JP2004079465A

JP2004079465A - プラズマ生成装置およびプラズマ処理装置

Info

Publication number: JP2004079465A
Application number: JP2002241730A
Authority: JP
Inventors: Masayasu Suzuki; 鈴木　正康; Masahiro Ueda; 上田　雅弘
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2002-08-22
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2004-03-11

Abstract

【課題】所望の密度分布を有するプラズマを容易に形成することができるプラズマ生成装置の提供。
【解決手段】プラズマ生成部１のプラズマ室３内のプラズマ生成領域に、誘電体ブロック６を配設する。プラズＰは誘電体ブロック６の占有する領域に存在することができないので、誘電体ブロック６を避けるようにドーナツ状に分布する。このプラズマＰ中のイオンはグリッドＧにより引き出され、イオンビーム束ＩＢとして基板Ｓに照射される。このように、誘電体ブロック６を用いてプラズマＰの密度分布をドーナツ状とすることにより、基板Ｓを均一にエッチングすることができる。また、誘電体ブロック６の配設位置を変えることによって、プラズマＰの分布形状を変更することができ、エッチング分布を調整できる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマを生成するプラズマ生成装置、および、プラズマ生成部を備えて試料の加工や成膜を行うイオンビームエッチング装置（ＩＢＥ）、イオンミーリング装置、イオンビームスパッタ装置（ＩＢＳ）やリモートプラズマＣＶＤ装置などのプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イオンビームエッチング装置やリモートプラズマＣＶＤ装置などのプラズマ処理装置では、プラズマ生成部で生成されたプラズマを利用することによりＣＶＤを行ったりエッチングを行ったりしている。プラズマ生成は、例えば、誘導結合プラズマ励起法などによりプラズマが生成される。
【０００３】
イオンビームエッチング装置の場合には、イオン源としてのプラズマ生成部で生成されたプラズマ中のイオンを利用し、イオンビームとして基板に照射してエッチングを行っている。直径数ミリのビーム引出穴を複数設けたいわゆる多孔引出電極をもつイオンビーム装置の場合、引き出されたイオンビーム束のビーム強度分布は、イオン源内のプラズマ密度分布に大きく依存している。そして、被エッチング物のエッチング量分布は、このビーム強度分布を反映することになる。そのため、エッチング分布が均一となるようにイオン源（プラズマ生成部）のプラズマ密度分布を調整する試みが、様々な方法で行われている。誘導結合プラズマ励起法の場合には、アンテナコイルの形状を変えたり、コイルの配置の密度を部分的に変化させたり、磁場形成コイルや永久磁石の磁界を利用するなどして、プラズマ生成部の外部からプラズマ密度分布を調整する方法等が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のプラズマ密度分布調整方法では、効果が緩慢であり、特にプラズマ生成部の中央部分のプラズマ密度を容易に調整するのが難しいという問題があった。また、磁気コイル等では装置が大型化したり、重量が増したり、電源を含めてコスト上昇が大きいという欠点があった。
【０００５】
本発明は、所望の密度分布を有するプラズマを容易に形成することができる技術を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）請求項１の発明によるプラズマ生成装置は、プラズマが形成されるプラズマ生成室と、プラズマ生成室内のプラズマ生成領域に配設されて、プラズマ分布密度を調整する誘電体ブロックとを備えて上述の目的を達成する。
（２）請求項２の発明は、請求項１に記載のプラズマ生成装置において、誘電体ブロックの配設位置を変更する位置変更手段を設けたものである。
