JPH0963792A

JPH0963792A - 磁気中性線放電プラズマ源

Info

Publication number: JPH0963792A
Application number: JP7217967A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Muraoka; 克紀村岡; Kiichiro Uchino; 喜一郎内野; Taijirou Uchida; 岱二郎内田; Masahiro Ito; 正博伊藤
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1995-08-25
Filing date: 1995-08-25
Publication date: 1997-03-07

Abstract

(57)【要約】【課題】磁気中性線放電によりプラズマを生成すると共
にそのプラズマ状態を磁気中性線と同一平面上で観察し
ながらプラズマの特性及び生成位置を電気的に任意に調
整可能にした構造が簡単で低コストの磁気中性線放電プ
ラズマ源を提供すること。【解決手段】真空チャンバ内に連続して存在する磁場ゼ
ロの位置である磁気中性線を形成するようにした磁場発
生手段の一部、及び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電場発生手段を
真空チャンバの上面側または下面側に設けること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板、ターゲット
等の被処理物にコーティング、エッチング、スパッタリ
ング、アッシング、CVD 等の処理を行なうのに利用され
る磁気中性線放電プラズマを発生する磁気中性線放電プ
ラズマ源に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えばプラズマエッチングは、化
学的に活性なガスを、低圧下での放電によってプラズマ
状態にし、それにより発生したイオンや中性ラジカル等
の活性種と被エッチング材料とを反応させて反応生成物
を気相中に脱離させるようにしたものであり、種々の形
式のものが知られている。例として真空容器内にエッチ
ングガスを導入し、直流電場と磁場とのマグネトロン放
電を利用したもの、マイクロ波（2.45GHz)と磁場との相
互作用で電子サイクロトロン共鳴（ECR)を起させて、電
子を加速することにより低圧下で高電離プラズマを発生
させるECR プラズマ源を利用したもの、或いは13.56MHz
の高周波電力を印加してプラズマ状態にするもの等があ
る。また、RFプラズマ励起によってエネルギの高いプラ
ズマ状態を形成し、これにより反応ガスの化学的結合を
分解して活性化された粒子間の反応により膜形成を行な
うプラズマCVD も種々の形式のものが提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来、このようなプラ
ズマ利用装置においては、ほとんどの場合密度や温度の
空間的非一様性や電場による加速に伴う速度空間内の非
一様性が存在しており、そのためこれらを用いて基板に
目的の作用を行わせる場合に効果の不均一性が生じ易
く、特に荷電粒子のみならずラジカル（化学的活性種）
が存在しその振舞いも考慮しなければならないエッチン
グのようなプロセスでは、希望する分布、例えば均一性
の確保は極めて経験的に実現するしかないという問題点
があった。またスパッタリングにおいてはターゲットの
使用効率を上げるためカソードの背面側に設けられる電
磁石または永久磁石を機械的に変位させてプラズマの位
置を変えさせ、エロージョン領域をできるだけ拡く採れ
るようにしたり、或いは電磁石または永久磁石の構成に
工夫をしてエロージョン領域を少しでも拡げることが行
われているが、いずれの場合もカソードの使用効率の向
上に苦しみ、装置自体が複雑になったり、かさばったり
する等の問題点があった。

【０００４】このような従来のプラズマ利用装置の問題
点を解決するため、先に、真空チャンバ内でプラズマを
利用して被処理物を処理するための装置として、真空チ
ャンバ内に磁気中性線を形成する磁場発生手段と、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電場発生手段とを設けた放電プラズ
マ処理装置を提案した（特開平７−90632号公報参
照）。この提案により、磁場発生手段に対する励磁電流
を制御するだけで形成される磁気中性線の位置や大きさ
を随意に調整でき、従ってプラズマの発生位置を容易に
変位させることができ、その結果プロセス処理上画期的
な効果を得ることができるようになった。

【０００５】本発明は、先に提案した装置を更に改良し
てより簡単かつコンパクトに構成できると共にプラズマ
の状態を容易に観察できるようにした磁気中性線放電プ
ラズマ源を提供することを目的としている。

