JPH0822979A - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents
基板処理方法および基板処理装置Info
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- JPH0822979A JPH0822979A JP6177735A JP17773594A JPH0822979A JP H0822979 A JPH0822979 A JP H0822979A JP 6177735 A JP6177735 A JP 6177735A JP 17773594 A JP17773594 A JP 17773594A JP H0822979 A JPH0822979 A JP H0822979A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 基板に照射する中性粒子の運動エネルギーを
低下させて基板に与える損傷を抑制する。中性粒子密度
の向上。基板への入射角度を垂直に揃える。 【構成】 真空容器３にガス導入バルブ１２からＣｌ2
ガスを導入し、石英窓１０を通して導波管１１からマイ
クロ波を導入して、真空容器３の内部にマイクロ波放電
プラズマを発生させる。真空容器２の外側からソレノイ
ド１を用いてマイクロ波の進行方向と直交する向きに磁
場を印加する。これによりＣｌ2 +イオンは磁場に直交す
る面内で円運動を開始する。そしてそこに多く存在する
中性粒子と遭遇して中性化して円軌跡の接線方向に飛び
出す。この中性粒子をスリット６、７を介して被処理基
板４に照射する。
低下させて基板に与える損傷を抑制する。中性粒子密度
の向上。基板への入射角度を垂直に揃える。 【構成】 真空容器３にガス導入バルブ１２からＣｌ2
ガスを導入し、石英窓１０を通して導波管１１からマイ
クロ波を導入して、真空容器３の内部にマイクロ波放電
プラズマを発生させる。真空容器２の外側からソレノイ
ド１を用いてマイクロ波の進行方向と直交する向きに磁
場を印加する。これによりＣｌ2 +イオンは磁場に直交す
る面内で円運動を開始する。そしてそこに多く存在する
中性粒子と遭遇して中性化して円軌跡の接線方向に飛び
出す。この中性粒子をスリット６、７を介して被処理基
板４に照射する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、基板処理方法および基
板処理装置に関し、特に、半導体装置の製造工程等にお
いて用いられる、中性粒子ビームを利用したドライエッ
チング方法等の基板処理方法およびその装置に関するも
のである。
板処理装置に関し、特に、半導体装置の製造工程等にお
いて用いられる、中性粒子ビームを利用したドライエッ
チング方法等の基板処理方法およびその装置に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の製造工程におけるエッチン
グ技術としては現在ドライ法が主流となっており、中で
もＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法と呼ばれる物理的
手段と化学的手段とを併用したエッチング方法が多用さ
れている。これは、例えば、平行平板の電極間にＣＣｌ
2 Ｆ2 等の反応ガスを供給し、一方の電極にＲＦ電圧を
印加して高周波グロー放電によりガスをプラズマ化し、
発生したイオンおよびラジカルにより半導体基板（ウェ
ハ）を処理するものである。
グ技術としては現在ドライ法が主流となっており、中で
もＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法と呼ばれる物理的
手段と化学的手段とを併用したエッチング方法が多用さ
れている。これは、例えば、平行平板の電極間にＣＣｌ
2 Ｆ2 等の反応ガスを供給し、一方の電極にＲＦ電圧を
印加して高周波グロー放電によりガスをプラズマ化し、
発生したイオンおよびラジカルにより半導体基板（ウェ
ハ）を処理するものである。
【０００３】このように従前のドライ法においては、イ
オンを半導体基板に照射するものであるため、基板表面
に入射されたイオンにより絶縁膜にチャージアップが起
こり、膜質の低下を招くという問題がある。また、被処
理基板の形状により電場の乱れが発生して精度の高い加
工ができなかったり、いわゆるマイクロローディング効
果により微細な加工が困難になるという問題もある。
オンを半導体基板に照射するものであるため、基板表面
