。このため、プラズマ密度分布が一様且つ高密
度なときだけエッチングを行なえるので、エッチングレ
ートの均一性を改善できる。したがって、大口径のウェ
ハの場合でもウェハ表面を均一にエッチングできるよう
になる。

【００３６】かくして本実施例によれば、電子密度変調
用電極９によって反応領域２２に導入される電子の速度
を制御することにより、半導体ウェハ３上に一様且つ高
密度の電子密度分布を周期的に形成でき、そして、この
ときだけウェハホルダ４に高周波電圧を高周波電源Ｖｂ
によって印加することにより、半導体ウェハ３上に高密
度且つ一様なプラズマ分布密度を形成でき、もって、大
口径のウェハの場合でもウェハ表面を均一にエッチング
できるようになる。

【００３７】なお、本実施例では、ウェハホルダ４に高
周波バイアスを印加することでプラズマに変調をかけた
が、例えば、反応ガスを断続的に反応領域２２内に供給
するようにしても良い。

【００３８】また、パルス状の紫外光を電子ビームの密
度変調と同期させてプラズマ又は半導体ウェハ３に照射
しても良い。具体的には、例えば、Ｃｌ₂ ガスを用いた
ＳｉやＧａＡｓ等の半導体のエッチングの場合には、紫
外光照射時に半導体表面に光励起キャリアが生成される
ため、Ｃｌラジカルとの間で電荷移動が起こり、エッチ
ングが促進される。このため、電子ビームの密度変調に
より電子ビーム軸上で電子密度分布が均一になる周期と
同期させて紫外光を半導体表面に照射することで、エッ
チングレートの均一性を改善することができる。その
他、プラズマ又は半導体ウェハに刺激を与えることで処
理効率が増大する手段をパルスにして用いても良い。

【００３９】図４は、本発明の第２の実施例に係る電子
ビーム励起プラズマエッチング装置の概略構成を示す模
式図である。また、図５は、図４の電子ビーム励起プラ
ズエッチング装置の上方から見た模式図である。

【００４０】この電子ビーム励起プラズマエッチング装
置は、大きく分けて、放電用ガスをプラズマ化するプラ
ズマ生成部７０と、このプラズマ生成部７０により生成
されたプラズマ中から電子を引き出すと共に、この引き
出された電子を加速する電子加速部７１と、この電子加
速部７１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、被処理基体の表面をプラズマ処理するた
めのプラズマ処理部７２とで構成されている。

【００４１】プラズマ生成部７０は、例えば、ステンレ
ス鋼等の材料を用いて円筒状に形成された密閉容器３１
と、この密閉容器３１の一方の端部に形成されたＡｒ等
のプラズマ生成用の放電ガスを噴出する導入孔３２ａを
有するカソード電極３２と、密閉容器３１の中間部に配
置されたアノード電極３７と、このアノード電極３７と
カソード電極３２との間に配置された第１の中間電極３
５，第２の中間電極３６とで構成されている。

【００４２】第２の中間電極３６とアノード電極３７と
の間には中間室４７が形成されており、この中間室４７
の下部に設けられた排気孔４８の開閉弁４８ａを介して
真空ポンプ（図示せず）が中間室４７に接続され、この
真空ポンプにより中間室４７内が所定の真空度に維持さ
れている。

【００４３】本実施例の電子ビーム励起プラズマエッチ
ング装置では、カソード電極３２とアノード電極３７と
の間が放電領域４０となっており、また、第１及び第２
の中間電極３５，３６とアノード電極３７の外側で密閉
容器３１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４３〜４５が配置されている。

【００４４】電子加速部７１は、プラズマ中から引き出
された電子が加速される加速空間３８と、放電領域４０
のプラズマ中から電子を引き出すと共に、引き出された
電子を加速空間３８内で加速してプラズマ処理部７２の
処理室３３内へ導入する電子ビーム加速電極（以下に加
速電極という）５２ａと、この加速電極５２ａの外側に
配設された磁場形成のための環状コイル５２ｂとで構成
されている。

