JP3510951B2 - プラズマ発生装置 - Google Patents

プラズマ発生装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマを利用し
て、半導体或いは電子部品、その他の基板上の物質をエ
ッチングするエッチング装置や、その基板上に膜を堆積
させるプラズマCVD装置に用いられるプラズマ発生装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の、例えば、エッチング装置やプラ
ズマCVD装置では、主に磁石を用いたマグネトロン
型、電子サイクロトロン共鳴を用いたECR放電型、ヘ
リコン波を用いたヘリコン型のプラズマ発生装置が用い
られてきた。最近、真空チャンバ内に磁気中性線を形成
するための三つのソレノイドコイルによる磁場発生手段
と、この磁場発生手段によって真空チャンバ内に形成さ
れた磁気中性線に沿って電場を形成してこの磁気中性線
にプラズマを発生させる電場発生手段とから成るプラズ
マ発生装置が提案され(特願平5-183899号参照)、エッ
チング装置等に適用されている(特願平7-116154号参
照)。
【0003】また、磁気中性線を形成する磁場発生手段
としてコイルの代りに永久磁石を用いた例も提案されて
いる(特願平7-217965号参照)。
【0004】本発明はこのような永久磁石を用いた磁気
中性線放電プラズマ装置の改良に関する。すなわち特願
平7-217965号で提案されているプラズマ発生装置は、添
附図面の図5に示すように、上面A1が誘電体の真空チャ
ンバA内でプラズマを発生するようにした放電プラズマ
装置であって、真空チャンバA内に連続して存在する磁
場ゼロの位置である環状磁気中性線を形成するために誘
電体上面A1にドーナツ状または円盤状の永久磁石Bとそ
れよりも内径の大きなドーナツ状の永久磁石Cとが配置
され、これらの永久磁石B、Cによって真空チャンバA
内に形成された磁気中性線に沿って交番電場を加えて磁
気中性線に放電プラズマを発生させる1重を含む多重の
高周波コイルDが永久磁石B、Cの間に配置されてい
る。磁気中性線の径及び磁石面からの距離は二つの永久
磁石B、Cの距離によって決まる。二つの永久磁石B、
Cの磁場強度が等しい場合には二つの永久磁石B、Cの
中間の位置であって真空チャンバA内部に磁気中性線が
形成される。形成される磁気中性線の磁石面からの距離
は、二つの磁石B、C間の距離が大きくなるほど、大き
くなり、磁場強度には依存しない。そして磁気中性線の
形成される径の上部誘電体面A1上に設けた高周波電場を
導入する高周波コイルDにより、高周波電場を印加する
ことによってプラズマが生成される。プラズマ中の電子
は磁場勾配に沿って移動し、磁場ゼロの所に集り、その
位置に高周波電場が印加されるので、高効率のプラズマ
が形成される。
【0005】図5に示されている装置を用いて、酸化膜
付きSi基板をエッチング処理した場合、RFバイアス用と
して100kHzの高周波電源を用いた時、八フッ化シクロブ
タンガスの圧力が0.67Paで、RFバイアスパワーが500W、
RFアンテナパワーが1500Wの条件下で、600nm/min±7%
という高いエッチングと速度とエッチング均一性が得ら
れている。このように先に提案されてきた磁気中性線放
電プラズマ装置は、高効率の磁気中性線放電プラズマが
得られることは勿論のこと、誘導結合プラズマよりも優
れていることも確認された。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の磁気中性線放電プラズマ装置では、ドーナツ
状または円盤状の永久磁石とそれよりも内径の大きなド
ーナツ状の永久磁石とによって磁気中性線を形成するた
めに、形成される磁気中性線の位置が永久磁石の径で決
ってしまい、磁場条件を変えられないという問題があっ
た。
【0010】そこで本発明は、このような従来の装置の
持つ問題点を解決して、磁場条件を変えて磁気中性線の
形成される位置及び均一性を変えることができる磁気中
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、ドーナツ状または円盤状の永久
磁石とそれよりも内径の大きなドーナツ状の永久磁石と
によって磁気中性線を形成するに際して、これら二つの
永久磁石によって形成される磁場に制御用の可変磁場を
重畳する手段が設けられる。この可変磁場重畳手段によ
り、磁気中性線の形成される位置及び均一性は制御でき
るようになる。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明の一つの実施の形態によれ
ば、上部壁が誘電体で構成される真空チャンバ内に連続
して存在する磁場ゼロの位置である環状磁気中性線を形
成する磁場発生手段を、誘電体上面に配置された円盤状
の内側永久磁石とそれよりも内径の大きなドーナッツ状
の外側永久磁石とで構成し、この磁場発生手段によって
真空チャンバ内に形成された磁気中性線に沿って交番電
