(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端部を開放する出口を有するチャンネルと、
前記チャンネル内にガスを供給するガス供給部と、
前記チャンネル内のガスにイオン化エネルギーを供給してプラズマビームを生成するプラズマ生成部、及び
前記チャンネル内に所定の間隔を隔ててプラズマビーム移動方向に垂直に配置され、生成されたプラズマビームを電場によって前記出口に向かって加速する２つの格子からなるプラズマ加速部と、を含み、
前記第１の格子は、プラズマビームの電子を加速する多数の小孔と、プラズマビームの電子及びプラズマビームのイオンを通す開口と、を有し、プラズマビームの電子を加速するために正のパルス電圧が印加され、
前記第２の格子は、プラズマビームのイオンを加速する多数の小孔と、プラズマビームの電子を通す開口と、を有し、プラズマビームのイオンを加速するために負のパルス電圧が印加され、
前記第１の格子の開口と前記第２の格子の開口は、ビーム移動方向に相互連通しないように形成されたことを特徴とするプラズマ加速装置。
【請求項２】
前記正のパルス電圧と前記負のパルス電圧の電圧パルスは、その一方が電子またはイオンを引き寄せる時、他方が電子またはイオンを押すことがないように、いずれか片方のみが交互に印加されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ加速装置。
【請求項３】
前記正のパルス電圧は、所定の時間間隔でオン／オフを繰り返す波形を有する所定の電位のパルス電圧であり、
前記負のパルス電圧は、所定の時間間隔でオン／オフを繰り返す波形を有する所定の電位のパルス電圧であることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ加速装置。
【請求項４】
前記第１及び第２の格子は、約１０〜７０ｃｍの間隔を隔てて配置されたことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ加速装置。
【請求項５】
一端部を開放する出口を有するチャンネルと、
前記チャンネル内にガスを供給する第１のガス供給部と、
前記チャンネル内のガスにイオン化エネルギーを供給してプラズマビームを生成するプラズマ生成部と、
前記チャンネル内に所定の間隔を隔ててプラズマビーム移動方向に垂直に配置され、生成されたプラズマビームを電場によって前記出口に向かって加速する２つの格子からなるプラズマ加速部、及び
前記チャンネルの出口と連通し、基板を固定する基板ホルダーを有する工程チャンバと、を含み、
前記第１の格子は、プラズマビームの電子を加速する多数の小孔と、プラズマビームの電子及びプラズマビームのイオンを通す開口と、を有し、プラズマビームの電子を加速するために正のパルス電圧が印加され、
前記第２の格子は、プラズマビームのイオンを加速する多数の小孔と、プラズマビームの電子を通す開口と、を有し、プラズマビームのイオンを加速するために負のパルス電圧が印加され、
前記第１の格子の開口と前記第２の格子の開口は、ビーム移動方向に相互連通しないように形成されたことを特徴とするプラズマ処理システム。
【請求項６】
前記正のパルス電圧と前記負のパルス電圧の電圧パルスは、その一方が電子またはイオンを引き寄せる時、他方が電子またはイオンを押すことがないように、いずれか片方のみが交互に印加されることを特徴とする請求項５に記載のプラズマ処理システム。
【請求項７】
前記正のパルス電圧は、所定の時間間隔でオン／オフを繰り返す波形を有する所定の電位のパルス電圧であり、
前記負のパルス電圧は、所定の時間間隔でオン／オフを繰り返す波形を有する所定の電位のパルス電圧であることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理システム。
【請求項８】
前記第１及び第２の格子は、約１０〜７０ｃｍの間隔を隔てて配置されたことを特徴とする請求項５に記載のプラズマ処理システム。
【請求項９】
前記工程チャンバに工程ガスを供給する第２のガス供給部を更に含むことを特徴とする請求項５に記載のプラズマ処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ加速装置に関し、より詳しくは、基板から薄膜をエッチングして除去し、または基板に薄膜を蒸着する半導体基板処理工程に使われるプラズマ加速装置及び該装置を備えるプラズマ処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、高速のマイクロプロセッサ及び高記録密度のメモリーへの要求が高まる一方で、一つの半導体チップ上に多くの素子が搭載できるようにゲート誘電体の厚さ及びロジック素子の幅方向の寸法を縮小する技術、例えば、トランジスターゲート長を３５ｎｍ以下に縮小し、ゲートオキサイドの厚さを０．５ｎｍ以下に縮小し、金属化レベルを６以上に向上するための研究が盛んに進められてきている。
