(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場と電磁波によりプラズマを形成し、前記プラズマにより被加工試料を処理するプラズマ処理装置において、
前記被加工試料に高周波電界を印加する手段と、および
前記被加工試料の上面でプラズマ形成用磁場を被加工試料面に対し並行な方向へ屈曲させてカスプ磁場を形成する手段として、(1) プラズマ形成用磁場と極性が異なる磁場を発生させる磁場コイル、(2) プラズマ形成用磁場と極性を逆にし被加工試料下部に設置された永久磁石、または (3)被加工試料下部に設置された冷却機構を有する超伝導体、のいずれかを有し、
前記プラズマ形成用磁場の磁束が通過する経路上であって、カスプ磁場の磁束が集束する位置にアース電位の電極を設置したことを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は半導体材料の微細加工を行う装置にかかり、とくにプラズマを用いて半導体材料のエッチングまたは薄膜堆積を行う場合の装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２に従来装置を示す。従来の装置ではエッチングあるいは膜堆積の効率を増加させるため、被加工試料台７に高周波電界を印加している。高周波電界を印加することで被加工試料とプラズマの境界に形成されるイオンシース内の直流電位が増し、被加工試料へ入射するイオンのエネルギが増加する。従来装置ではプラズマの電位を規定するためアース電極６を被加工試料の周辺に配置している。このアース電極６にプラズマが接触することでプラズマをアース電位とし、高周波電界印加時に被加工試料とプラズマの間に直流電位を形成することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図２の従来装置ではプラズマの形成に用いる磁場の磁束１５が被加工試料面にほぼ垂直に入射するよう形成される。被加工試料前面に形成されるプラズマ内の電子の運動はこの磁束の方向に束縛される。プラズマの導電性は移動度の大きい電子により決まるため、図２の従来装置ではプラズマの被加工試料に対し水平方向のインピーダンスが大きくなる。これにより、被加工試料の周辺に設置されたアース電極６と被加工試料間のインピーダンスが被加工試料の中心部ほど大きくなり、高周波電界による電位の形成が不均一となる。電位の形成が不均一となることで被加工試料に入射するイオンのエネルギあるいは量が不均一となり、加工均一性が低下したり、素子損傷を引き起こしやすくなる。この問題は被加工試料の口径が大きくなるほど問題となり、今後急速に進展する半導体基板の大口径化に対し重要な課題となる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明では磁場と電磁波を用いたプラズマ形成装置において、前記した問題を解決するため、被加工試料の前部に被加工試料面に対し並行な磁場を形成する手段を付加し、さらに磁場の磁束が通過する経路上にアース電極を配置する構成とした。被加工試料の前部に被加工試料面に対し並行な磁場を形成する手段としては試料前面にカスプ磁場を形成する空心コイルを用いる場合、永久磁石を用いる場合、超伝導体を用いる場合およびプラズマ形成用コイルの発散磁場を用いる場合がある。
【０００５】
【作用】
被加工試料前面部で磁束の方向を曲げ、磁束の通過経路上にアース電極を設置することでプラズマ本体とアース電極の良好な電気的接触が得られる。プラズマ本体とアース電極の良好な電気的接触が得られることで、被加工試料に高周波電界を印加したときのプラズマと被加工試料面間の電界が均一に作用する。これにより、被加工試料の大口径化に伴う加工均一性の劣化や素子損傷率の増大を低減することができる。
【０００６】
【実施例】
図１に本発明の基本構成図を示す。図１の実施例ではプラズマ形成用磁場コイル１と電磁波発生源２からの電磁波により石英放電管３内にプラズマを形成する。またプラズマ形成用磁場コイル１とは逆極性の磁場コイル４が設置されており、磁場コイル１と４によりカスプ磁場５が形成されている。さらにカスプ磁場５の磁束が集束する位置にアース電極６が設置されている。被加工試料台７には高周波電源８により高周波電界が印加されている。