に入射されたイオンにより絶縁膜にチャージアップが起
こり、膜質の低下を招くという問題がある。また、被処
理基板の形状により電場の乱れが発生して精度の高い加
工ができなかったり、いわゆるマイクロローディング効
果により微細な加工が困難になるという問題もある。
【０００４】そこで、電気的に中性な粒子を用いて基板
処理を行う方式が提案され、開発が進められている。図
２は、この種従来の基板処理装置の概略構成図である。
この従来例では、同図に示すように、イオン源２１内に
ガス供給管２６を通じて希ガスを導入し、マイクロ波導
波管２２より放電管２３内にマイクロ波を供給してイオ
ン源２１内にプラズマを生成し、イオンビーム引き出し
電極２４、２５に正、負の電圧を印加してイオンビーム
を引き出し、真空槽２７内において数１００ｅＶに加速
する。そして、真空槽２７を通過するイオンはその一部
がここで電荷交換反応により中性化された後、中性ビー
ム透過電極２８を透過して試料台３１上の試料３０に衝
突して試料に所定の処理を加える。中性化されなかった
イオンは中性ビーム透過電極により透過が阻止される。
反応性ガス供給口２９からは反応性ガスを供給すること
ができる。なお、この種基板処理装置は、例えば、特開
昭６３−３１８０５８号公報により公知となっている。
処理を行う方式が提案され、開発が進められている。図
２は、この種従来の基板処理装置の概略構成図である。
この従来例では、同図に示すように、イオン源２１内に
ガス供給管２６を通じて希ガスを導入し、マイクロ波導
波管２２より放電管２３内にマイクロ波を供給してイオ
ン源２１内にプラズマを生成し、イオンビーム引き出し
電極２４、２５に正、負の電圧を印加してイオンビーム
を引き出し、真空槽２７内において数１００ｅＶに加速
する。そして、真空槽２７を通過するイオンはその一部
がここで電荷交換反応により中性化された後、中性ビー
ム透過電極２８を透過して試料台３１上の試料３０に衝
突して試料に所定の処理を加える。中性化されなかった
イオンは中性ビーム透過電極により透過が阻止される。
反応性ガス供給口２９からは反応性ガスを供給すること
ができる。なお、この種基板処理装置は、例えば、特開
昭６３−３１８０５８号公報により公知となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の基板処
理方式は以下のような問題を含むものであった。第１
に、前述の方式では、イオンの中性化が真空槽での密度
の小さい残留気体との衝突による電荷交換反応を利用す
るものであるために、十分に高い粒子束密度の中性粒子
ビームが得られなかった。第２に、イオン源から引き出
されたイオンは被加工基板に向かって飛行する途中で発
散する特徴がある。而して、中性化の前後でイオンと中
性粒子の速さと方向は変わることはなく、そして電場や
磁場によって中性粒子の飛行方向は制御できないため、
基板に到達する中性粒子の入射角は基板に対して垂直に
揃えることができなかった。第３に、中性粒子の運動エ
ネルギーが数１００ｅＶになるため、被処理基板に誘起
される損傷が大きくなる。イオンの加速電圧を低くすれ
ば損傷は軽減されるが第２の問題点はさらに悪化するた
め、実用上数１００ｅＶ以下とすることはできない。
理方式は以下のような問題を含むものであった。第１
に、前述の方式では、イオンの中性化が真空槽での密度
の小さい残留気体との衝突による電荷交換反応を利用す
るものであるために、十分に高い粒子束密度の中性粒子
ビームが得られなかった。第２に、イオン源から引き出
されたイオンは被加工基板に向かって飛行する途中で発
散する特徴がある。而して、中性化の前後でイオンと中
性粒子の速さと方向は変わることはなく、そして電場や
磁場によって中性粒子の飛行方向は制御できないため、
基板に到達する中性粒子の入射角は基板に対して垂直に
揃えることができなかった。第３に、中性粒子の運動エ
ネルギーが数１００ｅＶになるため、被処理基板に誘起
される損傷が大きくなる。イオンの加速電圧を低くすれ
ば損傷は軽減されるが第２の問題点はさらに悪化するた
め、実用上数１００ｅＶ以下とすることはできない。
【０００６】したがって、本発明の解決すべき課題は、
平行性が良好で粒子束密度の大きい中性粒子を低エネル
ギーで被処理基板に供給できるようにすることであり、
このことにより、処理速度および加工精度の向上を図る
とともに被処理基板に与える損傷を軽減化しようとする
ものである。
平行性が良好で粒子束密度の大きい中性粒子を低エネル
