(57)【要約】【課題】  本発明はプラズマ発生効率を向上させるようチャネルの内壁に最適の２次電子放出効果のある２次電子増幅コーティング層が備えられたプラズマ加速装置およびそれを備えるプラズマ処理システムが提供される。【解決手段】  プラズマ加速装置は、内壁、該内壁と所定距離隔てて内壁を取り囲む外壁と、内壁と外壁の一端部をオープンする出口を形成するよう内壁と外壁の他端部を連結する端部壁を備えるチャネルと、チャネル内にガスを供給するガス供給部と、チャネル内のガスにイオン化エネルギーを供給してプラズマビームを生成し、生成されたプラズマビームを出口側に加速させるプラズマ生成／加速部と、を含み、チャネルの内壁、外壁、および端部壁の少なくとも１つの内面にはカーボンナノチューブから構成された第１層を備えるコーティング層が形成される。【選択図】      図５
2007027098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内壁、該内壁と所定距離隔てて前記内壁を取り囲む外壁と、前記内壁と前記外壁の一端部をオープンする出口を形成するよう前記内壁と前記外壁の他端部を連結する端部壁を備えるチャネルと、
前記チャネル内にガスを供給するガス供給部と、
前記チャネル内のガスにイオン化エネルギーを供給してプラズマビームを生成し、生成されたプラズマビームを前記出口側に加速させるプラズマ生成／加速部と、を含み、
前記チャネルの前記内壁、前記外壁、および前記端部壁の少なくとも１つの内面にはカーボンナノチューブから構成された第１層を備えるコーティング層が形成されたことを特徴とするプラズマ加速装置。
【請求項２】
前記第１層の厚さが約１０μm以下であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ加速装置。
【請求項３】
前記コーティング層は、酸化物と弗化物の少なくとも１つから構成された第２層を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ加速装置。
【請求項４】
前記酸化物はＭｇＯ、ＣａＯ、およびＢａＯで構成された群からいずれか１つ選択され、前記弗化物はＭｇＦ２、ＬｉＦ、ＣａＦ、およびＢａＦ６で構成された群からいずれか１つ選択されることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ加速装置。
【請求項５】
前記第２層の厚さは約１０μm以下であることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ加速装置。
【請求項６】
前記内壁、該内壁と所定距離隔てて前記内壁を取り囲む外壁と、前記内壁と前記外壁の一端部をオープンする出口を形成するよう前記内壁と前記外壁の他端部を連結する端部壁を備えるチャネルと、
前記チャネル内にガスを供給する第１ガス供給部と、
前記チャネル内のガスにイオン化エネルギーを供給してプラズマビームを生成し、生成されたプラズマビームを出口側に移動させるプラズマ生成／加速部と、
前記チャネルの前記出口と連通し、基板を固定する基板ホルダを備える工程チャンバーと、を含み、
前記チャネルの内壁、前記外壁、および前記端部壁の少なくとも１つの内面にはカーボンナノチューブから構成された第１層を備えるコーティング層が形成されたことを特徴とするプラズマ処理システム。
【請求項７】
前記第１層の厚さが約１０μm以下であることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理システム。
【請求項８】
前記コーティング層は、酸化物と弗化物の少なくとも１つから構成された第２層を更に含むことを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理システム。
【請求項９】
前記酸化物はＭｇＯ、ＣａＯ、およびＢａＯで構成された群からいずれか１つ選択され、前記弗化物はＭｇＦ２、ＬｉＦ、ＣａＦ、およびＢａＦ６で構成された群からいずれか１つ選択されることを特徴とする請求項８に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１０】
前記第２層の厚さが約１０μm以下であることを特徴とする請求項８に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１１】
前記工程チャンバーに固定ガスを供給する第２ガス供給部を更に含むことを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ加速装置に関し、詳細には基板から薄膜をエッチングして除去したり、基板に薄膜を蒸着する半導体基板処理工程に用いられるプラズマ加速装置およびそれを備えたプラズマ処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、高速のマイクロプロセッサおよび高記録密度のメモリが求められるにつれ、１つの半導体チップ上に数多い素子を搭載することのできるゲート誘電体の厚さおよびロジック素子の側方向大きさを減少させる技術、例えば、トランジスタゲートの長さを３５ｎｍ以下に減少させ、ゲートオキサイドの厚さを０．５ｎｍ以下に減少させて、金属化レベルを６以上に向上させる研究が盛んに進行されている。
