(57)【要約】【発明の課題】  電子陰影効果を制限することができ、高エネルギのイオンまたは電子を生じることなくダメージのないウェハー処理として構成されるプラズマ処理装置および方法を提供すること。【解決手段】  プラズマ処理装置は、プラズマ生成部１００と、処理されるべきウェハー１５が配置されているウェハー処理部２００と、プラズマ生成部およびウェハー処理部を分離する金属グリッド２２と、プラズマ生成部に配置され、電子を放出するためのポーラスシリコン層２７を有する上部電極２１と、ガスを導入するガス導入ユニットと、プロセスガスを導入するためのガス導入口とから構成される。【選択図】      図１
2006114614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ生成機構を含むプラズマ生成部と、
処理されるべきウェハーがウェハーホルダにおける下部電極上に配置されているウェハー処理部と、
前記プラズマ生成部と前記ウェハー処理部を分離し、前記ウェハー処理部に到来する望ましくないイオンと電子を除去するフィルタと、
前記プラズマ生成部に配置され、電子を放出する表面部を有する上部電極と、
前記プラズマ生成部にガスを導入するガス導入ユニットと、
前記ウェハー処理部にプロセスガスを導入するガス導入部と、
を備えるプラズマ処理装置、
【請求項２】
前記上部電極の前記表面部は、ポリシリコン層、ナノ結晶ポリシリコンのポーラス層、極薄いＳｉＯ2層、および薄い金属層を有している請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記上部電極の上の前記薄い金属層と前記フィルタとは、前記フィルタに向かってホット電子を生成し加速するための正のＤＣ電圧が与えられる請求項２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記フィルタは金属グリッドである請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記ポーラスシリコン層は他の物質で置換えられ、当該物質は電界が与えられるとき電子を放出する請求項２〜４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
プラズマ生成機構を含むプラズマ生成部と、
処理されるべきウェハーがウェハーホルダにおける下部電極上に配置されているウェハー処理部と、
前記プラズマ生成部と前記ウェハー処理部とを分離し、前記ウェハー処理部に到来する望ましくないイオンと電子を除去するフィルタと、
赤外線領域から紫外線領域までの光を放射し、前記ウェハー処理部であってかつ前記フィルタと前記下部電極との間の位置に固定される光放射ユニットと、
前記プラズマ生成部にガスを導入するガス導入ユニットと、
前記ウェハー処理部にプロセスガスを導入するガス導入口と、
を備えるプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記光放射ユニットから放射された前記光は励起状態の原子および／またはラジカルと反応してそれらのイオンを生成し、前記下部電極の上に配置されたウェハーは当該イオンの支援で処理される請求項６記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記フィルタは前記プロセスガスを導入するための前記ガス導入口を含む請求項６または７記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記光放射ユニットから放射された前記光は前記ウェハーの表面に対してほとんど平行に進行し、前記ウェハーは前記光に直接に晒されないようにされる請求項６または７記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記光放射ユニットは、固定または可変の周波数のレーザ光を放射する請求光６または７記載のプラズマ処理装置、
【請求項１１】
フィルタによりウェハー処理部から分離されたプラズマ生成部を有する反応容器内で実行されるプラズマ処理方法であり、
前記プラズマ生成部でプラズマを生成するステップと、
前記プラズマに含まれるラジカルのみを前記フィルタを通して前記プラズマ処理部に通過させるステップと、
前記ウェハー処理部で光放射ユニットから放射された光を用いて前記ラジカルの相互作用でイオンを発生するステップと、
前記イオンの支援でウェハーを処理するステップと、
から成るプラズマ処理方法。
【請求項１２】
前記光は前記ウェハーの表面に対し平行であるレーザ光である請求項１１記載のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラズマ処理装置および方法に関し、特に、半導体産業で使用されるドライエッチングまたは成膜プロセスに用いることができる非常に低い電子エネルギを備えたプラズマ処理装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ支援ウェハー処理は、半導体産業上、シリコン（Ｓｉ）基板または他の基板の上に集積回路を製作することにおいて避けられないステップである。いくつかのプラズマの支援プロセス、つまり、ドライエッチング、物理的気相成長（ＰＶＤ）、化学的気相成長（ＣＶＤ）、表面クリーニング等のプロセスが存在する。通常、各プロセスのために要求されるプラズマの属性は異なっており、その結果、一タイプのプラズマは一タイプのウェハー処理のためにのみ用いられる。いくつかのタイプのプラズマが存在する。例えば、ＤＣプラズマ、ｒｆプラズマ、マイクロ波プラズマなどである。これらのプラズマの各々は利点と欠点を持っている。一般的に、低い電子エネルギを有したプラズマは多くのタイプのウェハー処理に有用であり、特にドライエッチングおよびＣＶＤの応用にとって電荷誘導ダメージを減少させるために特に有用である。しかしながら、大部分のプラズマ源での電子加熱のメカニズムのため、電子の温度は相当により高い値に存する。このことは、さらに、ドライエッチング処理に関連して説明される。
【０００３】
プラズマ支援ドライエッチング処理はシリコンウェハーの上に集積回路を作り込むことにおいて避けられないステップである。今まで、このウェハー処理のためいくつかの種類のプラズマ源が存在し、例えば、誘導結合型プラズマ、容量結合型プラズマ、および磁気強化容量結合型プラズマである。薄膜、例えばＳｉＯ2、金属またはポリシリコン（poly-Si）のドライエッチングは、通常、高エネルギのイオンの衝突によって実行されている。エネルギが付与されたイオンを得るために、ウェハーホルダは、ｒｆ電流の適用によって負の自己バイアス電圧が与えられる。エッチングプロセスの間、ほとんど連続的に、エネルギを付与されたイオンがウェハー表面上に衝突する。ウェハー表面におけるこれらのイオンは、電子のフラックス（fluxes）によって中性化される。電子のフラックスは各ｒｆサイクルごとに入ってくる。しかしながら、プラズマ生成機構およびプラズマ源のハードウェアに依存して、イオンと電子のウェハー表面上のフラックスはデバイスにダメージを与える。特に、ＵＬＳＩにおける金属酸化物半導体（ＭＯＳ）のゲート酸化物への電荷誘導ダメージは次第に大きくなる問題である。電子陰影効果（electron-shading effect）によるデバイスのダメージは支配的になり、特に、特徴的なサイズが０．２μｍよりもより小さくなると、特に支配的になる。このことは、図７Ａと図７Ｂを参照して詳細に説明される。
【０００４】
説明を容易にするために、シリコン（Ｓｉ）ウェハーの上に作成されるＭＯＳキャパシタが考察される。図７Ａはパターン化されたフォトレジストを備えるＭＯＳキャパシタ１５０の縦断面図を示し、これはプラズマ支援エッチングが行われる前の状態である。図７Ｂは、エッチングが完了する直前のＭＯＳキャパシタ１５０の縦断面図を示す。このＭＯＳキャパシタ１５０は、フォトレジスト１５１、金属層１５２、およびシリコン（Ｓｉ）層１５４上の誘電体層１５３から構成されている。金属層１５２は、通常、アンテナと呼ばれている。説明のため、フォトレジスト・パターンは線上にあり、フォトレジスト・ラインの間の間隔は０．２０μｍよりも小さいものであると仮定する。
【０００５】
次にデバイスダメージのメカニズムについて説明する。プラズマ支援によるエッチングの間、ウェハーはプラズマ環境の中に置かれている。プラズマ処理装置の図は与えられていない。ウェハーを保持するｒｆ電極はその表面上に負の自己バイアス電圧を発生させるためにｒｆ電流が与えられている。これはウェハー上のシース領域を横切ってより高い電位差を生じさせる原因となる。プラズマ中のイオンは当該シースを横切って加速しウェハー上に衝突する。通常、イオンは低いエネルギを有し、例えばそれらがプラズマ中に存在するときには３ｅＶよりも低いエネルギである。イオンはウェハー表面上のシース領域を通り抜けて加速された後に大きなエネルギを得ることになり、例えば２０ｅＶよりも大きなエネルギである。こうして、ウェハー表面上に衝突するイオンのエネルギは大部分が加速電圧に依存している。その結果は、イオンの軌道はほとんど垂直となり、こうして、それらはラインの間の底の表面に到達することになる。
【０００６】
底の表面上のイオンの衝突は金属アンテナ１５２が正に帯電する原因となる。次のｒｆ周期の間、電子は金属アンテナ１５２の表面に到達することになり、正の電荷を中性化する。シースが弱くなってゼロになると、電子はｒｆ周期ごとにその度ウェハー表面に衝突する。プラズマ中の電子は、通常、各方向においてほとんど均一な速度分布を有している。さらにプラズマにおける電子エネルギはマックスウェル分布を有している。すなわち、高いエネルギー、例えば５０ｅＶのエネルギを有する電子が存在する。さらに、大部分のプラズマ源における平均的な電子エネルギはより高い値、例えば３ｅＶよりも大きい値に存在する。特に、容量結合型のプラズマにおいては、電子エネルギの平均は６ｅＶとほぼ等しい値になり得る。同様にこれらのプラズマにおいて、高エネルギの電子の数は同様に増加し、電子エネルギの分布における高エネルギの裾野部分はより一層延長する。
【０００７】
もしフォトレジスト・ライン（１５１）の間の間隔がより大きいのであるならば、例えば０．４μｍであるならば、エッチングではいかなる問題も生じない。何故ならば、電子のフラックスは金属アンテナ１５２に到達し、正の電荷を中性化するからである。しかしながら、この状態はライン（１５１）の間の間隔がより小さくなると、変化する。この状態は図７Ｂに示されている。たとえライン（１５１）の間の間隔がより小さくなったとしても、イオンは底の表面に到達し、それらの軌道はほとんど垂直なものとして到達する。このことは、金属アンテナ１５２からフォトレジスト１５１への電界という結果をもたらす。電子は、この電界によって加速することができ、溝の底に到達することができる。しかしながら、電子のエネルギがより高いものであれば、それらは電界による加速のため十分な空間と時間を持たず、それら自身の軌道から逸脱することになる。それ故に、ほとんどすべての電子１５６はフォトレジスト１５１に衝突する。より小さい割合の電子（１５５）のみが溝の底１５２ａに到達する。この現象は「電子陰影効果」と呼ばれている。これは金属アンテナ１５２上の正電荷を次第に増加させる原因となる。金属アンテナ１５２上の正電荷が誘電体層１５３のゲート誘電体１５３ａのブレーク電圧を超えるとき、電流はゲート誘電体１５３ａを通して流れる。電子陰影効果および関連するプラズマ誘導ダメージについての詳細な説明は、下記に述べられる非特許文献１，２によって与えられている。
【０００８】
電子陰影効果を避けるために、プラズマにおける電子エネルギはできる限り低くされなければならない。低エネルギの電子、例えば２ｅＶよりも小さいエネルギを有した電子は、電子陰影効果を減じるため、２つの異なる方法において作用する。第１の効果は、電子の低エネルギによって、それらの軌道が、金属アンテナ上の過度なイオンによって生成された正電界により変化させられるということである。それ故に、これらの低エネルギの電子は金属アンテナに到達することができ、その表面を中性化することができる。低エネルギの電子の第２の効果は、それらは、中性の原子または分子について、より高い再結合断面を有するということである。これは、非常に低いエネルギを有する負のイオンを作る。これらの負のイオンは、また、金属アンテナの表面を中性化することに寄与する。
