JPH06290897A - プラズマ発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラズマ分布のバラツキを少なくして高レー
トでのエッチングレートの均一性を維持できると共に、
ディバイスのダメージを少なくして、装置自体の重量が
軽く、発散磁場が少なく、装置の構造が簡易であるプラ
ズマ発生装置を提供することにある。 【構成】 平行平板形の電極の電界と垂直な方向に、一
対の主磁極が互いに対向して配置されていると共に、一
対の補助磁極が一対の主磁極の対向方向にほぼ垂直な方
向に対向するように配置されている。これらの磁界方向
が２通りに切換えられている。エッチング室の外周囲を
取り囲むように配置されたループ状鉄心に、エッチング
室の外側で相互に対向して配置された第１乃至第４の磁
極が形成されており、ループ状鉄心の所定箇所に第１乃
至第４のコイルが巻回されている。これらの磁界方向が
２通りに切換えられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高真空中でプラズマを
発生させ、スパッタ又はこれと併用された化学反応によ
ってドライエッチングを行う際のプラズマ発生装置に関
し、特に、磁力線を利用したプラズマ発生装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】高真空中でプラズマを発生させ、スパッ
タ又はこれと併用された化学反応によってドライエッチ
ングを行うエッチング装置には、高真空下で磁力線によ
りプラズマを高密度化して、高エッチングレートでのエ
ッチングを可能にしたものがある。

【０００３】具体的な平行平板形プラズマエッチング装
置では、図１０に示すように、エッチング室１の外側で
互いに対向するようにして、一対の電磁石（又は永久磁
石）２，３が配置され、図の左側の電磁石２がＮ極、図
の右側の電磁石３がＳ極として、電磁石２から電磁石３
に磁力線が図１０に実線で示すようにかけられる。ま
た、紙面に垂直な方向に電界がかけられる。これによ
り、エッチング室１内で発生されているプラズマの電界
中の電子は、図１０破線で示すように、電界に垂直で磁
力線に垂直な方向に進行する。その結果、図１０の上方
の方ではプラズマの密度が密になり、図１０の下方の方
では疎となる。そのため、エッチング時に、電極５ａ
（ウェハ４）の上では、図１０の符号ａで示す部分の方
が符号ｂで示す部分よりエッチングレートが高くなり、
ウェハ４を回転することにより又は磁界の方向を反転す
ることにより、ウェハ４全体としては、高エッチングレ
ートでのエッチングが可能になっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１０
に示すように、電極５ａ（ウェハ４）の面上では、磁力
線が広がりをもっているため、プラズマの電界中の電子
は、磁力線に垂直な方向に進行しようとすることから、
破線ｃ及び破線ｄで示すように、左右にわかれるように
進行し、結果的に、電界中の電子の進行方向は、２通り
できてしまう。その結果、プラズマは、電極５ａ（ウェ
ハ４）の面上で種々の分布をもち、プラズマ分布にバラ
ツキが生じてしまう。即ち、プラズマの密度が局所的に
異なる部分が現れる。そのため、エッチングレートの均
一性が悪化することがあるという問題がある。

【０００５】また、従来における、プラズマに磁界をか
けるための装置自体としては、種々のものがあるが、装
置自体の重量が重い、発散磁場が大きい、装置の構造が
複雑で装置化が困難であるといった問題もあった。

【０００６】本発明の目的は、上述したような事情に鑑
みてなされたものであって、プラズマ分布のバラツキを
少なくして高レートでのエッチングレートの均一性を維
持できると共に、ディバイスのダメージを少なくして、
装置自体の重量が軽く、発散磁場が少なく、装置の構造
が簡易であるプラズマ発生装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明の請求項１は、高真空中でプラズマを発生さ
せてスパッタ又は化学反応によってドライエッチングを
行う際、磁力線によってプラズマを高密度化するプラズ
マ発生装置において、エッチング室の外側で電界に垂直
な方向で互いに対向して配置された一対の主磁極を有す
る主磁石と、これら一対の主磁石の対向方向にほぼ垂直
な方向に対向するようにエッチング室の外側に配置され
た一対の補助磁極を有する磁石と、を具備することを特
徴としている。

【０００８】また、本発明の請求項２は、一方の主磁石
が他方の主磁石及び一対の補助磁石から磁力線を受ける
場合と、他方の主磁石が一方の主磁石及び一対の補助磁
石から磁力線を受ける場合とを切換えるように、これら
主磁石及び補助磁石を制御する制御手段をさらに具備す
ることを特徴としている。