【０００３】
しかしながら、このような技術を実現するためには、半導体チップ製造工程の際、装置の実装密度が高められる高性能の蒸着及び／またはエッチング装置が要求される。このような高性能の蒸着及び／またはエッチング装置の例としては、プラズマ加速装置を使うプラズマエッチャー、プラズマスパッタリングシステムなどが広く知られている。
【０００４】
図１は、プラズマエッチャーまたはプラズマスパッタリングシステムに使われる従来のホール効果プラズマ加速装置１０を概略的に示している。このホール効果プラズマ加速装置１０は、米国特許第５，８４７，５９３号に開示されている。
【０００５】
図１を参照すれば、ホール効果プラズマ加速装置１０は、遮蔽された上端と開放された下端を有する環状チャンネル２２を有する。内・外部環状コイル１６、１７、１８、１８’、１９は、環状チャンネル２２の内・外部に同軸上に並んで位置し、物理的及び磁気的に分離された磁極を持って磁場を形成する。環状正極２４は、ガス供給管２５に接続されて供給されるガスをイオン化させる。負極２７は、チャンネル２２下端の磁極の上方に位置し、これにガス供給線２９が接続されて電子を供給する。
【０００６】
外部コイル１７、１８、１８’、１９は、チャンネル２２を外囲する上部コイル１７とチャンネル２２の開口を取り囲む分離されたセクションの下部コイル１８、１８’、１９とに分けられ、上部コイル１７と内部コイル１６の上部とが誘電層２３で仕切られることで該領域の磁場を遮蔽し、その結果、チャンネル２２全体でないチャンネル２２の開口部２２ａ領域においてのみチャンネル２２の空間部２０を横切る局所的な磁場が誘導されるようにする。下部コイル１８、１８’、１９が位置する部分に形成された磁場は電子を局所的に捕捉する。
【０００７】
したがって、ホール効果プラズマ加速装置１０では、正極２４と負極２７が存在することにより形成された電場では陽イオンのみを加速させることが可能であり、電気的に中性であるプラズマを加速させることは不可能である。また、ホール効果プラズマ加速装置１０では、イオンを蒸着したい基板の表面上に電荷を蓄積することで電荷短絡といった損失を生じさせることがあり、微細パターン内のノッチを生じさせることでエッチングプロファイルにバラツキが生じ得る。
【０００８】
図２は、プラズマエッチャーまたはプラズマスパッタリングシステムに使われる従来の同軸プラズマ加速装置４０を概略的に示している。この同軸プラズマ加速装置４０は、論文ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎ．  ｏｎ  Ｐｌａｓｍａ  Ｓｃｉ．，  ＶＯＬ．  ２２，Ｎｏ．  ６，  １０１５，  １９９４．  Ｊ．  Ｔ．  Ｓｃｈｅｕｅｒ，  ｅｔ．  ａｌ．に開示されている。
【０００９】
図２を参照すれば、同軸プラズマ加速装置４０は、遮蔽された上端と開放された下端を有し、内部に流れ込まれるガスが放電しながら生成するプラズマが加速される環状チャンネル５０を有する。円筒状負極５４は、チャンネル５０の内部に位置し、円筒状正極５２は、負極５４と所定の間隔を隔てられてチャンネル５０の開口部の外側に同軸方向に並んで位置する。
【００１０】
また、同軸プラズマ加速装置４０は、チャンネル５０内のプラズマを制御する制御コイル６４と、負極５４の内部に設けられた負極コイル５６、及び正極５２の外部に設けられた正極コイル５８と、を備える。
【００１１】
このような同軸プラズマ加速装置４０では、正極５２と負極５４がそれぞれ設けられる内壁及び外壁を有するチャンネル５０と、チャンネル５０の外部に制御コイル６４を備えることにより、チャンネル５０を横切る電流を内部に形成し、この電流によって負極５４を取り囲む放射状方向に磁場を誘導する。この同軸プラズマ加速装置４０には、基本的に出口速度が５００ｅＶ程度と非常に大きくて正極と負極が存在する直流放電を用いるため、チャンネル５０内における正極５２から負極５４に向かって加速されるプラズマイオンが負極５４にぶつかることでこの負極５４をひどく損傷させ、半導体薄膜蒸着工程におけるエッチング工程のための用途としては不向きである。
【００１２】
このような問題を防止するために、正極と負極を備えていない誘導結合放電型プラズマ加速装置６０（図３）が提案された。
【００１３】