【０００９】
しかしながら、従来のプラズマ源において一般的に避けることができない大きな数の高エネルギの電子が存在し、これにより前述した電子陰影効果を避けることは難しい。
【００１０】
次に、従来のプラズマ源に関する前述の問題の観点から、出願人は２００３年２月１２日に特許出願を行っており、その特許出願は特許文献１に示されるごとくウェハー処理部において実行されるペニングイオン化プロセスを利用するラジカル支援ドライエッチング装置を開示している。加えて、その他の関連する先行技術として、次のような特許文献２が存在する。この特許文献は、シリコン基板、ポーラスシリコン層、Ａｕ薄膜電極、オーミック電極、およびコレクタ電極を備えた冷例電子放出半導体要素を開示している。
【特許文献１】特開２００４−１９３３５９号公報
【特許文献２】特許第３２２６７４５号公報
【非特許文献１】ケー・ハシモト（Ｋ．Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ），「電子陰影効果に起因する電荷ダメージ」，日本応用物理学会，１９９４，３３巻，6013-6018頁
【非特許文献２】ケー・ハシモト（Ｋ．Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ），「プラズマエッチングにおける電荷ダメージの新現象：密なラインアンテナを通してのみの高ダメージ」，日本応用物理学会，１９９３，３２巻，6109-6113頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、電子陰影効果を制限することができ、高エネルギのイオンまたは電子を生じることなくダメージのないウェハー処理として構成されるプラズマ処理装置および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るプラズマ処理装置および方法は、前述の目的を達成するため、次のように構成させる。
【００１３】
プラズマ処理装置は、プラズマ生成機構を含むプラズマ生成部と、処理されるべきウェハーがウェハーホルダにおける下部電極上に配置されているウェハー処理部と、プラズマ生成部およびウェハー処理部を分離しウェハー処理部に到来する望ましくないイオンおよび電子を除去するフィルタと、プラズマ生成部に配置され、電子を放出するための表面部を有する上部電極と、プラズマ生成部にガスを導入するためのガス導入ユニットと、ウェハー処理部にプロセスガスを導入するためのガス導入口とから構成される。
【００１４】
上記のプラズマ処理装置において、好ましくは、上部電極の当該表面部は、ナノ結晶ポリシリコンのポーラス層、非常に薄いＳｉＯ2層、および薄い金属層を有している。
【００１５】
上記のプラズマ処理装置において、好ましくは、上部電極上の薄い金属層とフィルタはフィルタに向かってホット電子（hot electron）を発生させ、かつ加速させるために、正のＤＣ電圧が与えられている。
【００１６】
上記のプラズマ処理装置において、好ましくは、フィルタは金属グリッドである。
【００１７】
上記のプラズマ処理装置において、好ましくは、ポーラスシリコン層は他の異なる物質で置き換えられ、それは電界が与えられるときに電子を放出する。
【００１８】
プラズマ処理装置は、プラズマ生成機構を含むプラズマ生成部と、処理されるべきウェハーがウェハーホルダにおける下部電極の上に配置されるウェハー処理部と、プラズマ生成部とウェハー処理部を分離し、ウェハー処理部に到来する望ましくないイオンおよび電子を除去するフィルタと、赤外線領域から紫外線領域の光を放射し、ウェハー処理部の箇所であってフィルタと下部電極との間に固定される光放射ユニットと、プラズマ生成部にガスを導入するガス導入ユニットと、ウェハー処理部にプロセスガスを導入するガス導入口とから構成される。
【００１９】
上記のプラズマ処理装置において、好ましくは、光放射ユニットから放射された光は、イオンを生成するため励起された状態の原子および／またはラジカルと相互作用を生じ、下部電極上に配置されたウェハーは当該イオンの支援によって処理される。
【００２０】
上記のプラズマ処理装置において、好ましくは、フィルタはプロセスガスを導入するためのガス導入口を含む。
【００２１】
プラズマ処理装置において、好ましくは、光放射ユニットから放射された光は、ウェハーの表面に対してほぼ平行に進行し、ウェハーは直接光に晒されない。
【００２２】
プラズマ処理装置において、好ましくは、光放射ユニットは固定のまたは可変の周波数のレーザ光を放射する。
【００２３】
フィルタによってウェハー処理部から分離されたプラズマ生成部を有する反応容器内において実施されるプラズマ処理方法は、プラズマ生成部においてプラズマを生成するステップと、プラズマ中に含まれるラジカルのみをフィルタを通してウェハー処理部に通過させるステップと、ウェハー処理部における光放射ユニットから放射された光でラジカルの相互作用によりイオンを生成するステップと、当該イオンの支援でウェハーを処理するステップとから構成される。
【００２４】
上記のプラズマ処理方法において、好ましくは、光はウェハー表面に平行であるレーザ光である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に従って、イオン化された原子／分子に十分なエネルギを得るためにのみ電子が加速されるプラズマ処理装置が発明される。電子のエネルギのより高い割合の部分がイオンを作ることに消費されるので、原子／分子およびラジカルの励起状態であって電子が高いエネルギを有しない状態が、結果として生じる。
【００２６】
本発明によれば、ポーラスシリコンに基づくプラズマ処理装置は低エネルギの電子を有したプラズマを生成する。２つのＤＣ電源のみが用いられるので、プラズマ処理装置の構成は簡素となり、より少ないコストで作ることができる。
【００２７】
さらに本発明によるプラズマ処理装置または方法は、そこでは光とガス状のラジカル／励起状態原子との相互作用によってイオンおよび低エネルギの電子が生成され、ダメージのないウェハー処理のために発明される。光のエネルギが、ラジカルまたは励起状態の原子からイオンを作るために消費されるので、生成された電子は必然的に非常に低いエネルギを有することになる。このプロセスは、高エネルギのイオンまたは電子を生成しないので、電子陰影効果とデバイスダメージは取り除かれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下に、図面に従って好ましい実施形態が説明される。実施形態の説明を通して本発明の詳細が明らかにされる。
［実施形態１］
【００２９】
本発明の第１実施形態は図１および図２を参照して説明される。第１の実施形態の縦断面図が図１に示される。図１において、プラズマ処理装置１は基本的にプラズマ生成部１００とウェハー処理部２００とから構成されている。これらの２つの部分１００と２００はプラズマ処理装置１の反応容器またはチャンバ１１を形成する。反応容器１１において、プラズマ生成部１００は上側にあり、ウェハー処理部２００は下側にある。部分１００はプラズマ生成領域（または空間）を作り、他方、部分２００はウェハー処理領域（または空間）を作る。
【００３０】
反応容器１１は電極２１、金属グリッド２２、ウェハーホルダ２３、複数のガス導入口２４、およびガス排出口２５を備えている。金属グリッド２２は、反応容器１１を、前述した２つの部分１００と２００に分離するフィルタとして機能している。金属グリッド２２は多数の開口部または孔を有している。電極２１はプラズマ生成部１００に設けられ、ウェハーホルダ２３、ガス導入口２４、およびガス排出口２５はウェハー処理部２００に設けられている。
【００３１】
処理されるべきウェハー１５は、ウェハー処理部２００におけるウェハーホルダ２３上に設けられた下部電極の上に配置される。
【００３２】
電極２１は、金属プレート２６とポーラスシリコン（Ｓｉ）層２７とから構成されている。ポーラスシリコン層２７は金属プレート２６の下面上に設けられている。電極２１は誘電体物質１２上に配置することにより反応容器１１の他の部分から電気的に絶縁されている。金属プレート２６の厚みは重要な事項ではなく、反応容器１１の内側と外側の間の圧力差に耐える十分な厚みに選択されている。電極２１のために用いられる金属の種類は同様にまた重要ではない。通常、金属としてはアルミニウムが用いられている。金属プレート２６は電気的に接地されており、冷却装置を備えるようにしてもよいし、備えていなくてもよい。通常、このプラズマ処理装置１では金属プレート２６のための冷却装置は必要ではない。その理由は、電極１１は過度な熱を受けないからである。電極１１は、金属プレート２６とポーラスシリコン層２７を通して流れるＤＣ電流に基づき、オーミック加熱によってのみ加熱された状態となる。
【００３３】
ポーラスシリコン層２７は次のように作られる。第１に、金属プレート２６の上に非ドープ・ナノ結晶ポリシリコン層（nc-poly-Si）が堆積させられる。それから、非ドープ・ナノ結晶ポリシリコン層（nc-poly-Si）は、エタノールで希釈化されたＨｆ溶液に置かれることにより陽極酸化される。この陽極酸化プロセスの詳細な内容については、例えば、文献『Ｔ. Ｋｏｍｏｄａ，Ｘ．Ｓｈｅｎｇ，Ｎ．Ｋｏｓｈｉｄａ，「ポーラス多結晶シリコン膜に基づく効率的なかつ安定な表面放出冷カソードの機構」，日本真空科学・技術，Ｂ１７（３），１０７６（１９９９）』に記述されている。
【００３４】
非ドープ・nc-poly-Si層の厚みは重要な事項ではない。しかしながら、この厚みは可能な限り小さくされる。nc-poly-Siにおけるポーラス２７ａの直径および高さは同様にまた重要な事項ではない。
【００３５】
非ドープ・nc-poly-Siは必ずしも金属プレート２６の上に直接的に堆積させる必要はない。その代わりに、ドープ・ポリシリコンを最初に堆積し、そしてその後に非ドープ・nc-poly-Siを堆積させることもできる。さらに、nc-poly-Siをｎ型またはｐ型のシリコン基板上に堆積し、そしてそれから金属プレート２６の下面上にこのシリコン基板を固定することもできる。さらに、ポーラスシリコン層２７を他の異なる物質で置き換えることもできる。これらは、例えば、酸化物またはダイヤモンドのようなカーボンであり、それはポーラスシリコンと同様にふるまうものである。すなわち、電界が与えられたとき、これらの物質は同様にまた真空の中にホット電子を放出する。
【００３６】
ポーラスシリコン層２７の表面上には非常に薄いＳｉＯ2層２８が存在する。この層２８は、通常、酸素雰囲気の下で速い熱的アニーリングを行うことによって作られる。当該薄いＳｉＯ2層２８の表面上では非常に薄い金電極２９が形成される。この金電極２９は、通常、透明な金の層であり、それは可能な限り薄く作られる。次のことが注意されなければならない。たとえ金属プレート２６が電気的に接地されていたとしても、薄い金属層２９は電気的に接地されてはいけないということを注意すべきである。
【００３７】
金属グリッド２２は電極２１の下側で数ｍｍ、通常は１０ｍｍよりも小さい間隔で配置されている。金属グリッド２２は、通常、非常に薄い金属ワイヤで作られた金属メッシュである。金属グリッド２２における矩形の開口部（または孔）の寸法は重要な事項ではない。通常、金属グリッド２２の開口部の寸法はおよそ１×１ｍｍ2、またはそれ以下である。
【００３８】
金電極２９および金属グリッド２２はそれぞれ別々にＤＣ電源１３，１４に接続されている。金電極２９と金属グリッド２２は両方とも正の電圧を与えられている。金属グリッド２２の正電圧は金電極２９上の正電圧よりも大きい。電圧の値は重要な事項ではなく、数十ボルトから数百ボルトの範囲内に存在し得る。
【００３９】
第１実施形態の前述したプラズマ処理装置によれば、第１に、ウェハー処理部２００すなわち反応容器１１は低い圧力になるように真空排気されており、適当なガスが供給され、望ましい低圧力に維持されている。ウェハー処理部２００の内部圧力は重要な事項ではない。通常、５０mTorr（６．６５Ｐａ）よりも低い圧力が大部分のウェハー処理にとって望ましい。
