(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部壁と底部壁と側部壁とを備えた真空チャンバ内の水平面上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真空チャンバの上部壁の外面上に配置されたドーナツ状または円盤状の第１の永久磁石及び第１の永久磁石と同心に配置され、第１の永久磁石よりも内径の大きなドーナツ状の第２の永久磁石で構成される磁場発生手段と、
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ための１重を含む多重の高周波コイルで構成される電場発生手段と
を有し、
第１、第２の永久磁石が配置されている真空チャンバの上部壁を誘電体で構成し、上記電場発生手段を第１、第２の永久磁石の間の位置に配置し、
第１、第２の永久磁石を、相対的に異なる高さ位置に調整可能に配置して磁気中性線の形成される位置を制御できるように構成した
ことを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】
上部壁と底部壁と側部壁とを備えた真空チャンバ内の水平面上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真空チャンバの上部壁の外面上に配置されたドーナツ状または円盤状の第１の永久磁石及び第１の永久磁石と同心に配置され、第１の永久磁石よりも内径の大きなドーナツ状の第２の永久磁石で構成される磁場発生手段と、
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ための１重を含む多重の高周波コイルで構成される電場発生手段と
を有し、
真空チャンバの円筒状側部壁の少くなくとも一部を誘電体で構成し、上記電場発生手段を、真空チャンバの円筒状側部壁の誘電体部分の外側に配置し、第１、第２の永久磁石を、相対的に異なる高さ位置に調整可能に配置して磁気中性線の形成される高さ及び大きさを制御できるように構成した
ことを特徴とするプラズマ発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はプラズマを利用して、半導体或いは電子部品、その他の基盤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。
更に最近、真空チャンバ内に磁気中性線を形成するための３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放電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（特開平7-90632号公 報参照）、エッチング装置などに適用されている（特開平7-263192号公報参照）。
【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わりに永久磁石を用いた例も提案されている（特願平7-217965参照）。
本発明はこの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。
【０００４】
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４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の磁場強度及びそれらの間の間隙の長さによって決まる。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。
図５に図４の磁石配置において計算した等磁位線図を示す。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磁場ゼロの付近にプラズマが生成される。
【０００５】
図４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、８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、上面が誘電体の真空チャンバ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に配置された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２個の永久磁石と、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交番電場を２個の永久磁石の間に掛けてこの磁気中性線に放電プラズマを発生するため１重を含む多重の高周波コイルから構成されるプラズマ発生装置であった。そしてこのような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、固定された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の二つによって磁気中性線を形成する方式であると、磁気中性線の位置が磁石の径で決まってしまい、磁場条件を変えられないという問題があった。
【０００７】
本発明は、これらの従来の装置の持つ問題点を解決して、磁気中性線の形成される位置を変えることができ、磁場条件を変えることができる磁気中性線放電プラズマ装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【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ための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で構成される従来の磁場発生構造において、これら２個の永久磁石の相対的高さを変えることによって、真空中に形成される磁気中性線の位置及び大きさを変えることができるように構成される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の一つの実施の形態によれば、本プラズマ発生装置は、
上部壁と底部壁と側部壁とを備えた真空チャンバ内の水平面上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真空チャンバの上部壁の外面上に配置されたドーナツ状または円盤状の第１の永久磁石及び第１の永久磁石と同心に配置され、第１の永久磁石よりも内径の大きなドーナツ状の第２の永久磁石で構成される磁場発生手段と、
上部壁と底部壁と側部壁とを備えた真空チャンバ内の水平面上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真空チャンバの上部壁の外面上に配置されたドーナツ状または円盤状の第１の永久磁石及び第１の永久磁石と同心に配置され、第１の永久磁石よりも内径の大きなドーナツ状の第２の永久磁石で構成される磁場発生手段と、
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ための１重を含む多重の高周波コイルで構成される電場発生手段と
を有し、
第１、第２の永久磁石が配置されている真空チャンバの上部壁を誘電体で構成し、上記電場発生手段を第１、第２の永久磁石の間の位置に配置し、
第１、第２の永久磁石を、相対的に異なる高さ位置に調整可能に配置して磁気中性線の形成される位置を制御できるように構成した
ことを特徴としている。
【００１０】
本発明の別の実施の形態によれば、本プラズマ発生装置は、
