(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱形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真空チャンバの上部壁の外面上に、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の永久磁石とを同心配置して構成される磁場発生手段を持ち、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放電プラズマを発生するために、この磁気中性線に沿って交番電場を加える１重を含む多重の高周波コイルを、真空チャンバの誘電体で構成される側部壁の外側で磁気中性線の形成される面とほぼ同じ平面上に配置し、磁気中性線プラズマを形成することを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】
磁場発生手段を構成しているドーナツ状または円盤状の第１の永久磁石及びドーナツ状の第２の永久磁石が、それぞれ同心円上に配置された複数の永久磁石から成る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】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマを利用して、半導体あるいは電子部品その他の基板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装置に利用さ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、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。
【０００３】
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磁場発生手段とを設けたプラズマ発生装置が提案され（特願平5-183899号参照）、エッチング装置などに適用されている（特願平6-52420及び特願平7-116154号参照）。
【０００４】
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号参照）。
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。
【０００５】
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７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の外側にドーナツ状の永久磁石Ｂとそれよりも内径の大きなドーナツ状の永久磁石Ｃとが同心状に配置され、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が上面A1上外部で永久磁石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の透磁率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の透磁率が等しい場合には、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８に図７の磁石配置において想定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面と平行の上部誘電体面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プラズマが生成される。磁場ゼロの部位が存在するので、低ガス圧で、高効率のプラズマを生成することができる。
【０００６】
図７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個の永久磁石の中間に位置するコイルＤから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。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、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個の永久磁石によって磁気中性線を形成し、その二つの永久磁石の中間に交番電場を与える高周波電場を与える高周波コイルを設置する方式であると、磁気中性線の位置における誘導電場が弱く、期待したプラズマ密度が得られないという問題があった。
【０００８】
本発明は、これら従来の装置を持つ問題点を解決するもので、磁気中性線の位置における誘導電場を効率よく導入し、高効率の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。
【０００９】
【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に真空チャンバの上面に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個の永久磁石とを設け、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を設けたプラズマ発生装置において、高周波コイルを磁気中性線の形成される面とほぼ同じ平面上の位置に設けて、誘導電場を効率よく導入できるように構成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の一つの実施の形態によれば、円柱形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真空チャンバの上部壁の外面上に、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の永久磁石とを同心配置して構成される磁場発生手段を持ち、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放電プラズマを発生するために、この磁気中性線に沿って交番電場を加える１重を含む多重の高周波コイルを、真空チャンバの誘電体で構成される側部壁の外側で磁気中性線の形成される面とほぼ同じ平面上に配置し、磁気中性線プラズマを形成することを特徴としている。
本発明の別の実施の形態によれば、磁場発生手段を構成しているドーナツ状または円盤状の第１の永久磁石及びドーナツ状の第２の永久磁石が、それぞれ同心円上に配置された複数の永久磁石から成ることができる。
【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、磁気中性線の形成される面とほぼ同じ平面内に高周波コイルを設置しているので、磁気中性線の位置における誘導電場が有効に導入され、誘導電場が磁気中性線に集まっている電子を有効に加速し得るようになり、高効率の磁気中性線放電プラズマを形成することが可能となる。
【００１２】
【実施例】
以下添付図面の図１〜図５を参照して本発明の実施例について説明する。
【００１３】
図１に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を示す。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、その上面は平板型金属隔壁２で覆われている。この平板型金属隔壁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と同じ高さ位置に配置されている。
円筒形の真空チャンバ１の側部壁部５の外側には、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６が配置され、この高周波コイル６は13.56MHzの周波数の高周波電源７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８が設けられ、この基板電極８はRFバイアスを印加する13.56MHzの周波数の高周波電源９に接続されている。
【００１４】
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【００１５】
図５は本発明に従って側方から高周波電力を供給する方式の模式図を示す。図６は図７に示すような従来例における上方から高周波電力を供給する方式の模式図である。
【００１６】
図１の実施例において、アンテナ６に13.56MHzの高周波電力を印加し、基板電極にも13.56MHzの高周波電力を印加し、「反応性イオンエッチング」に適用した酸化膜付きＳｉ基板を用い、図７に示されている装置と同じ条件（八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1500W の条件）で実験を行った結果、従来装置（図７）を用いた時よりも高いエッチング速度800 〜1000nm／min が得られた。
【００１７】
ところで実施例において、磁場発生手段を構成している永久磁石３、４は、それぞれ単一の磁石で構成されているが、代わりにそれぞれ同心円上に配置された複数の永久磁石で構成することもできる。
またアンテナ６の配置される位置は必ずしも磁気中性線の平面と同一の平面内にある必要はなく、図４から理解されるように多少上下にずれた位置でも十分な効果が得られる。
【００１８】
さらに、高周波電場導入のための高周波コイル６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８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、スパッタ装置、CVD装置においても同様の効果 が得られる。
【００１９】
【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従来の磁場構造において、高周波アンテナを磁気中性線とほぼ同じ面上であって、磁気中性線の外側に配置しているので、磁気中性線の位置に効率よく高周波による誘導磁場を発生させることができ、この磁場によって形成される誘導電場が磁気中性線に集まっている電子に有効に作用しうるようになり、高効率の磁気中性線放電プラズマを形成することが可能になった。
【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配置図である。
【図２】  図１に示す装置におけるアンテナに電流Ｉを印加した場合の説明図である。
【図３】  図１に示す装置の空間内におけるベクトルポテンシャルを示す説明図である。
【図４】  １ターンのループアンテナによって形成されるベクトルポテンシャルの計算値を半径（Ｒ）と高さ（Ｚ）でプロットした図である。
【図５】  本発明における磁気中性線と高周波コイルの配置を示す説明図である。
【図６】  従来装置（図７）における磁気中性線と高周波コイルの配置を示す説明図である。
【図７】  二つの永久磁石を同一面に配置した従来の磁気中性線放電エッチング装置の概略図である。
【図８】  図７の磁場配置における有限要素法による等磁位線の計算結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１：真空チャンバ
３：内側永久磁石
４：外側永久磁石
５：誘電体側部壁
６：高周波コイル
７：高周波電源
【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６】
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【図７】
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【図８】
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