(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器と、
前記真空容器内に設けられた基板ホルダと、
前記真空容器内に設けられ、前記基板ホルダと対向して配置された電極と、
を備え、
前記真空容器内にプロセスガスを導入しかつ前記基板ホルダと前記電極の間に電力を印加してプラズマを発生し、このプラズマでエッチングするためのプラズマエッチング装置であって、
前記電極は、
外部電力を導入するための電力導入電極部と、
前記電力導入電極部と周辺で接触されるとともに前記電極部との間にガスを分散させるためのガス分散空間を形成し、かつ複数のガス吹出孔を有するガス吹出板と、
前記電力導入電極部と前記ガス吹出板との間の前記ガス分散空間に設けられ、複数のガス導入孔を有するガス分散板と、を有し、
前記電力導入電極部を貫通して、前記真空容器内の前記ガス分散空間にプロセスガスを導入するためのガス導入機構と、
前記ガス分散板と前記ガス吹出板との間に設けられ、同心円状に配置された複数のマグネットであって、
隣り合うマグネットは互いに異なる磁極を有する複数のマグネットと、
を備え、
前記複数のマグネットは前記ガス分散板に固定され、前記ガス分散板には前記複数のマグネットの各々の間の間隙に対応して前記ガス導入孔が形成されていることを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項２】
前記同心円状に配置された複数のマグネットは、径方向の幅は等しくかつ前記複数のマグネットの各々の間の間隔も等しくなるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項３】
前記基板ホルダの表面上での前記複数のマグネットによる磁場強度は実質的に０ガウスであるとともに、前記基板ホルダと前記電極の間の実質的に中央に位置する面での前記複数のマグネットによる磁場強度が実質的に１００ガウスで均一化されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項４】
前記電極には前記電極を冷却するための冷媒が流れる冷却用通路が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマエッチング装置に関し、特に、基板ホルダに対向する電極にマグネットを設け基板の前面空間での磁場強度を制御することで各種基板のエッチングを可能にしかつエッチングレートを高めたプラズマエッチング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のプラズマエッチング装置の一例を図６を参照して説明する。プラズマエッチング装置は真空容器１００を備える。真空容器１００の天井壁１０１には中央部にリング状絶縁体１０２を介して円板状の電極１０３が設けられる。真空容器１００の底壁１０４にはリング状絶縁体１０５の上に基板ホルダ１０６が設けられている。電極１０３と基板ホルダ１０６は対向して平行状態で配置されている。電極１０３と基板ホルダ１０６のそれぞれは周知の温度制御を行える機構を内蔵している。また電極１０３と基板ホルダ１０６のそれぞれは電源１０７，１０８に接続される。これらの電源によって電極１０３と基板ホルダ１０６の間には放電誘起用の電力が投入される。真空容器１００の周囲側壁１０９には排気ポート１１０が設けられる。この排気ポート１１０には圧力制御バルブ１１１を経由して排気機構１１２が接続されている。周囲側壁１０９の内側であって基板ホルダ１０６の周囲には円筒状シールド部材１１３が配置される。シールド部材１１３の内側空間でプラズマが生成され、このプラズマでエッチング処理が行われる。シールド部材１１３にはいくつかの孔１１３ａが形成され、これらの孔でその内部と外部が通じている。シールド部材１１３によって真空容器１００の内面の汚染を防止する。電極１０３にはプロセスガスを導入するためのガス導入機構が設けられる。このガス導入機構はガス分散板１１４とガス吹出板１１５から構成される。ガス導入機構は電極１０３の上面の側からガス導入パイプ１１６を介してガス供給源（図示せず）につながっている。ガス吹出板１１５は多数のガス吹出孔１１５ａを有する。これらのガス吹出孔を通して基板ホルダ１０６の前面空間にプロセスガスが導入される。基板ホルダ１０６に設けた部材１１７は基板１１８の搬送に使用される押出し棒である。