【０００９】さらに、本発明の請求項３は、高真空中で
プラズマを発生させてスパッタ又は化学反応によってド
ライエッチングを行う際、磁力線によってプラズマを高
密度化するプラズマ発生装置において、エッチング室の
外周囲を取り囲むように配置されたループ状鉄心と、エ
ッチング室の外側で電界に垂直な方向で相互に対向して
配置され、このループ状鉄心に形成された第１乃至第４
の磁極と、これら第１乃至第４の磁極の各々の間でルー
プ状鉄心に巻回された第１乃至第４のコイルと、を具備
することを特徴としている。

【００１０】さらに、本発明の請求項４は、第１乃至第
４の磁極のうち、いずれか１つの磁極が残りの３つの磁
極から磁力線を受けるように第１乃至第４の磁極を順次
切り換える第１乃至第４のコイルの制御手段をさらに具
備することを特徴としている。

【００１１】

【作用】先ず、請求項１では、一対の主磁極が互いに対
向して配置されていると共に、一対の補助磁極が一対の
主磁極の対向方向にほぼ垂直な方向に対向するように配
置されている。そのため、一方の主磁極が他方の主磁極
及び一対の補助磁極から磁力線を受ける場合には、電界
内（平行平板電極内）では、従来のように、磁力線が広
がりをもつことがなく、磁力線を任意に制御できる。そ
のため、プラズマの電界中の電子は、被処理物上では、
１つの方向に進むようになり、従来のように２つの方向
に分けられることがない。その結果、プラズマは、電界
中の電子の進行方向に緩やかな傾斜をもって密に集めら
れているが、プラズマ分布にバラツキが少なくなる。即
ち、プラズマの密度が局所的に異なるといったことを有
効に防止できる。これにより、被処理物でのエッチング
レートを均一にすることができる。また、プラズマの分
布がなだらかなため、被処理物のダメージ低減にも有効
である。

【００１２】また、請求項２では、磁界方向が２通りに
切換えられている。これにより、電界中の電子の進行方
向が切り換えられ、電界中の電子の進行方向に密に集め
られるプラズマは、被処理物上で均一に分布することが
できる。エッチングレートの均一性はより一層向上す
る。

【００１３】さらに、請求項３では、エッチング室の外
周囲を取り囲むように配置されたループ状鉄心に、エッ
チング室の外側で相互に対向して配置された第１乃至第
４の磁極が形成されており、ループ状鉄心の所定箇所に
第１乃至第４のコイルが巻回されている。そのため、プ
ラズマ分布にバラツキを少なくし、即ち、プラズマの密
度が局所的に異なることを有効に防止しながら、つま
り、被処理物でのエッチングレートを均一にしながら、
装置自体の重量を軽く、発散磁場を少なく、装置の構造
を簡易にすることができる。

【００１４】さらに、請求項４では、磁界方向が４通り
に切換えられている。これにより、請求項２の場合に比
べて被処理物上でのプラズマの分布をより一層均一にす
ることができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例に係るプラズマ発生装
置を図面を参照しつつ説明する。

【００１６】先ず、図１乃至図４を参照して、本発明の
第１の実施例に係るプラズマ発生装置を説明する。図１
は、本発明の第１の実施例にプラズマ発生装置の模式的
平面断面図であり、図２は、図１に示すプラズマ発生装
置の模式的正面断面図であり、図３は、図１に示すプラ
ズマ発生装置の模式的側面図である。なお、従来と同じ
部材については、同じ符号を付してある。

【００１７】図１乃至図３に示すように、エッチング室
１内では、被処理物４及び電極５ａが配置されており、
電極５ａに対向して、対向電極５ｂが配置されている。
これにより、紙面に垂直に電界がかけられている。プラ
ズマ発生装置には、エッチング室１を跨ぐように配置さ
れた主電磁石１０が配置されている。この主電磁石１０
は、エッチング室１の上方を跨ぐように配置され且つエ
ッチング室１の両側に主磁極１２，１３が位置するよう
に延ばされた鉄心１１と、この鉄心１１に巻回された複
数のコイル１４，１４…とからなっている。主磁極１
２，１３は互いに対向して配置されている。

【００１８】さらに、本実施例では、エッチング室１の
両外側で互いに対向するように、一対の補助電磁石１
５，１６が配置されている。これらの補助電磁石１５，
１６は、各々、補助磁極２１，２２を有する鉄心１７，
１８と、これに巻回されたコイル１９，２０とからなっ
ている。

【００１９】このように構成された主電磁石１０及び補
助電磁石１５，１６は、図示しない制御手段によって、
これらにかけられる電流を制御されるように構成されて
いる。

