JPH07201493A - マグネトロンプラズマエッチング用磁場発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 マグネトロンエッチング装置に組み込むに際
して、エッチング室を大型化したり、試料台の移動距離
を長くしたりせずに、所望の水平磁場均一性を得ること
ができる、ダイポールリング磁石より成るマグネトロン
プラズマエッチング用磁場発生装置を提供すること。 【構成】 複数の異方性セグメント柱状磁石をリング状
に配置したダイポールリング磁石より成るマグネトロン
プラズマエッチング用磁場発生装置において、上記複数
の異方性セグメント柱状磁石の一部分である、複数個の
異方性セグメント柱状磁石の側面の全部あるいは一部分
に、磁化の方向が上記異方性セグメント柱状磁石の軸方
向である、異方性セグメント磁石を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、均一性の良好な磁場を
発生させるマグネトロンプラズマエッチング用磁場発生
装置に関する。本発明に係るマグネトロンプラズマエッ
チング用磁場発生装置は、電気電子分野で行われている
マグネトロンエッチングに用いて好適である。

【０００２】

【従来の技術】マグネトロンにより生成される高密度の
プラズマ（マグネトロンプラズマ）を利用してエッチン
グを行う、マグネトロンエッチング（ドライエッチン
グ）は、従来より広く行われている。

【０００３】図４に従来のマグネトロンエッチング装置
の一例（平面型２極放電エッチング装置）を示す。

【０００４】図４（ａ）はマグネトロンエッチング装置
の縦断面図であり、断面以外の図示は図面を簡略にする
ために省略してある。また、図４（ｂ）は図４（ａ）の
マグネトロンエッチング装置の一部分を便宜上分離して
描いた斜視図であり、マグネトロンエッチング装置にお
ける電子の運動を説明するための図である。

【０００５】平行平板の両極板１０及び１２の間にウエ
ーハ１４が設けられ、極板１２の裏面にマグネトロンプ
ラズマエッチング用磁場発生装置１８が設置される。マ
グネトロンプラズマエッチング用磁場発生装置１８は、
例えば、ドーナツ状の永久磁石２２の孔の中に円板状の
永久磁石２４を配置し、これら永久磁石２２及び２４の
上面をヨーク２６で接続した構造になっている（図４
（ｂ）の分離図参照）。

【０００６】極板１２は接地し、極板１０には高周波電
圧を印加する。図４（ａ）に、極板１０が陰極となった
場合に発生する電場の向きを、矢印２０で示す。

【０００７】上記マグネトロンプラズマエッチング用磁
場発生装置１８により、両極板間に磁力線２８ａ及び２
８ｂ（図４（ａ））あるいは磁力線３０（図４（ｂ））
で表わされる磁場が作られる。

【０００８】マグネトロンエッチングを行う際、図４の
マグネトロンエッチング装置をプロセスガス（通常ハロ
ゲンガスを使用）を封入した容器内に載置する。放電に
より気体はイオン化され、このとき生じた電子３２は、
矢印２０の向きの電場と磁力線３０で表される磁場（の
電場に垂直な成分）との作用により、ドリフト運動をし
ながら無限軌道３４を描く。その結果、電子３２はウエ
ーハ１４の面上付近に束縛され、気体のイオン化を促進
する。そこで新たに生成された電子も無限軌道３４を描
き、気体を更にイオン化する。したがってイオン化効率
が非常に高く、高密度プラズマを生成することができ
る。

【０００９】このため、マグネトロンエッチング方式に
は、通常の高圧放電方式と比較して２〜３倍の効率が得
られるという利点がある。

【００１０】しかし、図４のマグネトロンプラズマエッ
チング用磁場発生装置１８の作る磁場においては、電場
に垂直な磁場成分（図４のウエーハ１４の面に水平な成
分。以下、水平磁場と表現する）が一様な分布を示さな
い。