【０００３】
上記の構成において、図示しない基板搬送機構によって搬送された基板１１８が基板ホルダ１０６の上に置かれる。真空容器１００には、ガス導入パイプ１１６を通してプロセスガスが導入される。当該プロセスガスは、電極１０３の下側に設けられたガス分散板１１４およびガス吹出板１１５を通して真空容器１００内に導入される。他方、排気機構１１２は真空容器１００の内部空間１００Ａを真空排気し、所要の真空状態にする。圧力制御バルブ１１１によってシールド部材１１３の内部圧力は適切な圧力に制御される。シールド部材１１３は真空容器１００の内部の汚染を防止するためのものである。またシールド部材１１３の内部圧力はプロセスに応じて決められる。その後、電源１０７，１０８によって基板ホルダ１０６と電極１０３の間に電力を投入し、基板１０６の前面空間（内部空間１００Ａにおける基板上側の空間）で放電を発生させ、プラズマを生成する。このプラズマを利用して基板１１８上の被エッチング材料をエッチングする。このとき、真空容器１００においてシールド部材１１３の内部に導入されるプロセスガスは、電極１０３において真空内に設けたガス分散板１１４とガス吹出板１１５によって基板１１８に対して均等に吹き出される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の上記プラズマエッチング装置の構成で、基板１１８の表面上の被エッチング材料のエッチングレートやエッチング分布が変化する要因は、主として、真空容器の内部圧力、プロセスガス、投入電力などのプロセス条件である。従って反対に、これらのプロセス条件を変えると、被エッチング材料のエッチングレートやエッチング分布を変えることができる。ところが、エッチングレートやエッチング分布を大幅に向上するためにプロセス条件を変えても、実際上、プロセス条件の設定が難しく大幅な向上を達成することは困難である。さらにプラズマエッチング装置のハード的な構成（例えば、シールド部材の形状の改造による放電領域の拡大・縮小、基板ホルダの形状の改造）を変えることにより被エッチング材料のエッチングレートやエッチング分布を制御することは可能である。しかし、この場合には、各種のプロセスに応じて装置を大幅に改造しなければならず、コストや作業の手間の面で大きな問題となる。
【０００５】
本発明の目的は、上記の問題を解決することにあり、マグネットを利用しかつマグネットを改良することのみで多岐にわたる被エッチング材料に対してより良好なエッチングプロセスを確立でき、またエンドユーザからの様々な要望に応えることができ、プロセス開発スピードを向上できるプラズマエッチング装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係るプラズマエッチング装置は、上記目的を達成するため、次のような構成を有する。
【０００７】
第１のプラズマエッチング装置（請求項１に対応）：
このプラズマエッチング装置は、
真空容器と、
真空容器内に設けられた基板ホルダと、
真空容器内に設けられ、基板ホルダと対向して配置された電極と、
を備え、
真空容器内にプロセスガスを導入しかつ基板ホルダと電極の間に電力を印加してプラズマを発生し、このプラズマでエッチングするためのプラズマエッチング装置であって、
電極は、
外部電力を導入するための電力導入電極部と、
電力導入電極部と周辺で接触されるとともに電極部との間にガスを分散させるためのガス分散空間を形成し、かつ複数のガス吹出孔を有するガス吹出板と、
電力導入電極部とガス吹出板との間のガス分散空間に設けられ、複数のガス導入孔を有するガス分散板と、を有し、
電力導入電極部を貫通して、真空容器内のガス分散空間にプロセスガスを導入するためのガス導入機構と、
ガス分散板とガス吹出板との間に設けられ、同心円状に配置された複数のマグネットであって、
隣り合うマグネットは互いに異なる磁極を有する複数のマグネットと、
を備え、
