(57)【要約】【課題】プラズマイオンの速度を容易に調節でき、異方性、選択性、膜均質度及び工程再現性に優れるエッチング工程に利用可能な電磁気誘導加速器を提供する。【解決手段】所定間隔離隔されて内部及び外部に同軸に並べて位置し、軸方向に誘導磁場が減少するように形成された内部及び外部円形ループインダクター１０１、１０３と、この内部及び外部円形ループインダクター１０１，１０３の間にこれらと接触するように配置された誘電層１０５と、前記誘電層１０５の間の誘導磁場によって二次電流が誘導されるチャンネル１０７と、チャンネル１０７にパルスエネルギーを供給してプラズマを生成する放電コイル１０９とによって、電磁気誘導加速器を構成する。【選択図】図１
2004200169.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定間隔離隔されて内部及び外部に同軸に並べて位置し、軸方向に誘導磁場が減少するように形成された内部及び外部円形ループインダクターと、
前記内部及び外部円形ループインダクター間に前記内部及び外部インダクターと接触する誘電層を備え、前記誘電層間の誘導磁場によって二次電流が誘導されるチャンネルと、
前記チャンネルにパルスエネルギーを供給してプラズマを生成する放電コイルと、を備える電磁気誘導加速器。
【請求項２】
前記内部及び外部円形ループインダクターは、軸方向にコイルの巻線数が減少されることを特徴とする請求項１に記載の電磁気誘導加速器。
【請求項３】
前記内部及び外部円形ループインダクターは、軸方向に電流が減少されることを特徴とする請求項１に記載の電磁気誘導加速器。
【請求項４】
前記磁場は、前記軸方向に直交する方向に前記チャンネルを横切って形成されることを特徴とする請求項１に記載の電磁気誘導加速器。
【請求項５】
前記二次電流は、前記内部円形ループインダクターを覆い包む方向に形成されることを特徴とする請求項１に記載の電磁気誘導加速器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ加速器に係り、さらに詳細には、電磁気誘導プラズマ加速器に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロプロセッサの高速化及びメモリの高記録密度化に対する要求が増加していることから、一つの半導体チップ上に多くの素子（半導体素子等）を搭載できるように、ゲート誘電体の厚さ及びロジック素子の側方向サイズを減少させる技術が開発されている。すなわち、トランジスタのゲート長を３５ｍｍ以下に短くし、ゲートオキサイドの厚さを０.５ｎｍ以下に薄くし、金属化レベルを６以上に上げようとする研究が進められている。このような技術を実現するためには、半導体チップの製造工程において、高性能のエッチング技術とパターン転写技術が要求される。そのため、プラズマ加速器を利用したエッチング技術が、さらに重要性を増している。
【０００３】
図３は、特許文献１に開示された“ホール効果プラズマ加速器”を示す切断斜視図である。
かかるホール効果プラズマ加速器は、図３に示すように、遮蔽された上端と開放された下端とを有する円形チャンネル２２と、円形チャンネル２２の内側と外側に同軸に並べて配置され、物理的及び磁気的に分離された磁極を有して磁場を形成する内部コイル１６及び外部コイル１７,１８,１８',１９と、ガス供給パイプ２５が連結され、供給されるガスをイオン化させる円形陽極２４と、円形チャンネル２２の下端の磁極上に位置し、供給線２９が連結されて電子を供給する陰極２７とから構成されている。
【０００４】
外部円形コイル１７,１８,１８',１９は、円形チャンネル２２の外部を覆い包む上部コイル１７と、円形チャンネル２２の開口を覆い包む分離されたセクションの下部コイル１８,１８’,１９とに区分される。上部コイル１７と内部コイル１６の上部は、誘電層２３に隔壁されており、この領域の磁場を遮蔽している。そのため、円形チャンネル２２の開口部２２ａの領域だけに、円形チャンネル２２の空間部２０を横切る局所的な磁場が誘導される。下部コイル１８,１８’,１９が配置された部分に形成された磁場は、電子を局所的に捕獲する。結局、陽極２４と陰極２７によって形成された電場では、陽イオンを加速することはできるが、電気的に中性であるプラズマを加速することはできない。また、かかる従来技術では、イオンを蒸着させようとする基板の表面上に電荷が蓄積されてしまい、その結果、電荷短絡のような損失を起こし、微細パターン内のノッチングを誘発してエッチングプロファイルを不均一にするおそれがある。
【０００５】
図４は、非特許文献１に掲載された“同軸プラズマ加速器”を簡略に示す断面図である。
図４に示すように、同軸プラズマ加速器は、遮蔽された上端と開放された下端とを有し、ガスの放出によって生成されるプラズマが加速される円形チャンネル５０と、円形チャンネル５０の内部に位置するシリンダー型陰極５４（以下、単に「陰極５４」ともいう。）と、この陰極５４と所定間隔離隔されて円形チャンネル５０の開口部の外側に同軸方向に並べて位置するシリンダー型陽極５２（以下、単に「陽極５２」ともいう。）と、円形チャンネル５０内のプラズマを制御する制御コイル６４と、陰極５４の内部に設けられた陰極コイル５６と、陽極５２の外部に設けられた陽極コイル５８と、陰極及び陽極コイル５６,５８に流れる電流によって円形チャンネル５０の開口部に磁場を誘導する磁気誘導装置と、を備える。なお、図４において、符号６２はガス吸込口、符号６６は絶縁体である。