【００１１】図５にこの様子を示す。グラフの横軸ｒ
は、ウエーハ１４の中心を原点とし、原点からウエーハ
面上に沿いウエーハ周辺部に向かって測った距離であ
り、縦軸Ｂは、距離ｒの位置における水平磁場強度を表
わす。図５より、水平磁場強度が場所により大きく異な
ることがわかる。

【００１２】水平磁場強度の強い領域ほど気体のイオン
化が促進されて高密度なプラズマが生成される。したが
って、ウエーハの一部を集中的にエッチングする等、品
質上の問題が生じる。更に、不均一なプラズマ密度のた
めにウエーハ面内に電位分布が生じ（チャージアッ
プ）、よってウエーハが破壊されるという問題も起こ
る。

【００１３】上記の問題を解決するため、複数の異方性
セグメント磁石をリング状に配置した磁石（以下、ダイ
ポールリング磁石と呼ぶ）を磁場発生装置として使用す
る試みが為された。

【００１４】図６に、ダイポールリング磁石より成る磁
場発生装置の一例をマグネトロンエッチング装置に用い
た場合について示す。図６（ａ）に上記磁場発生装置を
用いたマグネトロンエッチング装置の平面図（一部省略
してある）を、図６（ｂ）には図６（ａ）を切断線ＡＢ
に沿って切断した断面図（断面以外の図示は図面を簡略
にするために省略してある）を示す。

【００１５】ダイポールリング磁石は円筒形であり、複
数の異方性セグメント柱状磁石４０を非磁性の架台４２
に収めた構造である。各柱状磁石４０の中に描かれた矢
印は、それぞれの柱状磁石の磁化の向きを表している。
図６のように磁化の向きを配置することにより、ダイポ
ールリング磁石内の中央部に矢印４３で示す向きの磁場
が生成される。

【００１６】マグネトロンエッチング装置に用いる場
合、ダイポールリング磁石の内部には、極板３６、３７
及びウエーハ３８が図６（ｂ）のように設けられる。両
極板３６及び３７間に高周波電圧を印加し、例えば記号
４４の向き（図６（ａ））、または矢印４５の向き（図
６（ｂ））の電場を発生させる。この電場と、上述の矢
印４３の向きの磁場の作用で、図４同様にプラズマを生
成・束縛することができる。

【００１７】このとき、ダイポールリング磁石の長さ方
向（図６（ｂ）の縦方向）の中央断面付近と、プラズマ
生成空間４６（エッチングを行う空間。図４におけるウ
エーハ１４の面上に相当する空間）とが一致するよう、
ウエーハ３８の位置を調節する（図６（ｂ）参照）。

【００１８】これは、ダイポールリング磁石の中央部に
は原理的に水平磁場（矢印４３の向きの磁場）のみが存
在し、且つ、ダイポールリング磁石の中央部における磁
場均一性の方がダイポールリング磁石の端部における磁
場均一性よりも良いからである。即ち、ダイポールリン
グ磁石の中央部には、均一密度のプラズマが生成され、
均一なエッチングが行われるからである。

【００１９】図７に、上記ダイポールリング磁石より成
る磁場発生装置（図６）による水平磁場の様子を示す。

【００２０】図７は、プラズマ生成空間４６の中央断面
（直線ＣＤを含み、ダイポールリング磁石の長さ方向に
垂直な面）の直線ＣＤ上における水平磁場強度を表わし
たグラフである。グラフの横軸ｒは、プラズマ生成空間
４６の中心点４８を原点とし、原点から直線ＣＤに沿い
直線ＣＤの方向に測った距離（図中右向きを正とした）
であり、縦軸Ｂは、距離ｒの位置における水平磁場（矢
印４３（図６）の向きの磁場）の強度を表わす。また、
Ｌはプラズマ生成空間４６の半径の大きさである。

【００２１】図７のグラフより、ダイポールリング磁石
より成る磁場発生装置（図６）による水平磁場強度の均
一性は、従来の磁場発生装置（平面型２極放電スパッタ
リング装置（図４））による水平磁場強度の均一性（図
５）に比べ、格段に良くなっていることがわかる。

