JPH04306598A - 電子サイクロトロン共鳴装置と基板へのイオンの流れを生成する方法 - Google Patents

電子サイクロトロン共鳴装置と基板へのイオンの流れを生成する方法

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JPH04306598A JP3195189A JP19518991A JPH04306598A JP H04306598 A JPH04306598 A JP H04306598A JP 3195189 A JP3195189 A JP 3195189A JP 19518991 A JP19518991 A JP 19518991A JP H04306598 A JPH04306598 A JP H04306598A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電子サイクロトロン共鳴
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ソリッドステート回路およびデバイスの
製造において、マスクの開口を通して露出される材料を
エッチングあるいは被着する必要のあることがよくある
。エッチングは化学溶液を用いて行いうるが、隣接する
開口の縁部の間の空間は、該縁部の下の材料がアンダカ
ッティングとして知られる現象である不具合に除去され
るという事実を許容するために十分大きくする必要があ
る。このことは、マスクの開口における材料を、電子サ
イクロトロン共鳴即ちＥＣＲとして知られる現象により
導出されるプラズマ中のイオンに露出することにより排
除しうる。
【０００３】ＥＣＲプロセスはまた、マスクの開口によ
り露出された材料に金属誘電体およびその他の物質を被
着するためにも有利に使用できる。ＥＣＲプロセスにお
いては、所望のイオンを発生させるガスが、ＤＣ磁界の
軸線に沿って電磁波が伝播されるチャンバ領域へ導入さ
れる。磁界の磁束線に対して垂直のある種の運動成分を
有しているいずれかの自由電子は、磁界の強度により決
まる周波数において円形軌道を運動する傾向がある。も
し電磁波が同じ周波数を有しているとすれば、それらは
電子にエネルギを加え、ガス中で原子から電子を取り除
きイオンを形成させようとする。本プロセスは一旦開始
すると、累積され、電子の数がイオンの数に等しく、イ
オン発生速度がイオン喪失速度と等しい安定状態に達す
るまでイオンの数を増加させる。
【０００４】電子は、より弱い磁界の方向に磁束線に沿
って運動する。このように発生した静電界により、イオ
ンは同じ方向に引張られる傾向がある。
【０００５】ＥＣＲプロセスに係わる主要な問題は、マ
スクに到来したイオンの密度に空間変動があることであ
る。例えば、種々デバイスの対応する部分がマスクの開
口を通してそれぞれ露出されるとすれば、種々開口にお
けるエッチングあるいは被着の量は異なるため当該デバ
イスは異なる電子特性を有することになる。
【０００６】この非均一性は、イオン発生密度がマイク
ロ波照射の強度と、磁界の強度が共鳴に必要な最適値に
到達する程度とによって変わるという事実と、プラズマ
源領域にわたって何も均一でないという事実から起因す
る。電子とイオンとは、プラズマ源領域から、エッチン
グあるいは被着が行われる基板まで磁束線を追従する傾
向があるので、プラズマ源にわたってのプラズマの非均
一性が基板上に形像される。
【０００７】基板に到来するイオン束の非均一性の程度
を低減させるための従来の一方法は、プラズマ源は断面
積のより小さいものを用いてマイクロ波モードを慎重に
制御することであった。しかしながら、特に断面をより
小さくすれば基板におけるイオン束をより小さい値まで
低下させようとする。
【０００８】１９８７年６月刊行の日本応用物理学会誌
の２６（Ｇ）の８２５〜８３４頁に記載されている「Ａ
　　Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ　　Ｓｔｕｄｙ　　ｏｆ　　
ｔｈｅ　　Ｅｔｃｈｉｎｇ　　ｏｆ　　Ｓｉｌｉｃｏｎ
　　ｉｎ　　ＳＦ６　　　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　　Ｍｕ
ｌｔｉｐｏｌａｒ　　Ｐｌａｓｍａｓ：　　Ｉｎｔｅｒ
ｐｒｅｔａｔｉｏｎ　　ｏｆＥｔｃｈｉｎｇ　　Ｍｅｃ
ｈａｎｉｓｍｓ」という名称の論文に記載されている別