【００４０】
金電極２９と金属グリッド２２は両方とも正電圧を与えられており、金属グリッド２２上の電圧は金電極２９の電圧よりもより高くなっている。金電極２９が正電圧を与えられているとき、電子（ホット電子）はポーラスシリコン層２７から放出され、金電極２９に向って加速される。薄いＳｉＯ2層２８を横切って印加される正電界のため、ホット電子はより高いエネルギーを得て、ＳｉＯ2層２８と金電極２９を通り抜けて真空の中に至っている。
【００４１】
ポーラスシリコン層２７から放出された電子は、その高い正電圧のため金属グリッド２２に向って加速され、エネルギを得る。金属グリッド２２に対して与えられた印加電圧は電子のエネルギを制御する。高エネルギ電子のいくらかは金属グリッド２２上で終了するのに対して、残りの高エネルギ電子は金属グリッド２２の開口部を通過して伝えられ、ウェハー処理部２００におけるガス状の原子／分子をイオン化し、これによりプラズマを作る。当該ガスに応じてイオン化の電位は異なり、例えばアルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ2）、および酸素（Ｏ2）は、それぞれ、イオン化電位として１５．７５ｅＶ、１４．５３ｅＶ、１３．６１ｅＶを有している。もし電子のエネルギがイオン化エネルギを超えるのであるならば、ガス状の原子／分子は当該電子との衝突によってイオン化される。衝突の各々はイオン化プロセスの原因とならないこと、その代わりに電子と原子の衝突は励起された原子または分子のラジカルへの乖離という結果をもたらすということに留意すべきである。従って、電子と原子の衝突の間、衝突故に電子エネルギは消費され、非常に低いエネルギの電子が結果として生じる。ウェハー処理部２００の内部圧力または金属グリッド２２とウェハー１５との間の距離は、各電子が、ウェハー１５に到達する前に、２回の衝突よりも多い衝突を受けることになるように調整される。この技術によってウェハー１５に到達する高エネルギ電子が阻止される。
【００４２】
イオン、励起された原子／分子、およびラジカルは、ウェハーホルダ２３の下部電極１６上に配置されたウェハー１５の表面上に膜を堆積させるために用いることができる。この膜堆積は化学的気相成長と呼ばれている。再び、前述したガス状の種はウェハー表面の薄い層のドライエッチングのためにも用いることができる。ドライエッチングの場合には  ウェハー１５が配置されている下部電極１６には、ウェハー表面上に負の自己バイアスを発生させるためｒｆバイアスが与えられている。下部電極１６のためのｒｆ電源および必要な電気的回路は図において示されていない。
【００４３】
第１実施形態に関して上記で説明された理由のため、プラズマ内には高エネルギ電子は全く存在しない。それ故に背景技術の箇所で説明された電子陰影効果は存在しない。このことはダメージの生じないエッチングプロセスという結果をもたらす。
［実施形態２］
【００４４】
次に、図３を参照して本発明に係るプラズマ処理装置の第２実施形態を説明する。図３に示されたプラズマ処理装置１は同様にまたプラズマ生成部１００とウェハー処理部２００を有している。これらの２つの部分１００および２００はプラズマ処理装置１の反応容器３１を形成している。
【００４５】
フィルタ３２は、反応容器３１において上記の２つの部分１００，２００を分離している。このフィルタ３２は複数の貫通孔３３を有している。加えて、プラズマ処理装置１の反応容器３１は、ウェハーホルダ３４、側壁３５、トッププレート３６、ボトムプレート３７、および排気ポート５２から構成されている。ウェハーホルダ３４はボトムプレート３７上に設けられており、側壁３５は好ましくは円筒形の形状を有している。ウェハー処理部２００の側壁３５上に光放射ユニット６１が設けられている。
【００４６】
プラズマ生成部１００においては容量結合型プラズマ（ＣＣＰ）生成機構が設けられている。プラズマ生成部１００は、ｒｆ電極３８、下面を除いてｒｆ電極３８を覆う誘電体物質３９、ｒｆ電極３８によって定義されるキャビティー４０、フィルタ３２、および側壁３５を有し、これらはプラズマを生成するために用いられる、
【００４７】
ｒｆ電極３８は整合回路４２を通してｒｆ発生器４１からｒｆ電流を供給される。ｒｆ電流の周波数は、この発明の意図した応用に関して重要なことではない。ｒｆ電流の周波数は１０ＭＨｚから３００ＭＨｚの範囲中にあり得る。
【００４８】
ｒｆ電極３８は金属で、通常はアルミニウム（Ａｌ）で作られている。ｒｆ電極３８の中には薄いガスリザーバ４３が設けられている。複数のガス導入口４４はガスリザーバ４３からの材料ガスを前述したプラズマ生成領域としてのキャビティー４０に導入するために作られている。材料ガスは外部からガス導入パイプ５６を経由してガスリザーバ４３に供給される。このガス導入方法は多くの異なるガス導入方法の中の一つである。それ故に、プラズマ生成領域の中にガスを導入するための異なる方法を用いることは可能である。プラズマ生成領域に導入されたガスはいかなるガスであることもできるし、またはガスの組合せであることも可能である。通常、不活性ガス、代表的にはアルゴン（Ａｒ）がプラズマ生成ガスとして用いられる。プラズマ生成領域すなわちキャビティー４０の外部のガス圧力は重要な事項ではなく、１mTorrから大気圧力までの範囲内で変えることができる。ウェハー処理領域内におけるウェハー処理のために要求される圧力は、基本的にプラズマ生成領域すなわちキャビティー４０の内部圧力を決定する。
【００４９】
ｒｆ電極３８の側壁および上面は、反応容器３０の他の部分から電気的に絶縁するために誘電体物質３９によって覆われている。ｒｆ電極３８の直径は重要な事項ではなく、ウェハーの直径に依存して変化する。例えば、ｒｆ電極３８の直径は、もしウェハーの直径が３００ｍｍであるならば、４００ｍｍと同じ程度に大きくすることができる。円筒形の側壁３５の直径も同様にまたウェハーの直径に依存している。図３において符号”ｈ”で示されたプラズマ生成キャビティー４０の高さは、好ましくは１ｃｍから１０ｃｍの範囲内で選択される。
【００５０】
第２実施形態が、容量結合型プラズマの利用に関して説明されたものであるとしても、プラズマを発生させる他の技術、例えば誘導結合型プラズマ、ウェーブ加熱型プラズマ、またはエレクトロン・サイクロトロン・プラズマにも利用できる。プラズマ生成部１００におけるプラズマ生成機構はこの発明では重要なことではない。
【００５１】
プラズマ生成部１００のボトムプレートは金属部材または誘電体部材で作られた前述のフィルタ３２である。代表的にフィルタ３２は誘電体物質で作られている。フィルタ３２の厚みは重要な事項ではなく、１ｍｍから２０ｍｍの範囲において変えることができる。フィルタ３２においては複数の貫通孔３３が存在する。貫通孔３３の直径はおよそ１ｍｍである。フィルタ３２における貫通孔３３の数は重要な事項ではなく、フィルタの直径に応じて変化させることができる。フィルタ３２の直径は、ウェハーの直径よりも大きく、側壁３５の直径まで増加させることができる。プラズマ生成領域の詳細な説明は例えば特開２０００−３４５３４９号公報の文献において見い出すことができる。
【００５２】
ウェハーホルダ３４は、ｒｆ電極４５、誘電体部材４６、外側リング４７、およびホルダ側壁４８によって構成されている。ｒｆ電極４５は金属、代表的にはアルミニウム（Ａｌ）によって作られている。ｒｆ電極の上面上には静電チャック（ＥＳＣ）が設けられている。しかしながら、ｒｆ電極４５のＥＳＣはこのシステムの意図した応用に関しては必須項目ではない。ｒｆ電極４５は、ｒｆ発生器５０から整合回路４９を経由してｒｆ電流が与えられている。ｒｆ電流の周波数は重要な事項ではなく、１００ｋＨｚから１０ＭＨｚの範囲内に存在する。通常、およそ２ＭＨｚという低いｒｆ周波数がｒｆ電極４５に対して本発明の期待する結果を得るため与えられている。
【００５３】
ウェハー処理領域５１に対してプロセスガスまたはプロセスガスの混合物を導入するために複数のガス導入口５３が形成されている。加えて、ウェハー処理領域５１に対して真空排気ポート５２が存在する。
【００５４】
プラズマ生成領域５４すなわちキャビティー４０の円筒形側壁３５はウェハー処理領域５１にまで拡張してもよい。また、これらの２つの領域５１，５４は異なる直径を有した円筒形の側壁を持つこともできる。
【００５５】
光放射ユニット６１において、光源６２は側壁の全周にあってもよいし、またはいくつかの分離した光源６２が側壁の周りに互いに分離した状態で存在してもよい。または光源６２は側壁の２分の１のみに設けるようにし、側壁の他の半分の部分ではキャビティでの衝突光を吸収するように作られ、その結果、ウェハー処理部２００の内部での反射光を最小化することができる。光源６２から放射される光の波長は、広い範囲内に波長が存在するまたは選択された波長のみ存在するような光を放射してもよい。好ましくは、光源は超紫外線領域の光を放射する。
【００５６】
光源６２は好ましくは側壁の背後数ｃｍの位置に配置され、そのため、光放射ユニット６１から到来する直接光がウェハー表面の上にあたることはない。また、平行な光ビームを得るために適当に構成されたレンズを用いることも可能である。当該光ビームはウェハーの表面に対して平行である。さらに光源６２としてレーザ放射源を用いることも可能である。このレーザ光源は好ましくは連続モードまたはパルスモードでリニアな光を放射する。レーザ光源が用いられるとき、好ましくは、それは側壁上の２分の１の上にのみ設けられる。ウェハー表面に対して収束されかつ平行な光ビームを得ることの基本的な意図は、ウェハー表面上に直接光があたるようにしないことである。これはフォト支援によるデバイスダメージをなくすためである。
【００５７】
次に上記のプラズマ処理装置の作用を説明する。第１に、プラズマ生成領域５４すなわちキャビティー４０の中においてガス導入口４４を通してリザーバ４３から導入される適当な材料ガスを用いることによりプラズマが生成される。プラズマ生成領域５１におけるプラズマ内で、イオン、電子、ガス原子、および中性の励起状態にある原子が存在する。プラズマ生成領域５４内のこれらのガス成分はフィルタ３２の貫通孔３３を通ってウェハー処理領域５１に流れる。何故ならば、システム全体がウェハー処理領域５１に配置された真空排気ポート５２を通して排気されるからである。フィルタ３２の貫通孔３３を通してイオンおよび電子が進行するとき、それらは貫通孔３３の側壁の上で結合する。貫通孔３３の高さ、すなわちフィルタ３２の厚み、および貫通孔３３の直径は、当該貫通孔３３の内部でイオンの完全なる再結合のため適当に選択されることになる。すなわちウェハー処理領域５１に到来するイオンまたは原子は存在しない。
【００５８】
いくつかのガスについては全く安定した励起状態が存在する。例えば表１はいくつかのガスについての励起状態とライフタイムのリストを示している。プラズマ生成領域５４内では、多くの数のこれらの励起状態であるガス原子すなわちラジカルが存在している。これらの原子の一部は、貫通孔３３を通り抜けて移動している間に、それらのエネルギを失う。しかしながら、励起された原子のいくらかは生き残り、そしてウェハー処理領域５１に侵入する。
【００５９】
【表１】
2006114614.tif 000003
【００６０】
励起状態の原子すなわちラジカルは、適当な或るエネルギを有した光子の支援によってイオン化される。例えば、Ａｒ４3Ｐ0の励起状態、それのポテンシャルエネルギは１１．７ｅＶであるが、これは３１０ｎｍの波長の光子またはそれよりも短い波長の光子でイオン化され、イオン化に必要な追加的な４ｅＶを供給することができる。このエネルギを備えた光子は、例えばＡｒＦレーザを用いることで、このレーザの波長は１９３ｎｍであるが、容易に得ることができる。このイオン化のプロセスは図４に概念的に示されており、次の方程式によって表すことができる。
【００６１】
Ｘ＊＋ｈυ  →  Ｘ+＋ｅ
【００６２】
ここで、“Ｘ＊”は励起状態のガス原子またはラジカルであり、“ｈυ”は光子のエネルギであり、そして“ｅ”は電子である。このプロセスによって生成された電子は非常に低いエネルギを有している。何故ならば大部分の光子のエネルギが原子またはラジカルから原子を放出するために消費されるからである。
【００６３】