【００４５】環状コイル５２ｂの内径は約５０ｍｍであ
り、また、加速空間３８の下部に設けられた排気孔４９
に開閉弁４９ａを介して真空ポンプ（不図示）が接続さ
れて加速空間３８内が所定の真空圧に維持されるように
なっている。なお、本実施例では、アノード電極３７と
加速電極５２ａとの間の領域が電子加速領域４１となっ
ている。

【００４６】プラズマ処理部７２は、加速電極５２ａと
環状コイル５２ｂと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３３と、この処理室３３内に配
置された半導体ウエハ３４を水平に載置・保持するサセ
プタ５４と、このサセプタ５４を他の部分と絶縁するた
めの絶縁物４６と、磁界の向きが半導体ウエハ３４と略
垂直の磁界６５を形成する磁界生成用コイル５５ａ，５
５ｂとで構成されている。本実施例では磁界生成用コイ
ル５５ａ下部の領域がプラズマ処理領域４２となる。

【００４７】サセプタ５４は、整合器６１を介して、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３４側に引き込むための高周波電源
６０が接続されている。この高周波電源６０のバイアス
電圧は数ＭＨｚ〜十数ＭＨｚ（具体的には２．３〜１
３．５６［ＭＨｚ］）である。

【００４８】また、ステンレス鋼等からなるサセプタ５
４の本体の上面側周辺には半導体ウエハ３４を固定保持
するためのクランプリングが装着され、また、サセプタ
５４の本体に設けられた冷媒流路にはエチレングリコー
ルと水とを混合した冷媒を供給及び排出するための供給
管５７ａ及び排出管５７ｂが接続され、更に、半導体ウ
エハ３４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ガス或いはＮ₂ ガスの供給・排出
管５８が接続されている。次に上記の如きに構成された
電子ビーム励起プラズマエッチング装置による半導体ウ
ェハのエッチングについて説明する。

【００４９】まず、放電用ガス導入孔３２ａから放電用
ガスを導入すると共に、カソード電極３２と第１の中間
電極３５との間の領域の圧力が例えば１．０Ｔｏｒｒ程
度となるよう排気を行なう。この状態で、カソード電極
３２と、第１及び第２の中間電極３５，３６、アノード
電極３７との間に所定レベルの放電電圧を放電用電圧源
Ｖ₁ により印加してグロー放電を発生させ、放電領域４
０内にプラズマを形成する。

【００５０】第１及び第２の中間電極３５，３６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３２と第１の中間電極３５との間でグロー
放電が生じ、その後、グロー放電が第２の中間電極３
６、アノード電極３７と移行していく。そして、カソー
ド電極３２とアノード電極３７との間で安定したグロー
放電が形成された後、スイッチＳ₁ ，Ｓ₂ をＯＦＦにす
る。

【００５１】上記のようにして生成されたプラズマ中の
電子は、加速用電圧源Ｖ₂ によって所定レベルの電圧が
印加された加速電極５２ａによって加速空間３８内に引
き出され、この引き出された電子は環状コイル５２ｂに
より形成される磁力線によって、半導体ウェハ３４上に
導かれると共に、ガス導入孔６３を介して処理室３３内
に供給される反応ガスＣｌ或いはＡｒを励起する。この
結果、サセプタ５４及び半導体ウエハ３４の上方近傍位
置に分布密度が均一な円板状のプラズマが形成される。
プラズマが円板状になる理由は後述する。そして、サセ
プタ５４に印加される高周波電圧によってプラズマ領域
中から反応ガスやイオン等の反応種が半導体ウェハ３４
に供給される。