【０００３】
しかしながら、係る技術を実現するためには、半導体チップの製造工程時に装置のマウント密度を高めることのできる高性能の蒸着および／あるいはエッチング装置が求められる。係る高性能の蒸着および／またはエッチング装置の一例として、プラズマ加速装置を用いるプラズマエッチャ−、プラズマスパッタリングシステムなどが幅広く知られている。
【０００４】
図１はプラズマエッチャーあるいはプラズマスパッタリングシステムに使用される従来のホール効果プラズマ加速装置１０を概略的に示すものである。このホール効果プラズマ加速装置１０は、米国特許第５、８４７、５９３号に開示されている。
【０００５】
同図に示すように、ホール効果プラズマ加速装置１０は、遮蔽された上端と開放された下端を有する円型チャネル２２を備える。内部および外部円型コイル１６、１７、１８、１８’、１９は円型チャネル２２の内部および外部に同軸を基準にして並んで配置し、物理的および磁気的に分離された磁極を有して磁場を形成する。円型陽極２４はガス供給パイプ２５が連結され供給されるガスをイオン化させる。陰極２７はチャネル２２下端の磁極上に位置し、ガス供給線２９が連結され電子を供給する。
【０００６】
外部コイル１７、１８、１８’、１９はチャネル２２の外部を取り囲む上部コイル１７およびチャネル２２の開口を取り囲む分離されたセクションの下部コイル１８、１８’、１９に区分され、上部コイル１７と内部コイル１６の上部は誘電層２３で隔壁されて、この領域の磁場を遮蔽させることによってチャネル２２全体でないチャネル２２の開口部２２ａ領域でのみチャネル２２の空間部２０を横切る局所的な磁場を誘導させる。下部コイル１８、１８’、１９が位置する部分に形成された磁場は電子を局所的に捕獲する。
【０００７】
従って、ホール効果プラズマ加速装置１０は、陽極２４と陰極２７が存在することで形成された磁場では陽イオンのみを加速させ、電気的に中性であるプラズマは加速されない問題がある。さらに、ホール効果プラズマ加速装置１０は、イオンを蒸着させようとする基板表面上に電荷を蓄積し電荷段落と同じ損失を引き起こす恐れがあり、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不都合がある。
【０００８】
図２はプラズマスパッタリングシステムあるいはプラズマエッチャーに使用される従来の同軸プラズマ加速装置４０を概略的に示す図である。この同軸プラズマ加速装置４０は、論文ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎ．ｏｎ  Ｐｌａｓｍａ  Ｓｃｉ．、ＶＯＬ．２２、ＮＯ．６、１０１５、１９９４．Ｊ．Ｔ．Ｓｃｈｅｕｅｒ、ｅｔ．ａｌ．に開示されている。
【０００９】
同図に示すように、同軸プラズマ加速装置４０は遮蔽された上端と開放された下端を有し、内部に引入されるガスが放電されながら生成されるプラズマが加速される円型チャネル５０を備える。シリンダー型陰極５４はチャネル５０の内部に位置し、シリンダー型陽極５２は陰極５４と所定の間隔離隔してチャネル５０開口部の外側に同軸方向に並んで位置する。
【００１０】
また、同軸プラズマ加速装置４０は、チャネル５０内のプラズマを制御する制御コイル６４、陰極５４内に備えられた陰極コイル５６、および陽極５２外部に備えられた陽極コイル５８を備えてなる。
【００１１】
係る同軸プラズマ加速装置４０は、陽極５２と陰極５４がそれぞれ備えられる内壁および外壁が設けられたチャネル５０と、このチャネル５０の外部に制御コイル６４を備えることによって、チャネル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。この同軸プラズマ加速装置４０には、基本的に出口速度が５００ｅＶ程度で極めて大きく、陽極と陰極が存在する直流放電を用いることから、チャネル５０内で陽極５２から陰極５４に加速されるプラズマイオンが陰極５４に衝突し陰極５４を損傷させる程度が酷いので、半導体薄膜蒸着工程のエッチング工程のための用途として使用するには困難が伴なう。
【００１２】
係る問題を防止するために、陽極と陰極を備えない誘導結合放電型プラズマ加速装置６０（図３参照）が提案された。
【００１３】
同図に示すように、このプラズマ加速装置６０はプラズマチャネル７７、上部円型ループインダクター７９、内部および外部円型ループインダクター７１、７３を備える。
【００１４】