【００２２】しかし、磁場均一性を充分に良くするため
には、ダイポールリング磁石の長さ（図６のＲＬ）を長
くする必要がある。しかし、マグネトロンエッチング装
置に使用する場合、ダイポールリング磁石の小型化が望
まれる。図８にマグネトロンエッチングを行う装置の全
体図を示し、小型化の必要性について説明する。

【００２３】マグネトロンエッチングは、マグネトロン
エッチング装置を組み込んだエッチング室（Ａ）、ウエ
ーハを載置しておくカセット室（Ｂ）、及び、カセット
室（Ｂ）のウエーハをエッチング室（Ａ）へ搬送するア
ームを設けたロードロック室（Ｃ）から成る装置により
行われる。

【００２４】各室は弁４９を設けた通路により接続され
ている。カセット室（Ｂ）に載置された複数のウエーハ
５０の内の１枚が、ロードロック室（Ｃ）の搬送アーム
５４によりエッチング室（Ａ）へと搬送される。搬送さ
れたウエーハ５２をエッチング室（Ａ）の電極板５６の
上に載置した後、上記電極板５６と一体になった試料台
５８をエッチング位置（破線で描いた位置）６０まで移
動させる。電極板５６及び６２による電場と、磁場発生
装置６４による磁場との作用により、マグネトロンプラ
ズマを生成・束縛してエッチングを行う。このとき、矢
印６６の向きにプロセスガスが注入され、矢印６８の向
きに排気が行われている。

【００２５】したがって、マグネトロンエッチング装置
に使用するダイポールリング磁石が長いと、エッチング
位置６０までの試料台５８の移動距離が長くなる。即
ち、エッチング室を大型化する必要が生じると共に、試
料台の移動距離が長い分、多くの駆動エネルギーが必要
となり、製造及び運転費用が高価になるという問題があ
る。

【００２６】このため、ダイポールリング磁石の長さＲ
Ｌをあまり長くすることができず、従来、プラズマ生成
空間４６における磁場の均一性をあまり良好にすること
ができないという問題があった。

【００２７】したがって、マグネトロンエッチング装置
に組み込むに際して、エッチング室を大型化したり、試
料台の移動距離を長くしたりせずに、所望の水平磁場均
一性を得られる、ダイポールリング磁石より成る磁場発
生装置が望まれている。

【００２８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、マグ
ネトロンエッチング装置に組み込むに際して、エッチン
グ室を大型化したり、試料台の移動距離を長くしたりせ
ずに、所望の水平磁場均一性を得ることができる、ダイ
ポールリング磁石より成るマグネトロンプラズマエッチ
ング用磁場発生装置を提供することである。

【００２９】

【課題を解決するための手段】複数の異方性セグメント
柱状磁石をリング状に配置したダイポールリング磁石よ
り成るマグネトロンプラズマエッチング用磁場発生装置
において、上記複数の異方性セグメント柱状磁石の一部
分である、複数個の異方性セグメント柱状磁石の側面の
全部あるいは一部分に、磁化の方向が上記異方性セグメ
ント柱状磁石の軸方向である、異方性セグメント磁石を
設ける。

【００３０】

【実施例】図１に、上述のダイポールリング磁石より成
る磁場発生装置（図６）を改良した、本発明に係るマグ
ネトロンプラズマエッチング用磁場発生装置の一例を示
す。図１（ａ）は本発明に係るマグネトロンプラズマエ
ッチング用磁場発生装置の平面図であり、図１（ｂ）は
図１（ａ）の切断線ＥＦに沿った断面図である（断面以
外の図示は図面を簡略にするために省略してある）。

【００３１】上記本発明に係る磁場発生装置をマグネト
ロンエッチングに用いる際には、図６の従来例と同様
に、磁場発生装置内に極板等を設ける。簡略化のため、
図１には極板等の図示を省略する。