【００５２】このようにして生成されたイオンは半導体
ウエハ３４の表面付近のプラズマシース中で加速される
ため、イオン衝撃による反応促進作用により半導体ウエ
ハ３４の表面層が方向性良くエッチングされる。しか
も、半導体ウエハ３４の表面上には分布密度が均一な円
板状のプラズマが形成されるので、半導体ウエハ３４の
口径が大きくても均一なエッチングを行なうことができ
る。また、プラズマの不均一性がないので、ゲート電極
となる導電膜のエッチングのように、薄いゲート絶縁膜
が下地に存在しても、帯電に起因する絶縁膜破壊は生じ
ない。次に円板状のプラズマが形成される理由について
説明する。

【００５３】上記の如く構成された電子ビーム励起プラ
ズマエッチング装置によれば、電子ビーム加速領域４１
から処理室３３に導入される電子ビームは、磁界６５に
より半導体ウェハ３４の中心方向に向くローレンツ力５
６を受けるため、図５に示すように、電子ビーム軌道６
７は半導体ウェハ３４上で円軌道となる。この円の半径
はラーモア半径（Ｒ_L ）と呼ばれ、 Ｒ_L ＝ｍｖ／ｅＢ で表される。ここで、ｍは電子の質量、ｖは電子の速
度、ｅは電子の電荷量、Ｂは磁界強度を示している。

【００５４】ラーモア半径の具体的な大きさは、例え
ば、電子の加速エネルギーを１ｋｅＶとし、磁界を１５
ガウスとすると、約１０ｃｍとなる。なお、図５におい
て、６４はバッフル板と呼ばれ、直径数ｍｍの穴（不図
示）を全体に多数あけたドーナツ状の板であり、プラズ
マが排気口５０側へ伸びていくことを防止している。ま
た、図中、６８はコイル５２ｂにより形成された発散磁
界である。

【００５５】なお、実際の電子ビーム軌道は波線６７で
示す電子ビーム軌道のように１次元的な軌道ではなく、
５２ａのオリフィスの大きさ程度（直径１ｃｍ程度）の
広がりを持つ２次元的なもので、この２次元的な電子ビ
ーム軌道は、更に、発散磁界６８により広げられ、そし
て、加速エネルギーにも分布が生じるため、破線６７に
示す電子ビーム軌道を中心にかなり広がって分布するこ
とになる。

【００５６】したがって、本実施例によれば、実際のプ
ラズマは、半導体ウエハ３４の上方で円板状になり、均
一なプラズマ分布密度が生成され、半導体ウエハ３４の
口径が大きくても均一なエッチングを行なうことができ
る。次の本発明の第３の実施例に係る電子ビーム励起プ
ラズマエッチング装置について説明する。本実施例の電
子ビーム励起プラズマエッチング装置が第２の実施例の
それと異なる点は、磁界強度が半導体ウェハの動径方向
に変化していることにある。

【００５７】すなわち、例えば、電子の加速エネルギー
を１ｋｅＶとし、図６に示すように、半導体ウエハの中
央付近で磁界が一番強く、半導体ウエハの周辺に向かう
ほど磁界が弱くなるような磁界勾配を形成する。この結
果、図７に示すように、処理室に導入される電子ビーム
軌道６７ａは、半導体ウエハ３４上でラーモア半径が徐
々に小さくなるため、螺旋のものとなる。

【００５８】実際の電子ビーム軌道は、前述のように、
電子ビームの幅やエネルギー幅により広がるので、本実
施例によれば、極めて均一なプラズマ分布を形成するこ
とができる。次に本発明の第４の実施例に係る電子ビー
ム励起プラズマエッチング装置について説明する。本実
施例の電子ビーム励起プラズマエッチング装置が第２の
実施例のそれと異なる点は、複数の電子ビームを使用し
ていることにある。

【００５９】即ち、例えば、図８に示すように、半導体
ウェハ３４の近傍の磁界を３０ガウスに設定すると共
に、一方向から平均エネルギー２ｋｅＶの第１の電子ビ
ーム６７₁ を処理室に導入し、他方向から平均エネルギ
ー３．６ｋｅＶの第２の電子ビーム７７₂ を処理室に導
入する。