プラズマチャネル７７はガスがイオン化され加速化されるところであって、下部方向にオープンされた出口７７ａを有するドーナツ状で形成される。プラズマチャネル７７の出口７７ａはプラズマ加速装置６０が適用されるプラズマエッチャーあるいはスパッタリングシステムの工程チャンバー（図示せず）と連通される。
【００１５】
プラズマチャネル７７の端部壁８１には上部円型ループインダクター７９が配置されている。上部円型ループインダクタ７９はプラズマチャネル７７内のガスにＲＦエネルギーを供給し、ＲＦエネルギーにより発生された電子をガスの中性原子に衝突させてプラズマビームを形成する。
【００１６】
プラズマチャネル７７の内壁８２と外壁８３に磁場が発生されるようコイルの捲線された内部および外部円型ループインダクター７１、７３が配置されている。内部および外部円型ループインダクター７１、７３は同軸に並んで配置されている。
【００１７】
係る従来におけるプラズマ加速装置６０の動作について説明すると次のとおりである。
【００１８】
まず、ガスソース（図示せず）からプラズマチャネル７７内にガスが供給されると、上部円型ループインダクター７９は供給されたガスにＲＦエネルギーを供給する。その結果、ＲＦエネルギーにより発生する電子はガスの中性原子と衝突し、ガスはイオン化されプラズマビームを発生する。
【００１９】
内部および外部円型ループインダクター７１、７３はプラズマチャネル７７内部に磁場（Ｂ）と２次電流（Ｊ）を誘導してプラズマビームをプラズマチャネル７７の出口７７ａ側に加速させる電磁気力（Ｆ）を形成する。
【００２０】
かかるプラズマ加速装置６０は電磁気力（Ｆ）により極性に問わず同一方向にイオンを加速するので、従来の静電型加速装置１０、４０に必ず備えられた陽極および陰極を備える必要がなくなり、装置の構成が簡単になる。また内部および外部円型ループインダクター７１、７３に流れる電流を調節することにより、生成される電磁気力（Ｆ）を簡単に調節できる長所がある。
【００２１】
しかし、一般的にプラズマエッチャーあるいはスパッタリングシステムにおいてエッチングやスパッタリングが発生するエッチング率はプラズマ密度により左右される。
【００２２】
また、プラズマ密度はプラズマチャネル７７内部に印加されるＲＦエネルギーとプラズマチャネル７７内部に誘導される磁場（Ｂ）と２次電流（Ｊ）によって形成される電磁気力（Ｆ）のみならず、プラズマチャネルの壁８１、８２、８３から発生する２次電子の量に影響を受ける。
【００２３】
即ち、プラズマチャネルは同一の誘電率を有する条件で２次電子放出係数が大きければプラズマ密度も増加する。かかるプラズマ密度と２次電子放出係数の関係は論文Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．Ｖｏｌ  ３８、１９９９、Ｐａｒｔ１、Ｎｏ  ９Ａ、ｐ５２４７に開示されている。
【００２４】
従って、２次電子放出係数はプラズマエッチャーあるいはスパッタリングシステムの効率を決定する重要な変数となる。
【００２５】
しかし、今までのプラズマチャネル７７は、石英のようなＳｉＯ２あるいはパイレックス（登録商標）（ｐｙｒｅｘ）のような非導電性物質から製造されてきた。かかる物質は２次電子放出係数が十分高くないので電子の増幅率が低く、加速電圧を増加させる問題がある。
【００２６】
この問題点を解決するために、プラズマチャネルの内面に２次電子を放出する２次電子放出層としてＭｇＯコーティング層を形成したプラズマ加速装置が提案され使用されている。しかし、このようなプラズマ加速装置の場合、図７に示すよう、ＭｇＯ単一物質のコーティング層だけではプラズマチャネル内の放電空間内で十分な２次電子放出効果を発揮するには限界がある。
【００２７】
従って、プラズマエッチャーあるいはスパッタリングシステムの効率を最適化できるようプラズマチャネル内の放電空間内で十分な２次電子放出効果の発揮できるプラズマ加速装置が求められている。
【特許文献１】日本公開特許平６−０８９８７５号公報
【特許文献２】日本公開特許平３−１５０８４０号公報
【特許文献３】日本公開特許平９−１６７７６６号公報
【特許文献４】日本公開特許平４−２２９６１９号公報
【特許文献５】米国特許第５、８４７、５９３号
【特許文献６】論文ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎ．ｏｎ  Ｐｌａｓｍａ  Ｓｃｉ．、ＶＯＬ．２２、ＮＯ．６、１０１５、１９９４．Ｊ．Ｔ．Ｓｃｈｅｕｅｒ、ｅｔ．ａｌ．
【特許文献７】論文Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．Ｖｏｌ  ３８、１９９９、Ｐａｒｔ１、Ｎｏ  ９Ａ、ｐ５２４７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