ギーで被処理基板に供給できるようにすることであり、
このことにより、処理速度および加工精度の向上を図る
とともに被処理基板に与える損傷を軽減化しようとする
ものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明によれば、プラズマイオン源を用い、電荷交
換反応を利用して中性粒子ビームを形成し、これにより
基板を処理する方法において、プラズマに一様な磁場を
印加してイオンを円運動させ、該イオンの円運動の接線
方向に放出される中性粒子を長手方向が磁場に平行なス
リットを介して基板に照射することを特徴とする基板処
理方法、が提供される。そして、好ましくは上記スリッ
トは２重になされる。
に、本発明によれば、プラズマイオン源を用い、電荷交
換反応を利用して中性粒子ビームを形成し、これにより
基板を処理する方法において、プラズマに一様な磁場を
印加してイオンを円運動させ、該イオンの円運動の接線
方向に放出される中性粒子を長手方向が磁場に平行なス
リットを介して基板に照射することを特徴とする基板処
理方法、が提供される。そして、好ましくは上記スリッ
トは２重になされる。
【０００８】
【作用】第１および第３の問題を解決するために、本発
明ではプラズマ領域内で起こる電荷交換反応を利用す
る。中性粒子ビーム形成装置の真空漕内ではプラズマ領
域が最もガス圧が高いためイオンの中性化率が大きくな
る。また、プラズマ領域内ではイオンと同種の中性原
子、分子間の共鳴電荷交換反応も起こるため、それも中
性化率を大きくすることに寄与する。外部磁場乃至外部
電場がなければイオンはプラズマ内でランダムに運動す
るため、中性化の後ではプラズマ領域から全方向に発散
して平行な中性粒子ビームが得られない。ところが、プ
ラズマを一様な磁場中に置くとローレンツ力が向心力と
なってイオンは磁束の回りに円運動を始める。その接線
速度はプラズマのイオン温度で決まる。
明ではプラズマ領域内で起こる電荷交換反応を利用す
る。中性粒子ビーム形成装置の真空漕内ではプラズマ領
域が最もガス圧が高いためイオンの中性化率が大きくな
る。また、プラズマ領域内ではイオンと同種の中性原
子、分子間の共鳴電荷交換反応も起こるため、それも中
性化率を大きくすることに寄与する。外部磁場乃至外部
電場がなければイオンはプラズマ内でランダムに運動す
るため、中性化の後ではプラズマ領域から全方向に発散
して平行な中性粒子ビームが得られない。ところが、プ
ラズマを一様な磁場中に置くとローレンツ力が向心力と
なってイオンは磁束の回りに円運動を始める。その接線
速度はプラズマのイオン温度で決まる。
【０００９】イオンを外部電場で故意に加速しないた
め、イオンの運動エネルギーは数ｅＶ乃至十数ｅＶ程度
である。磁束に垂直な速度成分を持ち、平行な速度成分
を持たないイオンは磁束に垂直な平面内で円運動する。
磁束に平行な速度成分も合わせ持つイオンは螺旋運動し
てプラズマ外に飛び出す。円運動するイオンはその軌道
上の至るところでプラズマ中の原子分子と遭遇して中性
化する。中性化の後、中性粒子は円軌道の接線方向に飛
行する。
め、イオンの運動エネルギーは数ｅＶ乃至十数ｅＶ程度
である。磁束に垂直な速度成分を持ち、平行な速度成分
を持たないイオンは磁束に垂直な平面内で円運動する。
磁束に平行な速度成分も合わせ持つイオンは螺旋運動し
てプラズマ外に飛び出す。円運動するイオンはその軌道
上の至るところでプラズマ中の原子分子と遭遇して中性
化する。中性化の後、中性粒子は円軌道の接線方向に飛
行する。
【００１０】プラズマ領域と被加工基板の間の隔壁にス
リットを設けておくと、これらの中性粒子をプラズマの
外に取り出すことができる。特に磁場と平行な長手穴を
二重に設けておくと、中性粒子ビームを磁場と直角方向
に帯状に取り出すことができる。これによって第２の問
題点も改善される。この帯状の中性粒子ビームを被処理
基板の半径または直径位置に照射して、被加工基板を回
転させることにより、あるいは被処理基板をビームに対
し垂直方向に移動させることにより基板の全面に中性粒
子を照射することができる。
リットを設けておくと、これらの中性粒子をプラズマの
外に取り出すことができる。特に磁場と平行な長手穴を
二重に設けておくと、中性粒子ビームを磁場と直角方向
に帯状に取り出すことができる。これによって第２の問
題点も改善される。この帯状の中性粒子ビームを被処理
基板の半径または直径位置に照射して、被加工基板を回
転させることにより、あるいは被処理基板をビームに対
