JP2001110597A - 磁気中性線放電プラズマ発生装置 - Google Patents

磁気中性線放電プラズマ発生装置

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JP2001110597A
JP2001110597A JP28994299A JP28994299A JP2001110597A JP 2001110597 A JP2001110597 A JP 2001110597A JP 28994299 A JP28994299 A JP 28994299A JP 28994299 A JP28994299 A JP 28994299A JP 2001110597 A JP2001110597 A JP 2001110597A
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magnetic
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permanent magnet
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JP28994299A
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Toshihisa Kunibe
利寿 国部
Toshio Hayashi
俊雄 林
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Ulvac Inc
Original Assignee
Ulvac Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】コンパクトでメンテナンス性の良い磁気中性線
放電プラズマ発生装置を提供する。 【解決す手段】本磁気中性線放電プラズマ発生装置は、
磁気中性線から成る環状ループを形成する磁場発生手段
が一つの環状電磁石と一つの環状永久磁石で構成される
ことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体や電子部品
等の製造過程に用いられるイオン注入装置、プラズマエ
ッチング装置、プラズマCVD装置等のプラズマ源とし
て使用される磁気中性線放電プラズマ発生装置に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】プラズマ源の応用範囲は広く、プラズマ
エッチング、プラズマCVD、イオン注入装置用イオン
源等で使用されているが、ここでは最も多く用いられて
いるエッチング装置への応用の観点から説明する。従来
技術において最も多く用いられてきたエッチング装置は
平行平板型のものである。
【0003】酸化膜エッチングには上下の電極に周波数
の異なった高周波電力を印加する三電極結合方式の装置
も用いられている。
【0004】添付図面の図3には磁気中性線放電を用い
たエッチング装置を示し、このエッチング装置において
は、図示したように真空チャバーAの誘電体円筒壁Bの
外側に載置された三つのコイルCによって真空チャバー
Aの内部に磁気中性線が形成され、この磁気中性線に沿
って、中間のコイルと真空チャバーAの誘電体円筒壁B
との間に配置されかつプラズマ発生用高周波電源Dに接
続されたアンテナEに高周波電場を印加することによ
り、リング状のプラズマが形成される(特開平7−26
3192号参照)。
【0005】このような従来のエッチング装置のうちま
ず代表例として、平行行平板型エッチングについて動作
説明する。エッチングガスは上部フランジ付近から導入
され、基板電極に高周波電力が印加されてプラズマが形
成され、導入ガスが分解される。この時、プラズマ及び
導入ガスの分布は基板上で均一であることが要求される
ので、一般には、上部フランジに多数の穴のあいたシャ
ワープレートが設けられ、そのシャワープレートを通し
てガスが真空チャンバー内に導入される。ガスの流れが
均一で、プラズマ密度及び電位が均一であれば、プラズ
マ中で発生したエッチャント(ラジカル及びイオン)の
密度分布は均一となり、基板は均一にエッチングされ
る。ところで、平行平板型エッチング装置におけるプラ
ズマ密度及び電位の均一性はチャンバー構造と圧力に大
きく影響を受ける。チャンバー構造が決まってしまうと
均一性の得られる圧カ条件がほぼ一義的に決まり、条件
の選択範囲が極めて狭い。
【0006】一方、図3に示される磁気中性線放電(N
LD)エッチング装置では、磁気中性線の位置が自由に
変えられる上に低ガス圧領域でプラズマ密度及び電位を
制御することができるので、エッチング均一性の良い条
件を容易に設定することができる。図3に示される磁気
中性線放電エッチング装置の磁場計算例を図4の
(a)、(b)に示す。図4の(a)は等磁束密度線
図、図4の(b)は等磁位線図である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】デバイスが高密度化し
てきて加工幅が微細になり、従来用いられてきた平行平
板型エッチング装置及び三電極型エッチング装置では、
動作圧力が高いことや装置構造によって均−性の得られ