【００２０】先ず、各磁極が図１に示すようになってい
る場合について説明する。主磁極１２及び主磁極１３
は、各々、主電磁石１０のコイル１４に電流が流される
ことにより、Ｎ極及びＳ極を取る。一方、補助磁石１
５，１６のコイル１９，２０に電流が流され、この電流
の強さが調整されることにより、補助磁極２１，２２
は、主磁極１２のＮ極に対してはＳ極をとるが、主磁極
１３のＳ極に対しては見かけ上のＮ極をとっている。こ
れにより、図１に実線で示すように、主磁極１２からの
磁力線は、主磁極１３、補助磁極２１，２２に受けいれ
られ、補助磁石２１，２２からの磁力線も主磁極１３に
受け入れられる。その結果、電界内では、従来のよう
に、磁力線が広がりをもつことがなく、磁力線を任意に
制御できる。そのため、プラズマの電界中の電子は、図
１に破線で示すように、電界内では、１つの方向に進む
ようになり、従来のように２つの方向に分けられること
がない。その結果、プラズマは、電界中の電子の進行方
向に緩やかな傾斜をもって密に集められている（即ち、
図１の上方にプラズマが集められる）が、プラズマ分布
にバラツキが少なくなる。即ち、プラズマの密度が局所
的に異なるといったことを有効に防止できる。したがっ
て、電界内でのエッチングレートを均一にすることがで
きる。また、プラズマの分布がなだらかなため、ウェハ
４のダメージ低減にも有効である。

【００２１】次に、主電磁石１０への電流の方向を切換
えて、各磁極が図４に示すようになっている場合につい
て説明する。この場合には、主磁極１３がＮ極を取り、
主磁極１２がＳ極を取り、補助磁石１５，１６のコイル
１９，２０への電流を調整して、補助磁極２１，２２
は、主磁極１３のＮ極に対してはＳ極をとるが、主磁極
１２のＳ極に対しては見かけ上のＮ極をとっている。こ
の場合にも、図４に実線で示すように、主磁極１３から
の磁力線は、主磁極１２、補助磁極２１，２２に受けい
れられ、補助磁石２１，２２からの磁力線も主磁極１２
に受け入れられる。その結果、電界内では、磁力線が密
に集められ、プラズマの電界中の電子は、図４に破線で
示すように、電界内では、１つの方向に進み、その結
果、プラズマは、電界中の電子の進行方向に緩やかな傾
斜をもって密に集められている（即ち、図４の下方にプ
ラズマが集められる）が、プラズマ分布にバラツキが少
なくなり、したがって、ウェハ４でのエッチングレート
を均一にすることができる。

【００２２】また、このように、図１の場合と図４の場
合とに２通りに切換えることにより、プラズマが密に集
められる箇所が上方（図１の場合）から下方（図４の場
合）に切換えることができ、これにより、プラズマは、
電界内で均一に分布することができ、エッチングレート
の均一性をより一層向上させることができる。

【００２３】なお、補助電磁石１５，１６は、永久磁石
であってもよい。また、補助電磁石１５，１６の補助磁
極２１，２２は、Ｎ極、Ｓ極のいずれに固定してもよ
く、主電磁石１０の切換え時に、同時に、補助磁極２
１，２２が反転されてもよい。

【００２４】次に、図５乃至図９を参照して、本発明の
第２の実施例に係るプラズマ発生装置について説明す
る。図５は、本発明の第２の実施例に係るプラズマ発生
装置の模式的平面断面図であり、図６は、図５に示すプ
ラズマ発生装置の模式的側面断面図である。

【００２５】エッチング室１内では、被処理物４及び電
極５ａが配置されており、電極５ａに対向して、対向電
極５ｂが配置されている。これにより、紙面に垂直に電
界がかけられている。本実施例では、エッチング室１の
四方側面を取り囲むように配置されたループ状鉄心３０
が設けられている。このループ状鉄心３０から、エッチ
ング室１の各側面に対向するように、第１乃至第４の磁
極３１，３２，３３，３４が突出されている。これら第
１乃至第４の磁極３１，３２，３３，３４の各々の間
で、ループ状鉄心に３０のコーナー部には、第１乃至第
４のコイル３５，３６，３７，３８が巻回されている。
これらの第１乃至第４のコイル３５，３６，３７，３８
は、おのおの独立しており、個々に電流の方向、大きさ
が調整されることができ、これらコイルにより形成され
る磁力線は、第１の実施例と同等のものである。