【００６０】平均エネルギーが大きいほどローレンツ力
は大きくなるので、第２の電子ビーム軌道６７₂ のラー
モア半径（５ｃｍ）の方が第１の電子ビーム軌道６７₁
のそれ（１０ｃｍ）より小さくなる。このため、第１の
電子ビーム軌道６７₁ は半導体ウェハ３４の外側の円軌
道となり、一方、第２の電子ビーム軌道６７₂ のは半導
体ウェハ３４の内側の円軌道となる。

【００６１】本実施例でも、実際の各電子ビーム軌道
は、先の実施例と同様に、電子ビームの幅や、エネルギ
ー幅により広がるので、均一なプラズマ分布が得られ
る。ここでは、２本の電子ビームの場合を例にして説明
したが、３本以上の電子ビームを用いても同様な効果が
得られる。

【００６２】なお、上記第２〜第４の実施例では、磁界
強度、電子ビームのエネルギーは時間的に一定であった
が、これらを変化させても良い。例えば、磁界強度を周
期的に例えば数ｋＨｚのオーダーで振動させることによ
り、ラーモア半径を１０ｃｍから数ｃｍの範囲で連続的
に変化させれば、上記実施例と同様に、半導体ウェハの
表面を均一性良くエッチングできる。

【００６３】また、電子ビームのエネルギーについても
電子加速部７１で数ｋＨｚのオーダーの周期で例えば１
ｋｅＶから数ｋｅＶのエネルギーの範囲で連続的に変化
させ、電子ビーム軌道が１周期の間に半導体ウエハの全
面に覆うようにしても、先の実施例と同様に均一性良く
半導体ウェハの表面をエッチングできる。

【００６４】更にまた、電子の軌道は必ずしも円に限定
されるものではなく、要は、電子と反応性ガスとの衝突
等の相互作用が行なわれる領域が実効的に被処理基体の
全面となり、被処理基体上で一様なプラズマ分布が形成
されるような軌道にすれば良い。なお、本発明は上述し
た実施例に限定されるものではない。

【００６５】例えば、上記実施例では被処理基体に対し
て平行に電子ビームを導入しているが、被処理基体に対
して垂直に導入を行っても良い。この場合、電子ビーム
の軌道面を被処理基体表面に対する垂直軸のまわりに回
転させることが好ましい。

【００６６】このためには、電子ビーム導入方向を中心
軸として、この軸の向きと磁界の向きとが好ましくは垂
直となるように維持しつつ、上記中心軸のまわりに上記
磁界の向きを回転させるようにすれば良い。

【００６７】具体的には、図４に示される実施例の装置
における磁界生成用コイル５５ａ，５５ｂを電子ビーム
導入方向を中心軸として回転させれば良い。この場合、
コイルの代わりに、精度の良い一方向磁界を形成するこ
とのできる永久磁石を用いてこれを回転しても良い。

【００６８】また、上記第１〜第４の実施例では、プラ
ズマ表面処理装置が電子ビーム励起プラズマエッチング
装置の場合について説明したが、本発明は、他のプラズ
マ表面処理装置、例えば、プラズマを用いたＣＶＤ装置
やスパッタ装置等にも適用できる。

【００６９】また、第１〜第４の実施例では、被処理基
体が半導体ウエハの場合について説明したが、本発明
は、他の被処理基体、例えば、ＬＣＤ基板等の場合にも
適用できる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施できる。

【００７０】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、被
処理基体上に密度が一様なプラズマ分布を形成できるの
で、大口径の被処理基体の場合でも、均一性良く被処理
基体の表面処理が行なえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る電子ビーム励起プ
ラズマエッチング装置の構成を示す模式図。