の方法は、プラズマ源領域から基板までプラズマを案内
する軸線方向の磁界なしに動作する。代りに、プラズマ
源領域と基板とを接続するドリフトチューブを囲む永久
磁石のアレイを用いて典型的に発生する二次カスプタイ
プ磁界がプラズマを半径方向に閉じ込め、プラズマの半
径方向不均一分をある程度混合できるようにする。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、イオン
が最も高密度に発生するのは、マイクロ波電磁界の強度
が高く、かつ電磁界の強度が、電子がマイクロ波電磁界
の周波数で軌道に乗るような領域においてである。より
低い密度はその他の点において発生するので、発生した
イオンの断面における密度は均一ではない。
【００１０】
【課題を解決するための手段および作用】本発明によれ
ば、共鳴の発生する領域の位置は周期的に磁界にわたっ
て変化あるいは走査されるので、磁界の断面の全ゆる部
分で発生するイオンの時間平均密度は概ね同じである。 共鳴の発生する領域でのこの走査は本発明により以下の
要領で達成しうる。
【００１１】もし磁界が軸線の周りで対称であり、かつ
軸線からの距離と共に強度が増大するとすれば、磁束線
と当該機械の軸線とに対して垂直の磁界の断面に沿った
共鳴は前記軸線の周りに求心した円形軌跡に沿って発生
する。もし磁界の強度が増加すれば、共鳴はより小さい
円形軌跡に沿って発生する。後者の軌跡に沿った共鳴は
、電磁波の周波数を低減することによっても達成しうる
。従って、それに沿って共鳴が発生する円形軌跡の半径
は、磁界強度、電磁波の周波数、あるいはそれら双方を
変えることにより零から最大値まで、最大値から零まで
半径方向に走査しうる。もし、例えば、エッチングある
いは被着プロセス過程に必要な数のイオンを発生させる
のに１分間要するとすれば、２秒の走査サイクルにより
３０サイクルが可能で、そのためマスクの全ての部分に
到来したイオンの時間平均密度は概ね均一となりうる。
【００１２】
【実施例】基板から材料をエッチングしたり、あるいは
基板の上に材料を被着するために本発明により構成した
電子サイクロトロン共鳴装置の概略図を以下参照する。
【００１３】全体的に２で指示する金属チャンバは、処
理すべき基板６と、その上に重ね合わせたマスク７とを
、例えばラジアルフィンガ８，１０上に載置させるよう
な何らかの適当な要領で取り付けている円筒形セクショ
ン４と、ポート１４を介して空洞１２へ入るガスに共鳴
作用を加えることによりプラズマが形成される、石英あ
るいはその他の適当な誘電体材料により作られた円筒形
の共鳴セクション１２と、他端にダクト２０を介して真
空ポンプ１８を結合しうる円筒形セクション１６とを有
している。この線図は例示であって、例えば真空ポンプ
１８を本構造の他の点に結合してもよい。所望により、
基板６と円筒形共鳴セクション１２との間の軸線方向の
点においてガスポート２２を円筒形セクション４に設け
ることができる。例えば、もしＳｉＯ２　を基板６上に
被着するとすれば、酸素をポート１４を介して通し、シ
ランＳｉＨ４　をポート２２を介して通す。
【００１４】空洞セクション１２の軸線Ａの周りに巻か
れたコイル２４，２６および２８が磁界を発生させる。 該磁界の一部を全体的に軸線方向に円筒形セクション１
２，４を通る磁束線３０で示す。コイル２４，２６およ
び２８はそれぞれ、マイクロプロセッサ３８の制御の下
で電流源３２，３４および３６により給電される。磁界
の強度は、軸線Ａに沿って下方向に減少し、軸線上のい
ずれかの点から共鳴領域内で半径と共に増大する。
【００１５】クライストロンあるいはマグネトロンでよ
いマイクロ波源４０は、導波管４２に沿って電磁波のビ
ームを、円筒形セクション４に接合され共鳴セクション
１２を囲む空洞セクション４４まで導く。マイクロ波は
真空ウインドウ４６を介して共鳴セクション１２へ入る
。ある実行例においては、真空ウインドウと円筒形共鳴
セクションとは、石英あるいはその他の適当な誘電体材
料で作られた単一のユニットである。電磁波の周波数と
大きさとはプロセッサ３８により制御される。図２は、
真空ウインドウ４６、共鳴の発生する半径方向平面４８
、および基板６の軸線方向位置を含む、コイル２４，２
６および２８の作用により発生する軸線Ａに沿った種々
の軸線方向位置における磁界強度の計算線を示す。図１
においては、磁界強度の線は基板６に対して垂直である