図３を参照すれば、プラズマ加速装置６０は、プラズマチャンネル７７と、上部環状ループインダクター７９、及び内・外部環状ループインダクター７１、７３とを備える。
【００１４】
プラズマチャンネル７７は、ガスがイオン化され加速化される所であって、下方に開放された出口７７ａを有して環状に形成される。プラズマチャンネル７７の出口７７ａは、プラズマ加速装置６０が適用されるプラズマエッチャーまたはスパッタリングシステムの工程チャンバ（図示せず）と連通する。
【００１５】
プラズマチャンネル７７の端部壁８１には、上部環状ループインダクター７９が配置されている。上部環状ループインダクター７９は、プラズマチャンネル７７内のガスにＲＦエネルギーを供給し、このＲＦエネルギーによって発生した電子をガスの中性原子にぶつけてプラズマビームを形成する。
【００１６】
プラズマチャンネル７７の内壁８２と外壁８３には、磁場を発生するためにコイルが巻かれた内・外部環状ループインダクター７１、７３が配設されている。内・外部環状ループインダクター７１、７３は、同軸状に並んで配設される。
【００１７】
このような従来のプラズマ加速装置６０の動作について説明すれば、次のとおりである。
【００１８】
まず、ガス源（図示せず）からプラズマチャンネル７７内へガスが供給されれば、上部環状ループインダクター７９は、供給されたガスにＲＦエネルギーを供給する。その結果、ＲＦエネルギーによって発生する電子がガスの中性原子にぶつかり、ガスがイオン化してプラズマビームを発生する。
【００１９】
内・外部環状ループインダクター７１、７３は、プラズマチャンネル７７内へ磁場Ｂと二次電流Ｊを誘導し、プラズマビームをプラズマチャンネル７７の出口７７ａに向かって加速させる電磁気力Ｆを形成する。
【００２０】
また、内・外部環状ループインダクター７１、７３は、軸方向に巻かれるコイルの巻き数を減少させるか、または同一の巻き数にて巻かれたコイルを流れる電流を減少させるように構成される。これにより、プラズマチャンネル７７の内部に誘導される磁場Ｂが軸方向に沿って減少し、プラズマビームがプラズマチャンネル７７の出口７７ａに向かって移動する移動速度（ドリフト速度）が増大する。
【００２１】
このようなプラズマ加速装置６０では、電磁気力Ｆによって極性に関係なく同一方向にイオンを加速するため、従来の静電型加速装置１０、４０では必須とされていた正極と負極を備える必要がなくなることで装置の構成を簡易化でき、また内・外部環状ループインダクター７１、７３を流れる電流を調節することによって、生成される電磁気力Ｆを簡単に調節可能であるという長所がある。
【００２２】
しかしながら、プラズマ加速装置６０を使用するプラズマエッチャーまたはスパッタリングシステムにおけるエッチングやスパッタリングが発生するエッチング速度は、イオンエネルギーとプラズマ密度によって左右される。イオンエネルギーとプラズマ密度は、プラズマビームを発生するためにプラズマチャンネル７７の内部に印加されるＲＦエネルギーのみならず、発生したプラズマビームをプラズマチャンネル７７の出口７７ａに向かって加速させる電子気力Ｆに影響される。この種の電子気力Ｆは、内・外部環状ループインダクター７１、７３によってプラズマチャンネル７７の内部に形成される磁場Ｂと、二次電流Ｊによって誘導されるため、電子気力Ｆを増大させるためには内・外部環状ループインダクター７１、７３に印加される電圧を高める必要がある。しかしながら、稼動効率などの側面において内・外部環状ループインダクター７１、７３に印加される電圧を限りなく高めることはできないため、電子気力Ｆを高めることによってプラズマビームの移動速度を増大させ、これによってイオンエネルギーとプラズマ密度を高めることには限界がある。
【００２３】
また、従来のプラズマ加速装置６０では、プラズマビームの加速効率を高めるために、内・外部環状ループインダクター７１、７３に巻かれるコイルの巻き数を軸方向に沿って減少させるか、または同一の巻き数にて巻く代わりにコイルを流れる電流を減少させることによって、プラズマチャンネル７７の内部に誘導される磁場Ｂを軸方向に沿って減少させていた。しかしながら、この場合、内・外部環状ループインダクター７１、７３をそれぞれ軸方向に分離して構成し、その分離された内・外部環状ループインダクター７１、７３にそれぞれ異なる電流が印加されるように制御するか、または異なるコイルの巻き数を有するように構成しなければならないため、作製が簡易でなくかつ構成が複雑になるという問題点がある。
【００２４】
したがって、プラズマエッチャーまたはスパッタリングシステムの効率に影響を与えるプラズマビームの移動速度を効率よく高められるのみならず、作製が容易でかつ簡単な構成を有する新規なプラズマ加速装置の必要性が要求されている。