（３）請求項３の発明によるプラズマ処理装置は、請求項１または２に記載のプラズマ生成装置をプラズマ生成部として備え、プラズマ生成部により生成されたプラズマ中のイオンや励起活性種を利用して試料の加工や成膜を行うことにより上述の目的を達成する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明によるプラズマ生成装置の一実施の形態を示す図である。図１はイオンビームエッチング装置に設けられたプラズマ生成部１の概略構成を示したものであり、イオンビームエッチング装置の真空チャンバ２内にはエッチング対象である基板Ｓが配設されている。真空チャンバ２の基板Ｓと対向する位置には、プラズマ生成部１が取り付けられている。プラズマ生成部１は円筒形のプラズマ形成空間を有するプラズマ室３と、アンテナコイル４と、高周波電源５とを備えており、誘導結合プラズマ励起法によりプラズマを生成する。
【０００８】
プラズマ室３の底面部分はセラミック等を使用した誘電体窓３ａを具備している。アンテナコイル４は誘電体窓３ａの外側に面して設けられており、アンテナコイル４により形成された高周波磁界は誘電体窓３ａを通してプラズマ室３内へ磁界を形成する。プラズマ室３内には、円筒形状をしたプラズマ分布調整用誘電体ブロック６が設けられている。プラズマ室３内にガス供給装置７からプラズマ生成用ガス（例えばアルゴンガス）を供給してアンテナコイル４により高周波磁界を形成すると、プラズマ室３内にプラズマＰが生成される。プラズマ室３の開口部分にはイオン引き出し用の多孔引出電極、グリッドＧが設けられている。イオンのような荷電粒子はグリッドＧによりプラズマ室３から引き出され、イオンビーム束ＩＢが加速される。
【０００９】
図１に示すプラズマ生成部１では、アンテナコイル４のコイル中心とほぼ同軸となるように円筒状誘電体ブロック６が配設されている。このとき、プラズマＰは、誘電体ブロック６の内部空間を含む誘電体ブロック占有領域に侵入することができない。その結果、プラズマＰは誘電体ブロック６を避けるように分布し、この場合、その分布形状はドーナツ形状となる。イオンビーム束ＩＢの密度分布を示すイオン電流値の分布とプラズマＰの密度分布との間には相関関係があり、プラズマ密度分布が図１に示すようなコイル中心を軸とするドーナツ形状である場合には、プラズマＰから引き出されたイオンビーム束ＩＢのイオン電流値は図２（ａ）のような分布となる。図２（ａ）は指向性の高いファラディーカップにより、イオンビーム束ＩＢの発散角の影響をなるべく受けないように測定されたものである。図２（ａ）において縦軸はイオン電流値（ｍＡ）、横軸は位置（ｍｍ）を表している。プラズマ密度はコイル中心位置に関して左右対称になっており、プラズマ密度が小さなコイル中心付近ではイオン電流値が小さく、プラズマ密度の大きな位置ｘ１およびｘ２でピークＡ１，Ａ２となっている。
【００１０】
図２（ａ）のようなイオン電流分布を有するイオンビーム束ＩＢで基板Ｓをエッチングすると、そのときのエッチング分布は図２（ｂ）のようになる。図２（ｂ）において縦軸はエッチングレート（Å／ｓｅｃ）であり、横軸は基板上の位置（ｍｍ）である。一般的にイオンビーム束ＩＢは、数度程度の発散角を持ち、図２（ａ）のようなイオン電流分布を有するイオンビーム束ＩＢによりエッチングされた基板Ｓのエッチング分布は図２（ｂ）のＢのようになる。この時、エッチング分布は、引出電極のレンズ効果とこの引出電極と基板との距離の間にも密接な関係がある。また、イオンビーム束ＩＢが基板Ｓに対して垂直ではなく、ある入射角度を持つように基板Ｓを設置したり、ビームの中心と基板Ｓの中心をオフセットして設置したりして、この基板Ｓを回転しながらエッチングすることで、さらにエッチング範囲を広げ同時に均一なエッチング分布を得られるようになる。
【００１１】
誘電体ブロック６が占有している領域にはプラズマＰは分布することができないので、プラズマ室３の内径Ｄおよび高さＨに対する誘電体ブロック６の外径ｄおよび高さｈの比を変えることによりプラズマＰの分布形状を種々の形に変化させることができる。例えば、誘電体ブロック６の外径ｄを大きくするとピーク位置が図３のＲ１方向に移動し、逆に外径ｄを小さくするとＲ２方向に移動する。また、高さｈを低くするとＲ４方向に中央部分のイオン電流値が増加し、逆に高さｈを高くするとＲ３方向に中央部分のイオン電流値が減少する。
【００１２】
図４は従来のプラズマ生成部１００を示す図であり、プラズマ室１０３の底面部分は誘電体窓１０３ａを具備している。プラズマ室１０３内に誘電体ブロック６が設けられていない点で、図１に示したプラズマ生成部１と相違している。このときのイオン電流分布は、図５（ａ）に示すようにコイル中心位置をピークとする上に凸の分布となる。
【００１３】
