プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
【課題】プラズマ処理プロセスの種類に応じて適切なマルチポール磁場を設定することができ、良好な半導体処理を簡単且つ容易に行うことを可能にしたプラズマ処理装置を提供すること。
【解決手段】被処理基板を収容する処理室と、該処理室内に設けられて前記被処理基板に所定のプラズマ処理を施すためのプラズマを発生させる機構と、前記処理室外に設けられて前記処理室内の前記被処理基板の周囲に所定のマルチポール磁場を形成する磁場形成機構とを有するプラズマ処理装置であって、前記磁場形成機構を内側と外側のリング状磁場形成手段で構成し、夫々のリング状磁場形成手段を互いに独立して回転可能としている。
【解決手段】被処理基板を収容する処理室と、該処理室内に設けられて前記被処理基板に所定のプラズマ処理を施すためのプラズマを発生させる機構と、前記処理室外に設けられて前記処理室内の前記被処理基板の周囲に所定のマルチポール磁場を形成する磁場形成機構とを有するプラズマ処理装置であって、前記磁場形成機構を内側と外側のリング状磁場形成手段で構成し、夫々のリング状磁場形成手段を互いに独立して回転可能としている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理基板にエッチング等のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体装置の製造分野においては、処理室内にプラズマを発生させ、このプラズマを処理室内に配置した被処理基板例えば半導体ウエハ等に作用させて、所定の処理、例えば、エッチング、成膜等を行うプラズマ処理装置が知られている。
【０００３】
このようなプラズマ処理装置において、良好な処理を行うためには、プラズマの状態を、プラズマ処理に適した良好な状態に維持する必要があり、このため、従来からプラズマを制御するための磁場を形成する磁場形成機構を具備したプラズマ処理装置が用いられている。
【０００４】
磁場形成機構としては、被処理面を上方に向けて水平に配置した半導体ウエハ等の被処理基板に対し、その周囲を囲むようにＮ及びＳの磁極が交互に隣り合うように配列し、半導体ウエハの上方には磁場を形成せず、ウエハの周囲を囲むようにマルチポール磁場を形成するマルチポール型のものが知られている（特許文献１参照）。マルチポールの極数は、４以上の偶数であり好ましくは８から４０の間で、ウエハ周囲の磁場強度が処理条件に合うように選ばれる。
【特許文献１】特開２０００−３０６８４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、処理室内の半導体ウエハ等の被処理基板の周囲に、所定のマルチポール磁場を形成し、このマルチポール磁場によってプラズマの状態を制御しつつ、エッチング処理等のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置は公知である。しかしながら、本発明者等の研究によれば、プラズマ処理、例えば、プラズマエッチング等においては、マルチポール磁場を形成した状態でプラズマエッチング処理を行った方がエッチング速度の面内均一性が向上する場合と、これとは逆に、マルチポール磁場がない状態でプラズマエッチング処理を行った方がエッチング速度の面内均一性が向上する場合とがあることが判明した。
【０００６】
例えば、シリコン酸化膜等のエッチングを行う場合は、マルチポール磁場を形成してエッチングを行った方が半導体ウエハの面内のエッチングレート（エッチング速度）の均一性を向上させることができる。すなわち、マルチポール磁場を形成せずにエッチングを行った場合には、半導体ウエハの中央部でエッチングレートが高くなると共に半導体ウエハの周縁部でエッチングレートが低くなるという不具合（エッチングレートの不均一性）が生じる。
【０００７】
これとは逆に、有機系の低誘電率膜（いわゆるLow−K）等のエッチングを行う場合には、マルチポール磁場を形成せずにエッチングを行った方が半導体ウエハ面内のエッチングレートの均一性を向上させることができる。すなわち、この場合、マルチポール磁場を形成してエッチングを行った場合には、半導体ウエハの中央部でエッチングレートが低くなると共に半導体ウエハの周縁部でエッチングレートが高くなるという不具合（エッチングレートの不均一性）が生じる。
【０００８】
ここで、上述した磁場形成機構が、電磁石から構成されたものであれば、磁場の形成及び消滅等の制御は容易である。しかし、電磁石の使用では消費電力が増大するという問題が生じるため、多くの装置では永久磁石を用いるのが一般的である。しかし、永久磁石を用いる場合、磁場を“形成する”或いは“形成しない”等の制御は、磁場形成手段自体を装置に取付けたり或いは装置から取外したりする必要があった。このため、磁場形成手段の着脱に大掛かりな装置を必要とするため作業に長時間を要するという問題があり、従って、半導体処理全体の作業効率を低下させるという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたものであり、プラズマ処理プロセスの種類に応じて適切なマルチポール磁場の状態に制御、設定することができ、良好な半導体処理を簡単且つ容易に行うことを可能にしたプラズマ処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、被処理基板を収容する処理室と、該処理室内に設けられて前記被処理基板に所定のプラズマ処理を施すためのプラズマを発生させる機構と、前記処理室外に設けられて前記処理室内の前記被処理基板の周囲に所定のマルチポール磁場を形成する磁場形成機構とを有するプラズマ処理装置であって、前記磁場形成機構は内側と外側のリング状磁場形成手段で構成され、それぞれのリング状磁場形成手段は互いに独立して回転可能であることを特徴とするプラズマ処理装置である。
【００１１】
更に、本発明は、上述のプラズマ処理装置において、前記内側の磁場形成手段は前記処理室の中心に対し周方向の磁化をもつ磁石セグメントを有し、前記外側の磁場形成手段は前記処理室の中心に対し径方向の磁化をもつ磁石セグメントを有することを特徴とするプラズマ処理装置である。
【００１２】
更にまた、本発明は、上述のプラズマ処理装置において、前記磁場形成機構が、上下に分離して設けられた上側磁場形成部と下側磁場形成部とを有していることを特徴とするプラズマ処理装置である。
【００１３】
更にまた、本発明は、上述のプラズマ処理装置において、前記内側と外側のリング状磁場形成手段の夫々は上下に分離している上側磁場形成部と下側磁場形成部とを有し、該上側及び下側磁場形成部の夫々は磁場形成機構の中心軸に平行する方向に磁化をもつ磁石セグメントを有し、該上側及び下側磁場形成部夫々の上下方向に対向する磁石セグメントの対向面の磁極は同極であることを特徴とするプラズマ処理装置である。
【００１４】
更にまた、本発明は、上述のプラズマ処理装置において、前記内側及び外側の磁場形成手段の周方向の相対位置を変えることにより、前記処理室内の前記被処理基板の周囲に所定のマルチポール磁場を形成する状態と、前記処理室内の前記被処理基板の周囲にマルチポール磁場が形成されない状態とに設定可能としたことを特徴とするプラズマ処理装置である。
【００１５】
更にまた、本発明は、上述のプラズマ処理装置を用いて、前記被処理基板にプラズマを作用させてエッチング処理を施すことを特徴とするプラズマ処理方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、プラズマ処理プロセスの種類に応じて適切なマルチポール磁場の状態を容易に制御、設定することができ、良好なプラズマ処理を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明に係る実施の形態を説明する。
【００１８】
図1は、本発明に係る実施の形態を、半導体ウエハのエッチングを行うプラズマエッチング装置に適用した場合の構成を模式的に示したものである。同図において、符号1は材質が例えばアルミニウム等からなる円筒状の真空チャンバであり、プラズマ処理室を構成する。この真空チャンバ1は小径の上部１ａと大径の下部１ｂからなる段付きの円筒形状となっており電気的に接地されている。また、真空チャンバ１の内部には、被処理基板としての半導体ウエハＷを、その被処理面を上側に向けて略水平に支持する支持テーブル（サセプタ）２が設けられている。
【００１９】
