JP2004079915A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】マルチポール磁場の状態をプラズマ処理プロセスの種類に応じて適切なに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、前記磁場形成機構は、回転可能に設けられて磁場方向が変更可能な第１の磁石セグメントと、前記処理室の中心に対し周方向の磁化をもち固定された第２の磁石セグメントとを有する。
【選択図】 図１
【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、前記磁場形成機構は、回転可能に設けられて磁場方向が変更可能な第１の磁石セグメントと、前記処理室の中心に対し周方向の磁化をもち固定された第２の磁石セグメントとを有する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマ処理装置に関し、特に、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。
【０００２】
【従来の技術】
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。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３２の間でウエハ周囲の磁場強度が処理条件に合うように極数が選ばれる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
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、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比べて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、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比べて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に行うことができる。しかし、電磁石を用いると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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
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に関し、前記磁場形成機構は、回転可能に設けられて磁場方向が変更可能な第１の磁石セグメントと、前記処理室の中心に対し周方向の磁化をもち前記第１の磁石セグメントの隣に設けられ且つ固定された第２の磁石セグメントとを有することを特徴とするプラズマ処理装置である。
【００１１】
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に関し、前記磁場形成機構は、回転可能に設けられて磁場方向が変更可能な第１の磁石セグメントと、前記処理室の中心に対し径方向の磁化をもち前記第１の磁石セグメントの隣に設けられ且つ固定された第２の磁石セグメントとを有することを特徴とするプラズマ処理装置である。
【００１２】
前記第１及び第２の磁石セグメントはリング状に配置され、該リング状に配置された第１及び第２の磁石セグメントはその外側で磁性体のリングで囲まれていることを特徴とする。
【００１３】
更に、前記磁場形成機構は、上下に分離して設けられた上側磁場形成機構と下側磁場形成機構とを有するようにしてもよく、これらの上側磁場形成機構と下側磁場形成機構は互いに接近し或いは遠ざけられるように上下方向に移動可能に構成されたことを特徴とする。
【００１４】
更に又、前記第１の磁石セグメントを回転させることにより、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。更に又、前記第１及び第２の磁石セグメントの形状は夫々略円筒状であることが好ましい。
【００１５】
更に又、本発明は、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している。
【００１６】
【発明の実施の形態】
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。
【００１７】
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接地電位に接続されている。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。
【００１８】
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。
【００１９】
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を支持テーブル２にクーロン力によって吸着させる。
【００２０】
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。
【００２１】
上記支持テーブル２と支持台４はボールねじ７を含むポ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。
【００２２】
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）の範囲内の高周波電力、例えば１００ＭＨｚの高周波電力が支持テーブル２に供給される。
【００２３】
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く、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）としては周波数が５００ＫＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲のものが用いられる。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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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に供給され、エッチング処理される。
【００２７】
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。
【００２８】
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（リング磁石）２１が真空チャンバ１と同心状に配置されており、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。この磁場形成機構２１は、回転機構２５によって、その全体が、真空チャンバ１の回りを所定の回転速度で回転可能である。
【００２９】
磁場形成機構２１は、図２に示すように、支持部材（図示せず）により支持された複数（図２では３２個）の磁石セグメント２２ａ（第１の磁石セグメント）と２２ｂ（第２の磁石セグメント）を主要構成要素としている。複数の磁石セグメント２２ａは、真空チャンバ１側に向く磁極がＳ，Ｎ，Ｓ，Ｎ，…となるように他の磁石セグメント２２ｂに対して１個置きに配置されている。磁石セグメント２２ｂは、磁石セグメント２２ａに対して同様に１個置きに配置され、その磁場方向は真空チャンバ１内に形成される周方向の磁場と逆になるように配列されている。図の矢印の先がＮ極を示している。更に、磁石セグメント２２ａ及び２２ｂの外周は磁性体２３で囲まれていることが好ましい。尚、以下の説明では、磁石セグメント２２ａ及び２２ｂを総称して参照番号２２で示す場合がある。
【００３０】
