JPS61220300A - プラズマ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、プラズマ損失を低減したプラズマ装置に関す
るものである。

・（従来技術） 従来、半導体集積回路を製造する際に、乾式微Ｉａ加工
法（ドライエツチング法）が実用化されている。このド
ライエツチング法は、プラズマ容器内にアルゴン等のエ
ツチングガスを封入し、フィ□ラメントから放出した電
子をエツチングガスに衝突させてプラズマイオンを生成
し、プラズマ容器内に配置した被加工物にプラズマイオ
ンを照射して精密澗工するように構成されている。この
ドライエツチング法において被加工物の品質及び生産１
・性を向上させるにはプラズマ損失を低減して高密度、
高安定度のプラズマを生成しなければならず、プラズマ
損失の低減すなわちプラズマ閉じ込め方法の改良が重要
な課題となっている。

プラズマ閉じ込め方法として、強い磁場の作用１・金利
用してプラズマを閉じ込める磁場閉じ込め方法がある。

この磁場閉じ込め方法を利用した装置として円筒状のプ
ラズマ容器の外周又は内周にその軸線を中心にして円周
状に棒磁石を各極性が交互に逆極性となるように平行に
配置したプラズマ・・・装置がある。このプラズマ装置
ではプラズマ容器の中心軸線を中心にしてほぼ円筒状の
多重極力ユプ磁場が形成され、プラズマ電子は磁力線線
に巻き性＜ヨうにマグネトロン運動するため磁力線を横
切って外方に移動しにく（、簡単な構成で有効にプラズ
マを閉じ込める利点がある。

（発明が解決しようとする問題点） 上述した従来のプラズマ装置は、プラズマ容器の中心軸
線を中心にしてほぼ円筒状の多重極磁場が形成されてい
るから、半径方向のプラズマの散逸を有効に防止するこ
とができる。しかし、端面部で磁力線が閉じていないた
め、端面部においてプラズマを有効に閉じ込めることが
できず、端面部で大きなプラズマ損失を生ずる欠点があ
った〇すなわち、円筒部と端面部との境界をなすエツジ
部分において磁場がなめらかに連続せず、不連続状態と
なってしまうため、このエツジ部に３いてプラズマを有
効に閉じ込めることができず、大きなプラズマ損失を生
ずる原因となってあり、改善の余地があった。

・（問題点を解決するための手段） 本発明の目的は上述した欠点を解消し、円筒部磁場と端
面部磁場とをなめらかに連続させることができ、生成し
たプラズマをプラズマ容器の全周に亘って有効に閉じ込
めることができるプラズマ装置を提供するものである。

本発明によるプラズマ装置は内部にプラズマを閉じ込め
るべきプラズマ容器の内側又は外側に１、一方向に磁化
した外側磁極に完全に囲まれた領域内に反対方向に磁化
した内側磁極を前記外側磁極から離間して配置して構成
した磁場発生装置を設け、荷電粒子のマグネトロン運動
が連続して行なわれるように構成したことを特徴とする
ものである。

（作用） 本発明によるプラズマ装置では、一方向に磁化した外側
磁極によシ完全に囲まれた領域を作夛、この領域内に反
対極性ｌこ磁化した内側磁極を外側磁極から離間して配
置して磁場発生装置を構成ムこの磁場発生装置をプラズ
マ容器の内側又は外側・°に配置し、磁場に補獲された
プラズマ電子が連続してマグネトロン運動を行なうよう
に構成する〇これによシ磁場に補獲されたプラズマ電子
が連続してマグネトロン運動を行ない、プラズマ電子の
消滅が有効に防止される。