上記のイオン化のメカニズムに加えて、中性状態にあるガス原子またはラジカルは同様にまた偶発的な光子によってイオン化される。しかしながら、このイオン化プロセスは無視することができる。何故ならば、このイオン化のための光子のエネルギーとしては全く不十分だからである。たとえこのイオン化のプロセスが起きたとしても、上記で説明した理由と同じ理由のため、放出された電子は低いエネルギを有しており、光子のエネルギの大部分はガス原子またはラジカルをイオン化するために消費される。
【００６４】
前述したフォト支援イオン化プロセスによって生成されたプラズマはドライエッチングまたは成膜の応用に用いられる。ドライエッチングの応用では、ｒｆ電流はウェハー５５が配置された下側のｒｆ電極３８に供給される。ウェハー表面上の弱いプラズマのため、ウェハー表面上に負の自己バイアスが生成される。もしｒｆ電流の周波数が低く、例えば２ＭＨｚであるならば、ｒｆ電力はウェハー表面上のプラズマの生成に寄与しない。その代わりに、適用されたｒｆ電力はイオンを付勢してこれらのイオンをウェハー５５の表面に加速するために消費する。本来的にイオンは低いエネルギを有している。それ故に、ウェハー表面の上に衝突するイオンのエネルギは、ほとんどｒｆ電極３８の自己バイアス電圧によって決定される。このことは垂直に移動するイオンの軌道を作る。これは曲がることのない垂直な側壁を有する穴および溝をエッチングすることにおいて非常に重要な条件である。
【００６５】
前述したように、ウェハー処理領域５１内の電子は非常に低いエネルギを有している。それ故に、電子はそれほど速く進行しないし、また穴または溝の底において静電界によって穴または溝の底に向かって曲がることもない。このことは当該底の上により高い電子のフラックスをもたらす結果となり、それによって正の電荷の完全なる中性化をもたらす。すなわち、電子陰影効果は全くなくなり、その結果デバイスに対して全く電荷誘導ダメージを生じない。
【００６６】
下部電極３８に対してはより高い周波数のｒｆ電流、たとえば６０ＭＨｚのｒｆ電流を与えることもできるということに留意する必要がある。さらに２つの異なる周波数、１つは高周波数で、他の１つは低周波数の周波数で動作する２つのｒｆ電流を下部電極３８に与えることもできる。いずれのケースにおいても、エッチングは十分に実行することが可能である。しかしながら、下部電極３８に対してより高い周波数のｒｆ電流を与える場合には、プラズマは当該ｒｆ電流の容量結合によって生成される。これは高エネルギ電子を生成することを避けることができず、そのために、電子陰影効果によるデバイスダメージの原因となる。それ故に、このラジカル（プラズマ）支援ドライエッチング装置の主たる条件は、下部電極に与えられるｒｆ電流は、ウェハー処理領域５１内でのプラズマ生成に貢献すべきではないということである。
［実施形態３］
【００６７】
次に本発明の第３の実施形態を図５を参照して説明する。第３実施形態は第２実施形態を拡張したものである。当該第３実施形態において、プラズマ生成部領域５４とウェハー処理領域５１を分離するフィルタ３２の構成は図５に示されるごとく変更されている。フィルタ３２の修正を除いて、すべてのその他のハードウェアは第２実施形態で説明されたものと同じである。
【００６８】
フィルタ３２には金属または誘電体物質、好ましくは誘電体物質によって作られている。フィルタ３２には複数の貫通孔３３が形成されている。加えて、ガスリザーバ７１はフィルタ３２の内部に作られている。このガスリザーバ７１はフィルタ３２で作られた貫通孔３３と重なってはいない。プロセスガスはガス導入口７２を経由してガスリザーバ７１の中に供給される。複数のガス導入口７３はガス処理領域５１に対してプロセスガスを導入するためにガスリザーバ７１からウェハー処理領域５１に作られる。領域５１に対してプロセスガス導入の技術を用いることは、より高い程度でのプロセスガスの解離を防止する。第３実施形態における動作の方法は第２実施形態で説明されたものと同じである。
［実施形態４］
【００６９】
さらに図６を参照して第４実施形態を説明する。ここでは、プラズマは円形の形状に形成されたプラズマ生成領域８０内に誘導結合型機構によって生成される。ｒｆコイル８１はウェハーの高さよりも少し高くかつプラズマ生成領域８０内で配置されている。ｒｆコイル８１は、整合回路８３を通してｒｆ発生器８２によりｒｆ電流が供給されている。このｒｆ電流の動作周波数は重要な事項ではなく、５００ｋＨｚから１００ＭＨｚの範囲で変化することができる。第４実施形態において、前述したフィルタ３２に相当するフィルタ８４は円形の形状をしている。フィルタ８４の上には複数の貫通孔８５が形成されている。シャワーヘッド型のガス導入部口８６は反応容器３１のトッププレート３６の近傍に配置され、これによりプロセスガスまたはガス混合物が導入される。ガスシャワーヘッド８７とトッププレート３６は電気的に接地されている。
【００７０】
前述した修正を除いて、すべての他のハードウェアは第２実施形態で説明されたものと同じである。動作の方法も同様にまたプラズマ生成機構を除いて当該実施形態と同じである。このシステムは同様にまた前述した各実施形態で説明されたものと同じ結果を与えることになる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、半導体産業においてプラズマ誘導ダメージを生じないかつ低電子エネルギでの化学的気相成長プロセスまたはドライエッチングに利用される。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】この図は本発明の第１実施形態の縦断面図である。
【図２】この図は図１に示された電極の拡大縦断面図である。
【図３】この図は本発明の第２実施形態のプラズマ処理装置を示す縦断面図である。
【図４】この図はエネルギレベルとエネルギ状態の推移を示す図である。
【図５】この図は本発明の第３実施形態のプラズマ処理装置を示す縦断面図である。
【図６】この図は本発明の第４実施形態のプラズマ処理装置を示す縦断面図である。
【図７Ａ】この図はエッチング前のＭＯＳキャパシタの縦断面図である。
【図７Ｂ】この図はエッチングが完了する直前のＭＯＳキャパシタの縦断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１    プラズマ処理装置
１５    ウェハー
１６    下部電極
１１    反応容器（チャンバ）
２１    電極
２２    金属グリッド
２３    ウェハーホルダ
２６    金属プレート
２７    ポーラスシリコン（Ｓｉ）層
２８    ＳｉＯ2層
２９    金電極
３１    反応容器
３２    フィルタ
６１    光放射ユニット
６２    光源
【図１】
2006114614.tif 000004
【図２】
2006114614.tif 000005
【図３】
2006114614.tif 000006
【図４】
2006114614.tif 000007
【図５】
2006114614.tif 000008
【図６】
2006114614.tif 000009
【図７Ａ】
2006114614.tif 000010
【図７Ｂ】
2006114614.tif 000011
【外国語明細書】
[Title of the Invention]     Plasma processing system and method
[Technical Field]
[0001]
The present invention relates to plasma processing system and method, and more particularly, plasma processing system and method with very low-electron energy that can be used for dry etching or film deposition processes used in semiconductor industry.
[Background Arts]
[0002]
Plasma assisted wafer processing is an inevitable step in the fabrication integrated circuits on Si or other substrates in semiconductor industry. There are several plasma assisted processes, namely, dry etching, physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), surface cleaning, etc. Usually the plasma properties required for each process are different, so that, one type of plasma is used only for one type of wafer processing. There are several types of plasmas. For example, DC plasmas, rf plasmas, microwave plasmas etc. Each of plasmas has merits and demerits. Generally, plasma with low-electron energy is useful for many types of wafer processing, particularly for dry etching and CVD applications in order to eliminate charge-induced damages. However, due to the electron heating mechanism in most of the plasma sources, the electron temperature lies fairly at a higher value. This is further explained with reference to dry etching processing. 
[0003]
Plasma assisted dry etching process is an inevitable step in the fabrication of integrated circuits on Si wafers. To date there are several kinds of plasma sources for this wafer processing, for example, inductively coupled plasma, capacitively coupled plasma and magnetically enhanced capacitively coupled plasma. The dry etching of thin films, for example SiO2, metal or poly-Si, is usually carried out by high-energy ion bombardment. In order to obtain energized ions, the wafer holder is given a negative self-bias potential by the application of a rf current. During the etching process, almost continuously energized ions bombard on the wafer surface. These ions on the wafer surface are neutralized by electron flux, which comes in every rf cycle. However, depending on the plasma generation mechanism and plasma source hardware, the ion and electron fluxes on the wafer surface cause damages to the devices. Particularly, charge-induced damage to the gate oxide of metal-oxide-semiconductor (MOS) devices in ULSI is an increasing problem. The device damages due to the electron-shading effect becomes dominant, particularly when the feature size gets smaller than 0.2 μm. This will be explained in details with reference to Figs. 7A and 7B.