複数のマグネットはガス分散板に固定され、ガス分散板には複数のマグネットの各々の間の間隙に対応してガス導入孔が形成されていることを特徴とする。
第２のプラズマエッチング装置（請求項２に対応）：上記のプラズマエッチング装置において、好ましくは、同心円状に配置された複数のマグネットは、径方向の幅は等しくかつ複数のマグネットの各々の間の間隔も等しくなるように設定されていることを特徴とする。
第３のプラズマエッチング装置（請求項３に対応）：上記の各プラズマエッチング装置において、好ましくは、基板ホルダの表面上での複数のマグネットによる磁場強度は実質的に０ガウスであるとともに、基板ホルダと電極の間の実質的に中央に位置する面での複数のマグネットによる磁場強度が実質的に１００ガウスで均一化されることを特徴とする。
第４のプラズマエッチング装置（請求項４に対応）：上記の各プラズマエッチング装置において、好ましくは、電極には電極を冷却するための冷媒が流れる冷却用通路が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【０００９】
図１〜図５を参照して本発明に係るプラズマエッチング装置の代表的な実施形態を説明する。図１は本発明に係るプラズマエッチング装置の概略的な縦断面図である。この図で、前述の従来技術で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付している。図２はマグネットを固定するガス分散板を下側から見た図であり、図３は図２のＡ−Ａ線断面図である。図４は本発明に係るプラズマエッチング装置の具体的な設計例を示す図１と同様な図である。図５はマグネットで作られる磁場に関してガス吹出板の下面と基板ホルダの基板載置面との間の中央位置での磁場分布、および基板ホルダ上に置かれた基板上側の基板表面近傍の位置での磁場分布を示す。
【００１０】
図１〜図３に示されたプラズマエッチング装置の構成を概説する。図１〜図３は、本発明の特徴的構成が明示された全体としては概略的な構成を示している。このプラズマエッチング装置は、真空容器１００と、真空容器１００の天井壁１０１の中央部にリング状絶縁体１０２を介して設けられた円板状の電極１０３と、真空容器１００の底壁１０４にリング状絶縁体１０５を介して設けられた基板ホルダ１０６を備える。電極１０３と基板ホルダ１０６は、対向して平行状態で配置され、それぞれ温度制御を行える機構（図示せず）を内蔵している。電極１０３と基板ホルダ１０６のそれぞれは電源１０７，１０８に接続される。これらの電源によって電極１０３と基板ホルダ１０６の間には放電誘起用の電力が印加・投入される。電極１０３と基板ホルダ１０６は対向する電極装置として機能する。真空容器１００の周囲側壁１０９には排気ポート１１０が設けられる。排気ポート１１０には圧力制御バルブ１１１を経由して排気機構１１２が接続されている。周囲側壁１０９の内側であって基板ホルダ１０６の周囲には円筒状シールド部材１１３が配置される。シールド部材１１３の内側空間１００Ａでプラズマが生成され、エッチング処理が行われる。シールド部材１１３には孔１１３ａが形成されており、その内部と外部が通じている。シールド部材１１３によって真空容器１００の内面の汚染を防止する。電極１０３にはプロセスガスを導入するためのガス導入機構が設けられ、このガス導入機構はガス吹出板１１５を有する。ガス導入機構は電極１０３の上面の側からガス導入パイプ１１６を経由してガス供給源（図示せず）につながっている。ガス吹出板１１５は多数のガス吹出孔１１５ａを有し、これらのガス吹出孔を通して基板ホルダ１０６の前面空間にプロセスガスが導入される。基板ホルダ１０６には、基板１１８の搬送の際に使用される基板押出し用の押出し棒１１７が設けられる。
【００１１】
上記プラズマエッチング装置は次のような特徴的構成を有する。上記のガス導入機構では、ガス吹出板１１５の直裏（裏側の近い場所）の真空の領域内に同心円状に配置された複数のリング状のマグネット１１が設けられる。ただし中央のマグネット１１は円柱形となっている。複数のマグネット１１は、図１において下側（または内側）に向いた磁極面でＮ，Ｓの各磁極が交互になるように配置されている。この例では、例えば中心部に位置する円柱形のマグネット１１の下側磁極面はＳ極、その外側のリング状のマグネット１１の下側磁極面はＮ極、その外側に向かってＳ極、Ｎ極、Ｓ極と交互に並べられている。