（実施例〕 第１図〜第８図は本発明によるプラズマ装置の一実施例
を示すものであり、第１図は本発明によるプラズマ装置
を具えるドライエツチング装置の構成を示す断面図、第
２図は円筒部に形成される磁界の形態を示す第１図の１
−１線断面図、第８図は端面部の構成及び形成される磁
界の形態を示す斜視図である。円筒状のプラズマ容器１
には排気孔２及びエッチガスを封入する給気孔８を設け
る°と共に、−万の端部に被加工物の出入れを行なう蓋
４を設ける。この蓋４は、プラズマ容器１に形成したフ
ランジ５にシーリングリング（図示せず）を介して密封
装着するものとする。また１プラズマ容器１には気密電
流導入端子６及び７を介して１対のフィラメント支持棒
８及び９を装着弘・これらフィラメント支持棒８及び９
の先端部にフィラメントｌＯを装着する。１対のフィラ
メント支持棒８及び９間には電子放出用電源１１を接続
すると共にバイアス源１２を介して接地する。後述する
磁場発生装置の内方に位置するフィラメント１０から電
子が供給されると、放出電子がアルゴン等の希ガス原子
及びＣｌＦ３等のエツチング用ガス分子と衝突して低電
離プラズマイオンを発生する。この際磁場発生装置の電
位をフィラメント１０の電位ｌこ対して正に設定し、フ
ィラメント１０カーらの放出電子が加速されるようにす
る。また、磁場発生装置の電位をプラズマ容器１の電位
と等しくすると簡便である。

プラズマ容器１円には生成したプラズマ電子を内部に閉
じ込めるための磁場発生装置を設ける。

この磁場発生装置は、円筒状のプラズマ容器１の中心軸
線に平行に配置し九長さの長い第１の棒磁石１ａ及び第
１の棒磁石１８よシ若干短い第２の棒磁石１４及びこれ
ら第１及び第２の棒磁石１８及び１４の端部に設けた径
の異なる２株の環状磁′石１５及び１６と円板状磁石１
７とを具えている。

第１及び第２の棒磁石１ａ及び１４は前記中心軸線に対
して外側及び内側にＳ極及びＮ極をそれぞれ着磁した構
成とし、第１及び第２の棒磁石１８及び１４をそれぞれ
円周方向に交互に配置し、各棒磁石の極性が交互に変わ
るように、すなわち第１の棒磁石１８のＮ極が内方を向
いている場合には隣接する第２の棒磁石１４のＳ極が内
方を向くようにそれぞれ配置する。これにより、第３図
に示すようにプラズマ容器１の全内周に亘って内方には
シ出す形態の多重極カスプ磁場が形成される。

特に各棒磁石の巾を棒磁石間の間隙よシ小さくなるよう
にすれば、内方にはシ出す磁界が相互に近接するので閉
じ込め効果を一層有効に発揮できる〇尚、これらの棒磁
石１８及び１４は、これらその外側でステンレス裏パイ
プ（図示せず）により固定し、プラズマ容器１に装着す
るものとする０これら第１及び第２の棒磁石１８及び１
４の両端部には、中心軸線に垂直な面内に第１及び第２
の環状磁石１５及び１６と円板状磁石１７とを同心状：
　・に配置する。これら第１及び第２の環状磁石１５及
び１６と円板状磁石１７は、中心軸線に垂直な面の外側
及び内側にＳ極及びＮ極をそれぞれ着磁した構成し、例
えば径の大きい第１の環状永久磁石１５０内側をＮ極と
したとき、径の小さい第２の環状磁石１６の内側をＳ極
とし、更に、円板状磁石１７の内側がＮ極となるように
各磁石の極性が交互に反対極性となるように配置する。