上部壁と底部壁と側部壁とを備えた真空チャンバ内の水平面上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真空チャンバの上部壁の外面上に配置されたドーナツ状または円盤状の第１の永久磁石及び第１の永久磁石と同心に配置され、第１の永久磁石よりも内径の大きなドーナツ状の第２の永久磁石で構成される磁場発生手段と、
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ための１重を含む多重の高周波コイルで構成される電場発生手段と
を有し、
真空チャンバの円筒状側部壁の少くなくとも一部を誘電体で構成し、上記電場発生手段を、真空チャンバの円筒状側部壁の誘電体部分の外側に配置し、第１、第２の永久磁石を、相対的に異なる高さ位置に調整可能に配置して磁気中性線の形成される高さ及び大きさを制御できるように構成した
ことを特徴としている。
【００１１】
【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、ドーナツ状または円盤状の第１の永久磁石とそれよりも内径の大きなドーナツ状の第２の永久磁石によって形成される磁気中性線の位置及び大きさを調整できるようになり、電場発生手段の重畳によって形成されるプラズマの条件を変えることが可能になる。
【００１２】
【実施例】
以下添付図面の図１〜図３を参照して本発明の実施例について説明する。
【００１３】
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。図示したように円盤状内側永久磁石３はドーナツ状外側永久磁石４より高い位置に配置され、実際にはこれら両永久磁石３、４は相対的に異なる高さ位置に調整可能に位置するように設けられている。
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７が設けられ、この基板電極７はRFバイアスを印加する13.56MHzの周波数の高周波電源８に接続されている。
【００１４】
次に図２及び図３を参照して両永久磁石３、４の相対位置によって、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、本発明による相対位置可変の永久磁石型磁気中性線放電プラズマ発生装置の二次元有限要素法により求めた等磁位線図である。
２個の永久磁石の相対的高さによって、磁気中性線の変化する方向及び量が変わる。図２はドーナツ状外側永久磁石４を誘電体上部に固定し、内径の小さな内側永久磁石３を誘電体面から上方40mmの位置に位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３はドーナツ状内側永久磁石３を誘電体上部に固定し、内径の大きな外側永久磁石４を誘電体面から上方40mmの位置に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の構成では磁気中性線の位置が誘電体上面に載置されている外側永久磁石４の下面（誘電体の上面）より44mm下方に、真空チャンバ１の中心から86mmの位置に形成されている。図３の構成で形成されている磁気中性線の位置は同様に26mm下方に、中心より125mm の位置に形成されている。図２及び図３から分かるように、磁気中性線の位置が移動し、この磁気中性線に沿って濃いプラズマが形成されるので、プラズマの制御が可能になる。
【００１５】
図１の実施例には、アンテナすなわち高周波コイル５に13.56MHzの高周波電力が印加され、基板電極７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」に適用した例が示されている。図２及び図３に示されている磁場配置を備えたエッチング装置を用いて、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４に示されている装置の時と同じ条件（８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）で実験を行った結果、図２の配置の場合、従来の装置を用いた時と同じように550〜650nm/min という高いエッチング速度 が得られた。
【００１６】
また、均一性については２つの永久磁石３、４の相対的な位置によって可変できることがわかった。これまでの結果から、図２の配置であると、中心のエッチ速度が大きな凸状のエッチ速度分布になり、図３の配置であると、中心のエッチ速度が低い凹状のエッチ速度になり、±５〜±15% の間で変化することが分かった。相対的に均一性の良かった条件は、図２及び図３に示されている永久磁石配置を用いた場合、図３の配置側であったので、図３の配置側に最良点があるものと考えられる。２つの磁石の配置を更に最適化することにより、より均一性の良い条件が得られるものと考えられる。
【００１７】
ところで図示実施例では、誘電体上部に２個の永久磁石の一方を固定して用いるが、真空チャンバ１の円筒上側部壁の全部または一部を誘電体で構成し、その外側に内径の大きな永久磁石を配置しても良い。また、上部誘電体を凹状にして、窪みに内径の小さな永久磁石を配置しても良い。
【００１８】
磁気中性線に沿って交番電場を導入するアンテナすなわち高周波コイル５の位置は誘電体上部であって、永久磁石３、４の中間の位置である必要はないので、上部誘電体の代わりにステンレス材で上部を構成して、円筒状側壁を誘電体で構成し、その誘電体円筒状側壁の外側にアンテナを配置しても良い。
【００１９】
さらに、高周波電場導入のための高周波コイル５には13.56MHz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７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２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。
なお、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装置においても同様の効果が得られる。
【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永久磁石とそれよりも内径の大きなドーナツ状の２個の永久磁石で構成される磁場構造において、２つの永久磁石の相対的高さを変えられる構造にして、磁気中性線の形成される位置及び大きさを可変にできるように構成しているので、磁気中性線の位置を任意に選ぶことができ、従来の永久磁石を固定した構成では達成できなかった磁気中性線の位置が可変にできる放電プラズマ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】  本発明のプラズマ発生装置の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】  本発明のプラズマ発生装置の別の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】  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。
【図５】  図４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。
【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
【図１】
0003655966.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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