[0004]
For the ease of explanation, a MOS capacitor fabricated on a Si wafer is considered. Fig. 7A shows a cross sectional diagram of a MOS capacitor 150 with patterned photo-resist and before plasma assisted etching. Fig. 7B shows the cross sectional diagram of the MOS capacitor shown 150 in Fig. 7B just before the etching is completed. This MOS capacitor 150 is comprised of a photo-resist 151, a metal layer 152, and a dielectric layer 153 on a Si layer 154. The metal layer 152 is usually called as an antenna. For the explanation, let us assume these photo-resist patterns are in lines, and the space between photo-resist lines is smaller than 0.20μm.
[0005]
Next, Mechanism of device damage is explained. During the plasma assisted etching, a wafer is placed within a plasma environment. A diagram of the plasma processing system is not given. The wafer holding rf electrode is given a rf current to generate a negative self-bias voltage on its surface. This causes a generation of a higher potential difference across the sheath region over the wafer. Ions in the plasma accelerate across the sheath and bombard on the wafer. Usually, ions have a lower energy, for example, the energy lower that 3 eV, when they are within the plasma. Ions gain large energy after the acceleration through the sheath region on the wafer surface, for example, more than 20 eV. Thus, energy of ions which bombard on the wafer surface is almost depends on the acceleration voltage. The result is that ions' trajectory becomes almost vertical, thus they reach the bottom surfaces between lines.
[0006]
The bombardment of ions on the bottom surface causes the metal antenna 152 gets positively charged. During the next rf cycle, electrons should reach the surface of metal antenna 152 and neutralize the positive charges. Electrons bombard on the wafer surface once in every rf cycle, when the sheath is collapsed to zero. Electrons in the plasma usually have almost a uniform velocity distribution in every direction. Further, electron energy in the plasma has a Maxwellion distribution. That is, there are electrons with high energy, for example, 50 eV. Moreover, the average electron energy in most of the plasma sources lie at a higher value, for example, larger than 3 eV, Particularly, in capacitively coupled plasmas, the average electron energy can be as high as 6 eV. Similarly, in these plasmas, the number of high-energy electrons also gets increased and the high-energy tail of electron energy distribution gets further extends. 
[0007]
If the separation between photo-resist lines (151) is larger, for example 0.4 μm, there may not be any problem in etching. Because, electron fluxes reach the metal antenna 152 and neutralize the positive charge. However, this situation changes when the separation between the lines (151) gets smaller. This situation is shown in Fig. 7B. Even though the separation between the lines (151) gets smaller, ions reach the bottom surface, as their trajectory is almost vertical. This results in an electric field from the metal antenna 152 to the photo-resist 151. Electrons can accelerate by this electric field and reach the bottom of trenches. However, if the electron energy is higher, they do not have sufficient space and time for the acceleration by the electric field and deviate from their own trajectories. Therefore, almost all the electrons 156 bombard on the photo-resist 151; only a smaller fraction of electrons 155 reach the bottom 152a of trenches. This phenomenon is called as "electron-shading effect". This causes a gradual increase of positive charges on the metal antenna 152. When the positive charge on the metal antenna 152 exceeds the breakdown voltage of the gate dielectric 153a of the dielectric layer 153, a current passes through the gate dielectric 153a. This damages the device. A detailed explanation on the electron shading effect and related plasma-induced damages are given by non-patent literatures 1 and 2 described bellow.
[0008]
In order to avoid the electron shading effect, the electron energy in the plasma must be lowered as much as possible. The low energy electrons, for example, electrons with energy smaller than 2 eV function in two different ways to reduce the electron shading effect. The first effect is that due to the lower energy of electrons their trajectory can be changed by the electric field generated by the excess ions on the metal antenna. Therefore, these low energy electrons can reach the metal antenna and neutralize its surface. The second effect of the low energy electrons is that they have a higher recombination cross-section with neutral atoms or molecules. This makes negative ions with very low energy. These negative ions also contribute to neutralize the metal antenna surface. 
[0009]
However, in conventional plasma sources, generally, there are inevitably a large number of high-energy electrons, thus it is difficult to avoid the above-mentioned electron shading effect.