この支持テーブル２は例えばアルミニウム等の材質で構成されており、セラミックなどの絶縁板３を介して導体の支持台４で支持されている。また支持テーブル２の上方の外周には導電性材料または絶縁性材料で形成されたフォーカスリング５が設けられている。
【００２０】
支持テーブル２の半導体ウエハＷの載置面には半導体ウエハＷを静電吸着するための静電チャック６が設けられている。この静電チャック６は絶縁体６ｂの間に電極６ａを配置して構成されており、電極６ａには直流電源１３が接続されている。電極６ａに電源１３から電圧を印加することにより、半導体ウエハＷを静電チャック６にクーロン力によって吸着させる。
【００２１】
さらに、支持テーブル２には冷媒を循環させるための冷媒流路（図示せず）と、冷媒からの冷熱を効率よく半導体ウエハＷに伝達するために、半導体ウエハＷの裏面にＨｅガスを供給するガス導入機構（図示せず）とが設けられ、半導体ウエハＷを所望の温度に制御できるようになっている。
【００２２】
上記支持テーブル２と支持台４はボールねじ７を含むボールねじ機構により昇降可能となっており、支持台４の下方の駆動部分はステンレス鋼（SUS）製のベローズ８で覆われ、ベローズ８の外側にはベローズカバー９が設けられている。
【００２３】
支持テーブル２のほぼ中央には高周波電力を供給するための給電線１２が接続している。この給電線１２にはマッチングボックス１１及び高周波電源１０が接続されている。高周波電源１０からは13.56〜150ＭＨｚ（好ましくは13.56〜100ＭＨｚ）の範囲の高周波電力、例えば100ＭＨｚの高周波電力、が支持テーブル２に供給される。
【００２４】
また、エッチングレートを高くするためには、プラズマ生成用の高周波とプラズマ中のイオンを引き込むための高周波とを重畳させることが好ましい。イオン引き込み（バイアス電圧制御）用の高周波電源（図示せず）の周波数は例えば500ＫＨｚ〜13.56ＭＨｚの範囲である。なお、この周波数はエッチング対象がシリコン酸化膜の場合は3.2ＭＨｚ、ポリシリコン膜や有機材料膜の場合は13.56ＭＨｚが好ましい。
【００２５】
さらに、フォーカスリング５の外側にはバッフル板１４が設けられている。バッフル板１４は、支持台４及びベローズ８を介して、真空チャンバ１と電気的に導通している。一方、支持テーブル２の上方の真空チャンバ１の天壁部分には、シャワーヘッド１６が、支持テーブル２と平行に対向するように設けられており、このシャワーヘッド１６は接地されている。したがって、これらの支持テーブル２およびシャワーヘッド１６は、一対の電極として機能する。
【００２６】
シャワーヘッド１６には多数のガス吐出孔１８が設けられており、シャワーヘッド１６の上部にガス導入部１６ａが設けられている。シャワーヘッド１６と真空チャンバ１の天壁のあいだにはガス拡散用空隙１７が形成されている。ガス導入部１６ａにはガス供給配管１５ａが接続しており、このガス供給配管１５ａの他端には、エッチング用の反応ガス及び希釈ガス等からなる処理ガスを供給する処理ガス供給系１５が接続している。
【００２７】
反応ガスとしては、例えば、ハロゲン系のガス（フッ素系、塩素系）、水素ガス等を用いることができ、希釈ガスとしては、Arガス、Heガス等の通常この分野で用いられるガスを用いることができる。このような処理ガスが、処理ガス供給系１５からガス供給配管１５ａ、ガス導入部１６ａを介してシャワーヘッド１６上部のガス拡散用空隙１７に至り、ガス吐出孔１８から吐出され、半導体ウエハＷに形成された膜のエッチング用として供給される。
【００２８】
真空チャンバ１の下部１ｂの側壁には、排気ポート１９が形成されており、この排気ポート１９には排気系２０が接続している。この排気系２０に設けられた真空ポンプを作動させることにより真空チャンバ１内を所定の真空度にまで減圧することができる。さらに、真空チャンバ１の下部１ｂの側壁上側には、半導体ウエハＷの搬入出口を開閉するゲートバルブ２４が設けられている。
【００２９】
一方、真空チャンバ１の上部１ａの外側周囲には、環状の磁場形成機構２１が真空チャンバ１の中心軸を中心として配置されており、支持テーブル２とシャワーヘッド１６との間の処理空間の周囲に磁場を形成するようになっている。
【００３０】
図２は図１の切断面Ａ−Ａから見た断面図であり、図２では図面を簡単にするため図１のフォーカスリング５の図示を省略してある。
【００３１】
図１及び図２に示すように、磁場形成機構２１は内側のリング状磁場形成手段２２と外側のリング状磁場形成手段２３からなっており、磁場形成手段２２及び２３の夫々は、別個の回転機構２５ａ及び２５ｂにより、真空チャンバ１の周囲を互いに独立して回転可能になっている。なお、磁場形成機構２１を構成する個々の磁石、回転機構２５ａ、２５ｂなどは公知の機構を使用すればよいので詳細な図示は省略してある。磁場形成手段２２と２３によって真空チャンバ１内に、例えば図２に示すような磁力線が形成され、処理空間の周辺部、即ち真空チャンバ1の内壁近傍では例えば0.01〜0.2Ｔ（100〜2000Ｇ）（好ましくは0.03〜0.045Ｔ（300〜450Ｇ））の磁場が形成され、半導体ウエハＷの中心部は実質的に無磁場状態（磁場が弱められている状態を含む）となるようにマルチポール磁場が形成される。
【００３２】
なお、このように磁場の強度範囲が規定されるのは、磁場強度が強すぎると磁束洩れの原因となり、弱すぎるとプラズマ閉じ込め効果が得られなくなるためである。従って、このような数値は、装置の構造（材料）によって決まる一例であって、必ずしも上述の数値範囲に限定されるものではない。
【００３３】
また、半導体ウエハＷの中心部における実質的な無磁場とは、本来ゼロＴ（テスラ）であることが望ましいが、半導体ウエハＷの配置部分にエッチング処理に影響を与える磁場が形成されず、実質的にウエハ処理に影響を及ぼさない値であればよい。図２に示す状態では、ウエハ周辺部に例えば磁束密度420μＴ（4.2Ｇ）以下の磁場が印加されており、これによりプラズマを閉じ込める機能が発揮される。
【００３４】
図３を参照して本発明に係る実施の形態１を説明する。実施の形態１では、内側の磁場形成手段２２に処理室１の中心に対し周方向の磁化をもつ磁石セグメント３１を設けると共に、外側の磁場形成手段２３には処理室１の中心に対し径方向の磁化をもつ磁石セグメント３３を設けている。
【００３５】
すなわち、図３(a)に示すように、内側の磁場形成手段２２の磁石セグメント３１は周方向に磁化されて磁極が交互に変わるように配置され、磁石間には磁性体片３２がある。一方、外側の磁場形成手段２３の磁石セグメント３３は径方向に磁化されて磁極が交互に変わるように配置され、磁石セグメント３３の外周は磁性体円筒（磁性体リング）３４の内壁に固定されている。磁性体片３２と磁性体円筒３４とを設けることは必須ではないが磁場効率を高めるためには好ましい。磁性体としては純鉄、炭素鋼、鉄−コバルト鋼、ステンレス鋼等が挙げられる。
【００３６】
内側の磁場形成手段２２と外側の磁場形成手段２３との周方向の相対位置を変えたときのチャンバ１内部の磁場変化を説明する。内側と外側の磁場形成手段２２，２３の位置を図３(a)のようにすると（以下この位置を基準位置とする）、チャンバ１内に形成されるマルチポール磁場を最大にできる。図３(a)に示すように磁極ピッチをτとすると、図３(b)は、図３(a)に比べてτ/２ずれた状態であり、チャンバ１内に形成されるマルチポール磁場は図３(a)の状態より小さくなる。図３(c)は、図３(a)に比べて磁極ピッチτずれた状態を示し、内側の磁石３１から出た磁束は磁性体片３２を通って外側の磁石３３に流れるので、チャンバ１の内部の磁束はほとんど無くなる。このように、外側の磁場形成手段２３と内側の磁場形成手段２２との周方向の相対位置を基準位置（図３(a)の場合）から磁極ピッチτまで変化させれば、チャンバ１内のマルチポール磁場の強度を最大から略ゼロまで制御できる。
【００３７】
なお、図３では外側の磁場形成手段２３のみを回転させているが、内側及び外側の磁場形成手段２２，２３は独立して回転させることができるので、内側の磁場形成手段２２のみを回転させてもよく、或いは、両方の磁場形成手段を互いに逆方向に回転させてもよい。
【００３８】
図４を参照して本発明に係る実施の形態２を説明する。実施の形態２の磁場形成機構（図１の２１に相当）は、実施の形態１と同様、内側と外側の磁場形成手段２２と２３とから構成されている。しかし、実施の形態２では、内側と外側の磁場形成手段２２と２３のそれぞれは、上下に分離して設けられた上側磁場形成部と下側磁場形成部とを有する点で実施の形態１と相違している。
【００３９】