【００２６】次に、作用を説明する。

【００２７】第１乃至第４のコイル３５，３６，３７，
３８に流す電流として、第１のコイル３５と第４のコイ
ル３８とを同じ電流方向に、第２のコイル３６と第３の
コイル３７とを同じ電流方向に設定し、電流の強さとし
て、第１のコイル３５と第２のコイル３６とを同じ電流
の強さとし、第３のコイル３７と第４のコイル３８とを
同じ電流の強さとし、さらに、第１のコイル３５の電流
の強さを第４のコイル３７の電流の強さより小さく設定
する。

【００２８】これにより、第３の磁極３３は、見かけ上
Ｎ極を取り、第２及び第４の磁極３２，３４は、第３の
磁極に対してはＳ極となるが、見かけ上Ｎ極を取り、第
１の磁極３１は、Ｓ極を取る。したがって、エッチング
室１内では、図５に実線で示すように、第３の磁極３３
からの磁力線は、第１、第２、及び第４の磁極３１，３
２，３４に受け入れられ、第２及び第４の磁極３２，３
４からの磁力線は、第１の磁極３１に受け入れられる。
その結果、電界内では、従来のように、磁力線が広がり
をもつことがなく、磁力線が密に集められている。その
ため、プラズマの電界中の電子は、図５に破線で示すよ
うに、電界内では、１つの方向に進むようになり、プラ
ズマは、電界中の電子の進行方向に緩やかな傾斜をもっ
て密に集められている（即ち、図５の右上方にプラズマ
が集められる）が、プラズマ分布にバラツキが少なくな
り、したがって、ウェハ４でのエッチングレートを均一
にすることができる。また、プラズマの分布がなだらか
なため、ウェハ４のダメージ低減にも有効である。

【００２９】次に、第１乃至第４のコイル３５，３６，
３７，３８に流す電流の強さ及び方向を切換えて、第１
乃至第４の磁極３１，３２，３３，３４が図７に示すよ
うなＮ，Ｓ極を取るようにする。この場合には、第４の
磁極３４がＳ極となっており、この第４の磁極３４に磁
力線が集まるため、プラズマは、図７の左上方に密に集
められると共に、プラズマ分布にバラツキが少なくな
り、ウェハ４でのエッチングレートを均一にすることが
できる。

【００３０】同様に、第１乃至第４のコイル３５，３
６，３７，３８に流す電流の強さ及び方向を切換えて、
第１乃至第４の磁極３１，３２，３３，３４が図８に示
すようなＮ，Ｓ極を取るようにする。この場合には、第
３の磁極３３がＳ極となっており、この第３の磁極３３
に磁力線が集まるため、プラズマは、図８の左下方に密
に集められると共に、プラズマ分布にバラツキが少なく
なり、ウェハ４でのエッチングレートを均一にすること
ができる。

【００３１】さらに、同様に、第１乃至第４のコイル３
５，３６，３７，３８に流す電流の強さ及び方向を切換
えて、第１乃至第４の磁極３１，３２，３３，３４が図
９に示すようなＮ，Ｓ極を取るようにする。この場合に
は、第２の磁極３２がＳ極となっており、この第２の磁
極３２に磁力線が集まるため、プラズマは、図９の右下
方に密に集められると共に、プラズマ分布にバラツキが
少なくなり、ウェハ４でのエッチングレートを均一にす
ることができる。

【００３２】このように、磁界の方向が４通りに切換え
ることにより、プラズマが密に集められる箇所が右上方
（図５の場合）、左上方（図７の場合）、左下方（図８
の場合）、右下方（図９の場合）に切換えることがで
き、これにより、プラズマは、電界内トータルとして均
一に分布することができ、エッチングレートの均一性を
より一層向上させることができる。

【００３３】さらに、本実施例のプラズマ発生装置は、
鉄心３０がループ状であるため、第１の実施例の場合に
比べて、鉄心の総重量を軽減することができ、その形状
もコンパクトになり、装置化が容易になっている。さら
に、鉄心３０がループ状になっていることと、第１乃至
第４のコイル３５，３６，３７，３８が分散巻きになっ
ていることとにより、外部への発散磁場を少なくするこ
とができる。

【００３４】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れないのは勿論であり、種々変形可能である。

【００３５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の請求項１で
は、磁力線が広がりをもつことがなく、磁力線を任意に
制御できる。そのため、プラズマの電界中の電子は、電
界内で相対的に１つの方向に進むようになり、その結
果、プラズマは、電界中の電子の進行方向に緩やかな傾
斜をもって密に集められている。即ち、プラズマの密度
が局所的に異なるといったことを有効に防止できる。こ
れにより、被処理物でのエッチングレートを均一にする
ことができる。また、プラズマの分布がなだらかなた
め、被処理物のダメージ低減にも有効である。