【０００７】
次に図１の実施例の動作を説明する。被加工試料台７の前面に形成されたプラズマ中の電子は図１中の磁束に束縛される。プラズマの導電性は移動度の大きい電子により決まるため、磁束の方向ではプラズマのインピーダンスは小さい。よって、アース電極６とプラズマは良好な電気的接触を得ることができる。またカスプ磁場５により被加工試料台７の前面でシート状の零磁場領域９を形成することができる。シート状の零磁場領域９のプラズマでは磁場による電子の束縛が無いため全方向で低いインピーダンスとなっており、その電位を全面でほぼアース電極６の電位とすることができる。このシート状に形成された零磁場領域９のプラズマが被加工試料台７の前面に並行に形成できる効果とプラズマとアース電極６の良好な電気的接触によりプラズマ全体をアース電位に保つことができる。これにより被加工試料台７に高周波電界を印加した際に形成されるプラズマと被加工試料間の電位差を面内で均一に形成することができる。
【０００８】
図３に本発明を永久磁石１６により実施した場合の構成図を示す。図３の実施例ではプラズマ形成用磁場コイル１の他に被加工試料の下部被加工試料台７内に永久磁石１６が設置されている。永久磁石１６はプラズマ形成用磁場コイル１の極性と逆向きになるよう設置されている。永久磁石１６とプラズマ形成用磁場コイル１の磁場により被加工試料前面部にカスプ磁場１７を形成できる。またカスプ磁場１７の磁束の集束位置にアース電極１８が設置されている。これらにより、図１の実施例と同様な効果が発揮されプラズマと被加工試料間に均一な電位を形成することができる。
【０００９】
図４に本発明を超伝導体１９により実施した場合の構成図を示す。図４の実施例では被加工試料の下部被加工試料台７に超伝導体１９と超伝導体を冷却する冷却機構２０が付加されている。超伝導体１９を冷却し超伝導状態とすることでプラズマ形成用磁場コイル１による磁束２１が超伝導体１９のマイスナー効果により被加工試料表面で並行に分布するようになる。アース電極２２はマイスナー効果により曲げられた磁束２１の通過経路に設置される。これにより実施例と同様にプラズマとアース電極２２の良好な電気的接触が可能となる。
【００１０】
図５に本発明をプラズマ形成用磁場コイル１の発散磁場により実施した場合の構成図を示す。図５の実施例では被加工試料台７およびアース電極２４はプラズマ形成用磁場コイル１の下部に設置されている。図５に示した被加工試料台７およびアース電極２４の位置では磁束が発散し、被加工試料台７表面に対しほぼ並行な磁場分布となる。この発散した磁場の通過経路上となる被加工試料台７の周辺にアース電極２４を設置する。これにより他の実施例と同様に、アース電極
２４とプラズマの良好な電気的接触が可能となる。
【００１１】
【発明の効果】
本発明により、プラズマ本体とアース電極の良好な電気的接触が得られ、プラズマ内を均一な電位にすることができる。その結果、被加工試料に高周波電界を印加したときにプラズマと被加工試料面に均一な電位を形成することができる。これにより、被加工試料の大口径化に伴う加工均一性の劣化や素子損傷率の増大を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本ブロック図。
【図２】従来装置の説明図。
【図３】本発明を永久磁石により実現した実施例のブロック図。
【図４】本発明を超伝導体により実現した実施例のブロック図。
【図５】本発明をプラズマ形成用コイルの発散磁場により実現した実施例のブロック図。
【符号の説明】
１…プラズマ形成用コイル、２…電磁波発生源、３…石英放電管、４…磁場コイル、５…カスプ磁場、６…アース電極、７…被加工試料、８…高周波電源、９…零磁場領域、１０…導波管、１１…プラズマ形成用磁場コイル電源、１２…磁場コイル電源、１３…マッチング回路、１４…チャンバ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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