【００３２】本発明に係るマグネトロンプラズマエッチ
ング用磁場発生装置に用いるダイポールリング磁石（図
１）は、複数の異方性セグメント柱状磁石７０（１）〜
７０（１６）を非磁性の架台７２に収めた構造である。
各柱状磁石の中に描かれた矢印は、それぞれの柱状磁石
の磁化の向きを表している。図１のように磁化の向きを
配置することにより、ダイポールリング磁石内の中央部
に矢印７３で示す向きの磁場が生成される。

【００３３】柱状磁石の数は、８個以上とし、通常８個
から３２個の間で選ばれる。図１には１６個の柱状磁石
を設けた場合を示す。また、柱状磁石の断面形状（図１
（ａ）に現われている形状）は任意であり、例えば、円
や長方形などの断面形状でも良いが、図１には製造費用
が安価になる正方形断面の場合を例示した。

【００３４】本発明の特徴は、上記複数の柱状磁石７０
（１）〜７０（１６）の一部分である、複数個の柱状磁
石の側面の全部あるいは一部分に、磁化の方向が上記異
方性セグメント柱状磁石の軸方向である、異方性セグメ
ント磁石７４を設けた点にある。

【００３５】図１には、上記複数の柱状磁石７０（１）
〜７０（１６）の一部分である柱状磁石７０（１６）、
７０（１）、７０（２）、及び、７０（８）、７０
（９）、７０（１０）の各々の一側面に、異方性セグメ
ント磁石７４（１６）、７４（１）、７４（２）、及
び、７４（８）、７４（９）、７４（１０）を設けた場
合を示す。

【００３６】図１（ａ）に示したように、各異方性セグ
メント磁石７４（１６）、７４（１）、７４（２）、及
び、７４（８）、７４（９）、７４（１０）の磁化方向
は柱状磁石７０の軸方向であり、その向きはそれぞれ符
号７６（１６）、７６（１）、７６（２）、及び、７６
（８）、７６（９）、７６（１０）で表わす向きとし
た。これは、図１（ｂ）には矢印７８（１）、７８
（９）で表わした。

【００３７】図２を用いて、従来の磁場発生装置（図
６）と本発明に係る磁場発生装置（図１）による発生磁
場の様子の違いを説明する。

【００３８】図２（ａ）は、従来の、ダイポールリング
磁石より成る磁場発生装置（図６）による磁場の様子
を、図６（ｂ）と同一の断面図（一部は省略した）内に
示した図である。破線は磁力線８２であり、磁力線８２
に描かれた矢印は磁力線８２の向きを表わす。

【００３９】図２（ｂ）は、同様にして、本発明に係
る、ダイポールリング磁石より成る磁場発生装置（図
１）による磁場の様子を、図１（ｂ）と同一の断面図
（一部は省略した）内に示した図である。破線は磁力線
８４であり、磁力線８４に描かれた矢印は磁力線８４の
向きを表わす。

【００４０】図２（ａ）よりわかるように、従来の磁場
発生装置（図６）においては、ダイポールリング磁石の
長さ方向の中央断面付近で磁場が水平になっている。こ
のため、従来は、ウエーハ（図示せず）の位置を調節し
て、プラズマ生成空間８０（図１参照）をダイポールリ
ング磁石の長さ方向の中央断面付近と一致させてエッチ
ングを行っている。

【００４１】一方、図２（ｂ）より、本発明に係る磁場
発生装置（図１）においては、ダイポールリング磁石の
下端面付近に発生する磁場が水平になっていることがわ
かる。これは、ダイポールリング磁石による磁場が、異
方性セグメント磁石７４（磁化の向きが矢印７８の向
き）による磁場により補正されるためである。

【００４２】したがって、プラズマ生成空間８０は、ダ
イポールリング磁石の長さ方向の中央断面付近ではな
く、ダイポールリング磁石の下端面付近に一致させれば
良い。よって、図８のエッチング室において、エッチン
グ位置６０は下方で良いことになる。即ち、試料台５８
の移動距離を短くすることができ、それに応じてエッチ
ング室も小さくて済む。