本発明は前述した問題点を解決するために案出されたもので、本発明の目的は、プラズマ発生効率が向上されるよう、チャネルの内壁に最適の２次電子放出効果のある２次電子増幅コーティング層を備えるプラズマ加速装置およびそれを備えたプラズマ処理システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
前述した技術的な課題を達成するための本発明の実施の形態に係るプラズマ加速装置は、内壁、該内壁と所定距離隔てて前記内壁を取り囲む外壁と、前記内壁と前記外壁の一端部をオープンする出口を形成するよう前記内壁と前記外壁の他端部を連結する端部壁を備えるチャネルと、前記チャネル内にガスを供給するガス供給部と、前記チャネル内のガスにイオン化エネルギーを供給してプラズマビームを生成し、生成されたプラズマビームを前記出口側に加速させるプラズマ生成／加速部と、を含み、前記チャネルの前記内壁、前記外壁、および前記端部壁の少なくとも１つの内面にはカーボンナノチューブから構成された第１層を備えるコーティング層が形成されたことを特徴とする。
【００３０】
コーティング層は、酸化物と弗化物の少なくとも１つから構成された第２層を更に含むことができる。この場合、酸化物はＭｇＯ、ＣａＯ、およびＢａＯで構成された群からいずれか１つ選択され、弗化物はＭｇＦ２、ＬｉＦ、ＣａＦ、およびＢａＦ６で構成された群からいずれか１つ選択されることが好ましい。
【００３１】
さらに、第１および第２層の厚さはそれぞれ約１０μm以下であることが好ましい。
【００３２】
本発明の他の実施形態に係るプラズマ処理システムは、前記内壁、該内壁と所定距離隔てて前記内壁を取り囲む外壁と、前記内壁と前記外壁の一端部をオープンする出口を形成するよう前記内壁と前記外壁の他端部を連結する端部壁を備えるチャネルと、前記チャネル内にガスを供給する第１ガス供給部と、前記チャネル内のガスにイオン化エネルギーを供給してプラズマビームを生成し、生成されたプラズマビームを出口側に移動させるプラズマ生成／加速部と、前記チャネルの前記出口と連通し、基板を固定する基板ホルダを備える工程チャンバーと、を含み、前記チャネルの内壁、前記外壁、および前記端部壁の少なくとも１つの内面にはカーボンナノチューブから構成された第１層を備えるコーティング層が形成されたことを特徴とする。
【００３３】
コーティング層は、酸化物と弗化物の少なくとも１つから構成された第２層を更に含むことができる。この場合、酸化物はＭｇＯ、ＣａＯ、およびＢａＯで構成された群からいずれか１つ選択され、弗化物はＭｇＦ２、ＬｉＦ、ＣａＦ、およびＢａＦ６で構成された群からいずれか１つ選択されることが好ましい。
【００３４】
第１および第２層の厚さが約１０μm以下であることが好ましい。
【００３５】
選択的に、本発明のプラズマ処理システムは工程チャンバーに固定ガスを供給する第２ガス供給部を更に含むことができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明に係るプラズマ加速装置およびそれを備えるプラズマ処理システムは、プラズマチャネルの内壁、外壁、端部壁の内面に最適の２次電子放出効果のある２次電子増幅コーティング層が形成されていることから、プラズマチャネル内で発生するプラズマ発生効率およびそれによるイオン化率が増大される。従って、エッチング、スパッタリングなどのような半導体基板処理工程時にプラズマエッチャーあるいはプラズマスパッタリングシステムの効率を最適化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、添付の図面に基づいて本発明の好適な実施形態を詳述する。
（実施形態）
図５は本発明に係るプラズマ加速装置を備えるプラズマ処理システム１００を概略的に示す図面である。
【００３８】
本発明のプラズマ処理システム１００は、イオン化された高温のプラズマを用いて基板１８５に塗布されたフォトレジストなどのような薄膜を気化あるいは灰化して取除くことによって基板１８５上に選択的なエッチングパターンを形成するプラズマエッチャーである。
【００３９】
同図に示すように、プラズマ処理システム１００は、プラズマチャネル１１０、第１ガス供給部１２０、プラズマ生成／加速部１３０、工程チャンバー１７０、および第２ガス供給部１９０を備える。プラズマチャネル１１０、第１ガス供給部１２０、プラズマ生成／加速部１３０は本発明にかかるプラズマ加速装置を構成する。
【００４０】
プラズマチャネル１１０はガスがイオン化され加速化されるところで、ガスの放出方向にオープンされた出口１１０ａを備えるドーナツ状を有する。
【００４１】
プラズマチャネル１１０は、内壁１１２、外壁１１４、および内壁１１２と外壁１１４を連結する端部壁１１６を備えてなる。
【００４２】
図５および図６Ａで示すように、プラズマチャネル１１０の内壁１１２は円筒状を有する。
【００４３】