[0010]
Then, in the view of the above-mentioned problems about the conventional plasma source the applicant filed a patent application on February 12, 2003, which discloses radical assisted dry etching system using a penning ionization process carried out in the wafer-processing part, as shown in the patent literature 1. In addition, as another related prior art, there is the following patent literature 2. This patent literature discloses a cold electron emitting semiconductor element provided with a silicon substrate, a porous silicon layer, an Au thin film electrode, an ohmic electrode, and a collector electrode.
[Patent Literature 1]  JP-A-2004-193359
[Patent Literature 2]  JP Patent No. 3226745
[Non-Patent Literature 1]  K. Hashimoto, "Charge damage caused by electron shading effect", Jpn. J. Appl. Phys., 1994, Vol. 33, pp. 6013-6018
[Non-Patent Literature 2]
K. Hashimoto, "New phenomena of charge damage in plasma etching: heavy damage only through dense-line antenna", Jpn. J. Appl. Phys., 1993, Vol. 32, pp. 6109-6113
[Disclosure of the Invention]
[Subject to be solved by the Invention]
[0011]
An object of the present invention is to provide plasma processing system and method capable of limiting the electron-shading effect and configured as the damage-free wafer processing without making high-energy ions or electrons.
[Means to solve the Problem]
[0012]
Plasma processing system and method in accordance with the present invention is configured as follows in order to attain the above-mentioned object.
[0013]
A plasma processing system is comprised of: a plasma-generating part including a plasma-generating mechanism; a wafer-processing part in which a wafer to be processed is placed on a lower electrode in a wafer holder; a filter for separating the plasma-generating part and the wafer-processing part and removing unwanted ions and electrons coming into the wafer-processing part; an upper electrode placed in the plasma-generating part, having a surface section for emitting electrons; a gas inlet unit for introducing a gas into the plasma-generating part; and gas inlets for introducing a process gas into the wafer-processing part.
[0014]
In the above plasma processing system, preferably, the surface section of the upper electrode has a poly-Si layer, a porous layer of nano-crystalline poly-Si, a very thin SiO2 layer and a thin metal layer.
[0015]
In the above plasma processing system, preferably, the thin metal layer on the upper electrode and the filter are given positive DC voltages in order to generate and accelerate hot electrons towards the filter.
[0016]
In the above plasma processing system, preferably, the filter is a metal grid. 
[0017]
In the above plasma processing system, preferably, the porous Si layer is replaced with a different material, which emits electrons when an electric field is applied.
[0018]
A plasma processing system is comprised of: a plasma-generating part including a plasma-generating mechanism; a wafer-processing part in which a wafer to be processed is placed on a lower electrode in a wafer holder; a filter for separating the plasma-generating part and the wafer-processing part and removing unwanted ions and electrons coming into the wafer-processing part; a light emitting unit for emitting light from an infrared region to ultra violet region, which is fixed in the wafer-processing unit and between the filter and the lower electrode; a gas inlet unit for introducing a gas into the plasma-generating part; and gas inlets for introducing a process gas into the wafer-processing part.
[0019]
In the above plasma processing system, preferably, the light emitted from the light emitting unit interact with excited state atoms and/or radicals to generate their ions, and a wafer placed on the lower electrode is processed with the assist of the ions.
[0020]
In the above plasma processing system, preferably, the filter includes the gas inlets for introducing the process gas.
[0021]
In the plasma processing system, preferably, the light emitted from the light emitting unit travels almost parallel to a surface of the wafer and the wafer is not subject to direct expose to light.
[0022]
In the plasma processing system, preferably, the light emitting unit emits a laser light with a fixed or variable frequency.
[0023]
A plasma processing method carried out in a reactor having a plasma-generating part separated from a wafer-generating part by a filter, is comprised of: a step of generating plasma in the plasma-generating part; a step of passing only radicals included in the plasma into the wafer-processing part through the filter; a step of generating ions by interaction of the radicals with light emitted from a light emitting unit in the wafer-processing part, and a step of processing a wafer with the assist of the ions.
[0024]
In the above plasma processing method, preferably, the light is a laser light being parallel to the surface of the wafer.
[Effect of the Invention]
[0025]
The plasma processing system where electrons are accelerated only to gain sufficient energy to ionized atoms/ molecules is invented in accordance with the present invention. Since a higher fraction of electron energy consumes in making ions, excited states of atoms/molecules and radicals, no high-energy electrons are resulted.
[0026]
In accordance with the present invention, the plasma processing system based on porous Si generates a plasma with low-energy electrons. Since only two DC power generators are used, the configuration of the plasma processing system is simple and costs less.
[0027]
Further, the plasma processing system or method in accordance with the present invention, in which ions and low-energy electrons are generated by the interaction of light and gaseous radicals/excited state atoms, is invented for damage-free wafer processing in accordance with the present invention. Since photon energy is consumed to make ions out of radicals or excited-state atoms, the generated electrons inevitably have a very-low energy. Since this process does not generate high-energy ions or electrons, electron shading effect and device damages are eliminated 
[Best Working Example for carrying out the Invention]
[0028]
Hereinafter, preferred working examples will be explained according to the attached drawings. Through the explanation of the working examples, the details of the present invention will be clarified.
[Working Example 1]
[0029]
A first working example of the present invention is explained with reference to Figs. 1 and 2. A cross sectional diagram of the first working example is shown in Fig. 1. In Fig. 1, a plasma processing system 1 is basically comprised of a plasma-generating part 100 and a wafer-processing part 200. These two parts 100 and 200 makes a reactor or chamber 11 of the plasma processing system 1. The plasma-generating part 100 is at upper side and the wafer-processing part 200 is at lower side in the reactor 11. The part 100 makes a plasma-generating region (or space), while the part 200 makes a wafer-processing region (or space).
[0030]
The reactor 11 is provided with an electrode 21, a metal grid 22, a wafer holder 23, a plurality of gas inlets 24 and gas outlet 25. The metal grid 22 functions as a filter separating the reactor 11 into the above two parts 100 and 200. The metal grid 22 has many openings or holes. The electrode 21 is arranged in the plasma-generating part 100, and the wafer holder 23, the gas inlets 24 and the gas outlet 25 are arranged in the wafer-processing part 200.
[0031]
A wafer 15 to be processed is placed on a lower electrode 16 arranged on the wafer holder 23 in the wafer-processing part 200.
[0032]
The electrode 21 is comprised of a metal plate 26 and a porous Si layer 27. The porous Si layer 27 is arranged on the lower surface of the metal plate 26. The electrode 21 is electrically isolated from the rest of the reactor 11 by placing on a dielectric material 12. The thickness of the metal plate 26 is not critical and selected a sufficient thickness to withstand the differential pressure between the inside and the outside of the reactor 11. The type of metal used for the electrode 21 is also not important. Usually aluminum is used as the metal. The metal plate 26 is electrically grounded and may or may not have a cooling system. Usually, a cooling system for the metal plate 26 is not necessary in this plasma processing system 1 since the electrode 11 is not subjected to an excessive heat. The electrode 11 gets heated only by the ohmic heating by the DC current flowing through the metal plate 26 and the porous Si layer 27.
[0033]
The porous Si layer 27 is fabricated as follows. First, a non-doped nano-crystalline poly Si layer (nc-poly-Si) is deposited on the metal plate 26. Then the nc poly-Si layer is anodized by placing in an Hf solution diluted in ethanol. A detailed description of this anodization process is given, for example, in the reference "T. Komoda, X. Sheng and N. Koshida, "Mechanism of efficient and stable surface emitting cold cathode based on porous polycrystalline silicon films", J. Vac. Sci. Technol. B 17(3), 1076 (1999)". 
[0034]
The thickness of the non-doped nc poly-Si is not critical. However, this thickness is taken as small as possible. The diameter and height of porous 27a in the nc-poly-Si are also not critical.
[0035]
The non-doped nc-poly-Si does not necessarily deposit directly on metal plate 26. Instead, one can deposit doped poly-Si first and then non-doped nc-poly-Si. Further, one can deposit the nc-poly-Si on n- or p-type Si substrate and then fix this Si substrate on the lower surface of the metal plate 26. Further, one can replace the porous Si layer 27 with a different material, for example, oxide materials or diamond-like carbon, which behaves the same as porous-Si. That is, when an electric field is applied, these materials also emit hot electrons into vacuum.
[0036]
There is a very thin layer 28 of SiO2 on the surface of the porous Si layer 27. This layer 28 is usually made by rapid thermal annealing under oxygen atmosphere. On the surface of the thin SiO2 layer 28 a very thin gold electrode 29 is formed. This gold electrode 29 is usually a transparent gold layer and is made as thin as possible. It should be noted that, even though the metal plate 26 is electrically grounded, the thin metal layer 29 must not electrically grounded.
[0037]
The metal grid 22 is placed a few millimeters, usually less than 10 mm, below the electrode 21. The metal grid 22 is usually a metal mesh fabricated with very thin metal wires. The dimensions of square openings (or holes) in the metal grid 22 are not critical. Usually the dimensions of the opening of the metal grid 22 may lie around 1 x 1 mm2 or less. 
[0038]
The gold electrode 29 and the metal grid 22 are respectively connected to DC electrical supplies 13 and 14, separately. Both, the gold electrode 29 and metal grid 22 are given positive voltages. The positive voltage on the metal grid 22 is larger than that on the gold electrode 29. The values of voltages are not critical and can be lie in the range or a few 10s to a few 100s volt. 
[0039]
In accordance with the above-mentioned plasma processing system 1 of the first working example, first, the wafer-processing part 200 or the reactor 11 is vacuumed to a lower pressure, fed a suitable gas and maintained a desired low-pressure. The inner pressure of the wafer-processing part 200 is not critical. Usually a pressure lower than 50 mTorr (6.65 Pa) would be desirable for most of the wafer processing. 