【００４３】しかも、本発明に係る磁場発生装置（図
１）における、ダイポールリング磁石の下端面付近に発
生する水平磁場の均一性は、従来の磁場発生装置（図
６）に比べ、良好である。

【００４４】図３において従来の磁場発生装置（図６）
と本発明に係る磁場発生装置（図１）の比較を行い、上
述の点について説明する。図３（ａ）は従来の磁場発生
装置で、エッチング室に組み込めるよう長さＲＬ１が短
く、下端面とプラズマ生成空間４６（中央断面部分）と
する部分との距離をＬ１とした装置である。一方、図３
（ｂ）は本発明に係る磁場発生装置で、長さＲＬ２は長
く（ＲＬ２＞ＲＬ１）、下端面とプラズマ生成空間８０
（下端面付近部分）とする部分との距離をＬ２とした装
置である。

【００４５】ここで、Ｌ１＝Ｌ２とした場合、本発明に
係る磁場発生装置がプラズマ生成空間８０に発生させる
水平磁場の均一性の方が良好である。即ち、試料台の移
動距離を従来と等しく保った場合には、本発明に係る磁
場発生装置を用いれば、エッチング位置における水平磁
場均一性を従来よりも上げることができる。

【００４６】ただし、本発明に係るマグネトロンプラズ
マエッチング用磁場発生装置（図１）が生成する磁場
は、従来のマグネトロンプラズマエッチング用磁場発生
装置（図４）が生成するドーナツ状の磁場とは異なり、
一方向のみの水平磁場である。よって、電子はドリフト
運動を行って一方向に進み、無限軌道を描かない。しか
し、ダイポールリング磁石をその周に沿って回転させた
り、印加電源に高周波電源を用いたりすることにより、
電子のドリフト運動の向きを変えて無限軌道を描かせる
ことができる。

【００４７】

【発明の効果】本発明に係るマグネトロンプラズマエッ
チング用磁場発生装置によれば、マグネトロンエッチン
グ装置に組み込むに際して、エッチング室を大型化した
り、試料台の移動距離を長くしたりせずに、所望の水平
磁場均一性を得ることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るマグネトロンプラズマエッチング
用磁場発生装置を説明するための図。

【図２】本発明に係るマグネトロンプラズマエッチング
用磁場発生装置（図１）に発生する水平磁場の様子を表
す図。

【図３】従来のマグネトロンプラズマエッチング用磁場
発生装置（図６）と本発明に係るマグネトロンプラズマ
エッチング用磁場発生装置（図１）との比較を行うため
の図。

【図４】従来のマグネトロンプラズマエッチング用磁場
発生装置を用いたマグネトロンエッチング装置（平面型
２極放電エッチング装置）を説明するための図。

【図５】従来のマグネトロンプラズマエッチング用磁場
発生装置（図４）に発生する水平磁場強度の分布を表す
図。

【図６】従来の、ダイポールリング磁石を使用したマグ
ネトロンプラズマエッチング用磁場発生装置を説明する
ための図。

【図７】従来の、ダイポールリング磁石を使用したマグ
ネトロンプラズマエッチング用磁場発生装置（図６）に
発生する水平磁場強度の分布を表す図。

【図８】マグネトロンエッチングを行う装置の全体を説
明する図。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の異方性セグメント柱状磁石をリン
   グ状に配置したダイポールリング磁石より成るマグネト
   ロンプラズマエッチング用磁場発生装置において、 上記複数の異方性セグメント柱状磁石の一部分である、
   複数個の異方性セグメント柱状磁石の側面の全部あるい
   は一部分に、 磁化の方向が上記異方性セグメント柱状磁石の軸方向で
   ある、異方性セグメント磁石を設けた、 ことを特徴とするマグネトロンプラズマエッチング用磁
   場発生装置。