図４(a)に示すように、内側の磁場形成手段２２の上側の磁石セグメント４１ａと外側の磁場形成手段２３の上側の磁石セグメント４２ａは、夫々、チャンバ１（図１参照）の周囲に所定の間隔を置いて交互に磁極が逆となるように配置され、磁化の方向は磁場形成機構の中心軸に平行である。
【００４０】
図４(b)は図４(a)のＢ−Ｂ断面図であり、上下に分離して設けられた上側磁場形成部と下側磁場形成部の一部を示している。即ち、図４(b)は、内側の磁場形成手段２２の下側の磁石セグメント４１ｂと外側の磁場形成手段２３の下側の磁石セグメント４２ｂとを示すと共に、上側と下側の磁石セグメントの磁極は同極で対向していることを示している。
【００４１】
内側の磁場形成手段２２と外側の磁場形成手段２３との周方向の相対位置を変化させたときのチャンバ１の内部の磁場変化を説明する。図４(a)に示す場合は、チャンバ１の内部のマルチポール磁場は最大となる。図４(c)は、内側と外側の磁場形成手段を、図４(a)に対して磁極ピッチτ分ずらした状態を示し、内側の磁石４１ａ及び４１ｂから出た磁束は夫々外側磁石４２a及び４２ｂに短絡されるので、チャンバ側への磁束はほとんど無くなる。このように、内側の磁場形成手段２２と外側の磁場形成手段２３との周方向の相対位置を基準位置（図４(a)の位置）から磁極ピッチτまで変化させることによって、チャンバ１の内部に形成されるマルチポール磁場の強度を最大から略ゼロにまで変化させることができる。
【００４２】
図５は、縦軸を磁場強度とし、横軸を真空チャンバ１内に配置された半導体ウエハＷの中心からの距離として、内外の磁場形成手段２２及び２３が図３(a)や図４(a)に示す位置（基準位置）の場合（曲線Ａ）、図３(b)に示すように内外の磁場形成手段の相対位置が基準位置からτ/２ずれた場合（曲線Ｂ）、図３(c)や図４(b)に示すように内外の磁場形成手段の相対位置が基準位置からτずれた場合（曲線Ｃ）、における半導体ウエハＷの中心からの距離と磁場強度との関係を示している。なお、同図に示すD／S内径とは真空チャンバ１の内壁に設けられた内壁保護用のデポシールド内径のことを示しており、実質的に真空チャンバ１（処理室）の内径を示している。
【００４３】
図５の曲線Ａで示すように、内外の磁場形成手段が基準位置にある状態では、マルチポール磁場は実質的に半導体ウエハＷの周縁部まで形成されており、一方、曲線Ｃで示すように、内外の磁場形成手段の相対位置が基準からτだけずれた状態では、真空チャンバ１内の磁場強度は実質的にゼロ（磁場が弱められている状態）となる。更に、曲線Ｂで示すように、内外の磁場形成手段の相対位置が基準からτ/２ずれた場合には上記２つの状態の中間的な状態となる。
【００４４】
上述したように、本実施の形態１及び２においては、磁場形成機構２１を構成する内外の磁場形成手段２２と２３は夫々独立して回転可能となっている。そして、内外の磁場形成手段の周方向の相対位置を変えることによって、真空チャンバ１内の半導体ウエハＷの周囲にマルチポール磁場を形成する状態と、真空チャンバ１内の半導体ウエハＷの周囲に実質的にマルチポール磁場が形成されない状態とに設定できるようになっている。
【００４５】
したがって、例えば、上述したシリコン酸化膜等のエッチングを行う場合は、真空チャンバ１内の半導体ウエハＷの周囲にマルチポール磁場を形成することによって、半導体ウエハＷの面内のエッチングレートの均一性を向上させることができる。一方、上述した有機系の低誘電率膜（Low−K）等のエッチングを行う場合は、真空チャンバ１内の半導体ウエハＷの周囲にマルチポール磁場を形成しないようにすれば、半導体ウエハＷの面内のエッチングレートの均一性を向上させることができる。
【００４６】
図６〜図８は、縦軸をエッチングレート（エッチング速度）とし、横軸を半導体ウエハの中心からの距離として、半導体ウエハＷ面内のエッチングレートの均一性を調べた結果を示す。図６〜図８の各図において、曲線Ａは真空チャンバ１内にマルチポール磁場を形成しない場合、曲線Ｂは真空チャンバ１内に0.03Ｔ（300Ｇ）のマルチポール磁場を形成した場合、曲線Cは真空チャンバ1内に0.08Ｔ（800Ｇ）のマルチポール磁場を形成した場合を示している。
【００４７】
図６〜図８の曲線Ａは、内側と外側の磁場形成手段２２及び２３の作る磁場の極性が逆の状態、即ち、内側と外側の磁場形成手段２２及び２３の周方向の相対位置が基準位置から１磁極ピッチ分（τ）ずれた状態での“ウエハ中心からの距離に対するエッチング速度”を示す。これは、図３（ｃ）及び図４（ｂ）の場合に相当する。曲線Ｃは、内側と外側の磁場形成手段２２及び２３の作る磁場の極性が同方向の場合、即ち、内側と外側の磁場形成手段が基準位置にある場合の“ウエハ中心からの距離に対するエッチング速度”を示す。これは、図３（ａ）及び図４（ａ）の場合に相当する。曲線Ｂは、内側と外側の磁場形成手段２２及び２３の周方向の相対位置が、曲線Ａと曲線Ｃで説明した内外の磁場形成手段２２及び２３の周方向の相対位置の中間位置にある場合の“ウエハ中心からの距離に対するエッチング速度”を示しており、図３（ｂ）の場合に相当する。
【００４８】
図６はC4F8ガスでシリコン酸化膜をエッチングした場合、図７はCF4ガスでシリコン酸化膜をエッチングした場合、図８はN2とH2を含む混合ガスで有機系低誘電率膜（Low−K）をエッチングした場合を示している。図６及び図７に示すように、C4F8やCF4ガス等のＣとＦを含むガスでシリコン酸化膜をエッチングする場合は、真空チャンバ１内にマルチポール磁場を形成した状態でエッチングを行った方が、エッチングレートの面内均一性を向上させることができることが判る。また、図８に示すように、N2とH2を含む混合ガスで有機系低誘電率膜（Low−K）をエッチングした場合は、真空チャンバ１内にマルチポール磁場を形成しない状態でエッチングを行った方が、エッチングレートの面内均一性を向上させることができることが判る。
【００４９】
以上説明したように、本発明の本実施の形態によれば、内外のリング状の磁場形成手段の磁極の相対位置を周方向に変化させることによって、真空チャンバ１内に形成されるマルチポール磁場強度を容易に制御することができるので、処理プロセスに応じて最適なマルチポール磁場とすることができる。
【００５０】
なお、磁石セグメントの数は、所望の磁場強度分布に合わせて決められるものであり、２の倍数である以外に限定されるものでないことは勿論である。また、磁石セグメントの断面形状は、正方形、多角形、円柱形の何れであってもよいが、磁石形状加工の容易さから長方形とすることが望ましい。
【００５１】
さらに、磁石セグメントの材料も特に限定されるものではなく、例えば、希土類磁石、フェライト磁石、アルニコ磁石等の公知の磁石材料を使用することが可能である。また、内外の磁場形成手段２２及び２３の夫々を構成する磁石の数は同数である。
【００５２】
図９を参照して、実施の形態２（図４）の変形例を説明する。図９(a)及び図９(b)は夫々図４(a)及び図４(b)に対応する。図９に示す変形例は、内側及び外側の磁場形成手段２２及び２３の夫々の上面及び下面に、磁性体リング４５ａ，４６ａ，４５ｂ，４６ｂを設けたものであり、これ以外は図４の実施の形態２と実質上異なる点はない。磁性体リング４５ａなどを設けることにより、図４の実施の形態２の場合に比べ、例えば、磁場強度を約５０％増すことができる。つまり、少ない磁石量で図４の実施の形態２の場合と同等の磁場強度を得ることができる。磁性体としては純鉄、炭素鋼、鉄−コバルト鋼、ステンレス鋼等が挙げられる。
【００５３】
次に、上述のように構成された装置におけるプラズマエッチング処理について図１を参照して説明する。
【００５４】
先ず、ゲートバルブ２４を開放し、このゲートバルブ２４に隣接して配置したロードロック室を介して搬送機構（共に図示せず）により半導体ウエハＷを真空チャンバ1内に搬入し、予め所定の位置に下降されている支持テーブル２上に載置する。次いで、直流電源１３から静電チャック６の電極６ａに所定の電圧を印加すると、半導体ウエハＷはクーロン力により静電チャック６に吸着される。
【００５５】
その後、搬送機構を真空チャンバ１の外部に退避させた後、ゲートバルブ２４を閉じて支持テーブル２を図１に示す位置まで上昇させると共に、排気系２０の真空ポンプにより排気ポート１９を介して真空チャンバ１の内部を排気する。
【００５６】
真空チャンバ１の内部が所定の真空度になった後、真空チャンバ１内に処理ガス供給系１５から所定の処理ガスを、例えば100〜1000sccmの流量で導入し、真空チャンバ1内を所定の圧力、例えば1.33〜133 Pa（10〜1000 mTorr）、好ましくは2.67〜26.7 Pa（20〜200 mTorr）程度に保持する。