【特許文献１】日本公開特許平９−１３９３６４号公報
【特許文献２】日本公開特許昭６２−１８５３２４号公報
【特許文献３】韓国公開特許第２００３−０４２９５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
そこで、本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、プラズマビームの移動速度を効率よく高められるのみならず、作製が容易でかつ簡単な構成を有するプラズマ加速装置及び該装置を備えるプラズマ処理システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記目的を達成するための本発明の一実施の形態によるプラズマ加速装置は、一端部を開放する出口を有するチャンネルと、前記チャンネル内にガスを供給するガス供給部と、前記チャンネル内のガスにイオン化エネルギーを供給してプラズマビームを生成するプラズマ生成部、及び前記チャンネル内に所定の間隔を隔ててプラズマビーム移動方向に垂直に配置され、生成されたプラズマビームを電場によって前記出口に向かって加速する２つの格子からなるプラズマ加速部と、を含み、前記第１の格子は、プラズマビームの電子を加速する多数の小孔と、プラズマビームの電子及びプラズマビームのイオンを通す開口と、を有し、プラズマビームの電子を加速するために正のパルス電圧が印加され、前記第２の格子は、プラズマビームのイオンを加速する多数の小孔と、プラズマビームの電子を通す開口と、を有し、プラズマビームのイオンを加速するために負のパルス電圧が印加され、前記第１の格子の開口と前記第２の格子の開口は、ビーム移動方向に相互連通しないように形成されたことを特徴とする。
【００２９】
また、正のパルス電圧と負のパルス電圧の電圧パルスは、その一方が電子またはイオンを引き寄せる時、他方が電子またはイオンを押すことがないように互いに同時に印加されないようにすることが好ましい。このとき、正のパルス電圧は、所定の時間間隔でオン／オフを繰り返す波形を有する所定の電位のパルス電圧であり、負のパルス電圧は、所定の時間間隔でオン／オフを繰り返す波形を有する所定の電位のパルス電圧であることが好ましい。
【００３０】
さらに、第１及び第２の格子は、約１０〜７０ｃｍ、好ましくは５０ｃｍの間隔を隔てて配置されることが好ましい。
【００３１】
本発明の他の実施の形態によるプラズマ処理システムは、一端部を開放する出口を有するチャンネルと、前記チャンネル内にガスを供給する第１のガス供給部と、前記チャンネル内のガスにイオン化エネルギーを供給してプラズマビームを生成するプラズマ生成部と、前記チャンネル内に所定の間隔を隔ててプラズマビーム移動方向に垂直に配置され、生成されたプラズマビームを電場によって前記出口に向かって加速する２つの格子からなるプラズマ加速部、及び前記チャンネルの出口と連通し、基板を固定する基板ホルダーを有する工程チャンバと、を含み、前記第１の格子は、プラズマビームの電子を加速する多数の小孔と、プラズマビームの電子及びプラズマビームのイオンを通す開口と、を有し、プラズマビームの電子を加速するために正のパルス電圧が印加され、
前記第２の格子は、プラズマビームのイオンを加速する多数の小孔と、プラズマビームの電子を通す開口と、を有し、プラズマビームのイオンを加速するために負のパルス電圧が印加され、前記第１の格子の開口と前記第２の格子の開口は、ビーム移動方向に相互連通しないように形成されたことを特徴とする。
【００３４】
また、正のパルス電圧と負のパルス電圧の電圧パルスは、その一方が電子またはイオンを引き寄せる時、他方が電子またはイオンを押し返すことがないように互いに同時に印加されないようにすることが好ましい。このとき、正のパルス電圧は、所定の時間間隔でオン／オフを繰り返す波形を有する所定の電位のパルス電圧であり、負のパルス電圧は、所定の時間間隔でオン／オフを繰り返す波形を有する所定の電位のパルス電圧であることが好ましい。
【００３５】
さらに、第１及び第２の格子は、約１０〜７０ｃｍ、好ましくは５０ｃｍの間隔を隔てて配置されることが好ましい。
【００３６】
選択的に、本発明のプラズマ処理システムは、工程チャンバに工程ガスを供給する第２のガス供給部を更に含んでもよい。
【発明の効果】
【００３７】