し垂直方向に移動させることにより基板の全面に中性粒
子を照射することができる。
【００１１】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は、本発明の一実施例の基板処理装置
を示す概略構成図である。この実施例は、Ｃｌ2 ビーム
によりシリコン等をエッチングする場合のものである。
真空容器３にガス導入バルブ１２からＣｌ2 ガスを導入
し、石英窓１０を通して導波管１１からマイクロ波を導
入して、真空容器３の内部にマイクロ波放電プラズマを
発生させる。真空容器３とそれを覆う真空容器２はそれ
ぞれ独立に真空ポンプ９と真空ポンプ８で排気される。
て説明する。図１は、本発明の一実施例の基板処理装置
を示す概略構成図である。この実施例は、Ｃｌ2 ビーム
によりシリコン等をエッチングする場合のものである。
真空容器３にガス導入バルブ１２からＣｌ2 ガスを導入
し、石英窓１０を通して導波管１１からマイクロ波を導
入して、真空容器３の内部にマイクロ波放電プラズマを
発生させる。真空容器３とそれを覆う真空容器２はそれ
ぞれ独立に真空ポンプ９と真空ポンプ８で排気される。
【００１２】真空容器２の外側からソレノイド１を用い
てマイクロ波の進行方向と直交する向きに磁場を印加す
る。磁束密度が０．０３８Ｔの時、１０ｅＶの並進エネ
ルギーのＣｌ2 +イオンは磁場に直交する面内で半径１０
cmの円軌道を描き、中性化して塩素分子となるとその接
線方向に飛び出す。
てマイクロ波の進行方向と直交する向きに磁場を印加す
る。磁束密度が０．０３８Ｔの時、１０ｅＶの並進エネ
ルギーのＣｌ2 +イオンは磁場に直交する面内で半径１０
cmの円軌道を描き、中性化して塩素分子となるとその接
線方向に飛び出す。
【００１３】磁場の方向と平行に開けた長さ２０cmのス
リット６からプラズマ領域外に出た幅２０ｃｍのＣｌ2
ビームを、さらに同様のスリット７を用いて帯状の中性
粒子ビームとして切り出し、８インチのシリコン基板４
の直径方向に照射した。シリコン基板を面内回転機能を
持つ基板保持機構５に保持してエッチングした。このよ
うに、ガス圧の高いプラズマ領域内での電荷交換反応で
生成するＣｌ2 を利用することにより、比較的大きな粒
子束密度の低エネルギーＣｌ2 ビームを得ることがで
き、基板をチャージアップさせることなく３０ｎｍ／ｍ
ｉｎのエッチングレートを得ることができた。ＧａＡｓ
の場合は５０ｎｍ／ｍｉｎのエッチングレートであり、
さらにＳｉＯ2 膜では１０ｎｍ／ｍｉｎのエッチングレ
ートであった。
リット６からプラズマ領域外に出た幅２０ｃｍのＣｌ2
ビームを、さらに同様のスリット７を用いて帯状の中性
粒子ビームとして切り出し、８インチのシリコン基板４
の直径方向に照射した。シリコン基板を面内回転機能を
持つ基板保持機構５に保持してエッチングした。このよ
うに、ガス圧の高いプラズマ領域内での電荷交換反応で
生成するＣｌ2 を利用することにより、比較的大きな粒
子束密度の低エネルギーＣｌ2 ビームを得ることがで
き、基板をチャージアップさせることなく３０ｎｍ／ｍ
ｉｎのエッチングレートを得ることができた。ＧａＡｓ
の場合は５０ｎｍ／ｍｉｎのエッチングレートであり、
さらにＳｉＯ2 膜では１０ｎｍ／ｍｉｎのエッチングレ
ートであった。
【００１４】以上好ましい実施例について説明したが、
本発明は上記実施例に限定されるされるものではなく、
本願発明の要旨を逸脱しない範囲内において各種の変更
が可能である。例えば、実施例では、ハロゲン分子の中
性粒子を用いてエッチングを行う例について説明した
が、希ガス原子の中性粒子を基板に照射するようにし別
途反応性ガスを供給するようにしてもよい。また、本発
明はエッチング装置に有利に適用されるが、これに限定
されるものではなく、洗浄装置や成膜装置等の他の処理
装置にも適用が可能なものである。
本発明は上記実施例に限定されるされるものではなく、
本願発明の要旨を逸脱しない範囲内において各種の変更
が可能である。例えば、実施例では、ハロゲン分子の中
性粒子を用いてエッチングを行う例について説明した
が、希ガス原子の中性粒子を基板に照射するようにし別
途反応性ガスを供給するようにしてもよい。また、本発
明はエッチング装置に有利に適用されるが、これに限定
されるものではなく、洗浄装置や成膜装置等の他の処理
装置にも適用が可能なものである。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による基板