【００５７】
この状態で高周波電源１０から、支持テーブル２に、周波数が13.56〜150ＭＨｚ（例えば100ＭＨｚ）で且つ100〜3000Ｗの高周波電力を供給すると、上部電極であるシャワーヘッド１６と下部電極である支持テーブル２との間の処理空間には高周波電界が形成され、これにより処理空間に供給された処理ガスがプラズマ化されて、そのプラズマにより半導体ウエハＷ上の所定の膜がエッチングされる。
【００５８】
この時、上述したように、実施するプラズマ処理プロセスの種類等により、予め内側磁場形成手段２２と外側磁場形成手段２３との位置関係を変えることにより、真空チャンバ１内に所定の強度のマルチポール磁場を形成させる場合と、若しくは、実質的に真空チャンバ１内にマルチポール磁場が形成されない状態とを選択することができる。
【００５９】
なお、マルチポール磁場を形成すると、真空チャンバ１の側壁部（デポシールド）の磁極に対応する部分が局部的に削られる現象が生じるおそれがある。これを防ぐためには、モータ等の駆動源を備えた回転機構２５により、内側磁場形成手段２２と外側磁場形成手段２３とを同期して回転させる（つまり磁場形成機構２１全体を真空チャンバ１の周囲で回転させる）。即ち、真空チャンバ１の壁部に対して磁極が移動するため、真空チャンバ１の壁部が局部的に削られることを防止することができる。
【００６０】
所定のエッチング処理を実行すると、高周波電源１０から高周波電力の供給を停止して、エッチング処理を停止した後、上述した手順とは逆の手順で半導体ウエハＷを真空チャンバ1から外部に搬出する。
【００６１】
図１０を参照して、実施の形態２（図４）の他の変形例を説明する。図１０に示す変形例は、実施の形態２と同様に、磁場形成機構が内側及び外側の磁場形成手段２２と２３とを有し、更に、これらの磁場形成手段２２と２３は夫々上側及び下側の磁場形成部とに分離されている。図１０の変形例が図４の実施の形態２と異なる点は、上側と下側の磁場形成部の間隔を変えることができることであり、これ以外は、図１０の変形例と図４の実施の形態２は実施的に同一である。
【００６２】
図１０(a)に示すように、上側と下側の磁場形成部を近接させた場合、図１０(a)の横方向の矢印で示すように、真空チャンバ１の内部の磁場強度は大きくなり、一方、図１０(b)に示すように、上側と下側の磁場形成部の間隔を広くすると、真空チャンバ１の内部の磁場強度は小さくなる。図１０の変形例の特徴は、図４で説明した真空チャンバ１内部のマルチポール磁場強度の制御の他に、上側と下側の磁場形成部の間隔を変えることによっても真空チャンバ１内部のマルチポール磁場強度を制御できるという点である。従って、例えば、内側及び外側の磁場形成手段２２と２３の周方向の基準位置からの“ずらし”を小さくしても（磁石ピッチτまでずらさなくとも）チャンバ内の磁場強度を実質的に略ゼロにすることも可能である。
【００６３】
図３で説明した実施の形態１では、外側の磁場形成手段２３の磁石セグメント３３は磁性体リング３４の内壁に設けられている。しかし、この磁性体リング３４は必ずしも必須のものでなく省略は可能である。更に、図３では、内側の磁場形成手段２２の磁石セグメント３１の間に磁性体片３２が設けられているが、この磁性体片３２は省略可能である。
【００６４】
更に、図１１(a)に示すように、図３で説明した実施の形態１において、内側の磁場形成手段２２の磁石セグメント３１の間に設けた磁性体片３２の代わりに、磁場形成機構２１の中心に対して径方向に磁化されたセグメント磁石５０を設けてもよい。また、図１１(b)に示すように、リング状に配置した磁石セグメント３１，５０の外側に磁性体リング５２を設けるようにすることもできる。更にまた、図１１には図示していないが、図３の外側磁場形成手段２３についても同様に変更・変形が可能である。
【００６５】
図９では、図４で説明した内側及び外側の磁場形成手段２２及び２３の夫々の上面及び下面に、磁性体リング４５ａ，４６ａ，４５ｂ，４６ｂを設けているが、これに限らず、内側及び外側の磁場形成手段２２及び２３のいずれか一方の上面及び下面に図９で示したような磁性体リングを設けるようにしてもよい。
【００６６】
上述の説明では、磁場形成機構２１を構成する磁石セグメントの支持部材は公知のものを使用すればよいので、支持部材の図示及び説明を省略した。
【００６７】
なお、上述の実施の形態においては、本発明を半導体ウエハのエッチングを行うエッチング装置に適用した場合について説明したが、本発明はこのような場合に限定されるものではない。例えば、本発明は、半導体ウエハ以外の基板を処理する装置に応用可能であり、更に、エッチング以外のプラズマ処理、例えばＣＶＤ等の成膜処理装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施の形態の一つを適用したプラズマ処理装置の一例の概略を示す図。
【図２】図1のＡ−Ａ断面図。
【図３】本発明に係る実施の形態１を説明するための図。
【図４】本発明に係る実施の形態２を説明するための図。
【図５】図1に示す装置を構成する真空チャンバ内の磁場強度の状態を示す図。
【図６】本発明の実施の形態によるエッチング速度の半導体ウエハの面内分布と磁場との関係の一例を示す図。
【図７】本発明の実施の形態によるエッチング速度の半導体ウエハの面内分布と磁場との関係の一例を示す図。
【図８】本発明の実施の形態によるエッチング速度の半導体ウエハの面内分布と磁場との関係の一例を示す図。
【図９】図４に示した実施の形態２の変形例を説明するための図。
【図１０】図４に示した実施の形態２の他の変形例を説明するための図。
【図１１】図３に示した実施の形態１の変形例を説明するための図。
【符号の説明】
【００６９】
１：真空チャンバ、２：支持テーブル、３：絶縁板、４：支持台、５：フォーカスリング、６：静電チャック、７：ボールねじ、８：ベローズ、９：ベローズカバー、１０：高周波電源、１１：マッチングボックス、１２：給電線、１３：直流電源、１４：バッフル板、１５：処理ガス供給系、１６：シャワーヘッド、１７：ガス拡散用空隙、１８：ガス吐出孔、１９：排気ポート、２０：排気系、２１：磁場形成機構、２２：内側の磁場形成手段、２３：外側の磁場形成手段、３１，３３：磁石セグメント、３４：磁性体リング、４１，４２：磁石セグメント、４５，４６：磁性体リング
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理基板にエッチング等のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体装置の製造分野においては、処理室内にプラズマを発生させ、このプラズマを処理室内に配置した被処理基板例えば半導体ウエハ等に作用させて、所定の処理、例えば、エッチング、成膜等を行うプラズマ処理装置が知られている。
【０００３】
このようなプラズマ処理装置において、良好な処理を行うためには、プラズマの状態を、プラズマ処理に適した良好な状態に維持する必要があり、このため、従来からプラズマを制御するための磁場を形成する磁場形成機構を具備したプラズマ処理装置が用いられている。
【０００４】
磁場形成機構としては、被処理面を上方に向けて水平に配置した半導体ウエハ等の被処理基板に対し、その周囲を囲むようにＮ及びＳの磁極が交互に隣り合うように配列し、半導体ウエハの上方には磁場を形成せず、ウエハの周囲を囲むようにマルチポール磁場を形成するマルチポール型のものが知られている（特許文献１参照）。マルチポールの極数は、４以上の偶数であり好ましくは８から４０の間で、ウエハ周囲の磁場強度が処理条件に合うように選ばれる。
【特許文献１】特開２０００−３０６８４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、処理室内の半導体ウエハ等の被処理基板の周囲に、所定のマルチポール磁場を形成し、このマルチポール磁場によってプラズマの状態を制御しつつ、エッチング処理等のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置は公知である。しかしながら、本発明者等の研究によれば、プラズマ処理、例えば、プラズマエッチング等においては、マルチポール磁場を形成した状態でプラズマエッチング処理を行った方がエッチング速度の面内均一性が向上する場合と、これとは逆に、マルチポール磁場がない状態でプラズマエッチング処理を行った方がエッチング速度の面内均一性が向上する場合とがあることが判明した。