る条件が非常に狭いため、大口径で微細な加工の要求さ
れるエッチング工程に用いるのは大変難しくなってきて
いる。そのため、低圧で高密度のプラズマが得られ、均
一性の制御も可能な磁気中性線放電エッチング装置が提
案された(例えば、特開平7−263192号公報参
照)。
【0008】エッチングでは反応性の高いラジカル及び
イオンを基板に照射して基板物質との反応により基板物
質をガス化して蝕刻するが、単に削ればよいわけではな
く、形状制御も必要である。このためにはエッチャント
の他に加工孔壁面に付着してイオンの当たらない側壁を
保護する働きをする物質もプラズマ中で生成されなけれ
ばならない。0.3μm幅以下の微細加工では、このエ
ッチャントと保護物質との相対濃度が重要になる。保護
物質がエッチャントに対して多くなり過ぎると、0.3
μm幅以下の微細孔は、保護物質により埋まつてしま
い、いわゆるエッチストップが起きて、削れないことに
なる。逆に、保護物質が少なすぎると、エッチャントに
よって側壁が削られて、Bowingが発生し、望ましい形状
が得られない。
【0009】図3に示す磁気中性線放電方式では、低圧
で高密度のプラズマが発生するため、非常に優れたエッ
チング特性を示す。しかし、三つの磁場発生用コイルを
使用するため、装置のメンテナンスが難しくまた高価に
なる等の問題がある。
【0010】そこで、本発明は、このような従来技術の
問題点を解決してコンパクトでメンテナンス性の良い磁
気中性線放電プラズマ発生装置を提供することを目的と
している。
【0011】
【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、本発明によれば、真空チャバー内に磁場零の磁気
中性線から成る環状ループを形成する磁場発生手段と、
その環状ループの近傍にループに沿って設けられ、誘導
結合により放電プラズマを形成させる高周波アンテナと
を有する装置において、磁気中性線から成る環状ループ
を形成する磁場発生手段が一つの環状電磁石と一つの環
状永久磁石で構成されることを特徴としている。
【0012】好ましくは、一つの環状電磁石と一つの環
状永久磁石とは磁気中性線を形成すべき位置と同一の平
面上に同軸状に真空チャンバーの外側に位置決めされ得
る。
【0013】また、高周波アンテナは、同軸状に配置し
た環状電磁石及び環状永久磁石と真空チャンバーの外側
との間に位置決めされ得る。
【0014】さらに、環状永久磁石は真空チャンバー内
に軸状磁場を発生し、環状電磁石は環状永久磁石で発生
された軸状磁場と反対の磁場を発生するように構成され
得る。環状永久磁石と環状電磁石との位置関係は、どち
らが内側でどちらが外側でもよい。
【0015】本発明による磁気中性線放電プラズマ発生
装置においては、磁気中性線から成る環状ループを形成
する磁場発生手段が一つの環状電磁石と一つの環状永久
磁石で構成されているので、磁気中性線を形成する位置
はコイルと同一面内に限られ磁気中性線を上下方向に移
動することはできないが、コンパクトにプラズマ源を構
成することができるため、メンテナンス性の良いプラズ
マ源を構成することができるという特徴をもつ。また、
形成される磁気中性線の径を大きくしたり小さくするこ
とによってプラズマの均一性を制御することは可能であ
る。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、添付図面の図1及び図2を
参照して本発明の実施の形態について説明する。図1に
は、本発明の一実施の形態による誘導結合放電型の磁気
中性線放電プラズマ発生装置を用いたエッチング装置を
示す。図示装置において、1は排気口1aを備えたプロ
セス室を形成している真空チャンバーであり、排気口1
aはターボ分子ポンプ2に接続されている。真空チャン
バー1の内部には絶縁体部材3を介して基板電極4が設
けられており、この基板電極4はRFバイアスを印加す
る高周波電源5に接続されている。6は対向電極で、真
空チャンバ−1の上部フランジlbに直接接合されてい
る。対向電極6の内側には基板電極4に対向してエッチ
ングガスを導入するシャワープレート7が設けられてい
る。
【0017】また真空チャンバ−1の外周部の誘電体か
ら成る円筒状側壁1cの外側には図示したように、真空
チャンパ−1内に磁気中性線を形成するための磁場発生
手段を構成している一つの円筒状コイル8及び一つの環
状永久磁石9が同軸状に配置されている。環状永久磁石
9は軸状磁場を発生し、円筒状コイル8は環状永久磁石
9による軸状磁場に対して反対の磁場を形成し真空チャ
ンバ−1内に磁気中性線を形成するようにされている。
真空チャンバ−1のガスは排気口1aを介してターポ分
子ポンプ2によって排気される。円筒状コイル8と真空
チャンバ−1の円筒状側壁1cとの間には環状の高周波
アンテナ10が設けられ、この高周波アンテナ10はプ
ラズマ発生用高周波電源11に接続され、誘電体の円筒
状側壁1cを介して真空チャンバ−1内に高周波電場を
導入する。
【0018】このように構成した図1に示す装置を用
い、ブラズマ発生用高周波電源11の電力を1.5KW
(13.56MHz)、基板バイアス高周波電源5の電
力を500W(800kHz)、圧力を5mTorr、