外壁１１４は内壁１１２との間に所定空間を形成すべく内壁１１２の直径より所定距離だけ大きい直径を有する円筒状を有する。内壁１１２と外壁１１４との間の距離は２ないし４ｃｍ範囲を有することが好ましい。
【００４４】
プラズマチャネル１１０の内壁１１２、外壁１１４、および端部壁１１６は石英のようなＳｉＯ２あるいはパイレックス（登録商標）（ｐｙｒｅｘ）のような非導電性物質から構成される。
【００４５】
プラズマチャネル１１０の内壁１１２、外壁１１４、および端部壁１１６の内面には２次電子を放出する２次電子増幅コーティング層１１７が形成されている。
【００４６】
図６Ａで示すように、２次電子増幅コーティング層１１７は最適の２次電子放出の効果が表れるようにするものであって、内壁１１２、外壁１１４、および端部壁１１６の内面上にスパッタリング、電子ビーム蒸着法などに基づいて約１０μm以下の厚さで蒸着されたカーボンナノチューブ（Ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏ  ｔｕｂｅ：ＣＮＴ）層から構成される。
【００４７】
選択的に、図６Ｂに示すように、２次電子増幅コーティング層１１７’は第１および第２層１１７ａ、１１７ｂから構成される。
【００４８】
第１層１１７ａは２次電子増幅コーティング層１１７と同様、最適の２次電子放出効果が表れるようにするものであって、プラズマチャネル１１０の内壁１１２、外壁１１４、および端部壁１１６上にスパッタリング、電子ビーム蒸着法などに基づいて約１０μm以下の厚さで蒸着されたカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）層から構成される。
【００４９】
第２層１１７ｂは２次電子放出効果をより増幅させるためのもので、第１層１１７ａ上にスパッタリングあるいは電子ビーム蒸着法などに基づいて約１０μm以下の厚さで蒸着された酸化物層あるいは弗化物層からなる。
【００５０】
なお、酸化物層の場合はＭｇＯ、ＣａＯ、およびＢａＯで構成された群から１つ選択され、弗化物層の場合はＭｇＦ２、ＬｉＦ、ＣａＦ、およびＢａＦ６で構成された群から１つ選択されることが好ましい。
【００５１】
図７は本発明に係る２次電子増幅コーティング層１１７、１１７’と比較例、即ち、ＭｇＯ層のイオンによる２次電子放出係数（γ）を一般公知された方法に基づいて測定した値を比較したグラフである。グラフにおいてＣＮＴはＣＮＴから構成された本発明の２次電子増幅コーティング層１１７、ＣＮＴ＋ＭｇＯ１（２）はＣＮＴの第１層１１７ａとＭｇＯの第２層１１７ｂを備えた本発明の２次電子増幅コーティング層１１７’（ＣＮＴ＋ＭｇＯ１と、ＣＮＴ＋ＭｇＯ２はそれぞれ厚さを０．３μmと０．５μmに形成）、およびＭｇＯはＭｇＯ層をそれぞれ表す。
【００５２】
図７で示すように、本発明の２次電子増幅コーティング層１１７、１１７’は、実際プラズマチャネル１１０で測定される加速電圧の範囲、例えば、ほぼ５０Ｖ以下の値で比較例のＭｇＯ層より２次電子放出係数（γ）が大きいことが分かる。従って、２次電子放出係数（γ）に影響を受けるプラズマ密度が増加され、それによりプラズマチャネル１１０のプラズマ発生効率が増加される。
【００５３】
プラズマチャネル１１０の出口１１０ａは工程チャンバー１７０と連通される。
【００５４】
第１ガス供給部１２０は、第１ガス注入部１２５と第１ガスソース１２１から構成される。第１ガス注入部１２５は、プラズマチャネル１１０の端部壁１１６内側に固定設置され、第１連結管１２３を通じて第１ガスソース１２１に接続され連結されたガス注入リング１２６から構成される。ガス注入リング１２６はリングの直径より小さい直径を有する多数の吐出穴を出口１１０ａ側に向うよう形成している。第１ガスソース１２１はＡｒのようなＯ群気体と、Ｏ２およびＯ２混合物のような反応気体などのイオン化可能ガス、およびＣ２Ｆ２のような固定ガスを保存する。
【００５５】
プラズマチャネル１１０の端部壁１１６、内壁１１２、および外壁１１４の外壁にはプラズマ生成／加速部１３０が配置されている。
【００５６】
プラズマ生成／加速部１３０は上部円型ループインダクター１３２と内部および外部円型ループインダクター１４０、１４４を備えてなる。
【００５７】
上部円型ループインダクター１３２はプラズマチャネル１１０の端部壁１１６の外側（図５の上部）に複数回に捲線された円型ループコイル１３３から構成される。上部円型ループコイル１３３はＲＦ電源１５０に連結された第１増幅器１５１と第１マッチングネットワーク１５８を通じて約２ＭＨｚの周波数で約５００Ｗないし５．０ＫＷのＲＦエネルギーで稼動される。従って、上部円型ループコイル１３３はガス注入リング１２６の出口穴を通じて供給されたガスにＲＦエネルギーを印加しＲＦエネルギーにより発生する電子をガスの中性原子と衝突させることにより、ガスがイオン化されプラズマビームが発生される。この際、プラズマチャネル１１０の内壁１１２、外壁１１４、および端部壁１１６の内面には最適の２次電子放出効果がある２次電子増幅コーティング層１１７、１１７’が形成されているので、上部円型ループインダクター１３２により形成されるプラズマビームの発生効率が増加する。