【００１２】
上記の複数のマグネット１１は、それらの上側に位置するガス分散板１２に固定される。ガス分散板１２は、電極１０３との間で一定の隙間を保持した状態でこの電極１０３の下面（凹所の底面）に取り付けられている。ガス分散板１２は例えば中央部と周縁部が２分割可能な形態を有している。１２ａは分割線を示す符号である。ガス分散板１２では同心円的位置関係にあるマグネット１１の間の隙間に対応する個所に多数のガス導入孔１２ｂが形成されている。マグネット１１が設けられたガス分散板１２は、マグネットと共に全体としてガス分散板としての機能を兼ね備えている。前述のごとく中心部に位置するマグネット１１はリング状ではなく、円柱形状をしたブロック状の形態を有しているが、小径のリング形状であってもよい。また同心円状に配置された複数のリング状のマグネット１１は、好ましくは、径方向の幅は等しくかつ複数のマグネット１１の各々の間の間隔も等しくなるように設定されている。しかし、寸法はこれに限定されるものではなく、装置の条件に応じて任意に設定することができる。さらに図２に示されるごとく、本実施形態の場合、リング状のマグネット１１は円周方向において分割された構造を有する。すなわちほぼ直方体形状のマグネットセグメントを円周方向に並べることによってリング状のマグネット１１を作るようにしている。従って、図示されるごとくリング状のマグネット１１は多角形の形態を有している。
【００１３】
図３では、同心状に配置されたリング状マグネット１１における真空容器内に向いた磁極（内側磁極面）の極性は、隣合うもの同士で反対になる状態が示されている。図３で、右側にガス分散板１２が配置され、左側方向が真空容器の内部側になっている。マグネット１１の左側の磁極面ではＮ極、Ｓ極が交互に配置されるように並べられている。図示例では、中心部がＮ極、その外側の隣のリング状マグネットがＳ極、さらにその外に向かってＮ，Ｓ，Ｎ，…と磁極が配置される。図１と図３で、第１の斜線（右上がりの斜線）で断面を描いたマグネットは内側磁極面がＳ極のマグネットを意味し、第２の斜線（右下がりの斜線）で断面を描いたマグネットは内側磁極面がＮ極のマグネットを意味し、Ｓ極とＮ極でマグネットの断面表示の斜線の向きを異ならせている。上記のマグネットの配置によれば、図１において示すごとく、Ｎ極の磁極面を有するマグネットから隣に位置する両側（または片側）のＳ極の磁極面を有するマグネットへ閉じた磁力線１３が生じることになる。磁力線１３で示されるような磁場（磁界）が形成される電極１０３と基板ホルダ１０６の間の空間（基板１１８の前面空間）１４では、マグネット１１の形態、その磁力を適宜に設定することにより、所望の磁場を作ることが可能となり、基板の表面近傍の空間あるいは前面空間における磁場分布あるいは磁場の形状を容易に改良できる。磁場分布に関しては後で図５を参照して詳細に説明される。
【００１４】
図４は上記の特徴的構成を有する本発明に係るプラズマエッチング装置の具体的な設計例である。基本的な構成は図１に示した構成と同じである。図４において図１で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付している。真空容器１００は底壁１０４の中央部に支持部３１が形成され、支持部３１の上に絶縁支持部３２を介して基板ホルダ１０６が設けられている。絶縁支持部３２は前述のリング状絶縁体１０５に対応する。基板ホルダ１０６の内部には温度制御機構３３が設けられている。基板ホルダ１０６の上面には基板１１８が載置されている。基板１１８の外側周囲にはリング形状のカバー板３４，３５が設けられている。基板ホルダ１０６の上側には、真空容器の天井壁１０１にリング状絶縁体１０２を介して電極１０３が設けられる。天井壁１０１と真空容器１００の周囲側壁１０９の間にはリング形状を有する中間部材３６，３７が設けられている。電極１０３には電極を冷却するための冷媒が流れる冷却用通路３８が形成されている。なお１１３は前述のシールド部材、３９は電極１０３に接続される給電用導体、４０は基板ホルダ１０６に接続される給電用導体である。