また、基板Ｓのエッチングレートは、図５（ａ）の分布を反映して、図５（ｂ）のようなコイル中心位置をピークとする分布となり、基板Ｓを均一にエッチングすることができない。そのため、従来は、前述したようにコイル１０４をプラズマ室１０３の外側に配設して、コイル１０４が形成する磁場によってプラズマＰの分布を調整するようにしていたが、効果は緩慢であり、調整できる範囲は限られている。このとき、誘電体ブロック６のような顕著な効果は得られていなかった。一方、上述したプラズマ生成部１の場合には、誘電体ブロック６をプラズマ生成領域に配設するだけで容易にドーナツ状プラズマを形成することができる。さらに、磁気コイル１０４を用いる場合に比べて、コスト面でも装置寸法の面でも優れている。
【００１４】
なお、図１に示した本実施の形態においても、図４の装置と同様にプラズマ分布調整用コイル１０４を更に追加して、分布状態を更に細かく調整することができる。図１に示したプラズマ生成部１では誘電体ブロック６の形状を下に凸の筒状体としたが、この形状に限定されるものではなく円柱状であっても同様のプラズマ密度分布が形成される。図６は誘電体ブロック６の変形例を示す図であり、（ａ）〜（ｅ）に５種類の形状を示した。いずれも縦方向の断面形状を示したものであり、軸Ｊを中心とした回転体を構成している。例えば、図６（ｃ）に示すような円錐形の場合には、中央部のプラズマ密度の小さなプラズマＰが形成される。このように、必要とされるプラズマ密度分布に応じて誘電体ブロック６の形状を決定すれば良い。
【００１５】
図７は誘電体ブロック１６が移動可能なプラズマ生成部１０を示す図である。プラズマ生成部１０では、移動装置１１によって誘電体ブロック１６を図示左右方向および上下方向に移動することにより、プラズマ室３内における誘電体ブロック１６の位置を変更することができる。誘電体ブロック１６を上下方向に移動すると、図３の矢印Ｒ３，Ｒ４のようにコイル中心付近のイオン電流値を増減させることができる。また、誘電体ブロック１６をコイル中心位置よりも図示左側に偏心させて配置するとプラズマ分布も左側に偏り、イオン電流値の分布は図３の破線１２のようになる。
【００１６】
このように、移動装置１１により誘電体ブロック１６の位置を調整することにより、プラズマ密度分布の微妙な調整を容易に行うことができ、生成されるイオンビーム束の強度分布は簡単に調整される。
【００１７】
上述した実施の形態では、プラズマ室３の形状を円筒状としたが、楕円形、矩形、多角形などでも良く、誘電体ブロック６の形状はプラズマ室３の形状に応じて決定すればよい。また、誘電体ブロックと誘電体窓３とを別体とせずに、同一の誘電体材料で一体に形成してもよい。さらに、プラズマ生成方法としては、上述した誘導結合プラズマ励起法によるものに限らず、カウフマン型、マグネトロン放電型、ＥＣＲ放電型等のプラズマ生成部にも同様に適用することができる。
【００１８】
また、上述した実施の形態ではイオンビームエッチング装置のイオン源としてのプラズマ生成部を例に説明したが、イオンビームスパッタ装置やリモートプラズマエッチング装置やリモートプラズマＣＤＶ装置のプラズマ源としても使用することができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、誘電体ブロックをプラズマ生成領域に配設することにより、プラズマ密度分布を容易に変更および調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプラズマ生成装置の一実施の形態を示す図である。
【図２】プラズマ生成部１を用いた場合の（ａ）イオン電流分布と、（ｂ）エッチング分布とを示す図である。
【図３】誘電体ブロック６の寸法および位置を変化させたときのイオン電流分布の変化を示す図である。
【図４】従来のプラズマ生成部１００を示す図である。
【図５】プラズマ生成部１００を用いた場合の（ａ）イオン電流分布と、（ｂ）エッチング分布とを示す図である。
【図６】誘電体ブロック６の変形例を示す断面図であり、（ａ）〜（ｅ）に５種類の形状を示した。
【図７】誘電体ブロック１６が移動可能なプラズマ生成部１０を示す図である。
【符号の説明】
１，１０　プラズマ生成部
３　プラズマ室
３ａ　誘電体窓
４　アンテナコイル
５　高周波電源
６，１６　誘電体ブロック
１１　移動装置
Ｐ　プラズマ

Claims

プラズマが形成されるプラズマ生成室と、
前記プラズマ生成室内のプラズマ生成領域に配設されて、プラズマ分布密度を調整する誘電体ブロックとを備えたことを特徴とするプラズマ生成装置。
請求項１に記載のプラズマ生成装置において、
前記誘電体ブロックの配設位置を変更する位置変更手段を設けたことを特徴とするプラズマ生成装置。
請求項１または２に記載のプラズマ生成装置をプラズマ生成部として備え、前記プラズマ生成部により生成されたプラズマ中のイオンや励起活性種を利用して試料の加工や成膜を行うことを特徴とするプラズマ処理装置。