本発明のプラズマ加速装置及び該装置を備えるプラズマ処理システムによれば、電場によってプラズマビームの陽イオンと電子を加速させる第１及び第２の格子からなるプラズマ加速部を備えることにより、プラズマビームの移動速度を、磁場と二次電流によって誘導される電子気力による従来の加速装置より効率よく高められるのみならず、プラズマ加速装置及び該装置を備えるプラズマエッチャーまたはプラズマスパッタリングシステムの作製及び構成を簡易化することができるという作用効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、添付図面を参照して、本発明によるプラズマ加速装置及び該装置を備えるプラズマ処理システムを詳述する。
【００３９】
図５は、本発明によるプラズマ加速装置を備えるプラズマ処理システム１００を概略的に示している。
【００４０】
本発明のプラズマ処理システム１００は、イオン化された高温のプラズマを用いて基板１８５にコートされたフォトレジストなどのような薄膜を気化または灰化して除去することで基板１８５上に選択的なエッチングパターンを形成するプラズマエッチャーである。
【００４１】
図５を参照すれば、プラズマ処理システム１００は、プラズマチャンネル１１０と、第１のガス供給部１２０と、プラズマ生成部１３０と、プラズマ加速部１６０と、工程チャンバ１７０、及び第２のガス供給部１９０とを備える。プラズマチャンネル１１０と、第１のガス供給部１２０と、プラズマ生成部１３０、及びプラズマ加速部１６０が、本発明によるプラズマ加速装置を構成する。
【００４２】
プラズマチャンネル１１０は、ガスがイオン化され加速化される所であって、ガスの放出方向に開放された出口１１０ａを有して環状に形成される。
【００４３】
プラズマチャンネル１１０は、下端部に出口１１０ａを有する円筒体１１４からなる。
【００４４】
円筒体１１４は、石英のようなＳｉＯ２またはパイレックス（登録商標）のような非導電性材料からなる。
【００４５】
プラズマチャンネル１１０の出口１１０ａは、工程チャンバ１７０と連通する。
【００４６】
第１のガス供給部１２０は、第１のガス注入部１２５と第１のガス源１２１からなる。第１のガス注入部１２５は、プラズマチャンネル１１０の端部壁１１６の内側に固設され、第１の連結管１２３を介して第１のガス源１２１に接続された、連結されたガス注入リング１２６からなる。ガス注入リング１２６には、リング径より小さい径を有し出口１１０ａに臨む多数の吐出穴が形成されている。第１のガス源１２１では、Ａｒのような第０族ガスと、Ｏ２及びＯ２混合物のような反応ガスなどのイオン化可能なガス、及びＣ２Ｆ２のような工程ガスを貯蔵している。
【００４７】
プラズマチャンネル１１０の端部壁１１６の外側（図５の上部）には、プラズマ生成部１３０が配設される。
【００４８】
プラズマ生成部１３０は、上部環状ループインダクター１３２を備える。
【００４９】
上部環状ループインダクター１３２は、プラズマチャンネル１１０の端部壁１１６の外側に複数回巻かれた環状ループコイル１３３からなる。上部環状ループコイル１３３は、ＲＦ電源１５０に接続された第１の増幅器１５１と第１のマッチングネットワーク１５８を介して供給された約２ＭＨｚの周波数で約５００Ｗ乃至５．０ＫＷのＲＦエネルギーで作動する。したがって、上部環状ループコイル１３３は、ガス注入リング１２６の吐出穴から供給されたガスにＲＦエネルギーを印加することでこのＲＦエネルギーによって発生した電子をガスの中性原子にぶつけることによって、ガスをイオン化してプラズマビームを発生するようになる。
【００５０】
また、上部環状ループコイル１３３には、ＲＦ電源１５０に接続された第１の増幅器１５１と第１のマッチングネットワーク１５８を介して４０Ａの電流が印加される。したがって、上部環状ループコイル１３３は、付随的にプラズマチャンネル１１０の内部に磁場と二次電流を誘導し、プラズマビームをプラズマチャンネル１１０の出口１１０ａに向かって加速させる電磁気力を形成する。
【００５１】
プラズマチャンネル１１０の内部空間には、プラズマ加速部１６０が配設されている。
【００５２】
プラズマ加速部１６０は、プラズマチャンネル１１０内に所定の間隔を隔てて横方向に配設されており、プラズマ生成部１３０によって生成されたプラズマビームを電場によって出口に向かって加速する第１及び第２の格子１６１、１６５からなる。
【００５３】
第１及び第２の格子１６１、１６５は、加速電圧供給回路部１４５によって第１及び第２の格子１６１、１６５に印加される正及び負のパルス電圧によりプラズマビームに含まれた電子及び陽イオンが移動できる距離範囲内における電子と陽イオンとが混合され中性化が最もよく行われる間隔、例えば約１０〜７０ｃｍ、好ましくは５０ｃｍの間隔を隔てて配設される。
【００５４】
図７ａに示すように、第１の格子１６１は、プラズマビームが通る第１の開口１６３を有する伝導性金属の円形板からなる。
【００５５】