【図２】電子の進行方向に沿って濃度の濃淡が生じる理
由を説明するための図。

【図３】電子密度変調用電極からの距離と電子密度との
関係を示す図。

【図４】本発明の第２の実施例に係る電子ビーム励起プ
ラズマエッチング装置の概略構成を示す模式図。

【図５】図４の電子ビーム励起プラズマエッチング装置
の上方から見た模式図。

【図６】半導体ウェハの中心からの距離と磁界との関係
を示す図。

【図７】図６の電子ビーム励起プラズマエッチング装置
における電子ビーム軌道を示す模式図。

【図８】本発明の第４の実施例に係る電子ビーム励起プ
ラズマエッチング装置を説明するための図。

【符号の説明】

１…密閉容器、２…カソード電極、２ａ…放電用ガス導
入孔、３…半導体ウェハ、４…ウェハホルダ、５…第１
の中間電極、６…第２の中間電極、７…アノード電極、
８…電子ビーム加速用電極、９…電子密度変調用電極、
１０…コイル、１１…コイル、１２…コイル、１３…コ
イル、１４…排気口、１５…排気口、１６…排気口、１
７…エッチングガス導入孔、１８…壁部、１９…、２０
…放電領域、２１…電子ビーム加速領域、２２…反応領
域、３１…密閉容器、３２…カソード電極、３２ａ…導
入孔、３３…処理室、３４…半導体ウェハ、３５…第１
の中間電極、３６…第２の中間電極、３７…アノード電
極、３８…加速空間、３９…電子密度変調用電極、４０
…放電領域、４１…電子ビーム加速領域、４２…プラズ
マ処理領域、４３，４４，４５…コイル、４６…絶縁
物、４７…中間室、４８…排気孔、４８ａ…開閉弁、４
９…排気孔、４９ａ…開閉弁、５０…排気孔、５２ａ…
電子ビーム加速電極、５２ｂ…環状コイル、５４…サセ
プタ、５５ｂ…磁界生成用コイル、５６…ローレンツ
力、５７…サセプタ冷却用配管、５８…供給・排出管、
６０…高周波電源、６１…整合器、６２…シャワーヘッ
ド、６３…ガス導入孔、６４…バッフル板、６５…磁
界、６６…絶縁物、６７，６７ａ…電子ビーム軌道、６
８…発散磁界、７０…プラズマ生成部、７２…プラズマ
処理部、７１…電子加速部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被処理基体が収容され、プラズマ源ガスが
   導入される表面処理室と、 電子を生成する電子生成手段と、 前記電子を加速し、この加速された電子を前記プラズマ
   源ガスに照射して、プラズマを生成するプラズマ生成手
   段と、 前記プラズマ源ガスに照射される電子の分布を空間的に
   変調する電子分布変調手段と、 この変調に同期して前記加速された電子の照射により生
   成される前記プラズマの分布を空間的に変調するプラズ
   マ分布変調手段とを具備してなることを特徴とするプラ
   ズマ表面処理装置。
2. 【請求項２】前記電子分布変調手段は、前記電子の軌道
   上に設けられると共に、前記電子の進行方向の電界が周
   期的に変化するように交流電圧が印加された１対の格子
   状の電極からなることを特徴とする請求項１に記載のプ
   ラズマ表面処理装置。
3. 【請求項３】被処理基体が収容され、プラズマ源ガスが
   導入される表面処理室と、 電子を生成する電子生成手段と、 前記電子を加速し、この加速された電子を前記プラズマ
   源ガスに照射して、プラズマを生成するプラズマ生成手
   段と、 前記被処理基体上の前記電子の軌道を磁気的に変調する
   電子軌道変調手段とを具備してなることを特徴とするプ
   ラズマ表面処理装置。
4. 【請求項４】前記電子軌道変調手段は、前記被処理基体
   の表面に対して垂直な方向の磁場を発生する磁場発生手
   段と、前記被処理基体の表面に対して平行な方向に前記
   電子を運動させて前記被処理基体上に導く電子導入手段
   とからなることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ
   表面処理装置。