【０００６】

【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、真空チャンバ内に磁気中性線放
電を利用してプラズマを発生するようにしたプラズマ源
において、真空チャンバ内に連続して存在する磁場ゼロ
の位置である磁気中性線を形成するようにした磁場発生
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電場発生手段とを有
し、磁場発生手段の一部及び電場発生手段を真空チャン
バの上面側または下面側に設けたことを特徴としてい
る。また本発明の別の特徴によれば、上記構成に加えて
真空チャンバ内に発生した放電プラズマを観察する観察
手段が真空チャンバの側面部で真空チャンバ内に形成さ
れる磁気中性線の位置とほぼ同じ高さの平面上に設ける
ことができる。

【０００７】

【作用】このように構成された本発明のプラズマ源にお
いては、磁場発生手段の空間的構成または磁場発生手段
を成すコイルに流す励磁電流を変えることにより基板に
対して磁気中性線すなわち磁場ゼロの位置または形状
（例えば輪の大きさ）を任意に変えることができると共
に、輪状に形成されるプラズマの位置を任意に変位させ
ることができる。プラズマは、真空チャンバ内へのガス
の導入と予備加熱及び点火後、電場発生手段により、形
成された輪状の磁気中性線に沿って電場を印加すること
によって発生し、周囲に拡散してゆく。磁気中性線に沿
って流れる放電電流が小さい時には、電場によって磁場
と直角の方向に加速される電子やイオンの荷電粒子は磁
気中性線を僅かでも逸れれば直角方向に存在する磁場に
よって軌道が曲げられる。この効果は、電場加速による
危険な高速粒子の発生を抑える効果のあることを意味
し、従って生成されるプラズマには高速加速粒子が少な
くそれによるダメージは起きにくい。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下図面に示す本発明の実施例に
基き本発明の実施の形態について説明する。

【実施例】図１には本発明の一実施例によるプラズマ源
を示し、１は円筒状に形成された真空チャンバで、全体
を例えばSUS材で構成することができる。円筒状の真空
チャンバ１の円筒状周壁の外側には第１、第２の二つの
磁場発生コイル２、３が互いに離間して同軸に設けられ
ており、また円筒状の真空チャンバ１の円形底部の外側
には第３の磁場発生コイル４が配置され、円筒状周壁の
外側に設けた第１、第２の磁場発生コイル２、３には互
いに逆向きの電流が流され、また円形底部の外側に設け
た第３の磁場発生コイル４には第２の磁場発生コイル３
に流す電流と逆向きの電流が流される。それにより図示
磁力線で示すように、第１、第２の磁場発生コイル２、
３の中間のレベルで真空チャンバ１の内側に連続した磁
場ゼロの位置ができ、円輪状の磁気中性線５が形成され
る。この円輪状の磁気中性線５の形成される位置及び大
きさは、三つの磁場発生コイル２、３、４に流す電流を
制御することによって適宜設定することができる。

【０００９】図２には、第１、第３の磁場発生コイル
２、４に同じ向きの電流を流し、第２の磁場発生コイル
３に逆向きの電流を流した場合のコンピュータシュミレ
ーションによる等磁位線図を示し、第１の磁場発生コイ
ル２に流す電流は250A、第２の磁場発生コイル３に流す
電流は−730A、第３の磁場発生コイル４に流す電流は26
00Aである。この等磁位線図から、連続した磁場ゼロの
位置は、第１、第２の磁場発生コイル２、３の中間のレ
ベルにあることが認められる。

【００１０】再び図１に戻って、第２の磁場発生コイル
３のレベルにおいて真空チャンバ１内には石英板６が支
持体７により水平に設けられ、この石英板６の下側には
電場発生手段を成す高周波コイル８が取付けられてい
る。この高周波コイル８により円輪状の磁気中性線５に
沿って高周波誘導電場（例えば13.56MHz）が加えられる
ことにより、磁場ゼロの位置に磁気中性線に沿って強い
電場を発生させることができる。また、真空チャンバ１
の頂部は排気系に結がっており（図示してない）、予め
真空チャンバ１は高真空に保たれている。プラズマ発生
のためにはガス導入口９が設けられ、このガス導入口９
よりプラズマとなるガスが導入され、先の高周波誘導電
場により磁気中性線に沿いプラズマが発生する。