【００５８】
さらに、上部円型ループコイル１３３はＲＦ電源１５０に連結された第１増幅器１５１と第１マッチングネットワーク１５８を介して４ＯＡの電流が印加される。従って、下記で図６Ａに基づいて内部および外部円型ループインダクター１４０、１４４によって電磁気力（Ｆ）が誘導される過程を詳説したように、上部円型ループコイル１３３はプラズマチャネル１１０内部に磁場（Ｂ）と２次電流（Ｊ）を誘導しプラズマビームをプラズマチャネル１１０の出口１１０ａ側に加速させる電磁気力（Ｆ）を形成する。
【００５９】
内部および外部円型ループインダクター１４０、１４４はそれぞれプラズマチャネル１１０の内壁１１２の内側（図５における放射状の内側）と外壁１１４の外側（図５における放射状の外側）に配置されている。
【００６０】
内部および外部円型ループインダクター１４０、１４４はそれぞれ一回捲線された第１、第２、および第３内部円型ループコイル１４１、１４２、１４３と、第１、第２、および第３外部円型ループコイル１４５、１４６、１４７から構成される。第１、第２、および第３内部円型ループコイル１４１、１４２、１４３と、第１、第２、および第３外部円型ループコイル１４５、１４６、１４７は同軸に並んで配置されている。
【００６１】
第１、第２、および第３内部円型ループコイル１４１、１４２、１４３と、第１、第２、および第３外部円型ループコイル１４５、１４６、１４７はそれぞれＲＦ電源１５０で第２ないし第７増幅器１５２、１５３、１５４、１５５、１５６、１５７と第２ないし第７マッチングネットワーク１５９、１６０、１６１、１６２、１６３、１６４を介して約２ＭＨｚの周波数で約５００Ｗないし５．０ＫＷのＲＦエネルギーに稼動される。
【００６２】
本実施の形態では、第１、第２、および第３内部円型ループコイル１４１、１４２、１４３と、第１、第２、および第３外部円型ループコイル１４５、１４６、１４７は、上部円型ループインダクター１３２と同様に、約２ＭＨｚで約５００Ｗないし５．０ＫＷのＲＦエネルギーで稼動されるが、それぞれ一回捲線され、かつ互い間隔をおいて設けられているので、ガスにＲＦエネルギーの印加はするもののプラズマビームがほとんど生成しない。
【００６３】
さらに、第１、第２、および第３内部円型ループコイル１４１、１４２、１４３と、第１、第２、および第３外部円型ループコイル１４５、１４６、１４７は、ＲＦ電源１５０で第２ないし第７増幅器１５２、１５３、１５４、１５５、１５６、１５７と、第２ないし第７マッチングネットワーク１５９、１６０、１６１、１６２、１６３、１６４を介して供給される電流が順次減少されるよう供給される。この理由は磁場圧力は高いところから低いところに移動する性質をもっていることから、第１、第２、および第３内部円型ループコイル１４１、１４２、１４３と、第１、第２、および第３外部円型ループコイル１４５、１４６、１４７に供給される電流が順次減少されるよう供給することによって、図８に示すように、プラズマチャネル１１０の内部に誘導される磁場が出口１１０ａ側、即ち、軸方向に減少されれば、第１、第２、および第３内部円型ループコイル１４１、１４２、１４３との間と、第１、第２、および第３外部円型ループコイル１４５、１４６、１４７との間で磁場圧力の差異が発生し、これによりプラズマビームがプラズマチャネル１１０の出口１１０ａ側に行くほど早く加速されることができるからである。
【００６４】
例えば、第１、第２、および第３内部円型ループコイル１４１、１４２、１４３は、ＲＦ電源１５０で第２ないし第４増幅器１５２、１５３、１５４と第２ないし第４マッチングネットワーク１５９、１６９、１６１を介してそれぞれ６０Ａ、４０Ａ、および２０Ａの電流が印加される。また、第１、第２、および第３外部円型ループコイル１４５、１４６、１４７は、ＲＦ電源１５０で第５ないし第７増幅器１５５、１５６、１５７と、第５ないし第７マッチングネットワーク１６２、１６３、１６４を介してそれぞれ−２５Ａ、−１５Ａ、および−５Ａの電流が印加される。
【００６５】
従って、図６Ａで示すように、第１、第２、および第３内部円型ループコイル１４１、１４２、１４３と、第１、第２、および第３外部円型ループコイル１４５、１４６、１４７に流れる電流はチャネル１１０内部に磁場（Ｂ）を誘導し、誘導された磁場（Ｂ）はマクスウェル方程式に基づいて２次電流（Ｊ）を誘導する。
【００６６】
２次電流（Ｊ）と磁場（Ｂ）は（式１）によってプラズマビームを極性に問わずプラズマチャネル１１０の出口１１０ａ側に加速させるＺ軸方向の電磁気力（Ｆ）を形成する。
【００６７】