[0040]
Both, the gold electrode 29 and the metal grid 22 are given positive voltages wherein the voltage on the metal grid 22 is higher than that of on the gold electrode 29. When the gold electrode 29 is given a positive voltage, electrons (hot electrons) are emitted from the porous Si layer 27 and accelerated towards the gold electrode 29. Due to the electric field across the thin SiO2 layer 28, the hot electrons gets higher energies and tunnel through the SiO2 layer 28 and the gold electrode 29 into vacuum.
[0041]
The electrons emitted from the porous Si layer 27 are then accelerated towards the metal grid 22 due to its higher positive voltage and gain energy. The applied voltage to the metal grid 22 controls the electron energy. Some of the high-energy electrons terminate on the metal grid 22 while the rest of the high-energy electrons transmit through the openings of the metal grid 22 and ionize gas atoms/molecules in the wafer-processing part 200, with making plasma. Depending on the gas, the ionization potential is different, for example, Ar, N2 and O2 have ionization potential of 15.75 eV, 14.53 eV and 13.61 eV, respectively. If the electron energy exceeds the ionization energy, the gas atoms/molecules get ionized by the collisions with the electrons. It should be noted that each of collisions does not cause an ionization process, instead, electron-atom collision may results in an excited atom, or dissociation of molecules into radicals. Accordingly, during the electron-atom collision, electron energy is consumed hence very low-energy electrons are resulted. The inner pressure of the wafer-processing part 200 or the distance between the metal grid 22 and the wafer 15 is adjusted so that each electron is subjected to more than two collisions before it reaches the wafer 15. By this technique high-energy electrons reaching the wafer 15 can be prevented. 
[0042]
The ions, excited atoms/molecules and radicals can be used to deposit films on the surface of the wafer 15 placed on the lower electrode 16 of the wafer holder 23. This film deposition is called chemical vapor deposition. Again, the above-mentioned gaseous species can be used for the dry etching of the thin layer of the wafer surface. In case of the dry etching, the lower electrode 16, where the wafer 15 is placed is given a rf bias to generate a self-negative bias on the wafer surface. The rf power supply and necessary electrical circuits for the lower electrode 16 are not shown in figures. 
[0043]
Due to the reasons explained above for the first working example, there are no high-energy electrons within the plasma. Therefore, there is no electron-shading effect explained in the background art section. This results in damage-free dry etching process.
[Working Example 2]
[0044]
Next, a second first working example of the plasma processing system 1 in accordance with the present invention is explained with reference to Fig. 3. The plasma processing system 1 shown in Fig. 3 has also the plasma-generating part 100 and the wafer-processing part 200. These two parts 100 and 200 makes the reactor 31 of the plasma processing system 1.
[0045]
A filter 32 separates the above two parts 100 and 200 in the reactor 31. This filter 32 has a plurality of through holes 33. In addition, the reactor 31 of the plasma processing system 1 is comprised of a wafer holder 34, side-walls 35, a top plate 36, a bottom plate 37 and a vacuuming port 52. The wafer holder 34 is arranged on the bottom plate 37 and the side-walls 35 has preferably a cylindrical shape. On this side-walls 35 of the wafer-processing part 200, there is a light emitting unit 61.
[0046]
There is a capacitively coupled plasma (CCP) generating mechanism in the plasma-generating part 100. The plasma-generating part 100 is comprised of a rf electrode 38, a dielectric material 39 to cover the rf electrode 38 except for a lower surface, and a cavity 40 defined by the rf electrode 38, the filter 32 and the side-wall 35 in order to generate plasma. 
[0047]
The rf electrode 38 is supplied with a rf current from a rf generator 41 through a matching circuit 42. The frequency of the rf current is not important for the intended application of this invention. The frequency of rf current may lie in the region of 10 MHz to 300 MHz.
[0048]
The rf electrode 38 is made of a metal, usually Al. There is a thin gas reservoir 43 within the rf electrode 38. A plurality of gas inlets 44 is made to introduce the material gas from the gas reservoir 43 to the cavity 40 as the above plasma-generating region. The material gas is supplied from the outside into the gas reservoir 43 through a gas inlet pipe 56. This gas introducing method is one of many different gas-introducing methods. Therefore, one can use a different method to introduce a gas into the plasma-generating region. The gas introduced into the plasma-generating region can be any gas or a gas combination. Usually an inert gas, typically Ar, is used as the plasma-generation gas. The gas pressure inside the plasma-generating region or cavity 40 is not critical and can be varied in the range of 1 mTorr to atmospheric pressure. The pressure required for the wafer processing within the wafer-processing region basically determines the pressure inside the plasma-generating region or the cavity 40.
[0049]
The side-walls and upper surface of the rf electrode 38 are covered by the dielectric material 39 in order to electrically isolate it from the rest of the reactor 31. The diameter of the rf electrode 38 is not critical and vary depending on the wafer diameter. For example, the diameter of the rf electrode 38 can be as large as 400 mm if the wafer diameter is 300 mm. The diameter of the cylindrical side-wall 35 also depends on the wafer diameter. The height of the plasma-generating cavity 40 denoted by "h" in Fig. 3 can be preferably in the range of 1cm to 10 cm.
[0050]
Even through the second working example is explained with the use of capacitively coupled plasma, one can use different technique to generate plasma, for example, inductively coupled plasma, wave heated plasma, or electron-cyclotron plasma. Plasma generation mechanism in the plasma-generating part 100 is not important in this invention.
[0051]
The bottom plate of the plasma-generating part 100 is the above-mentioned filter 32 made of a metal or a dielectric member. Typically, the filter 32 is made of a dielectric material. The thickness of the filter 32 is not critical and can be vary in the range of 1 mm to 20 mm. There is a plurality of through hole 33 in the filter 32. The diameter of the through hole 33 may lie around 1 mm. The number of the through holes 33 on the filter 32 is not critical and can be varied depending on the filter diameter. The diameter of the filter 32 is larger than the wafer diameter, and this can be increased up to the diameter of the side-wall 35. A detailed explanation of the plasma generation region can be found in the reference of JP-A-2000-345349, for example.
[0052]
The wafer holder 34 is comprised of a rf electrode 45, a dielectric member 46, an outer-ring 47 and a holder side-wall 48. The rf electrode 45 is made of a metal, typically, Al. There is an electrostatic chuck (ESC) on the upper surface of the rf electrode 45. However, the ESC on the rf electrode 45 is not an essential item for the intended application of this system. The rf electrode 45 is given a rf current via a matching circuit 49 from a rf generator 50. The frequency of the rf current is not critical and can be in the range of 100 kHz to 10 MHz. Usually, a lower rf frequency around 2 MHz is applied to the rf electrode 45 in order to get the expected result of the invention. 
[0053]
There is a plurality of gas inlet 53 to introduce a process gas or a process gas mixture to the wafer-processing region 51. In addition, there is the vacuuming port 52 to the wafer-processing region 51.
[0054]
The cylindrical side-wall 35 of the plasma-generating region 54 or the cavity 40 may extend to the wafer-processing region 51. Or, these two regions 51 and 54 may have cylindrical side-walls with different diameters.
[0055]
In the light emitting unit 61, a light source 62 may lie around the whole side-wall, or there may be several separated light sources 62 around the side-wall with a separation to each other. Or the light source 62 can be arranged only at a one-half of the side-wall and on the other half of the side-wall a cavity is made to absorb the bombarding light, so that reflected light within the wafer-processing part 200 can be minimized. The wavelength of light emitted from the light source 62 may emit light of which the wavelength lies within a broad-range or only on selected wavelengths. Preferably, the light source emits light in the ultra violet region.
[0056]
The light source 62 is preferably placed a few centimeters behind the side-wall so that no direct light coming from the light emitting unit 61 bombard on the wafer surface. Again, one can use a suitably configured lens to obtain a parallel light beam. The light beam is parallel to the surface of the wafer. Moreover, one can use laser-light emitting source as the light source 62. This laser-light source preferably emits linear light in a continuous or pulse mode. Use of laser-light source is used, preferably it is arranged only on one-half on the side-wall. The primary intention in obtaining collimated and parallel light beam to wafer surface is that no direct light bombard on the wafer surface. This is in order to eliminate the photo-assisted device damages.
[0057]
Next, the operation of the above plasma processing system is explained. First, plasma is generated within the plasma-generating region 54 or the cavity 40 using the suitable material gas introduced from the reservoir 43 through the gas inlets 44. Within the plasma in the plasma-generating region 51 there are ions, electrons, gas atoms and neutral atoms with excited states. These gas components within the plasma-generating region 54 flows into the wafer-processing region 51 through the through holes 33 of the filter 32, because the overall system is vacuumed through the vacuum port 52 placed at the wafer-processing region 51. When the ions and electrons are traveled through the through holes 33 of the filter 32, they recombine on the side-wall of the through holes 33. The height of the through hole 33, that is, the thickness of the filter 32, and the diameter of the through hole 33 are selected appropriately for complete recombination of ions within the through holes 33. That is, there are no ions or electrons coming into the wafer-processing region 51. 
[0058]
There are quite stable excited states for several gases. For example, Table 1 lists the excited states and lifetime of some of the gases. Within the plasma-generating region 54 there are a large number of these excited state gas atoms, that is, radicals. A fraction of these atoms lose their energy while traveling through the through holes 33. Some of the excited state atoms, however, survive and come into the wafer-processing region 51. 
[0059]
【Table 1】
2006114614.tif 000012
[0060]
The excited state atoms or radicals can be ionized with assist of photon with an appropriate energy. For example, excited state of Ar43P0, of which the potential energy is 11.72 eV, can be ionized by a photon of 310 nm wavelength or a shorter wavelength as it can supply additional 4 eV needed for the ionization. Photons with this energy can be easily obtained for example using an ArF laser, of which the wavelength of laser light is 193 nm. This ionization process is schematically shown in Fig. 4 and can be represented by the following equation.