【００１１】さらに第１、第２の磁場発生コイル２、３
の間において真空チャンバ１の円筒状周壁には真空チャ
ンバ１内のプラズマの状態を観察するための窓部10が設
けられ、この窓部10を介して内部へ観察用のレーザービ
ームを入射できるようにし、レーザートムソン散乱法に
より電子密度、温度（マックスウェル分布でなければ速
度分布関数）を測定するように構成されている。このよ
うに構成したことにより、真空チャンバ１内に生成され
るプラズマを乱すことなしに磁気中性線５のまわりのプ
ラズマの諸特性例えば電子速度分布関数を測定すること
ができる。

【００１２】このように構成した図示装置の動作におい
て、真空チャンバ１内に形成された磁気中性線５内に高
周波コイル８によって生じた高周波放電プラズマは、周
囲へ拡散して被処理物（図示してない）の処理に用いら
れることになる。この場合高周波を用いているので、磁
気中性線内より常にプラズマが生成され、湧きでてくる
ことになる。そして観察用窓部10を介して内部のプラズ
マ状態を観察しそれに応じて第１、第２、第３磁場発生
コイル２、３、４に流す電流値の適宜組合せ制御するこ
とにより、円輪状の磁気中性線５の径や位置を調整する
ことができ、それによりが変化し、環状磁気中性線放電
プラズマの制御が可能となる。

【００１３】図３には、図１に示す実施例の装置の各コ
イルに流す電流の制御系の一例をブロック線図で示し、
図示制御系はコンピュータまたはシーケンサから成る制
御装置11を有し、この制御装置11は予め設定されたプロ
グラムに応じて第１、第２、第３の磁場形成コイル２、
３、４、に流す電流の値及び向きを指示する制御信号1
2、13、14を、インターフェース回路15、16、17を介し
てこれらの磁場形成コイル２、３、４の励磁用直流電源
18、19、20にそれぞれ供給し、これらの電源から各磁場
形成コイルへ流れる電流を制御する。また制御装置11
は、高周波コイル８へ流す電流のオン、オフ及び電力を
指示する制御信号21をインターフェース回路22を介して
高周波コイル８の高周波電源23に供給する。この高周波
電源23はマッチングボックス24を介して高周波コイル８
に接続される。さらに本発明の好ましい実施例において
は真空チャンバ１内に生成されるプラズマ状態を観察す
る装置25を設け、この観察装置25からの検出信号をフィ
ードバック信号として制御装置11へ送り、各電源に対す
る制御信号を調節するようにするされている。またカソ
ードバイアス電源26からは、プラズマ処理に合ったバイ
アス電圧（直流または高周波）がカソード27に印加され
る。

【００１４】ところで、図示実施例においては、磁場発
生コイルをプラズマ発生室の外側に設けているが、代わ
りに磁場の強さの観点から内側に設けることもできる。
またその形状については被処理物（基板やウエハ）やタ
ーゲットの形状に応じて円輪形の代わりに多角輪形、矩
形輪形に構成することができる。また、磁場発生用コイ
ルの数は図示実施例では三つであるが、磁気中性線を形
成できればよいので、三つに限定されるべきものではな
く、例えば輪状プラズマを複数層形成することを目的と
する時は、三つ以上の多数の磁場発生用コイルを設けて
一つの輪状磁気中性線の代わりに輪状磁気中性線を多層
に形成してプラズマを精密に操作することもできる。ま
た第３の磁場発生コイルは円筒状の真空チャンバ１の円
形底壁の外側に設けているが、当然真空チャンバ１の円
形頂壁の外側に設けることもできる。さらに、磁場発生
用コイルの代わりに磁石を用いて連続した磁場ゼロの位
置を形成するようにしてもよい。さらにまた、電場発生
コイルに関しても真空チャンバ１の円形頂壁側に設ける
こともでき、あるいは代わりに第３の磁場発生コイルと
組合せて設けることもできる。