ことに注目されたい。
【００１６】図３は、コイル２４，２６および２８の作
用により発生する磁界の強度対電磁波の周波数のグラフ
である。このグラフは、共鳴の発生する点における軌跡
を示す。図３から、２．１ＧＨｚ　の周波数において磁
界の強度が約７５０ガウスのとき共鳴が発生し、２．４
５ＧＨｚ　の周波数において磁界強度が約８７５ガウス
のとき共鳴が発生することが判る。
【００１７】図４の（Ａ）の曲線５０は、特定の組のコ
イル２４，２６および２８を図１において用いたときの
軸線Ａからの半径距離に対する磁界の強度の変動を示す
。２．４５ＧＨｚ　の周波数の電磁波を用いれば、曲線
５０と破線の共鳴線５２との交差点で示すように共鳴は
８７５ガウスにおいて発生する。この例においては、磁
界強度は軸線Ａの周りで対称形であり、かつ電磁波放射
強度は、均一であると想定されるので、軸線Ａに沿って
視た最大共鳴の軌跡即ち領域は図４の（Ｂ）に示すよう
に円形５２′である。
【００１８】曲線全体５０は、共鳴と最大プラズマ密度
とが発生する軌跡の半径を変えるように、従って、単に
コイル２４，２６および２８を流れる電流の大きさを変
えることにより円５２′の半径を変えるように矢印で示
すように上下に動かしうる。ソレノイドコイル２４，２
６および２８に電流源３２，３４および３６からそれぞ
れ供給される電流の適当な周期変動はプロセッサ３８に
より制御できる。最大共鳴が発生する円５２の半径は変
動するので、イオンの最大密度がマスクに到来する軌跡
も同様に変動することによりイオンの最大密度をマスク
７にわたって前後に半径方向に走査される。
【００１９】最大イオン密度の軌跡即ち領域の半径方向
走査は、プロセッサ３８の制御の下でマイクロ波源４０
から放射される電磁波の周波数を変えることによっても
達成しうる。図５の（Ａ）と（Ｂ）とは、図５の（Ａ）
において破線の共鳴線５４を、図５の（Ｂ）において対
応する円形軌跡５４′を追加したこと以外図４の（Ａ）
および（Ｂ）とそれぞれ同じである。磁界強度の曲線５
０は同じのままで、共鳴の発生する破線は電磁波の周波
数が変わるにつれて上下する。２．４５ＧＨｚ　と２．
１０ＧＨｚ　の周波数において、それぞれ共鳴は軌跡５
２′と５４′とにおいて発生する。
【００２０】電子サイクロトロン共鳴の軌跡の半径方向
走査は、電磁界強度と電磁波の周波数の双方を変えるこ
とにより達成しうることが当該技術分野の専門家には直
ちに明らかとなる。
【００２１】電磁界の軸線に沿った電磁波の伝播は、前
記軸線に対する僅かな角度に沿った伝播も含むことを理
解すべきである。当該技術分野の専門家は、伝播が精密
に軸線に沿っているような何らかの状況においてプラズ
マの最大密度は発生し、伝播方向と軸線との間の角度が
大きくなるにつれて密度が低下するという事実を認識す
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を組み入れたＥＣＲ装置の概略線図。
【図２】種々の軸線方向位置において発生する磁界強度
の例を示す線図。
【図３】磁界強度と共鳴時の電磁波の周波数との線形関
係を示すグラフ。
【図４】（Ａ）は、円筒形磁界の中心即ち軸線からの半
径方向距離の関数として半径方向平面における、ガウス
で示す磁界強度のプロットであって、電磁波の周波数が
２．４５ＧＨｚ　であるときに共鳴が発生するときの半
径を示すプロット図であり、（Ｂ）は、軸線に沿って視
たときの（Ａ）に示す共鳴の位置を示す図。
【図５】（Ａ）は、円筒形磁界の中心即ち軸線からの半
径方向距離の関数としてガウスで示す半径方向平面にお
ける磁界強度のプロットであって、電磁波の周波数が２
．１０ＧＨｚ　と２．４５ＧＨｚ　であるときに共鳴の
発生する半径を示すプロット図であり、（Ｂ）は、軸線
に沿って視たときの（Ａ）に示す共鳴の位置を示す図。
【符号の説明】
２：金属チャンバ、４：円筒形セクション、６：基板、
７：マスク、８，１０：フィンガ、１２：共鳴セクショ
ン、１４：ポート、１６：円筒形セクション、１８：真
空ポンプ、２０：ダクト、２２：ガスポート、２４，２
６，２８：コイル、３０：磁束線、３２，３４，３６：
電流源、３８：マイクロプロセッサ、４０：マイクロ波
源、４２：導波管、４４：空洞セクション、４６：真空
ウインドウ。

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　チャンバと、電磁界の軸線から半径と