場を加えてこの磁気中性線に放電プラズマを発生する電
場発生手段を、上記二つの永久磁石の中間に配置された
1重を含む多重の高周波コイルで構成したプラズマ発生
装置において、環状磁気中性線を制御するソレノイドコ
イルを設けたことを特徴としている。ソレノイドコイル
は好ましくは環状磁気中性線の形成される位置及び又は
均一性を制御するように構成され得る。また、本発明の
好ましい実施の形態によれば、環状磁気中性線を制御す
るソレノイドコイルは外側永久磁石の面の上部に配置さ
れ得る。代りに、環状磁気中性線を制御するソレノイド
コイルは外側永久磁石と内側永久磁石との間に配置され
得る。さらに、別の実施の形態によれば、環状磁気中性
線を形成する磁場発生手段の一部を成す内側永久磁石は
円盤状に構成する代りにドーナツ状に構成することもで
きる。
【0013】
【作用】このように構成された本発明のプラズマ発生装
置においては、エッチング装置においては、ソレノイド
コイルによって形成される磁場が、ドーナツ状または円
盤状の内側永久磁石とそれよりも内径の大きなドーナツ
状の外側永久磁石とによって形成される磁場に重畳され
るため、ソレノイドコイルに流す電流を制御することに
より、形成される磁気中性線の位置及び均一性を変える
ことができるようになる。
【0014】
【実施例】以下、添付図面の図1〜図4を参照して本発
明の実施例について説明する。図1は本発明によるプラ
ズマ発生装置をエッチング装置に適用した一実施例であ
る。図示装置において1はプロセス室を形成している円
筒形の真空チャンバで、その上面は平板型誘電体隔壁2
で覆われている。この平板型誘電体隔壁2の外面上に
は、上下に図示したような極性を持つ円盤状内側永久磁
石3及びこの円盤状内側永久磁石3よりも内径が大きく
かつ内側永久磁石3と同極性を持つドーナツ状外側永久
磁石4が同心上に取付けられ、これら両永久磁石3、4
は真空チャンバ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。円盤状内側永久磁石3とドー
ナツ状外側永久磁石4との間には、電場発生手段を構成
する1重を含む多重の高周波コイル5が配置され、この
高周波コイル5は13.56MHzの周波数の高周波電源6に接
続され、永久磁石3、4によって真空チャンバ1内に形
成された磁気中性線に沿って交番電場を加えてこの磁気
中性線に放電プラズマを発生するようにしている。また
外側永久磁石4の近傍には環状磁気中性線の形成される
位置を制御するソレノイドコイル7が設けられ、このソ
レノイドコイル7は、永久磁石3、4によって形成され
る磁場に重畳される磁場を発生し、従って、形成される
磁気中性線の位置及び均一性は、ソレノイドコイル7に
流す電流を制御することによりを変えることができる。
また真空チャンバ1内の形成される磁気中性線の作る面
と平行して離れた位置には基板電極8が設けられ、この
基板電極8はRFバイアスを印加する13.56MHzの周波数の
高周波電源9に接続されている。
【0015】次にソレノイドコイル7の設けられる位置
によって、形成される磁気中性線がどの方向にどの程度
変化するかに関して以下説明する。図2及び図3は、そ
れぞれドーナツ状外側永久磁石4の外周上部にソレノイ
ドコイル7を配置しない場合と配置した場合の有限要素
法によって計算した等磁位線図である。図2はソレノイ
ドコイルがない従来の例の場合、図3はソレノイドコイ
ル7に−200Aの電流を流した場合である。電流の符号
は、ソレノイドコイル7によって形成される磁場の磁力
線方向が上から下に向いている場合を+、下から上に磁
力線が向いている場合を−、としている。図3に示すソ
レノイドコイル7を設けた構成では、図2のソレノイド
コイルを設けない構成で形成される磁気中性線の位置よ
りも15mm下方に磁気中性線が形成されている。また図4
に示すようにソレノイドコイル7を内側永久磁石3と外
側永久磁石4の間に配置した場合には、図3の時と同様
に−200Aの電流をソレノイドコイル7に流すと、図2の
場合と比較して、外側に7mm、上方に5mm、磁気中性線
が移動する。
【0016】図1に示す実施例では、図3に示すような
計算で求められた磁石及びソレノイドコイルによって磁
気中性線が形成されているが、当然図4に示すように配
置することもでき、またそれ以外の配置にすることもで
きる。また図示実施例のようにドーナツ状外側永久磁石
4の面よりも上部にソレノイドコイル7を配置しなけれ
ばならないというものでも勿論なく、磁場の重畳できる
位置であれば任意の位置に配置することができる。
【0017】図1に示す実施例においては、本発明は、
アンテナすなわち高周波コイル5には13.56MHzの高周波
電力が印加され、基板電極8にも13.56MHzの高周波電力
が印加される“反応性イオンエッチング装置”に適用さ
れており、この装置を用いて、酸化膜付きSi基板を用
い、RFバイアス用として100kHzの高周波電源を用いて、
図5に示されている装置の場合と同じ条件(八フッ化シ
クロブタンガスの圧力が0.67Paで、RFバイアスパワーが