Ｆ＝Ｊ×Ｂ                    （式１）
さらに、第１、第２、および第３内部円型ループコイル１４１、１４２、１４３と、第１、第２、および第３外部円型ループコイル１４５、１４６、１４７に印加される電流が順次減少されるよう供給され、これによってプラズマチャネル１１０の内部に誘導される磁場が軸方向に減少されるので、電磁気力（Ｆ）によって加速されるプラズマビームは高いところから低いところに移動する磁場圧力の性質によってプラズマチャネル１１０の出口１１０ａ側にさらに加速される。
【００６８】
第１、第２、および第３内部および外部円型ループコイル１４１、１４２、１４３、１４５、１４６、１４７に流れる電流によって形成された電磁気力（Ｆ）と、第１、第２、および第３内部および外部円型ループコイル１４１、１４２、１４３、１４５、１４６、１４７間の磁場圧力の差によって加速されるプラズマビームは電子とプラスイオンとが共に混合されるので中性になり、例えば、１０１１ないし１０１２エレクトロン／ｃｍ３のプラズマ密度と２０ないし５００ｅＶのイオンエネルギーを有する。
【００６９】
ここで、第１、第２、および第３内部および外部円型ループコイル１４１、１４２、１４３、１４５、１４６、１４７はプラズマチャネル１１０内に誘導される磁場を軸方向に減少させるために、供給される電流を順次減少して供給することと例示かつ説明したが、その代わりに軸方向に捲線される円型ループコイルの捲線数が減少されるよう構成し、第１、第２、および第３内部および外部円型ループコイル１４１、１４２、１４３、１４５、１４６、１４７に同一電流を印加することによってプラズマチャネル１１０の内部に誘導される磁場を軸方向に減少させるよう施すこともできる。
【００７０】
さらに、第１、第２、および第３内部および外部円型ループコイル１４１、１４２、１４３、１４５、１４６、１４７はプラズマビームを加速する役割だけを説明したが、その捲線数を増加することでプラズマビームを生成することもできる。
【００７１】
工程チャンバー１７０はプラズマチャネル１１０の出口１１０ａと連通し、磁場生成／加速部１３０によって発生された電磁気力（Ｆ）および磁場圧力の差によって移動するプラズマビームが供給される。工程チャンバー１７０は０．３ないし３ｍＴｏｒｒの圧力で維持される。
【００７２】
工程チャンバー１７０の内部中央にはエッチングされるフォトレジストのような薄膜の塗布された基板１８５が固定される基板ホルダ１８０が配置されている。基板ホルダ１８０は加熱／冷却回路（図示せず）により加熱あるいは冷却される銅ブロックから構成される。
【００７３】
工程チャンバー１７０の一方には工程ガスを工程チャンバー１７０内に供給する第２ガス供給部１９０の第２ガス注入口１９７が配置されている。第２ガス注入口１９７は連結管１９６を介して第２ガスソース１９５と連結されている。第２ガスソース１９５はＣ２Ｆ２のような工程ガスを保存する。
【００７４】
以上、本発明に係るプラズマ加速装置を備えるプラズマ処理システム１００は２次電子増幅コーティング層１１７または１１７’がプラズマチャネル１００の内壁１１２、外壁１１４、および端部壁１１６全てに形成されていると例示かつ説明したが、本発明はそれに限定しない。即ち、本発明のプラズマ処理システム１００は、２次電子増幅コーティング層１１７または１１７’が上部円型ループコイル１３３によってプラズマビームの生成される端部壁１１６にのみ形成されるよう構成することもできる。
【００７５】
さらに、本発明に係るプラズマ加速装置の備えられたプラズマ処理システム１００は、高温のプラズマを用いて基板１８５上に選択的なエッチングパターンを形成するプラズマエッチャ−で例示かつ説明したが、本発明はそれに限定されない。例えば、本発明のプラズマ処理システムは同一構成と原理に基づいて基板に薄膜を蒸着するプラズマスパッタリングシステム１００’（図９）で構成され得る。この場合、図９に図示したとおりに、プラズマスパッタリングシステム１００’はパワー供給部１９８によって一定のバイアス電圧が印加されるスパッタターゲット１８６を更に含む。基板１８５’は基板ホルダ１８０’に固定され、スパッタターゲット１８６上に位置する。基板ホルダ１８０’は、スパッタターゲット１８６でスパッタされた物質を基板１８５’に均一蒸着するために固定軸（図示せず）を中心に回転する。さらに、基板ホルダ１８０’はプラズマ生成／加速部１３０で加速されるプラズマビームがスパッタターゲット１８６まで誘導されるようプラズマビームが通過する円型開口１８０ａ’を備える。第２ガス注入口１９７の上部には基板１８０’近くのガス圧力を制御する水平バッフル（ｂａｆｆｌｅ）１９３が配置されている。
【００７６】
このように構成された本発明に係るプラズマ処理システム１００の動作を図５および図６Ａに基づいて詳説する。
【００７７】
まず、Ｃ２Ｆ２、Ｏ２、Ａｒのようなガスは第１ガスソース１２１から第１ガス注入口１２５を介してプラズマチャネル１１０に供給される。