【０００６】
例えば、シリコン酸化膜等のエッチングを行う場合は、マルチポール磁場を形成してエッチングを行った方が半導体ウエハの面内のエッチングレート（エッチング速度）の均一性を向上させることができる。すなわち、マルチポール磁場を形成せずにエッチングを行った場合には、半導体ウエハの中央部でエッチングレートが高くなると共に半導体ウエハの周縁部でエッチングレートが低くなるという不具合（エッチングレートの不均一性）が生じる。
【０００７】
これとは逆に、有機系の低誘電率膜（いわゆるLow−K）等のエッチングを行う場合には、マルチポール磁場を形成せずにエッチングを行った方が半導体ウエハ面内のエッチングレートの均一性を向上させることができる。すなわち、この場合、マルチポール磁場を形成してエッチングを行った場合には、半導体ウエハの中央部でエッチングレートが低くなると共に半導体ウエハの周縁部でエッチングレートが高くなるという不具合（エッチングレートの不均一性）が生じる。
【０００８】
ここで、上述した磁場形成機構が、電磁石から構成されたものであれば、磁場の形成及び消滅等の制御は容易である。しかし、電磁石の使用では消費電力が増大するという問題が生じるため、多くの装置では永久磁石を用いるのが一般的である。しかし、永久磁石を用いる場合、磁場を“形成する”或いは“形成しない”等の制御は、磁場形成手段自体を装置に取付けたり或いは装置から取外したりする必要があった。このため、磁場形成手段の着脱に大掛かりな装置を必要とするため作業に長時間を要するという問題があり、従って、半導体処理全体の作業効率を低下させるという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたものであり、プラズマ処理プロセスの種類に応じて適切なマルチポール磁場の状態に制御、設定することができ、良好な半導体処理を簡単且つ容易に行うことを可能にしたプラズマ処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、被処理基板を収容する処理室と、該処理室内に設けられて前記被処理基板に所定のプラズマ処理を施すためのプラズマを発生させる機構と、前記処理室外に設けられて前記処理室内の前記被処理基板の周囲に所定のマルチポール磁場を形成する磁場形成機構とを有するプラズマ処理装置であって、前記磁場形成機構は内側と外側のリング状磁場形成手段で構成され、それぞれのリング状磁場形成手段は互いに独立して回転可能であることを特徴とするプラズマ処理装置である。
【００１１】
更に、本発明は、上述のプラズマ処理装置において、前記内側の磁場形成手段は前記処理室の中心に対し周方向の磁化をもつ磁石セグメントを有し、前記外側の磁場形成手段は前記処理室の中心に対し径方向の磁化をもつ磁石セグメントを有することを特徴とするプラズマ処理装置である。
【００１２】
更にまた、本発明は、上述のプラズマ処理装置において、前記磁場形成機構が、上下に分離して設けられた上側磁場形成部と下側磁場形成部とを有していることを特徴とするプラズマ処理装置である。
【００１３】
更にまた、本発明は、上述のプラズマ処理装置において、前記内側と外側のリング状磁場形成手段の夫々は上下に分離している上側磁場形成部と下側磁場形成部とを有し、該上側及び下側磁場形成部の夫々は磁場形成機構の中心軸に平行する方向に磁化をもつ磁石セグメントを有し、該上側及び下側磁場形成部夫々の上下方向に対向する磁石セグメントの対向面の磁極は同極であることを特徴とするプラズマ処理装置である。
【００１４】
更にまた、本発明は、上述のプラズマ処理装置において、前記内側及び外側の磁場形成手段の周方向の相対位置を変えることにより、前記処理室内の前記被処理基板の周囲に所定のマルチポール磁場を形成する状態と、前記処理室内の前記被処理基板の周囲にマルチポール磁場が形成されない状態とに設定可能としたことを特徴とするプラズマ処理装置である。
【００１５】
更にまた、本発明は、上述のプラズマ処理装置を用いて、前記被処理基板にプラズマを作用させてエッチング処理を施すことを特徴とするプラズマ処理方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、プラズマ処理プロセスの種類に応じて適切なマルチポール磁場の状態を容易に制御、設定することができ、良好なプラズマ処理を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明に係る実施の形態を説明する。
【００１８】
図1は、本発明に係る実施の形態を、半導体ウエハのエッチングを行うプラズマエッチング装置に適用した場合の構成を模式的に示したものである。同図において、符号1は材質が例えばアルミニウム等からなる円筒状の真空チャンバであり、プラズマ処理室を構成する。この真空チャンバ1は小径の上部１ａと大径の下部１ｂからなる段付きの円筒形状となっており電気的に接地されている。また、真空チャンバ１の内部には、被処理基板としての半導体ウエハＷを、その被処理面を上側に向けて略水平に支持する支持テーブル（サセプタ）２が設けられている。
【００１９】
この支持テーブル２は例えばアルミニウム等の材質で構成されており、セラミックなどの絶縁板３を介して導体の支持台４で支持されている。また支持テーブル２の上方の外周には導電性材料または絶縁性材料で形成されたフォーカスリング５が設けられている。
【００２０】
支持テーブル２の半導体ウエハＷの載置面には半導体ウエハＷを静電吸着するための静電チャック６が設けられている。この静電チャック６は絶縁体６ｂの間に電極６ａを配置して構成されており、電極６ａには直流電源１３が接続されている。電極６ａに電源１３から電圧を印加することにより、半導体ウエハＷを静電チャック６にクーロン力によって吸着させる。
【００２１】
さらに、支持テーブル２には冷媒を循環させるための冷媒流路（図示せず）と、冷媒からの冷熱を効率よく半導体ウエハＷに伝達するために、半導体ウエハＷの裏面にＨｅガスを供給するガス導入機構（図示せず）とが設けられ、半導体ウエハＷを所望の温度に制御できるようになっている。
【００２２】
上記支持テーブル２と支持台４はボールねじ７を含むボールねじ機構により昇降可能となっており、支持台４の下方の駆動部分はステンレス鋼（SUS）製のベローズ８で覆われ、ベローズ８の外側にはベローズカバー９が設けられている。
【００２３】
支持テーブル２のほぼ中央には高周波電力を供給するための給電線１２が接続している。この給電線１２にはマッチングボックス１１及び高周波電源１０が接続されている。高周波電源１０からは13.56〜150ＭＨｚ（好ましくは13.56〜100ＭＨｚ）の範囲の高周波電力、例えば100ＭＨｚの高周波電力、が支持テーブル２に供給される。
【００２４】
また、エッチングレートを高くするためには、プラズマ生成用の高周波とプラズマ中のイオンを引き込むための高周波とを重畳させることが好ましい。イオン引き込み（バイアス電圧制御）用の高周波電源（図示せず）の周波数は例えば500ＫＨｚ〜13.56ＭＨｚの範囲である。なお、この周波数はエッチング対象がシリコン酸化膜の場合は3.2ＭＨｚ、ポリシリコン膜や有機材料膜の場合は13.56ＭＨｚが好ましい。
【００２５】
さらに、フォーカスリング５の外側にはバッフル板１４が設けられている。バッフル板１４は、支持台４及びベローズ８を介して、真空チャンバ１と電気的に導通している。一方、支持テーブル２の上方の真空チャンバ１の天壁部分には、シャワーヘッド１６が、支持テーブル２と平行に対向するように設けられており、このシャワーヘッド１６は接地されている。したがって、これらの支持テーブル２およびシャワーヘッド１６は、一対の電極として機能する。
【００２６】
シャワーヘッド１６には多数のガス吐出孔１８が設けられており、シャワーヘッド１６の上部にガス導入部１６ａが設けられている。シャワーヘッド１６と真空チャンバ１の天壁のあいだにはガス拡散用空隙１７が形成されている。ガス導入部１６ａにはガス供給配管１５ａが接続しており、このガス供給配管１５ａの他端には、エッチング用の反応ガス及び希釈ガス等からなる処理ガスを供給する処理ガス供給系１５が接続している。
【００２７】
反応ガスとしては、例えば、ハロゲン系のガス（フッ素系、塩素系）、水素ガス等を用いることができ、希釈ガスとしては、Arガス、Heガス等の通常この分野で用いられるガスを用いることができる。このような処理ガスが、処理ガス供給系１５からガス供給配管１５ａ、ガス導入部１６ａを介してシャワーヘッド１６上部のガス拡散用空隙１７に至り、ガス吐出孔１８から吐出され、半導体ウエハＷに形成された膜のエッチング用として供給される。