【０００６】
この同軸プラズマ加速器は、このように、陽極５２と陰極５４とが各々設けられる内壁及び外壁が設置された円形チャンネル５０と、円形チャンネル５０の外部に配置される制御コイル６４とを備えることによって、円形チャンネル５０を横切る電流を内部に形成し、この電流によって陰極５４を取り囲む放射状方向に磁場を誘導する。この加速器は、ロス・アラモス国家実験室で製作された宇宙船に搭載されるプラズマ加速器である。この加速器で加速されるプラズマイオンの速度は、約５００ｅＶの超磁気音速を示す。そのため、円形チャンネル５０内で陽極５２から陰極５４に向かって加速されたプラズマイオンが陰極５４に衝突し、陰極５４の損傷の程度が激しくなる。そのため、この同軸プラズマ加速器を、半導体薄膜蒸着工程のエッチング工程に使用することは困難である。
【特許文献１】米国特許第５８４７５９３号明細書
【非特許文献１】ショイアー（J.T.Scheuer）他著，「プラズマ科学に関する電気電子技術者協会報告書（IEEE Transactions on Plasma Science）」，１９９４年１２月，第２２巻，第６号，ｐ．１０１５−１０３３，
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする技術的課題は、前述した従来技術の問題点を改善するためのものであって、半導体薄膜蒸着工程において、異方性、選択度、均質な膜質の形成性、及び、工程の再現性を高い品質で満足することができる中性のプラズマイオンを加速させるための加速器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を達成するために、本発明は、所定間隔離隔されて内部及び外部に同軸に並べて位置し、軸方向に誘導磁場が減少するように形成された内部及び外部円形ループインダクターと、前記内部及び外部円形ループインダクター間に前記内部及び外部インダクターと接触する誘電層を備え、前記誘電層間の誘導磁場によって二次電流が誘導されるチャンネルと、前記チャンネルにパルスエネルギーを供給してプラズマを生成する放電コイルと、を備える電磁気誘導加速器を提供する。
【０００９】
前記内部及び外部円形ループインダクターは、軸方向にコイルの巻線数が減少されるか、または軸方向に電流が減少されることが望ましい。
【００１０】
前記磁場は、前記軸方向に直交する方向に前記チャンネルを横切って形成され、前記二次電流は前記内部円形ループインダクターを覆い包む方向に形成される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、放電コイルによって形成されるプラズマを効率的に加速して、既存の静電型加速器のようなノッチング現象がなく、異方性、選択性、膜均質度及び工程の再現性に優れる半導体エッチング工程を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態に係る電磁気誘導加速器について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態に係る電磁気誘導加速器を簡略に示す切断斜視図である。
図１に示すように、本実施形態に係る電磁気誘導加速器１００（以下、「加速器１００」と適宜略称する）は、内部円形ループインダクター１０１及び外部円形ループインダクター１０３と、この内部及び外部円形ループインダクター１０１,１０３が内部及び外部に各々配列されたチャンネル１０７と、チャンネル１０７の内壁に設けられた誘電層１０５と、チャンネル１０７の底部に配置された放電コイル１０９と、を備える。
【００１４】
内部及び外部円形ループインダクター１０１,１０３は、同軸に並べて配列されており、チャンネル１０７を覆い包む放射状方向に電流が流される。内部及び外部円形ループインダクター１０１,１０３に時計回りまたは反時計回りに電流が流されると、チャンネル１０７の内部を横切る磁場が生成される。内部及び外部円形ループインダクター１０１,１０３に巻線されたコイルの巻線数を軸方向に減少させるか、または同じ巻線数に巻線されたコイルに流れる電流を減少させると、チャンネル１０７の内部に誘導される磁場は、軸方向に減少する。すなわち、磁場は、コイルの巻線方向に対して垂直に、また、チャンネル１０７を横切る方向に形成され、軸方向に次第に減少されるように形成される。
【００１５】
本実施形態に係る加速器１００の一例としては、長さ１０ｃｍ、径１０ｃｍ（外部円形ループインダクター１０３の径）の加速器１００と、ターボモレキュラーポンピングを有する径３０ｃｍ、長さ１００ｃｍの真空容器を用意し、この装置と連結されるパルス形成ネットワーク、及び、ＰＣ（personal computer）に基づいた工程調節、情報習得及び、情報分析システムをさらに備えることで、エッチングシステムを構成することができる。この加速器で５００ｅＶ程度の並進エネルギーを有するようにプラズマイオンを加速すると、電子充電による損失なしに、ポリシリコンに対するエッチング比率を２００Å／ｍｉｎ以上にすることができる。