補助ガスとしてアルゴンを85sccm、エッチング主
ガスとしてC4 F8 を15sccmとしたとき、シリコ
ン酸化膜のエッチング速度が550nm/minであっ
た。比較例として図3で示される従来方式の三つの磁場
コイルを用いた磁気中性線放電エッチング装置を用いた
とき、同条件で得られたシリコン酸化膜のエッチング速
度も550nm/minであり、エッチング性能には替
わりはなかった。従って、環状永久磁石と単一磁場コイ
ルで磁気中性線を形成しても、同じ磁気中性線放電プラ
ズマが形成でき効率の良いエッチング達成されることが
分かる。また、磁場コイルの電流を変えることにより磁
気中性線の径を変えたところ、±3%の均一エッチング
が可能であることがわかった。図2にこの構成における
磁場計算例を示す。図2の(a)は等磁束密度線図、図
2の(b)は等磁位線図である。
【0019】ところで図示実施の形態ではエッチング装
置に適用した例を述べたが、同様な効果はプラズマCV
D装置のプラズマ源として、また、イオン注入装置のプ
ラズマ源として用いたときも均一プラズマを形成できる
ことが期待できる。
【0020】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、磁気中性線から成る環状ループを形成する磁場発生
手段を一つの環状電磁石と一つの環状永久磁石で構成
し、一つの環状永久磁石と一つの環状電磁石の組み合わ
せで、高密度プラズマを発生させることができ、環状電
磁石に流す電流を制御することによってプラズマの均一
性制御ができるプラズマ源を構成することができるよう
になり、メンテナンス性を高めることが可能となった。
従って、半導体や電子部品加工に用いられている反応性
イオンエッチング装置やプラズマCVD装置、イオン注
入装置のプラズマ源に用いることができ、それらの装置
のメンテナンス性の大幅な向上に貢献をするものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施の形態による磁気中性線放電
プラズマ発生装置を用いたエッチング装置を示す概略線
図。
【図2】 図1に示す磁気中性線放電プラズマ発生装置
において発生される磁気中性線の計算例を示すグラフ。
【図3】 従来の三電極型磁気中性線放電型エッチング
装置を示す概略線図。
【図4】 図3の装置において発生される磁気中性線の
計算例を示すグラフ。
【符号の説明】
1:真空チャンバー 2:ターボ分子ポンプ 3:絶縁体部材 4:基板電極 5:バイアス用高周波電源 6:対向電極 7:シャワープレート 8:円筒状コイル 9:環状永久磁石 10:高周波アンテナ 11:プラズマ発生用高周波電源 1a:排気口 1b:上部フランジ 1c:誘電体から成る円筒状側壁
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/265 H01L 21/265 603A

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】真空チャバー内に磁場零の磁気中性線から
    成る環状ループを形成する磁場発生手段と、その環状ル
    ープの近傍にループに沿って設けられ、誘導結合により
    放電プラズマを形成させる高周波アンテナとを有する装
    置において、磁気中性線から成る環状ループを形成する
    磁場発生手段を一つの環状電磁石と一つの環状永久磁石
    で構成したことを特徴とする磁気中性線放電プラズマ発
    生装置。
  2. 【請求項2】一つの環状電磁石と一つの環状永久磁石と
    が磁気中性線を形成すべき位置と同一の平面上に同軸状
    に真空チャンバーの外側に位置決めされることを特徴と
    する請求項1に記載の磁気中性線放電プラズマ発生装
    置。
  3. 【請求項3】高周波アンテナが、同軸状に配置した環状
    電磁石及び環状永久磁石と真空チャンバーの外側との間
    に位置決めされることを特徴とする請求項1に記載の磁
    気中性線放電プラズマ発生装置。
  4. 【請求項4】環状永久磁石が真空チャンバー内に軸状磁
    場を発生し、環状電磁石が環状永久磁石で発生された軸
    状磁場と反対の磁場を発生するように構成したことを特
    徴とする請求項1に記載の磁気中性線放電プラズマ発生
    装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008500457A (ja) * 2004-05-26 2008-01-10 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド スパッタ反応装置内で金属バリアを形成するために特にマルチステッププロセスで使用される可変四重電磁石アレー
DE10326135B4 (de) * 2002-06-12 2014-12-24 Ulvac, Inc. Entladungsplasma-Bearbeitungsanlage

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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