【００２８】
真空チャンバ１の下部１ｂの側壁には、排気ポート１９が形成されており、この排気ポート１９には排気系２０が接続している。この排気系２０に設けられた真空ポンプを作動させることにより真空チャンバ１内を所定の真空度にまで減圧することができる。さらに、真空チャンバ１の下部１ｂの側壁上側には、半導体ウエハＷの搬入出口を開閉するゲートバルブ２４が設けられている。
【００２９】
一方、真空チャンバ１の上部１ａの外側周囲には、環状の磁場形成機構２１が真空チャンバ１の中心軸を中心として配置されており、支持テーブル２とシャワーヘッド１６との間の処理空間の周囲に磁場を形成するようになっている。
【００３０】
図２は図１の切断面Ａ−Ａから見た断面図であり、図２では図面を簡単にするため図１のフォーカスリング５の図示を省略してある。
【００３１】
図１及び図２に示すように、磁場形成機構２１は内側のリング状磁場形成手段２２と外側のリング状磁場形成手段２３からなっており、磁場形成手段２２及び２３の夫々は、別個の回転機構２５ａ及び２５ｂにより、真空チャンバ１の周囲を互いに独立して回転可能になっている。なお、磁場形成機構２１を構成する個々の磁石、回転機構２５ａ、２５ｂなどは公知の機構を使用すればよいので詳細な図示は省略してある。磁場形成手段２２と２３によって真空チャンバ１内に、例えば図２に示すような磁力線が形成され、処理空間の周辺部、即ち真空チャンバ1の内壁近傍では例えば0.01〜0.2Ｔ（100〜2000Ｇ）（好ましくは0.03〜0.045Ｔ（300〜450Ｇ））の磁場が形成され、半導体ウエハＷの中心部は実質的に無磁場状態（磁場が弱められている状態を含む）となるようにマルチポール磁場が形成される。
【００３２】
なお、このように磁場の強度範囲が規定されるのは、磁場強度が強すぎると磁束洩れの原因となり、弱すぎるとプラズマ閉じ込め効果が得られなくなるためである。従って、このような数値は、装置の構造（材料）によって決まる一例であって、必ずしも上述の数値範囲に限定されるものではない。
【００３３】
また、半導体ウエハＷの中心部における実質的な無磁場とは、本来ゼロＴ（テスラ）であることが望ましいが、半導体ウエハＷの配置部分にエッチング処理に影響を与える磁場が形成されず、実質的にウエハ処理に影響を及ぼさない値であればよい。図２に示す状態では、ウエハ周辺部に例えば磁束密度420μＴ（4.2Ｇ）以下の磁場が印加されており、これによりプラズマを閉じ込める機能が発揮される。
【００３４】
図３を参照して本発明に係る実施の形態１を説明する。実施の形態１では、内側の磁場形成手段２２に処理室１の中心に対し周方向の磁化をもつ磁石セグメント３１を設けると共に、外側の磁場形成手段２３には処理室１の中心に対し径方向の磁化をもつ磁石セグメント３３を設けている。
【００３５】
すなわち、図３(a)に示すように、内側の磁場形成手段２２の磁石セグメント３１は周方向に磁化されて磁極が交互に変わるように配置され、磁石間には磁性体片３２がある。一方、外側の磁場形成手段２３の磁石セグメント３３は径方向に磁化されて磁極が交互に変わるように配置され、磁石セグメント３３の外周は磁性体円筒（磁性体リング）３４の内壁に固定されている。磁性体片３２と磁性体円筒３４とを設けることは必須ではないが磁場効率を高めるためには好ましい。磁性体としては純鉄、炭素鋼、鉄−コバルト鋼、ステンレス鋼等が挙げられる。
【００３６】
内側の磁場形成手段２２と外側の磁場形成手段２３との周方向の相対位置を変えたときのチャンバ１内部の磁場変化を説明する。内側と外側の磁場形成手段２２，２３の位置を図３(a)のようにすると（以下この位置を基準位置とする）、チャンバ１内に形成されるマルチポール磁場を最大にできる。図３(a)に示すように磁極ピッチをτとすると、図３(b)は、図３(a)に比べてτ/２ずれた状態であり、チャンバ１内に形成されるマルチポール磁場は図３(a)の状態より小さくなる。図３(c)は、図３(a)に比べて磁極ピッチτずれた状態を示し、内側の磁石３１から出た磁束は磁性体片３２を通って外側の磁石３３に流れるので、チャンバ１の内部の磁束はほとんど無くなる。このように、外側の磁場形成手段２３と内側の磁場形成手段２２との周方向の相対位置を基準位置（図３(a)の場合）から磁極ピッチτまで変化させれば、チャンバ１内のマルチポール磁場の強度を最大から略ゼロまで制御できる。
【００３７】
なお、図３では外側の磁場形成手段２３のみを回転させているが、内側及び外側の磁場形成手段２２，２３は独立して回転させることができるので、内側の磁場形成手段２２のみを回転させてもよく、或いは、両方の磁場形成手段を互いに逆方向に回転させてもよい。
【００３８】
図４を参照して本発明に係る実施の形態２を説明する。実施の形態２の磁場形成機構（図１の２１に相当）は、実施の形態１と同様、内側と外側の磁場形成手段２２と２３とから構成されている。しかし、実施の形態２では、内側と外側の磁場形成手段２２と２３のそれぞれは、上下に分離して設けられた上側磁場形成部と下側磁場形成部とを有する点で実施の形態１と相違している。
【００３９】
図４(a)に示すように、内側の磁場形成手段２２の上側の磁石セグメント４１ａと外側の磁場形成手段２３の上側の磁石セグメント４２ａは、夫々、チャンバ１（図１参照）の周囲に所定の間隔を置いて交互に磁極が逆となるように配置され、磁化の方向は磁場形成機構の中心軸に平行である。
【００４０】
図４(b)は図４(a)のＢ−Ｂ断面図であり、上下に分離して設けられた上側磁場形成部と下側磁場形成部の一部を示している。即ち、図４(b)は、内側の磁場形成手段２２の下側の磁石セグメント４１ｂと外側の磁場形成手段２３の下側の磁石セグメント４２ｂとを示すと共に、上側と下側の磁石セグメントの磁極は同極で対向していることを示している。
【００４１】
内側の磁場形成手段２２と外側の磁場形成手段２３との周方向の相対位置を変化させたときのチャンバ１の内部の磁場変化を説明する。図４(a)に示す場合は、チャンバ１の内部のマルチポール磁場は最大となる。図４(c)は、内側と外側の磁場形成手段を、図４(a)に対して磁極ピッチτ分ずらした状態を示し、内側の磁石４１ａ及び４１ｂから出た磁束は夫々外側磁石４２a及び４２ｂに短絡されるので、チャンバ側への磁束はほとんど無くなる。このように、内側の磁場形成手段２２と外側の磁場形成手段２３との周方向の相対位置を基準位置（図４(a)の位置）から磁極ピッチτまで変化させることによって、チャンバ１の内部に形成されるマルチポール磁場の強度を最大から略ゼロにまで変化させることができる。
【００４２】
図５は、縦軸を磁場強度とし、横軸を真空チャンバ１内に配置された半導体ウエハＷの中心からの距離として、内外の磁場形成手段２２及び２３が図３(a)や図４(a)に示す位置（基準位置）の場合（曲線Ａ）、図３(b)に示すように内外の磁場形成手段の相対位置が基準位置からτ/２ずれた場合（曲線Ｂ）、図３(c)や図４(b)に示すように内外の磁場形成手段の相対位置が基準位置からτずれた場合（曲線Ｃ）、における半導体ウエハＷの中心からの距離と磁場強度との関係を示している。なお、同図に示すD／S内径とは真空チャンバ１の内壁に設けられた内壁保護用のデポシールド内径のことを示しており、実質的に真空チャンバ１（処理室）の内径を示している。
【００４３】
図５の曲線Ａで示すように、内外の磁場形成手段が基準位置にある状態では、マルチポール磁場は実質的に半導体ウエハＷの周縁部まで形成されており、一方、曲線Ｃで示すように、内外の磁場形成手段の相対位置が基準からτだけずれた状態では、真空チャンバ１内の磁場強度は実質的にゼロ（磁場が弱められている状態）となる。更に、曲線Ｂで示すように、内外の磁場形成手段の相対位置が基準からτ/２ずれた場合には上記２つの状態の中間的な状態となる。
【００４４】
上述したように、本実施の形態１及び２においては、磁場形成機構２１を構成する内外の磁場形成手段２２と２３は夫々独立して回転可能となっている。そして、内外の磁場形成手段の周方向の相対位置を変えることによって、真空チャンバ１内の半導体ウエハＷの周囲にマルチポール磁場を形成する状態と、真空チャンバ１内の半導体ウエハＷの周囲に実質的にマルチポール磁場が形成されない状態とに設定できるようになっている。
【００４５】