    共に強度が変わり、前記軸線に沿った所与の方向で強度
    が減少する軸線方向の電磁界を前記チャンバにおいて生
    成する手段と、電磁波を前記電磁界に通す手段と、前記
    電磁界と前記電磁波とが占める領域へそこを介してガス
    を通しうる少なくとも１つの開口を前記チャンバにおい
    て画成する手段と、最大のサイクロトロン共鳴がそれに
    沿って発生する軌跡を変えるように前記電磁界の強度と
    前記電磁波の周波数の少なくとも一方を変える走査手段
    とを備える電子サイクロトロン共鳴装置。
  2. 【請求項２】　　前記電磁波が前記軸線に沿って伝播す
    る請求項１に記載の電子サイクロトロン共鳴装置。
  3. 【請求項３】　　前記チャンバ内において前記軸線に沿
    った一点で基板を支持する手段と、前記基板を支持する
    手段に装着されるとき前記基板に対して垂直の磁束を有
    する平行電磁界を生成する手段とをさらに含む請求項１
    に記載の電子サイクロトロン共鳴装置。
  4. 【請求項４】　　前記走査手段が前記電磁界の強度を変
    える請求項１に記載の電子サイクロトロン共鳴装置。
  5. 【請求項５】　　前記走査手段が前記電磁界の周波数を
    変える請求項１に記載の電子サイクロトロン共鳴装置。
  6. 【請求項６】　　前記チャンバに設けられ、かつ共鳴軌
    跡と前記支持する手段との間の点に配置されガスを導入
    できるようにしたポートをさらに含む請求項３に記載の
    電子サイクロトロン共鳴装置。
  7. 【請求項７】　　軸線を有するＤＣ電磁界を形成し、前
    記軸線に沿って基板に向けて電磁波のビームを投影し、
    前記基板の種々の部分に到来する時間で平均化したイオ
    ン密度が、同じ値に達するように前記電磁界の強度と前
    記電磁波の周波数の少なくとも一方を周期的に変えるス
    テップを備える基板へのイオンの流れを生成する方法。
  8. 【請求項８】　　前記電磁界の強度と前記電磁波の周波
    数の双方が周期的に変わる請求項７に記載の方法。
  9. 【請求項９】　　軸線を有するＤＣ電磁界を生成する手
    段と、前記軸線に沿って電磁波を投影する手段と、前記
    軸線に対して横方向の電磁界のうちに基板を取り付ける
    手段と、前記基板の種々の部分に到来するイオンの密度
    を概ね同じにするために前記電磁界の大きさを変える手
    段とを備える、基板に向かうイオンの流れを生成するた
    めの電子サイクロトロン共鳴装置。
  10. 【請求項１０】　　軸線を有するＤＣ電磁界を生成する
    手段と、前記軸線に沿って電磁波を投影する手段と、前
    記軸線に対して横方向の電磁界のうちに基板を取り付け
    る手段と、前記基板の種々の部分に到来するイオンの密
    度を概ね同じにするために前記電磁波の周波数を変える
    手段とを備える、基板に向かうイオンの流れを生成する
    ための電子サイクロトロン共鳴装置。
  11. 【請求項１１】　　軸線を有するＤＣ電磁界を生成する
    手段と、前記軸線に沿って電磁波を投影する手段と、前
    記軸線に対して横方向の電磁界のうちに基板を取り付け
    る手段と、基板の種々の部分に到来するイオンの密度を
    概ね同じにするために前記電磁波の周波数を周期的に変
    える手段とを備える、基板に向かうイオンの流れを生成
    するための電子サイクロトロン共鳴装置。
  12. 【請求項１２】　　軸線を有するＤＣ電磁界を生成する
    手段と、前記軸線に沿って電磁波を投影する手段と、前
    記軸線に対して横方向にある電磁界において基板を取り
    付ける手段と、基板の種々の部分に到来するイオンの密
    度を概ね同じにするために前記電磁界の大きさを周期的
    に変える手段とを備える、基板に向かうイオンの流れを
    生成するための電子サイクロトロン共鳴装置。
JP3195189A 1990-10-16 1991-08-05 電子サイクロトロン共鳴装置と基板へのイオンの流れを生成する方法 Expired - Lifetime JP2721054B2 (ja)

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