500W、RFアンテナパワーが1500Wの条件)で実験を行な
った結果、ソレノイドコイル7の電流が−200Aの時、従
来装置を用いた時と同じように約650nm/minという高い
エッチング速度が得られた。
【0018】また、磁気中性線の均一性についてはソレ
ノイドコイル7に流す電流によって調整できることがわ
かった。これまでの結果から、コイル電流値を+200Aか
ら−200Aの範囲で変化させた時、磁気中性線の均一性は
±4から±10%の間で変化することが分った。ソレノイ
ドコイル7の配置を最適化することにより、より均一性
のよい条件が得られるものと考えられる。
【0019】ところで、図示実施例では高周波電場を導
入するアンテナに13.56MHzの周波数の高周波が用いられ
ているが、この周波数に限定されるものではない。基板
電極に印加される高周波も同様に13.56MHzに限定される
ものではない。アンテナ及び基板電極に同一周波数の電
源が用いられる場合には二つの電源間の位相を調整する
位相制御回路が一般に必要になる。また図示実施例にお
いて、磁気中性線の径を大きくするには円盤状永久磁石
及びドーナツ形板状永久磁石の径を大きくすることによ
り達成される。また、形成される磁気中性線と永久磁石
面との距離は円盤状永久磁石とドーナツ形板状永久磁石
との間隔により変えることができる。間隔を大きくすれ
ばその距離は大きくなる。さらに、図示実施例では、本
発明のプラズマ発生装置をエッチング装置に適用した場
合について説明してきたが、CVD装置に適用しても同
様な効果が得られる。
【0020】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、磁気中性線を形成するドーナツ状または円盤状の内
側永久磁石とそれよりも内径の大きなドーナツ状の外側
永久磁石で構成される磁場発生手段に加えて、この磁場
発生手段で発生される磁場に重畳される制御用磁場を発
生するソレノイドコイルを設けて磁気中性線の形成され
る位置を調整できるように構成しているので、磁気中性
線の位置及び均一性を任意に制御することができるよう
になり、従来の永久磁石のみによる構成では達成できな
かった磁気中性線の形成位置及び均一性調整が可能とな
る放電プラズマ発生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明によるプラズマ発生装置を磁気中性線
放電エッチング装置に適用した実施例を示す概略図。
【図2】 図5に示す磁場発生構造によって得られる等
磁位線の有限要素法による計算結果を示すグラフ。
【図3】 図1に示す磁場発生構造によって得られる等
磁位線の有限要素法による計算結果を示すグラフ。
【図4】 ソレノイドコイルを磁気中性線の形成位置上
部に配置した時の有限要素法による等磁位線図。
【図5】 従来の永久磁石による磁気中性線放電エッチ
ング装置の一例を示す概略図。
【符号の説明】
1:真空チャンバ 2:平板型誘電体隔壁 3:内側永久磁石 4:外側永久磁石 5:高周波コイル 6:高周波電源 7:ソレノイドコイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3065 C23C 16/50 C23F 4/00 H01L 21/205 H05H 1/46

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上部壁が誘電体で構成される真空チャン
    バ内に連続して存在する磁場ゼロの位置である環状磁気
    中性線を形成する磁場発生手段を、誘電体上面に配置さ
    れたドーナツ状または円盤状の内側永久磁石とそれより
    も内径の大きなドーナッツ状の外側永久磁石とで構成
    し、この磁場発生手段によって真空チャンバ内に形成さ
    れた磁気中性線に沿って交番電場を加えてこの磁気中性
    線に放電プラズマを発生する電場発生手段を、上記二つ
    の永久磁石の中間に配置された1重を含む多重の高周波
    コイルで構成したプラズマ発生装置において、環状磁気
    中性線を制御するソレノイドコイルを設けたことを特徴
    とするプラズマ発生装置。
  2. 【請求項2】 環状磁気中性線を制御するソレノイドコ
    イルが外側永久磁石の面の上部に配置される請求項1に
    記載のプラズマ発生装置。
  3. 【請求項3】 環状磁気中性線を制御するソレノイドコ
    イルが外側永久磁石と内側永久磁石との間に配置される
    請求項1に記載のプラズマ発生装置。
  4. 【請求項4】 ソレノイドコイルが環状磁気中性線の形
    成される位置を制御するように構成されている請求項1
    に記載のプラズマ発生装置。
  5. 【請求項5】 ソレノイドコイルが環状磁気中性線の均
    一性を制御するように構成されている請求項1に記載の
    プラズマ発生装置。
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