第１の格子１６１は、プラズマ生成部１３０によって発生し加速されるプラズマビームに含まれた電子をさらに加速させるためにパワーサプライ１４０からの電源供給を制御する加速電圧供給回路部１４５を介して正のパルス電圧が印加される。
【００５６】
図８ａに示すように、第１の格子１６１に印加される正のパルス電圧は、１周期（１０μｓｅｃ）の間に１μｓｅｃ単位でオン／オフを繰り返す５つの＋１０ＫＶの電圧パルスを有する電圧である。
【００５７】
第１の開口１６３は、第１の格子１６１に正のパルス電圧が印加される時に第１の格子１６１に印加された正のパルス電圧によって発生する電場によって引き寄せられる電子、及び後述する第２の格子１６５に印加された負のパルス電圧によって発生する電場によって引き寄せされる陽イオンを通過させるために所定のパターンにて配列された多数の円形孔からなる。ここでは、第１の開口１６３を、円形孔として例示したが、必ずしもこれに限ることではなく、電子とイオンを通過させることができる他の適当な形状から構成されてもよい。
【００５８】
図７ｂに示すように、第２の格子１６５は、プラズマビームが通過する第２の開口１６８を有する伝導性金属の円形板からなる。
【００５９】
第２の格子１６５は、プラズマ生成部１３０によって発生されたプラズマビームの陽イオンを加速するために加速電圧供給回路部１４５を介して負のパルス電圧が印加される。
【００６０】
図８ｂに示すように、第２の格子１６５に印加される負のパルス電圧は、１周期（１０μｓｅｃ）の間に１μｓｅｃ単位でオン／オフを繰り返す５つの−１０ＫＶの電圧パルスを有する電圧である。
【００６１】
加速電圧供給回路部１４５は、第２の格子１６５に印加される負のパルス電圧の電圧パルスが、第１の格子１６１に印加される正のパルス電圧の電圧パルスと同時に印加されないように、即ち第１の格子１６１に印加される正のパルス電圧の電圧パルスより１μｓｅｃ遅らせて印加する。その理由は、第１及び第２の格子１６１、１６５に正及び負のパルス電圧が同時に印加されると、第１の格子１６１は、印加された正のパルス電圧の電場によって電子は引き寄せるが陽イオンは押し返すようになり、逆に第２の格子１６５は負のパルス電圧の電場によって電子は押すが陽イオンは引き寄せるようになるため、電子及び陽イオンが第１及び第２の格子１６１、１６５のいずれの方向へも移動しなくなるためである。
【００６２】
第２の開口１６８は、第１の開口１６３を通過したプラズマビームが第２の開口１６８を通って直線状に移動しないようにするために第１の開口１６３とビーム移動方向に連通しないように、第１の開口１６３の円形孔とは互いに異なる形状にてずらして形成される。
【００６３】
したがって、図６に示すように、加速電圧供給回路部１４５によって第１の格子１６１に印加される正のパルス電圧の電圧パルスが‘オン’になると、プラズマ生成部１３０によって生成され加速されるプラズマビーム中に含まれた電子は、第１の格子１６１に印加された正のパルス電圧の電場によって引き寄せられる加速度によって、一部は第１の格子１６１の第１の開口１６３を通って第２の格子１６５に向かって移動し、他の一部は第１及び第２の格子１６１、１６５の第１及び第２の開口１６３、１６８を通って出口１１０ａに向かって移動する。また他の一部の電子は、第１の格子１６１に印加された正のパルス電圧の電場によって第１の格子１６１の第１の開口１６３の周辺に付着する。
【００６４】
その後、第１の格子１６１に印加される正のパルス電圧の電圧パルスが‘オフ’になり、第２の格子１６５に印加される負のパルス電圧の電圧パルスが、‘オン’になると、プラズマビーム中に含まれた陽イオンは、負のパルス電圧の電場によって引き寄せられる加速度によって、  一部は第１の格子１６１の第１の開口１６３を通って第２の格子１６５に向かって移動し、他の一部は、第１及び第２格子１６１、１６５の第１及び第の２の開口１６３、１６８を通って出口１１０ａに向かって移動する。また他の一部の陽イオンは、第２の格子１６５に印加された負のパルス電圧の電場によって第２の格子１６５の第２の開口１６８の周辺に付着する。
【００６５】
この時、第２の格子１６５に向かって移動する陽イオンは、正のパルス電圧の電場によって第２の格子１６５に向かって移動する電子と混合し、出口１１０ａに向かって移動する陽イオンは、第１及び第２の開口１６３、１６８を通って出口１１０ａに向かって移動する電子と混合する。また、第１の格子１６１の第１の開口１６３の周辺に付着した電子は、第２の格子１６５の負のパルス電圧の電場によって押されて端部壁１１６に向かって移動し、出口１１０ａに向かって移動する電子は、第２の格子１６５の負のパルス電圧の電場によって押されて出口１１０ａに向かってさらに移動する。