【００３６】また、請求項２では、磁界方向が２通りに
切換えられている。これにより、電界中の電子の進行方
向が切り換えられ、電界中の電子の進行方向に密に集め
られるプラズマは、結果的に電界内で均一に分布するこ
とができる。エッチングレートの均一性はより一層向上
する。

【００３７】さらに、請求項３では、エッチング室の外
周囲を取り囲むように配置されたループ状鉄心に、エッ
チング室の外側で相互に対向して配置された第１乃至第
４の磁極が形成されており、ループ状鉄心の所定箇所に
第１乃至第４のコイルが巻回されている。そのため、プ
ラズマ分布にバラツキを少なくし、即ち、プラズマの密
度が局所的に異なることを有効に防止しながら、つま
り、被処理物でのエッチングレートを均一にしながら、
装置自体の重量を軽く、発散磁場を少なく、装置の構造
を簡易にすることができる。

【００３８】さらに、請求項４では、磁界方向が４通り
に切換えられている。これにより、請求項２の場合に比
べて被処理物上でのプラズマの分布をより一層均一にす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例にプラズマ発生装置の模
式的平面断面図。

【図２】図１に示すプラズマ発生装置の模式的正面断面
図。

【図３】図１に示すプラズマ発生装置の模式的側面図。

【図４】図１に示すプラズマ発生装置の模式的平面断面
図であって、コイルへの電流が切換えられた場合を示す
図。

【図５】本発明の第２の実施例に係るプラズマ発生装置
の模式的平面断面図。

【図６】図５に示すプラズマ発生装置の模式的側面断面
図。

【図７】図５に示すプラズマ発生装置の模式的平面断面
図であって、コイルへの電流が切換えられた場合を示す
図。

【図８】図５に示すプラズマ発生装置の模式的平面断面
図であって、コイルへの電流が切換えられた場合を示す
図。

【図９】図５に示すプラズマ発生装置の模式的平面断面
図であって、コイルへの電流が切換えられた場合を示す
図。

【図１０】従来に係るプラズマ発生装置の模式的平面断
面図。

【符号の説明】

１ エッチング室 １０ 主電磁石（主磁石） １２ 主磁極 １３ 主磁極 １５ 補助電磁石（補助磁石） １６ 補助電磁石（補助磁石） ２１ 補助磁極 ２２ 補助磁極 ３０ ループ状鉄心 ３１ 第１の磁極 ３２ 第２の磁極 ３３ 第３の磁極 ３４ 第４の磁極 ３５ 第１のコイル ３６ 第２のコイル ３７ 第３のコイル ３８ 第４のコイル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高真空中でプラズマを発生させてスパッタ
   又は化学反応によってドライエッチングを行う際、磁力
   線によってプラズマを高密度化するプラズマ発生装置に
   おいて、 エッチング室の外側で電界に垂直な方向で互いに対向し
   て配置された一対の主磁極を有する主磁石と、 これら一対の主磁石の対向方向にほぼ垂直な方向に対向
   するようにエッチング室の外側に配置された一対の補助
   磁極を有する磁石と、を具備することを特徴とするプラ
   ズマ発生装置。
2. 【請求項２】一方の主磁石が他方の主磁石及び一対の補
   助磁石から磁力線を受ける場合と、他方の主磁石が一方
   の主磁石及び一対の補助磁石から磁力線を受ける場合と
   を切換えるように、これら主磁石及び補助磁石を制御す
   る制御手段をさらに具備することを特徴とする請求項１
   に記載のプラズマ発生装置。
3. 【請求項３】高真空中でプラズマを発生させてスパッタ
   又は化学反応によってドライエッチングを行う際、磁力
   線によってプラズマを高密度化するプラズマ発生装置に
   おいて、 エッチング室の外周囲を取り囲むように配置されたルー
   プ状鉄心と、 エッチング室の外側で電界に垂直な方向で相互に対向し
   て配置され、このループ状鉄心に形成された第１乃至第
   ４の磁極と、 これら第１乃至第４の磁極の各々の間でループ状鉄心に
   巻回された第１乃至第４のコイルと、を具備することを
   特徴とするプラズマ発生装置。
4. 【請求項４】第１乃至第４の磁極のうち、いずれか１つ
   の磁極が残りの３つの磁極から磁力線を受けるように第
   １乃至第４の磁極を順次切り換える第１乃至第４のコイ
   ルの制御手段をさらに具備することを特徴とする請求項
   ３に記載のプラズマ発生装置。