【００７８】
プラズマチャネル１１０に供給されたガスは、例えば約２ＭＨｚで１．８ＫＷ  ＲＦエネルギーに稼動される上部円型ループインダクター１３２により印加されたＲＦエネルギーによって発生する電子とガスの中性原子が衝突する。その結果ガスはイオン化されプラズマビームを発生する。なお、プラズマチャネル１１０の内壁１１２、外壁１１４、および端部壁１１６の内面には最適の２次電子放出効果のある２次電子増幅コーティング層１１７または１１７’が形成されているので、上部円型ループインダクター１３２によって形成されるプラズマビームの発生効率が増加される。
【００７９】
プラズマビームは内部および外部円型ループインダクター１４０、１４４により発生された電磁気力（Ｆ）と内部および外部円型ループインダクター１４０、１４４の第１、第２、および第３内部および外部円型ループコイル１４１、１４２、１４３、１４５、１４６、１４７間の磁場圧力の差異によってプラズマチャネル１１０内でプラズマチャネル１１０の出口１１０ａ側に加速されて、出口１１０ａを介して工程チャンバー１７０内に１０１１ないし１０１２エレクトロン／ｃｍ３のプラズマ密度と２０ないし５００ｅＶのイオンエネルギーに放出される。
【００８０】
このとき、出口１１０ａを介して工程チャンバー１７０内に放出されるプラズマビームはチャンバー１７０の基板ホルダ１８０に固定された基板１８５側に移動される。さらに、工程ガスは第２ガスソース１９５から第２ガス注入口１９７を介して工程チャンバー１７０に約１ｍＴｏｒｒの圧力で供給される。従って、プラズマビームは工程ガスと衝突し、方向性を有したり方向性のないエッチングイオンあるいは原子となる。その結果、工程チャンバー１７０内でプラズマチャネル１１０の中心（Ｏ）下方に配置される基板１８５のフォトレジストなどのような薄膜はエッチングイオンあるいは原子によって気化または炭化して約２０ｎｍ／ｍｉｎのエッチング率でエッチングされる。
【００８１】
以上、図面に基づいて本発明の好適な実施形態を図示および説明してきたが本発明の保護範囲は、前述の実施形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は基板から薄膜をエッチングして除去したり、基板に薄膜を蒸着する半導体基板処理工程に使用されるプラズマ加速装置およびプラズマ処理システムに適用され、プラズマチャネル内で発生するプラズマ発生効率およびそれによるイオン化率を増大させることにより半導体基板処理工程時にプラズマエッチャ−あるいはプラズマスパッタリングシステムの効率を最適化できる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】従来のプラズマ加速装置に係る概略切開斜視図である。
【図２】従来のプラズマ加速装置に係る他の概略端面図である。
【図３】従来のプラズマ加速装置に係る更なる概略切開斜視図である。
【図４】図３に図示すプラズマ加速装置の端面図である。
【図５】本発明に係るプラズマ加速装置を備えたプラズマ処理システムの概略切開斜視図である。
【図６Ａ】図５に示すプラズマ処理システムのプラズマチャネルの端面図である。
【図６Ｂ】図５に示すプラズマ処理システムのプラズマチャネルの変形例の端面図である。
【図７】プラズマチャネルの内面に本発明に係る２次電子増幅コーティング層と比較例のコーティング層を形成した時、加速電圧と２次電子放出係数の関係を測定したグラフである。
【図８】図４に示すプラズマ処理システムのプラズマチャネルの軸方向距離による磁場強さを示すグラフである。
【図９】本発明に係るプラズマ加速装置を備えたプラズマスパッタリングシステムの概略切開斜視図である。
【符号の説明】
【００８４】
１００、１００’      プラズマ処理システム
１１０                プラズマチャネル
１１７、１１７’      ２次電子増幅コーティング層
１１７ａ、１１７ｂ    第１および第２層
１２０、１９０        ガス供給部
１３０                プラズマ生成／加速部
１３２、１４０、１４４      円型ループインダクター
１５０                ＲＦ電源
１７０                工程チャンバー
１８０、１８０’      基板ホルダ
１８５、１８５’      基板
【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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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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