【００１６】
放電コイル１０９によって生成された電気エネルギーパルスは、ガス内に高速に伝播されながらプラズマを形成する。したがって、従来の静電力を利用する加速器に備えられていた電極を別途に備える必要がない。すなわち、プラズマと物理的に接触できる電極を別途に備える必要がない。
【００１７】
図２は、本発明の実施例による加速器を簡略に示す断面図であって、誘導磁場と二次電流とが誘導される過程、及び、誘導磁場と二次電流とによって電磁気力が誘導される過程を示している。
【００１８】
内部及び外部円形ループインダクター１０１,１０３に流れる電流は、チャンネル１０７の内部に磁場Ｂを誘導する。誘導された磁場Ｂは、マクスウェル方程式によって二次電流Ｊを誘導する。例えば、内部及び外部円形ループインダクター１０１,１０３に電流が流されると、図２に示されたように、チャンネル１０７を横切る方向に磁場Ｂが誘導され、この誘導磁場Ｂによって内部円形ループインダクター１０１を覆い包む反時計回りの二次電流Ｊが誘導される。
【００１９】
二次電流Ｊは、外部から流入されるガスをプラズマ状態に分解するのに十分な強さの電場を生成する。前記二次電流Ｊと磁場Ｂは、下記に示す式（１）によって、プラズマイオンを極性に関係なくチャンネル１０７の出口側に加速させるＺ軸方向の電磁気力Ｆを形成する。電磁気力Ｆによって加速されるプラズマビームは、電子と正イオンとが共に混合されるので中性を表す。すなわち、本実施形態に係る加速器１００は、電磁気力によって極性に関係なく同じ方向にイオンを加速する。そのため、従来の静電型加速器に必ず備えられていた陽極と陰極とを備える必要がなく、装置の構成を簡単にできる。
【００２０】
【数１】
2004200169.tif 000003
【００２１】
本実施形態に係る加速器１００は、内部及び外部円形ループインダクター１０１,１０３に流れる電流を調節することによって、生成される電磁気力Ｆを簡単に調節できる。望ましくは、プラズマイオンの速度を５００ｅＶ以下の磁気亜音速となるように調節すると、ターゲットのエッチングプロファイルを均一にして基板に蒸着される薄膜の均質度を向上させることができる。プラズマイオンの速度は、磁気波動プローブ、ラングミュアプローブまたはスピードインジケータを用いて測定することができる。
【００２２】
以上に説明したように、本発明に係る電磁気誘導加速器によれば、プラズマイオンが加速されるチャンネルの内部及び外部に同軸に複数のコイルが巻きつけられ、このコイルに同じ方向に電流を流してチャンネルを横切る磁場を形成する。そして、チャンネルの内部に軸方向に次第に減少する磁場が誘導されるように、円形ループインダクターの巻線数を減少させるか、または流れる電流を減少させて、磁場によって誘導される二次電流と前記誘導磁場との相互作用による電磁気力をチャンネルの内部に生成する。これにより、放電コイルによって形成されたプラズマが、効果的に加速され、その結果、従来の静電気式の加速器のようなノッチング現象が起きることがない。また、高い異方性と、高い選択度を備え、均質な膜質を好適に形成でき、そして、高い工程再現性を備えた半導体エッチング工程を実現することができる。
【００２３】
なお、前記説明では多くの事項が具体的に記載されているが、それらは発明の技術的範囲を限定するものではなく、望ましい実施形態の例示として解釈されなければならない。本発明の技術的範囲は説明された実施例によって決定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想によって決定されなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、電子蓄積による電場を利用する従来の静電気力を利用した加速器の代わりに、誘導磁場と電流とを利用して高フラックス密度を有する中性プラズマを加速させる電磁気誘導プラズマ加速器に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係る電磁気誘導加速器を簡略に示す切断斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電磁気誘導加速器を簡略に示す断面図である。
【図３】特許文献１に開示された“ホール効果プラズマ加速器”を簡略に示す切断斜視図である。
【図４】非特許文献１に掲載された“同軸プラズマ加速器”を簡略に示す断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０１    内部円形ループインダクター
１０３    外部円形ループインダクター
１０５    誘電層
１０７    チャンネル
１０９    放電コイル
【図１】
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【図２】
2004200169.tif 000005
【図３】
2004200169.tif 000006
【図４】
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