【００１５】
図４で示される構成では、前述のガス吹出板、マグネット、ガス分散板の構成は具体的に示されず、簡単化してガス吹出ユニット４１として斜線で示されている。ガス吹出ユニット４１ではガス吹出板の裏側に前述した構成を有するマグネットが含まれている。
【００１６】
次に図５に磁場の分布の代表的な例（実験によるシミュレーション）を示す。図５に示された磁場分布は図４に示されたプラズマエッチング装置に基づく実験で得られたものである。図５に示したグラフにおいて、横軸は解析位置（ｍｍ）を意味しかつ左端の０の位置は基板１１８の中心位置に対応し、縦軸は磁場の強さ（ガウス）を意味する。分布特性２１は電極１０３と基板ホルダ１０６の間の空間１４で両者の間隔のほぼ中央に位置する箇所５１の磁場分布を示す。この場合、電極１０３との間の間隔は図４に示すごとく例えば２２．５ｍｍである。また分布特性２２は基板１１８の上側の表面近傍の箇所５２での磁場分布を示す。この場合、電極１０３との間の間隔は図４に示すごとく例えば３４．５ｍｍである。図５から明らかなように、基板１１８の上側表面近傍の箇所では磁場の強さは実質的に均一でほぼ０ガウス（実験による平均値として具体的に０．８ガウス）であり、中心に位置する箇所での磁場の強さはほぼ１００ガウス（実験による平均値として具体的に１０２ガウス）である。両者ともに半径方向に比較的に均一であるということができる。
【００１７】
上記の構成を有するプラズマエッチング装置のエッチング動作を主として図１を参照して説明する。搬送されてきた基板１１８が周知の基板搬送機構およびゲートバルブ（図示せず）を通して基板ホルダ１０６の上に置かれる。真空容器１００の内部の空間１００Ａにガス導入パイプ１１６、電極１０３のガス分散板１２およびガス吹出板１１５を通してプロセスガスが導入される。他方、排気機構１１２によってプロセスガスが外部へ排気される。このとき圧力制御バルブ１１１によってシールド部材１１３の内部圧力が適切な圧力に制御される。この状態で、電源１０７，１０８によって基板ホルダ１０６と電極１０３の間に電力を投入し、基板１１８の前面空間１４で放電を発生させ、プラズマを生成する。このとき、本実施形態によるプラズマエッチング装置によれば、前述のごとく設けられたマグネット１１に基づく磁場の分布および強度を利用して基板１１８の前面空間１４で生成されるプラズマが制御される。空間１４に生成されるプラズマを利用して基板１１８上の被エッチング材料がエッチングされるが、プラズマの状態がマグネット１１による磁場で制御されるため、基板１１８上の被エッチング材料を均一にかつ短時間でエッチングすることが可能になる。さらに本実施形態においても、基板１１８の前面空間１４に導入されるプロセスガスは、電極１０３において真空内に設けたガス分散板１２の各孔、複数のマグネット１１の間の隙間、およびガス吹出板１１５の各孔１１５ａによって基板１１８に対して均等に吹出される。
【００１８】
上記のごとくプロセスガスが真空容器１００内における基板１１８の前面空間１４に導入された状態において、電源１０７，１０８から電極１０３と基板ホルダ１０６の間に電力が投入されると、放電が誘起され、プラズマが生成される。基板ホルダ１０６とこれに対向する電極１０３との間に電力を印加して内部空間１００Ａにプラズマを生成する場合、その電界により決定されるプラズマ密度およびプラズマ分布が得られる。このプラズマ密度およびプラズマ分布に起因して、基板１１８の上の被エッチング材料のエッチングレートおよびエッチング分布が決定される。
【００１９】
本実施形態の場合、さらに上記条件を満たすマグネット１１を利用しているので、電界と磁界との相関により、生成されるプラズマの密度および分布に関して所望のものが得られる。逆に言えば、或る定まった電界に対してマグネット１１の磁場分布を加えることにより、基板１１８上の被エッチング材料のエッチングレートおよびエッチング分布を大幅に向上させることが可能になる。
【００２０】