これによ！Ｊ３）１１面部には内方にはシ出す形態をし
た多重極磁場が形成されることになる。更に、本発明で
は第１ｏｍｌ状磁石１５の径を、円周状に配列した第１
及び第２の棒磁石１８及び１４が形成する径とほぼ一致
させ、両端部において第１の環状磁石１５と第１の棒磁
石１３の湖部とを当接させ、第２の棒磁石１４の両端部
と第１の環状磁石１５とは離間するように構成する。ま
た、各棒磁石１８及び１４と第１の環状磁石１５との相
互の極性については、第１の環状磁石１５０内側の磁極
の極性を、第１０棒磁石１８の内側の磁極の極性と一致
させ、第２の棒磁石１４の内側の磁極の極性とは反対極
性になるように配置する０このように構成すれｔ二円筒
部には平行に延在する２本の第１の棒磁石１８と両端の
２個の第１の環状磁石１５の一部によって同一極性に磁
化した磁極により完全に包囲された領域内に反対極性に
磁化した第２の棒磁石１４を配置して構成される磁場発
生装置を円周方向に沿って複数個連続して形成したもの
となる。また、端面部においても同一極性に磁化した第
１の譲状磁石１５と円板状磁石１７とによって同一方向
に磁化した磁極によシ完全に包囲された領域内に反して
、これらの磁場発生装置によって形成される磁界は端面
のエツジ部においてなめらかに連続する。この結果、プ
ラズマ容器ｌの端面を含む全内筒部には内方には）出す
形態をした磁界が形成されることになる。

第４図は円筒磁場及び端面磁場に補獲されたプラズマ電
子の軌跡を示す線図的斜視図である。円筒磁場に補獲さ
れたプラズマ電子は、第１及び第・２の棒磁石１８及び
１４が形成する磁界奢こよシ、この磁界き直交する方向
すなわち第１及び第２の棒磁石１３及び１４の延在方向
に徐々に移動し端面部付近に到達する。端面部では磁界
がなめらかに連続しているから、第２の棒磁石１４の肩
部と第１の環状磁石１５とが形成する磁界を経て反対側
の磁界内に移行し、反対側の地面方向に移動し続ける。

また、麹面磁場に補獲されたプラズマ電子も第１の環状
磁石１５と第２の環状磁石１６との間に形成した磁界及
び第２の環状磁石１６と円板状磁石１７との間に形成し
た磁界にょシ円周状の軌跡を描きながら循環移動するこ
とになる。

第５図に本発明によるプラズマ閉じ込め装置によシプラ
ズマ電子が閉じ込められ九有様を示す。

本例は計算によりシュミレーションした結果を示すもの
であシ、各棒磁石の表面上の磁束′ＩＩ１度を０　、４
　ｗｂ／　ｍ”に設定し、軌跡２ｏはフィラメントから
供給された１次電子の軌跡を示し、軌跡２１は１次電子
と中性分子、原子との衝突によって生じた２次電子の軌
跡を示す。１次電子のエネルギー・は１８ｅＶであシ、
２次電子のエネルギーは１．５ｅｖである。１次電子及
び２次電子供に多重極磁場により反射され有効に閉じ込
められているのが理解できる。

第６図は本発明によるプラズマ装置の変形例の構成を示
す線図的断面図である。本例では環状永久磁石で端面磁
場を形成する代シに棒磁石で端面磁場を形成した例を示
す。同一方向に磁化した第１の棒磁石１３の各端部を第
３の棒磁石８０により周囲状に連結する。この第３の棒
磁石ａＯは第１の棒磁石１８と同一方向に着磁し、すな
わち、中心軸線に垂直な面に対して内側と外側とで逆極
性となるように磁化させると共に、内側の磁極の極性を
第１の棒磁石１３の中心軸線と対向する内側の磁極の極
性と一致させる。さらｔこ、第１の棒磁石１３の対向す
る端部を第１の棒磁石１８と同一方向に磁化した第４の
棒磁石３１で連結し、第８の棒磁石３０と第４の棒磁石
３１とによって囲まれる面内に反対方向に磁化した第５
の棒磁石８２を配置して磁場°発生装置を構成する。こ
のように・構成すれば、円筒部及び端面部ｔこ内方には
夛出す形態の多重極カスプ磁場を形成できると共に、第
８の棒磁石８０によって円筒磁場と端面磁場とをなめら
かに連続させることができる。同、円筒磁場に補獲され
たプラズマ電子の軌跡及び端面磁場で補獲されたプラズ
マ電子の軌跡をそれぞれ符号４０及び４１で示す。