【００６６】
その後、再び第２の格子１６５に印加される負のパルス電圧の電圧パルスが‘オフ’になり、  第１の格子１６１に正のパルス電圧が印加されると、プラズマ生成部１３０によって生成され加速される電子と、第２の格子１６５への負のパルス電圧の印加時に負のパルス電圧の電場によって押されて端部壁１１６に向かって移動する電子は、第１の格子１６１の正のパルス電圧の電場によって、一部は第１の開口１６３を通って第２の格子１６５に向かって移動し、他の一部は、第１及び第２の開口１６３、１６８を通って出口１１０ａに向かって移動する。また他の一部の電子は、第１の格子１６１に印加された正のパルス電圧の電場によって第１の格子１６１の第１の開口１６３の周辺に付着する。
【００６７】
また、この時、第２の格子１６５に向かって移動する電子は、負のパルス電圧の電場によって第２の格子１６５に向かって移動する陽イオンと混合し、出口１１０ａに向かって移動する電子は、第１及び第２の開口１６３、１６８を通って出口１１０ａに向かって移動する陽イオンと混合する。また、第２の格子１６５の第２の開口１６８の周辺に付着された陽イオンと、出口１１０ａに向かって移動する陽イオンは、第１の格子１６１の正のパルス電圧の電場によって押されて出口１１０ａに向かって移動し続ける。
【００６８】
このような動作は、加速電圧供給回路部１４５によって第１及び第２の格子１６１、１６５に印加される正及び負のパルス電圧のパルスが交互に‘オン／オフ’になることによって繰り返される。
【００６９】
その結果、第１及び第２の格子１６１、１６５によって加速されるプラズマビームは、電子と陽イオンとが混ざり合って中性を示し、例えば、１０１１乃至１０１２のエレクトロン／ｃｍ３のプラズマ密度と２０乃至５００ｅＶのイオンエネルギーをもつ。
【００７０】
工程チャンバ１７０は、プラズマチャンネル１１０の出口１１０ａと連通し、該出口からプラズマ加速部１６０の電場によって移動するプラズマビームが供給される。工程チャンバ１７０には、プラズマチャンネル１１０の出口１１０ａと連通し、プラズマ生成／加速部１３０から発生した電磁気力Ｆ及び磁場圧力の差によって移動するプラズマビームが供給される。工程チャンバ１７０は、０．３乃至３ｍＴｏｒｒの圧力を保持する。
【００７１】
工程チャンバ１７０の内部中央には、エッチングするフォトレジストなどのような薄膜がコートされた基板１８５を保持する基板ホルダー１８０が配置されている。基板ホルダー１８０は、加熱／冷却回路（図示せず）で加熱または冷却される銅ブロックからなる。
【００７２】
工程チャンバ１７０の一方側には、工程ガスを工程チャンバ１７０の内部に供給する第２のガス供給部１９０の第２のガス注入口１９７が設けられている。第２のガス注入口１９７は、連結管１９６を介して第２のガス源１９５に連結されている。第２のガス源１９５では、Ｃ２Ｆ２のような工程ガスを貯蔵している。
【００７３】
以上、本発明によるプラズマ加速装置を備えるプラズマ処理システム１００では、プラズマ加速部１６０が第１及び第２の格子１６１、１６５から構成されると例示し説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明のプラズマ処理システム１００では、プラズマビームの移動速度を一層増大するために、プラズマチャンネル１１０に設けられた第１及び第２の格子１６１、１６５の他、プラズマチャンネル１１０または工程チャンバ１７０の所定の位置に格子（図示せず）を更に設けることもできる。
【００７４】
また、本発明によるプラズマ加速装置を備えるプラズマ処理システム１００を、高温のプラズマを用いて基板１８５上に選択的なエッチングパターンを形成するプラズマエッチャーとして例示し説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明のプラズマ処理システムを、等しい構成と原理で基板に薄膜を蒸着するプラズマスパッタリングシステム１００’（図９）から構成してもよい。この場合、図９に示すように、プラズマスパッタリングシステム１００’は、バイアス電圧制御部１９８によって一定のバイアス電圧が印加されるスパッタターゲット１８６を更に含む。基板１８５’は、基板ホルダー１８０’に保持され、スパッタターゲット１８６の上方に位置する。基板ホルダー１８０’は、スパッタターゲット１８６からスパッタされた物質を基板１８５’に均一に蒸着するために固定軸（図示せず）を中心に回転する。また、基板ホルダー１８０’は、プラズマ加速部１６０で加速されるプラズマビームがスパッタターゲット１８６まで誘導されるようにプラズマビームが通る円形開口１８０ａ’を有する。第２のガス注入口１９７の上方には、基板１８０’近傍のガス圧力を制御する水平バッフル１９３が設けられている。