したがって、例えば、上述したシリコン酸化膜等のエッチングを行う場合は、真空チャンバ１内の半導体ウエハＷの周囲にマルチポール磁場を形成することによって、半導体ウエハＷの面内のエッチングレートの均一性を向上させることができる。一方、上述した有機系の低誘電率膜（Low−K）等のエッチングを行う場合は、真空チャンバ１内の半導体ウエハＷの周囲にマルチポール磁場を形成しないようにすれば、半導体ウエハＷの面内のエッチングレートの均一性を向上させることができる。
【００４６】
図６〜図８は、縦軸をエッチングレート（エッチング速度）とし、横軸を半導体ウエハの中心からの距離として、半導体ウエハＷ面内のエッチングレートの均一性を調べた結果を示す。図６〜図８の各図において、曲線Ａは真空チャンバ１内にマルチポール磁場を形成しない場合、曲線Ｂは真空チャンバ１内に0.03Ｔ（300Ｇ）のマルチポール磁場を形成した場合、曲線Cは真空チャンバ1内に0.08Ｔ（800Ｇ）のマルチポール磁場を形成した場合を示している。
【００４７】
図６〜図８の曲線Ａは、内側と外側の磁場形成手段２２及び２３の作る磁場の極性が逆の状態、即ち、内側と外側の磁場形成手段２２及び２３の周方向の相対位置が基準位置から１磁極ピッチ分（τ）ずれた状態での“ウエハ中心からの距離に対するエッチング速度”を示す。これは、図３（ｃ）及び図４（ｂ）の場合に相当する。曲線Ｃは、内側と外側の磁場形成手段２２及び２３の作る磁場の極性が同方向の場合、即ち、内側と外側の磁場形成手段が基準位置にある場合の“ウエハ中心からの距離に対するエッチング速度”を示す。これは、図３（ａ）及び図４（ａ）の場合に相当する。曲線Ｂは、内側と外側の磁場形成手段２２及び２３の周方向の相対位置が、曲線Ａと曲線Ｃで説明した内外の磁場形成手段２２及び２３の周方向の相対位置の中間位置にある場合の“ウエハ中心からの距離に対するエッチング速度”を示しており、図３（ｂ）の場合に相当する。
【００４８】
図６はC4F8ガスでシリコン酸化膜をエッチングした場合、図７はCF4ガスでシリコン酸化膜をエッチングした場合、図８はN2とH2を含む混合ガスで有機系低誘電率膜（Low−K）をエッチングした場合を示している。図６及び図７に示すように、C4F8やCF4ガス等のＣとＦを含むガスでシリコン酸化膜をエッチングする場合は、真空チャンバ１内にマルチポール磁場を形成した状態でエッチングを行った方が、エッチングレートの面内均一性を向上させることができることが判る。また、図８に示すように、N2とH2を含む混合ガスで有機系低誘電率膜（Low−K）をエッチングした場合は、真空チャンバ１内にマルチポール磁場を形成しない状態でエッチングを行った方が、エッチングレートの面内均一性を向上させることができることが判る。
【００４９】
以上説明したように、本発明の本実施の形態によれば、内外のリング状の磁場形成手段の磁極の相対位置を周方向に変化させることによって、真空チャンバ１内に形成されるマルチポール磁場強度を容易に制御することができるので、処理プロセスに応じて最適なマルチポール磁場とすることができる。
【００５０】
なお、磁石セグメントの数は、所望の磁場強度分布に合わせて決められるものであり、２の倍数である以外に限定されるものでないことは勿論である。また、磁石セグメントの断面形状は、正方形、多角形、円柱形の何れであってもよいが、磁石形状加工の容易さから長方形とすることが望ましい。
【００５１】
さらに、磁石セグメントの材料も特に限定されるものではなく、例えば、希土類磁石、フェライト磁石、アルニコ磁石等の公知の磁石材料を使用することが可能である。また、内外の磁場形成手段２２及び２３の夫々を構成する磁石の数は同数である。
【００５２】
図９を参照して、実施の形態２（図４）の変形例を説明する。図９(a)及び図９(b)は夫々図４(a)及び図４(b)に対応する。図９に示す変形例は、内側及び外側の磁場形成手段２２及び２３の夫々の上面及び下面に、磁性体リング４５ａ，４６ａ，４５ｂ，４６ｂを設けたものであり、これ以外は図４の実施の形態２と実質上異なる点はない。磁性体リング４５ａなどを設けることにより、図４の実施の形態２の場合に比べ、例えば、磁場強度を約５０％増すことができる。つまり、少ない磁石量で図４の実施の形態２の場合と同等の磁場強度を得ることができる。磁性体としては純鉄、炭素鋼、鉄−コバルト鋼、ステンレス鋼等が挙げられる。
【００５３】
次に、上述のように構成された装置におけるプラズマエッチング処理について図１を参照して説明する。
【００５４】
先ず、ゲートバルブ２４を開放し、このゲートバルブ２４に隣接して配置したロードロック室を介して搬送機構（共に図示せず）により半導体ウエハＷを真空チャンバ1内に搬入し、予め所定の位置に下降されている支持テーブル２上に載置する。次いで、直流電源１３から静電チャック６の電極６ａに所定の電圧を印加すると、半導体ウエハＷはクーロン力により静電チャック６に吸着される。
【００５５】
その後、搬送機構を真空チャンバ１の外部に退避させた後、ゲートバルブ２４を閉じて支持テーブル２を図１に示す位置まで上昇させると共に、排気系２０の真空ポンプにより排気ポート１９を介して真空チャンバ１の内部を排気する。
【００５６】
真空チャンバ１の内部が所定の真空度になった後、真空チャンバ１内に処理ガス供給系１５から所定の処理ガスを、例えば100〜1000sccmの流量で導入し、真空チャンバ1内を所定の圧力、例えば1.33〜133 Pa（10〜1000 mTorr）、好ましくは2.67〜26.7 Pa（20〜200 mTorr）程度に保持する。
【００５７】
この状態で高周波電源１０から、支持テーブル２に、周波数が13.56〜150ＭＨｚ（例えば100ＭＨｚ）で且つ100〜3000Ｗの高周波電力を供給すると、上部電極であるシャワーヘッド１６と下部電極である支持テーブル２との間の処理空間には高周波電界が形成され、これにより処理空間に供給された処理ガスがプラズマ化されて、そのプラズマにより半導体ウエハＷ上の所定の膜がエッチングされる。
【００５８】
この時、上述したように、実施するプラズマ処理プロセスの種類等により、予め内側磁場形成手段２２と外側磁場形成手段２３との位置関係を変えることにより、真空チャンバ１内に所定の強度のマルチポール磁場を形成させる場合と、若しくは、実質的に真空チャンバ１内にマルチポール磁場が形成されない状態とを選択することができる。
【００５９】
なお、マルチポール磁場を形成すると、真空チャンバ１の側壁部（デポシールド）の磁極に対応する部分が局部的に削られる現象が生じるおそれがある。これを防ぐためには、モータ等の駆動源を備えた回転機構２５により、内側磁場形成手段２２と外側磁場形成手段２３とを同期して回転させる（つまり磁場形成機構２１全体を真空チャンバ１の周囲で回転させる）。即ち、真空チャンバ１の壁部に対して磁極が移動するため、真空チャンバ１の壁部が局部的に削られることを防止することができる。
【００６０】
所定のエッチング処理を実行すると、高周波電源１０から高周波電力の供給を停止して、エッチング処理を停止した後、上述した手順とは逆の手順で半導体ウエハＷを真空チャンバ1から外部に搬出する。
【００６１】
図１０を参照して、実施の形態２（図４）の他の変形例を説明する。図１０に示す変形例は、実施の形態２と同様に、磁場形成機構が内側及び外側の磁場形成手段２２と２３とを有し、更に、これらの磁場形成手段２２と２３は夫々上側及び下側の磁場形成部とに分離されている。図１０の変形例が図４の実施の形態２と異なる点は、上側と下側の磁場形成部の間隔を変えることができることであり、これ以外は、図１０の変形例と図４の実施の形態２は実施的に同一である。
【００６２】
図１０(a)に示すように、上側と下側の磁場形成部を近接させた場合、図１０(a)の横方向の矢印で示すように、真空チャンバ１の内部の磁場強度は大きくなり、一方、図１０(b)に示すように、上側と下側の磁場形成部の間隔を広くすると、真空チャンバ１の内部の磁場強度は小さくなる。図１０の変形例の特徴は、図４で説明した真空チャンバ１内部のマルチポール磁場強度の制御の他に、上側と下側の磁場形成部の間隔を変えることによっても真空チャンバ１内部のマルチポール磁場強度を制御できるという点である。従って、例えば、内側及び外側の磁場形成手段２２と２３の周方向の基準位置からの“ずらし”を小さくしても（磁石ピッチτまでずらさなくとも）チャンバ内の磁場強度を実質的に略ゼロにすることも可能である。
【００６３】
図３で説明した実施の形態１では、外側の磁場形成手段２３の磁石セグメント３３は磁性体リング３４の内壁に設けられている。しかし、この磁性体リング３４は必ずしも必須のものでなく省略は可能である。更に、図３では、内側の磁場形成手段２２の磁石セグメント３１の間に磁性体片３２が設けられているが、この磁性体片３２は省略可能である。