本発明は上述した実施例だけに限定されるものではなく
幾多の変更や変形が可能である。例えば上述した実施例
では永久磁石で磁界を発生させて磁場を形成する構成と
したが、コイルを用いて磁界を発生させる構成とするこ
ともできる。

また、電子を供給する手段として、強力なマイクロ波又
は高周波電力をプラズマ容器内に導いて、フィラメント
を用いない高周波放電を用いることもできる。

更に、被加工物の磁場発生装置内への装着は、一方の端
面部の磁場発生装置をプラズマ容器に固定し、他方の端
面部の磁場発生装置を蓋に連結して蓋の開閉に伴なって
磁場発生装置内に被加工物°を挿入するように構成でき
るＯあるいは、また、両端面部の磁場発生装置をプラズ
マ容器に固定し、棒磁石３１と３２との間から彼方バエ
物を挿入すれば、被加工物の出し入れに伴なうプラズマ
の変化が著しく低減され、多数の被加工物を均一の品質
で連続加工することができる。

更に、磁場発生装置はプラズマ容器の内側だけでなく外
側に配置してもよい。ただし、プラズマ容器の外側に配
置した場合プラズマイオン・電子が容器壁に衝突する頻
度が高くなるのでプラズマ損失が若干増大してしまう。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、一方向に磁化した
磁極によって囲まれた領域内に反対方向に磁化した磁極
を配置して磁場発生装置を構成しているから、磁場に補
獲された荷電粒子を循環するように移動させることがで
き、プラズマ損失を有効に低減することができる。特に
、円筒磁場と端面磁場とをなめらかに連続させることが
できるので、端面部におけるプラズマ損失を低減でき、
・高安定、高密度のプラズマを生成できると共に供給電
力も低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図及び第８図は本発明によるプラズマ装置
の一例の構成を示すものであり、第１図は中線軸線を含
む面で切った線図的断面図、第２図は中心軸線に垂直な
面で切った断面図、第３図は端面部の詳細な構成を示す
斜視図、 第４図は磁場に補獲されたプラズマイオンの挙動を示す
線図的斜視図、 第５図は磁場に閉じ込められたプラズマ電子の挙動を示
すための線図的断面図、 第６図は本発明によるプラズマ装置の変形例の構成を示
す線図的斜視図である。 １・・・プラズマ容器　　　２・・・排気孔３・・・給
気孔　　　　　　４・・・蓋６・・・フランジ　　　　
　６．７・・・気密導入端子８．９・・・フィラメント
支持棒 １０・・・フィラメント　　　１１・・・電子放出用電
源１２・・・バイアス用電極　　１８・・・第１の棒磁
石１４・・・第２の棒磁石　　　１５・・・第１の環状
磁石１６・・・第２の環状磁石　　１７・・・円板磁石
２０　、２１　、４０　、４１・・・プラズマ電子の軌
跡３０・・・第８の棒磁石　　　８１・・・第４の棒磁
石８２・・・ＷＩ５の棒磁石 特許出願人　　山　梨　大　学　長 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 ２θ 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　内部にプラズマを閉じ込めるべきプラズマ容器の内
   側又は外側に、一方向に磁化した外側磁極に完全に囲ま
   れた領域内に反対方向に磁化した内側磁極を前記外側磁
   極から離間して配置して構成した磁場発生装置を設け、
   荷電粒子のマグネトロン運動が連続して行なわれるよう
   に構成したことを特徴とするプラズマ装置。 ２　前記プラズマ容器を円筒構造とし、その両端を含む
   全周面の内側又は外側に前記磁場発生装置を配置したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のプラズマ装
   置。