処理方法および装置は、プラズマイオン源に一様の磁場
を印加して円軌道の接線方向の中性粒子を得、これをス
リットを介して被処理基板に照射するものであるので、
シリコン等の半導体材料をチャージアップさせることな
く、極めて低損傷で処理を行うことが可能となる。ま
た、粒子束密度が高まりその基板に対する垂直性が改善
されたことにより、処理速度および加工精度の向上を図
ることができる。
処理方法および装置は、プラズマイオン源に一様の磁場
を印加して円軌道の接線方向の中性粒子を得、これをス
リットを介して被処理基板に照射するものであるので、
シリコン等の半導体材料をチャージアップさせることな
く、極めて低損傷で処理を行うことが可能となる。ま
た、粒子束密度が高まりその基板に対する垂直性が改善
されたことにより、処理速度および加工精度の向上を図
ることができる。
【図１】本発明の一実施例の概略構成図。
【図２】従来例の概略構成図。
１ ソレノイド ２、３ 真空容器 ４ シリコン基板 ５ 基板保持機構 ６、７ スリット ８、９ 真空ポンプ １０ 石英窓 １１ 導波管 １２ ガス導入バルブ ２１ イオン源 ２２ マイクロ波導波管 ２３ 放電管 ２４、２５ イオンビーム引き出し電極 ２６ ガス供給口 ２７ 真空槽 ２８ 中性ビーム透過電極 ２９ 反応性ガス供給口 ３０ 試料台 ３１ 試料
Claims (5)
- 【請求項１】 プラズマイオン源を用い、電荷交換反応
を利用して中性粒子ビームを形成し、これにより基板を
処理する方法において、プラズマに一様な磁場を印加し
てイオンを円運動させ、該イオンの円運動の接線方向に
放出される中性粒子を長手方向が磁場に平行なスリット
を介して基板に照射することを特徴とする基板処理方
法。 - 【請求項２】 前記スリットが２重に設けられているこ
とを特徴とする請求項１記載の基板処理方法。 - 【請求項３】 プラズマ発生手段と、プラズマ発生領域
に一様な磁場を印加してプラズマ中のイオンを円運動さ
せる磁場印加手段と、該イオンの円運動の接線方向の延
長上に長手方向が磁場に平行なスリットが形成された１
乃至複数枚の隔壁と、前記スリットの後方に配置され
た、被処理基板を保持する基板保持機構と、を具備する
ことを特徴とする基板処理装置。 - 【請求項４】 前記プラズマ発生手段が、マイクロ波を
利用したものであることを特徴とする請求項３記載の基
板処理装置。 - 【請求項５】 前記基板保持機構が、面内回転機能また
は前記スリットの長手方向と直角の方向に移動する機能
を有していることを特徴とする請求項３記載の基板処理
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6177735A JPH0822979A (ja) | 1994-07-07 | 1994-07-07 | 基板処理方法および基板処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6177735A JPH0822979A (ja) | 1994-07-07 | 1994-07-07 | 基板処理方法および基板処理装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0822979A true JPH0822979A (ja) | 1996-01-23 |
Family
ID=16036213
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6177735A Pending JPH0822979A (ja) | 1994-07-07 | 1994-07-07 | 基板処理方法および基板処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0822979A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1083894A (ja) * | 1996-07-31 | 1998-03-31 | Toyo Technol Inc | 基板表面を改質するためのプラズマの処理装置および方法 |
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1994
- 1994-07-07 JP JP6177735A patent/JPH0822979A/ja active Pending
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