図４に示したプラズマエッチング装置において、さらに他の実験例として、電極１０３と基板ホルダ１０６の間の中央に位置する個所の面５１にて例えば９〜４２ガウスの凹型形状の磁界分布を作る上記マグネット１１を使用した場合に、マグネットなしの場合の被エッチング材料のエッチング分布形状が凸形であったものに対し、極端な凹型の分布形状を示し、かつ平均エッチングレートが１５％以上の向上を示した結果が得られた。このようにマグネット１１による面５１における磁界分布を制御することによって、被エッチング材料の分布形状を改善することができる。
【００２１】
またプラズマエッチング装置では、基板１１８に与えるダメージが懸念事項として挙げられるが、これについてもマグネット１１をガス吹出板１１５の直裏に配置したため、基板ホルダ１０６と電極１０３との距離を大きくすることなく、ガス吹出板１１５の近傍では強い磁場を発生させ、基板１１８の表面上では実質的に「０」に近い均一な磁場を発生させることができ、基板１１８の表面に与えるダメージを軽減することができる。さらにプラズマを基板１１８の近傍から離すことも可能になり、基板１１８に与えるダメージの軽減に関して相乗効果を生じる。
【００２２】
また使用するマグネット１１をリング状に配置することにより、シミュレーションの簡略化が行うことができ、当該プラズマエッチング装置の開発スピードの向上が得られ、エンドユーザにタイムリーな装置を提供できる。さらにマグネット１１を円周上に分割した形状にすることによっても、局部的に部品を交換するのみで対応が可能になり、開発スピードの向上に適している。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば次の効果を奏する。プラズマエッチング装置において、基板ホルダの上方に位置するガス吹出板の直裏の位置に複数のリング状マグネットを所定の位置関係で同心円的に配置し、マグネットの内側磁極面を交互に例えばＳ，Ｎと配列し、かつ基板表面の近傍の面における磁界強度と前述の中央位置の面における磁界強度を所定の値に設定できるようにマグネットの磁力を設定したため、被エッチング材料のエッチングレートおよびエッチング分布を大幅に向上させることができ、基板へのダメージを極小にすることができる。さらに、放電の広がりを抑えることができるため電力の集中が図ることができ、高効率、省エネルギが可能になる。加えて、開発スピードを向上でき、エンドユーザーに対しタイムリーな装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプラズマエッチング装置の概略的な構成を示す縦断面図である。
【図２】マグネットを固定するガス分散板を下側から見た図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図４】本発明に係るプラズマエッチング装置の具体的な設計例を示す図１と同様な図である。
【図５】マグネットで作られる磁場に関してガス吹出板の下面と基板ホルダの基板載置面との間の中央位置での磁場分布、および基板ホルダ上に置かれた基板上側の基板表面近傍の位置での磁場分布を示す図である。
【図６】従来のプラズマエッチング装置の代表例の内部構造を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１１                マグネット
１２                ガス分散板（電極）
１３                磁力線
２１，２２          分布特性
４１                ガス吹出ユニット
１００              真空容器
１０３              電極（電力導入電極部）
１０６              基板ホルダ
１１２              排気機構
１１５              ガス吹出板（電極）
【図１】
0004437351.tif 000002
【図２】
0004437351.tif 000003
【図３】
0004437351.tif 000004
【図４】
0004437351.tif 000005
【図５】
0004437351.tif 000006
【図６】
0004437351.tif 000007