【００１５】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、磁場発生手段の一部及び電場発生手段を真空チャン
バの上部または下部側に設けているので、プラズマ状態
を観察する手段を設けるスペースを磁気中性線発生位置
と同じレベルの真空チャンバ周壁に沿って取ることがで
きるようになり、プラズマ状態に応じて磁場発生手段を
フィードバック制御しながら、プラズマの諸特性をさせ
ることができる。さらにまた、電場発生手段を真空チャ
ンバの上部または下部側に設けているので、真空チャン
バの上面または下面にのみ高周波を通す材質を使用すれ
ば周壁の真空チャンバ材としてSUS材を使用でき、真空
チャンバの周壁に石英管等を使用した場合に比べてより
低コスト及びコンパクトに装置を構成することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による磁気中性線放電プラ
ズマ源の構成を示す概略縦断面図。

【図２】コンピュータシュミレーションによる励磁電
流の変化に応じた磁場ゼロ位置及び磁場の勾配が変化す
る様子を示すグラフ。

【図３】図１の装置の制御系の一例を示す概略ブロッ
ク線図。

【符号の説明】

１：真空チャンバ２：第１の磁場発生コイル３：第２の磁場発生コイル４：第３の磁場発生コイル５：磁気中性線６：石英板７：絶縁体８：高周波コイル９：ガス導入口 10：窓部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空チャンバ内に磁気中性線放電を利用
してプラズマを発生するようにしたプラズマ源におい
て、真空チャンバ内に連続して存在する磁場ゼロの位置
である磁気中性線を形成するようにした磁場発生手段
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電場発生手段とを有し、磁
場発生手段の一部及び電場発生手段を真空チャンバの上
面側または下面側に設けたことを特徴とする磁気中性線
放電プラズマ源。
【請求項２】磁場発生手段が、真空チャンバの側面部
に同軸上に間隔をおいて配列した二つの磁場発生コイル
と真空チャンバの上面側または下面側に真空チャンバと
同軸に配置した一つの磁場発生コイルとから成る請求項
１に記載の磁気中性線放電プラズマ源。
【請求項３】真空チャンバの側面部に同軸上に間隔を
おいて配列した二つの磁場発生コイルに互いに逆向きの
定電流を流し、真空チャンバの上面側または下面側に真
空チャンバと同軸に配置した一つの磁場発生コイルに先
の二つのコイルのうち直ぐ上のコイルに流す電流と逆向
きの定電流を流すことにより真空チャンバの側面部に同
軸上に間隔をおいて配列した二つの磁場発生コイル間に
環状磁気中性線を形成するようにした請求項２に記載の
磁気中性線放電プラズマ源。
【請求項４】各磁場発生コイルに流す励磁電流を制御
することにより、発生した環状磁気中性線の半径と上記
磁場発生コイルとの相対位置を調整するようにした請求
項３に記載の磁気中性線放電プラズマ源。
【請求項５】電場発生手段が高周波コイルから成る請
求項１に記載の磁気中性線放電プラズマ源。
【請求項６】磁場発生手段が永久磁石から成る請求項
１に記載の磁気中性線放電プラズマ源。
【請求項７】真空チャンバ内に磁気中性線放電を利用
してプラズマを発生するようにしたプラズマ源におい
て、真空チャンバ内に連続して存在する磁場ゼロの位置
である磁気中性線を形成するようにした磁場発生手段
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電場発生手段とを有し、磁
場発生手段の一部及び電場発生手段を真空チャンバの上
面側または下面側に設け、また真空チャンバ内に発生し
た放電プラズマを観察する観察手段を真空チャンバの側
面部で真空チャンバ内に形成される磁気中性線の位置と
ほぼ同じ高さの平面上に設けたことを特徴とする磁気中
性線放電プラズマ源。
【請求項８】放電プラズマの観察手段で観察した放電
プラズマ状態に応じて磁場発生手段の励磁を制御するよ
うにした請求項７に記載の磁気中性線放電プラズマ源。