【００６４】
更に、図１１(a)に示すように、図３で説明した実施の形態１において、内側の磁場形成手段２２の磁石セグメント３１の間に設けた磁性体片３２の代わりに、磁場形成機構２１の中心に対して径方向に磁化されたセグメント磁石５０を設けてもよい。また、図１１(b)に示すように、リング状に配置した磁石セグメント３１，５０の外側に磁性体リング５２を設けるようにすることもできる。更にまた、図１１には図示していないが、図３の外側磁場形成手段２３についても同様に変更・変形が可能である。
【００６５】
図９では、図４で説明した内側及び外側の磁場形成手段２２及び２３の夫々の上面及び下面に、磁性体リング４５ａ，４６ａ，４５ｂ，４６ｂを設けているが、これに限らず、内側及び外側の磁場形成手段２２及び２３のいずれか一方の上面及び下面に図９で示したような磁性体リングを設けるようにしてもよい。
【００６６】
上述の説明では、磁場形成機構２１を構成する磁石セグメントの支持部材は公知のものを使用すればよいので、支持部材の図示及び説明を省略した。
【００６７】
なお、上述の実施の形態においては、本発明を半導体ウエハのエッチングを行うエッチング装置に適用した場合について説明したが、本発明はこのような場合に限定されるものではない。例えば、本発明は、半導体ウエハ以外の基板を処理する装置に応用可能であり、更に、エッチング以外のプラズマ処理、例えばＣＶＤ等の成膜処理装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施の形態の一つを適用したプラズマ処理装置の一例の概略を示す図。
【図２】図1のＡ−Ａ断面図。
【図３】本発明に係る実施の形態１を説明するための図。
【図４】本発明に係る実施の形態２を説明するための図。
【図５】図1に示す装置を構成する真空チャンバ内の磁場強度の状態を示す図。
【図６】本発明の実施の形態によるエッチング速度の半導体ウエハの面内分布と磁場との関係の一例を示す図。
【図７】本発明の実施の形態によるエッチング速度の半導体ウエハの面内分布と磁場との関係の一例を示す図。
【図８】本発明の実施の形態によるエッチング速度の半導体ウエハの面内分布と磁場との関係の一例を示す図。
【図９】図４に示した実施の形態２の変形例を説明するための図。
【図１０】図４に示した実施の形態２の他の変形例を説明するための図。
【図１１】図３に示した実施の形態１の変形例を説明するための図。
【符号の説明】
【００６９】
１：真空チャンバ、２：支持テーブル、３：絶縁板、４：支持台、５：フォーカスリング、６：静電チャック、７：ボールねじ、８：ベローズ、９：ベローズカバー、１０：高周波電源、１１：マッチングボックス、１２：給電線、１３：直流電源、１４：バッフル板、１５：処理ガス供給系、１６：シャワーヘッド、１７：ガス拡散用空隙、１８：ガス吐出孔、１９：排気ポート、２０：排気系、２１：磁場形成機構、２２：内側の磁場形成手段、２３：外側の磁場形成手段、３１，３３：磁石セグメント、３４：磁性体リング、４１，４２：磁石セグメント、４５，４６：磁性体リング
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板を収容する処理室と、該処理室内に設けられて前記被処理基板に所定のプラズマ処理を施すためのプラズマを発生させる機構と、前記処理室外に設けられて前記処理室内の前記被処理基板の周囲に所定のマルチポール磁場を形成する磁場形成機構とを有するプラズマ処理装置であって、前記磁場形成機構は内側と外側のリング状磁場形成手段で構成され、夫々のリング状磁場形成手段は互いに独立して回転可能であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記内側の磁場形成手段は前記処理室の中心に対し周方向の磁化をもつ磁石セグメントを有し、前記外側の磁場形成手段は前記処理室の中心に対し径方向の磁化をもつ磁石セグメントを有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１〜２のいずれかに記載のプラズマ処理装置において、前記磁場形成機構が、上下に分離して設けられた上側磁場形成部と下側磁場形成部とを有していることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記内側と外側のリング状磁場形成手段の夫々は上下に分離している上側磁場形成部と下側磁場形成部とを有し、該上側及び下側磁場形成部の夫々は磁場形成機構の中心軸に平行する方向に磁化をもつ磁石セグメントを有し、該上側及び下側磁場形成部夫々の上下方向で対向する磁石セグメントの対向面の磁極は同極であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のプラズマ処理装置において、前記内側及び外側の磁場形成手段の周方向の相対位置を変えることにより、前記処理室内の前記被処理基板の周囲に所定のマルチポール磁場を形成する状態と、前記処理室内の前記被処理基板の周囲にマルチポール磁場を形成しない状態とに設定可能としたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のプラズマ処理装置を用いて、前記被処理基板にプラズマを作用させてエッチング処理を施すことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１】
被処理基板を収容する処理室と、該処理室内に設けられて前記被処理基板に所定のプラズマ処理を施すためのプラズマを発生させる機構と、前記処理室外に設けられて前記処理室内の前記被処理基板の周囲に所定のマルチポール磁場を形成する磁場形成機構とを有するプラズマ処理装置であって、前記磁場形成機構は内側と外側のリング状磁場形成手段で構成され、夫々のリング状磁場形成手段は互いに独立して回転可能であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記内側の磁場形成手段は前記処理室の中心に対し周方向の磁化をもつ磁石セグメントを有し、前記外側の磁場形成手段は前記処理室の中心に対し径方向の磁化をもつ磁石セグメントを有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１〜２のいずれかに記載のプラズマ処理装置において、前記磁場形成機構が、上下に分離して設けられた上側磁場形成部と下側磁場形成部とを有していることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記内側と外側のリング状磁場形成手段の夫々は上下に分離している上側磁場形成部と下側磁場形成部とを有し、該上側及び下側磁場形成部の夫々は磁場形成機構の中心軸に平行する方向に磁化をもつ磁石セグメントを有し、該上側及び下側磁場形成部夫々の上下方向で対向する磁石セグメントの対向面の磁極は同極であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のプラズマ処理装置において、前記内側及び外側の磁場形成手段の周方向の相対位置を変えることにより、前記処理室内の前記被処理基板の周囲に所定のマルチポール磁場を形成する状態と、前記処理室内の前記被処理基板の周囲にマルチポール磁場を形成しない状態とに設定可能としたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のプラズマ処理装置を用いて、前記被処理基板にプラズマを作用させてエッチング処理を施すことを特徴とするプラズマ処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−１１４７６７（Ｐ２００６−１１４７６７Ａ）
【公開日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３０１７８１（Ｐ２００４−３０１７８１）
【出願日】平成１６年１０月１５日（２００４．１０．１５）
【出願人】（０００００２０６０）信越化学工業株式会社 (3,361)
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月１５日（２００４．１０．１５）
【出願人】（０００００２０６０）信越化学工業株式会社 (3,361)
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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