[0061]
X* + hν  X+ + e
[0062]
Here “X*”is an excited state of any gas atom or a radical, “hν”is the photon energy and “e”is an electron. The electron generated by this process has very low energy because, almost all the photon energy is consumed to eject the electron out of atom or radical.
[0063]
In addition to the above ionization mechanism, gas atom or radicals in the neutral state also can be ionized by the incident photon, however, this ionization process can be neglected since photon energy is not quite sufficient for this ionization. Even if this ionization process occurs, the emitted electron has a lower energy due to the same reason mentioned above that the most of the photon energy is consumed to ionize the gas atoms or radicals.
[0064]
The plasma generated by the above explained photo-assisted ionization process is used for dry etching or film deposition applications. In the dry etching applications, a rf current is applied to the lower rf electrode 38 where the wafer 55 is placed. Owing to the week plasma over the wafer surface, a negative self-bias is generated on the wafer surface. If the frequency of rf current is lower, for example 2 MHz, the rf power does not contribute to generation of plasma over the wafer surface. Instead, rf power applied consumes to energize ions and accelerate those on to the surface of the wafer 55. Originally, ions have a lower energy. Therefore, the energy of ions that bombard on the wafer surface is almost decided by the self-bias voltage of the rf electrode 38. This makes ion-trajectory move vertical. This is very important requirement in etching holes and trenches with vertical side-wall without bowing.
[0065]
As mentioned before, the electrons within the wafer-processing region 51 have very low energy. Therefore, they do not travel too fast and bend towards the bottom of the holes or trenches by the electric field at the bottom of the holes or trenches. This results in a higher electron flux on to the bottom and thereby a complete neutralization of positive charges. That is, there is no electron-shading effect and consequently there are no charge-induced damages to the devices. 
[0066]
It should be noted that one can apply a higher frequency rf current, for example, 60 MHz, to the lower electrode 38. Further, one can apply two rf currents operating at two different frequencies, one at a higher frequency and another at a lower frequency, to the lower electrode 38. In either case, the etching can be sufficiently performed. However, when a higher frequency rf current is applied to the lower electrode 38, a plasma is generated by the capacitively coupling of that rf current. This inevitably generates high-energy electrons and causes device damages due to the electron-shading effect. Therefore, a major requirement of this radical (plasma) assisted dry etching system is that the rf current applied to the lower electrode should not contribute to the generation of the plasma within the wafer-processing region 51.
[Working Example 3]
[0067]
Next, the third working example of the present invention is explained with reference to Fig. 5. The third working example is an extension of the second working example. In the third working example, the configuration of the filter 32 separating the plasma-generating region 54 and the wafer-processing region 51 has been changed as shown in Fig. 5. Except the modification of the filter 32, all the other hardware are the same as that explained in the second working example. 
[0068]
The filter 32 is made of metal or dielectric material, preferably from the dielectric material. There is a plurality of through holes 33 on the filter 32. In addition, a gas reservoir 71 is made within the filter 32. This gas-reservoir 71 does not overlap with the through holes 33 made on the filter 32. A process gas fed into the gas-reservoir 71 through a gas inlet 72. A plurality of gas inlets 73 is made from the gas-reservoir 71 to the wafer-processing region 51 in order to introduce the process gas into the wafer-processing region 51. Use of the process gas introducing technique to the region 51 prevents a higher degree of process gas dissociation. The method of operation in the third working example is the same as that explained in the second working example.
[Working Example 4]
[0069]
Further, the fourth working example is explained with reference to Fig. 6. Here, the plasma is generated by the inductive coupling mechanism within a circular shaped plasma-generating region 80. A rf coil 81 is placed slightly above the wafer level and within the plasma-generating region 80. The rf coil 81 is supplied with a rf current by a rf generator 82 through a matching circuit 83. The operating frequency of this rf current is not critical and may vary in the range of 500 kHz to 100 MHz. In the fourth working example a filter 84 corresponding to the above-mentioned filter 32 is of circular shape. There is a plurality of through holes 85 on the filter 84. Showerhead-type gas inlets 86 are placed at the vicinity of the top plate 36 of the reactor 31 in order to introduce the process gas or a gas mixture. The gas showerhead 87 and the top plate 36 are electrically grounded.
[0070]
Except for the above-mentioned modifications, all the other hardware are the same as that explained in the second working example. The method of operation is also the same as that in the working example except for the plasma-generating mechanism. This system also gives the same results that explained in the above-mentioned working examples. 
[Usability in Industry]
[0071]
The present invention is used for the chemical vapor deposition process or the dry etching with no plasma-induced damages and with low-electron energy in the semiconductor industry.
[Brief Explanation of Drawings]
[0072]
[Fig. 1]
This figure is a cross sectional view of the first working example of the present invention.
[Fig. 2]
This figure is an enlarged cross sectional view of the electrode shown in Fig. 1.
[Fig. 3]
This figure is a cross sectional view showing a plasma processing system of the second working example of the present invention. 
[Fig. 4]
This figure is a diagram showing the energy levels and the transition of energy states.
[Fig. 5]
This figure is a cross sectional view showing a plasma processing system of the third working example of the present invention. 
[Fig. 6]
This figure is a cross sectional view showing a plasma processing system of the fourth working example of the present invention. 
[Fig. 7A]
This figure is a cross sectional view of a MOS capacitor before etching.
[Fig. 7B]
This figure is a cross sectional view of a MOS capacitor just before the etching is completed.
[Explanation of reference signs]
[0073]
1     Plasma processing system
15     Wafer
16     Lower electrode
11     Reactor (chamber)
21     Electrode
22     Metal grid
23     Wafer holder
26     Metal plate
27     Porous Si layer
28     SiO2 layer
29     Gold electrode
31     Reactor 
32     Filter
61     Light emitting unit
62     Light source
[Claim 1]
A plasma processing system comprised of:
a plasma-generating part including a plasma-generating mechanism,
a wafer-processing part in which a wafer to be processed is placed on a lower electrode in a wafer holder,
a filter for separating said plasma-generating part and said wafer-processing part and removing unwanted ions and electrons coming into said wafer-processing part,
an upper electrode placed in said plasma-generating part, having a surface section for emitting electrons,
a gas inlet unit for introducing a gas into said plasma-generating part, and
gas inlets for introducing a process gas into said wafer-processing part.
[Claim 2]
A plasma processing system as claimed in claim 1, wherein said surface section of said upper electrode has a poly-Si layer, a porous layer of nano-crystalline poly-Si, a very thin SiO2 layer and a thin metal layer.
[Claim 3]
A plasma processing system as claimed in claim 2, wherein said thin metal layer on said upper electrode and said filter are given positive DC voltages in order to generate and accelerate hot electrons towards said filter.
[Claim 4]
A plasma processing system as claimed in any one of claims 1-3, wherein said filter is a metal grid. 
[Claim 5]
A plasma processing system as claimed in any one of claims 2-4, wherein said porous Si layer is replaced with a different material, which emits electrons when an electric field is applied.
[Claim 6]
A plasma processing system comprised of:
a plasma-generating part including a plasma-generating mechanism,
a wafer-processing part in which a wafer to be processed is placed on a lower electrode in a wafer holder,
a filter for separating said plasma-generating part and said wafer-processing part and removing unwanted ions and electrons coming into said wafer-processing part,
a light emitting unit for emitting light from an infrared region to ultra violet region, which is fixed in said wafer-processing unit and between said filter and said lower electrode,
a gas inlet unit for introducing a gas into said plasma-generating part, and
gas inlets for introducing a process gas into said wafer-processing part.
[Claim 7]
A plasma processing system as claimed in claim 6, wherein said light emitted from said light emitting unit interact with excited state atoms and/or radicals to generate their ions, and a wafer placed on said lower electrode is processed with the assist of the ions.
[Claim 8]
A plasma processing system as claimed in claim 6 or 7, wherein said filter includes said gas inlets for introducing said process gas.
[Claim 9]
A plasma processing system as claimed in claim 6 or 7, wherein said light emitted from said light emitting unit travels almost parallel to a surface of said wafer and said wafer is not subject to direct expose to light.
[Claim 10]
A plasma processing system as claimed in claim 6 or 7, wherein said light emitting unit emits a laser light with a fixed or variable frequency.
[Claim 11]
A plasma processing method carried out in a reactor having a plasma-generating part separated from a wafer-generating part by a filter, comprised of:
a step of generating plasma in said plasma-generating part,
a step of passing only radicals included in said plasma into said wafer-processing part through said filter, and 
a step of generating ions by interaction of said radicals with light emitted from a light emitting unit in said wafer-processing part, and 
a step of processing a wafer with the assist of said ions.
[Claim 12]
A plasma processing method as claimed in claim 11, wherein said light is a laser light being parallel to a surface of said wafer.
[Abstract]
[Subject of the present invention]   To provide plasma processing system and method capable of limiting the electron-shading effect and configured as the damage-free wafer processing without making high-energy ions or electrons.
[Means to solve the Problem]   A plasma processing system 1 is comprised of: a plasma-generating part 100; a wafer-processing part 200 in which a wafer 15 to be processed is placed; a metal grid 22 for separating the plasma-generating part and the wafer-processing part; an upper electrode 21 placed in the plasma-generating part, having a porous Si layer 27 for emitting electrons; a gas inlet unit for introducing a gas; and gas inlets for introducing a process gas.
[Representative Figure]   Fig. 1
【図１】
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【図２】
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【図３】
2006114614.tif 000015
【図４】
2006114614.tif 000016
【図５】
2006114614.tif 000017
【図６】
2006114614.tif 000018
【図７Ａ】
2006114614.tif 000019
【図７Ｂ】
2006114614.tif 000020