【００７５】
このように構成された本発明によるプラズマ処理システム１００の動作を、図５及び図６を参照して説明すれば、次の通りである。
【００７６】
まず、第１のガス源１２１から第１のガス注入部１２５を通してＣ２Ｆ２、Ｏ２、Ａｒのようなガスがプラズマチャンネル１１０に供給される。
【００７７】
プラズマチャンネル１１０に供給されたガスは、例えば約２ＭＨｚで約１．８ＫＷのＲＦエネルギーで作動する上部環状ループインダクター１３２によって印加されたＲＦエネルギーによって発生する電子とガスの中性原子とがぶつかり、その結果、ガスがイオン化してプラズマビームを発生する。
【００７８】
プラズマビームは、加速電圧供給回路部１４５を介して第１及び第２の格子１６１、１６５に印加される正及び負のパルス電圧の電圧パルスの‘オン／オフ’によって発生した電場によってプラズマチャンネル１１０の内部からプラズマチャンネル１１０の出口１１０ａに向かって加速され、出口１１０ａから工程チャンバ１７０の内部へ１０１１乃至１０１２エレクトロン／ｃｍ３のプラズマ密度と２０乃至５００ｅＶのイオンエネルギーとして放出される。
【００７９】
このとき、出口１１０ａから工程チャンバ１７０の内部へ放出されるプラズマビームは、工程チャンバ１７０の基板ホルダー１８０に保持された基板１８５に向かって移動する。また、工程ガスは、第２のガス源１９５から第２のガス注入口１９７を通って工程チャンバ１７０に約１ｍＴｏｒｒの圧力で供給される。よって、プラズマビームは、工程ガスとぶつかり、方向性をもつか或いは方向性のないエッチングイオンまたは原子となる。その結果、工程チャンバ１７０内においてプラズマチャンネル１１０の中心の下方に配置される基板１８５のフォトレジストなどのような薄膜はエッチングイオンまたは原子によって気化または炭化してエッチングされる。
【００８０】
以上、本発明の特定の好適な実施の形態について図示し説明した。しかしながら、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく当該発明に属する技術分野における通常の知識を有する者であれば誰でも各種の修正と変形実施が可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、基板から薄膜をエッチングして除去し、または基板に薄膜を蒸着する半導体基板処理工程に適用され、プラズマビームの移動速度を効率よく高められるのみならず、装置及びシステムの作製及び構成を簡単にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】一従来のプラズマ加速装置の概略切欠斜視図である。
【図２】他の従来のプラズマ加速装置の概略断面図である。
【図３】また他の従来のプラズマ加速装置の概略切欠斜視図である。
【図４】図３に示すプラズマ加速装置の断面図である。
【図５】本発明によるプラズマ加速装置を備えるプラズマ処理システムの概略切欠斜視図である。
【図６】図５に示すプラズマ処理システムのプラズマチャンネルの断面図である。
【図７ａ】図５に示すプラズマ処理システムのプラズマ加速部の第１及び第２の格子を例示する斜視図である。
【図７ｂ】図５に示すプラズマ処理システムのプラズマ加速部の第１及び第２の格子を例示する斜視図である。
【図８ａ】図５に示すプラズマ処理システムのプラズマ加速部の第１及び第２の格子に印加されるパルス電圧を例示する波形図である。
【図８ｂ】図５に示すプラズマ処理システムのプラズマ加速部の第１及び第２の格子に印加されるパルス電圧を例示する波形図である。
【図９】本発明によるプラズマ加速装置を備えるプラズマスパッタリングシステムの概略切欠斜視図である。
【符号の説明】
【００８３】
１００、１００’      プラズマ処理システム
１１０              プラズマチャンネル
１２０、１９０      ガス供給部
１３０              プラズマ生成部
１３２              環状ループインダクター
１５０              ＲＦ電源
１６０              プラズマ加速部
１６１、１６５      格子
１７０              工程チャンバ
１８０、１８０’    基板ホルダー
１８５、１８５’    基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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