図２に示す状態では、磁石セグメント２２ｂに対して１個置きに配置された磁石セグメント２２ａの磁極の向きは径方向で互いに逆向きであり、一方、その間の磁石セグメント２２ｂの磁極の向きは磁場形成機構２１の周方向に形成される磁場の方向と略逆向きとなって固定されている。従って、真空チャンバ１内には、磁石セグメント２２ｂに対して１個置きに並んだ径方向の磁化の磁石セグメント２２ａ間に図示の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０．０２〜０．２Ｔ（２００〜２０００Ｇ）、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ている。
【００３１】
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による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、必ずしもこの数値範囲に限定されるものではない。
【００３２】
また、上述した半導体ウエハ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。
【００３３】
さらに、本実施の形態においては、磁場形成機構２１の各磁石セグメント２２ａ（又は図４の２２ｃ）は、磁石セグメント回転機構により、磁場形成機構２１内において、セグメントの垂直中心軸を中心に回転自在とされている。磁場形成機構２１の各磁石セグメント２２ｂ（又は図４の２２ｄ）は固定されており回転しない特徴を有している。
【００３４】
すなわち、図２及び図３（ａ）に示すように、各磁石セグメント２２ａの磁極が真空チャンバ１側に向いた状態から、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように、磁石セグメント２２ｂに対して一つおきの磁石セグメント２２ａが同期して同方向に回転するよう構成されている。なお、図３（ｂ）は、磁石セグメント２２ａが図３（ａ）の状態から４５度回転した状態を示しており、図３（ｃ）は磁石セグメント２２ａが図３（ａ）の状態から９０度回転した状態を示している。特に、図２及び図３の場合は、磁石セグメント２２ａの回転は０度より大で９０度（磁極が周方向を向くまで）の回転を対象とするものである。
【００３５】
また、図２及び図４（ａ）に示すように、各磁石セグメント２２ｃを磁石セグメント２２ｄに対して一つおきに配置し、各磁石セグメント２２ｃを同期して回転させ、その磁極が、真空チャンバ１の周方向に向いた状態から、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように、径方向に向くように構成することもできる。なお、図４（ｂ）は、磁石セグメント２２ｃが図４（ａ）の状態から９０度回転した状態を示しており、図４（ｃ）は磁石セグメント２２ｃが図４（ａ）の状態から１８０度回転した状態を示している。特に、図２及び図４の場合は、磁石セグメント２２ｃの回転は０度より大で１８０度（磁極が径方向を向くまで）の回転を対象とするものである。
【００３６】
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、図３（ａ）に示すように各磁石セグメント２２ａの磁極が真空チャンバ１側に向いた状態（曲線Ａ）、図３（ｂ）に示すように各磁石セグメント２２ａを４５度回転した状態（曲線Ｂ）、図３（ｃ）に示すように各磁石セグメント２２ａを９０度回転した状態（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。
【００３７】
図５の曲線Ａで示すように、各磁石セグメント２２ａの磁極が真空チャンバ１側に向いた状態では、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で示したように、各磁石セグメント２２ａを９０度回転した状態では、真空チャンバ１内には実質的に磁場強度がゼロ（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、磁石セグメント２２ａを４５度回転した状態では、上記状態の中間的な状態となる。
【００３８】
このように、本実施の形態においては、磁場形成機構２１を構成する各磁石セグメント２２ａは、その回転方向が同じ向きで且つ同期して回転可能となっている。そして、このような磁石セグメント２２ａの回転によって、実質的に、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が形成された状態と、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構成されている。
【００３９】
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してエッチングを行い、これ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でエッチングを行い、これ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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
以上のとおり、本実施の形態においては、磁石セグメント２２ａを回転させることによって、真空チャンバ１内のマルチポール磁場の状態を容易に制御することができ、実施するプロセスによって、最適なマルチポール磁場の状態で良好な処理を行うことができる。
【００４３】
なお、磁石セグメント２２ａ及び２２ｂの数は、図２に示した３２個に限定されるものでないことは勿論である。また、その断面形状も、図２に示した円柱形に限らず、正方形、多角形等であってもよい。しかし、磁石セグメント２２ａを回転させることから、磁石セグメント２２ａの設置スペースを有効に利用して装置の小型化を図るためには、図２に示したように、磁石セグメント２２ａ（及び２２ｂ）の断面形状を円形とし、円筒状とすることが望ましい。
【００４４】
さらに、磁石セグメント２２ａ及び２２ｂを構成する磁石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。
【００４５】
第２の実施の形態を図９を参照して説明する。図２〜図４に示した第１の実施の形態では、磁石セグメント２２の総数を３２個として１６極の磁場を形成し、磁石セグメント２２ｂに対して１個置きに配置した磁石セグメント２２ａを同方向に同期して回転させていた。これに対し、第２の実施の形態では、磁石セグメント２２の総数を４８個とし、その内、回転可能の磁石セグメント２２ａの数を３２個、固定の磁石セグメント２２ｂを１６個として１６極の磁場を形成している。即ち、磁気回路を構成する磁石セグメント２２の総数以外は、図２で説明した第１の実施の形態と略同様である。したがって、第１磁石セグメントと第２磁石セグメントの配置は得られる磁場の強度により適宜配置すればよいが、第１磁石セグメントと第２磁石セグメントは隣り合って交互に配置されている場合と部分的に第２磁石セグメントを等間隔に配置する等の配置方法が考えられる。
【００４６】
第２の実施の形態によれば、図９に白抜きの矢印で示すように、磁石セグメント２２ａを同期して回転させることによりマルチポールの状態から磁場ゼロの状態を作ることができる。このように磁石セグメントの総数を増やすと、第１の実施の形態に比べて９０度回転したときのウエハ周辺部の磁場強度をよりゼロに近づけることができる。
【００４７】
ところで、図１０に示す比較例のように、磁場形成機構の全ての磁石セグメント２２を白抜き矢印の方向に回転させてもチャンバ内部の磁場をマルチポールからゼロにすることができる。しかしながら、この比較例に対し、本発明は回転する磁石セグメント数を削減することができるので装置を簡略化することが可能である。さらに、本発明に係る実施の形態の方が磁気効率がよいのでマルチポール状態でのチャンバ位置での磁場強度を比較例に比べて約２０％強くすることができる。言い換えれば、少ない磁石量で同等の磁場強度を得ることができるという効果が得られる。
【００４８】
さらに図１１を用いて磁性体リング２３の効果を述べる。磁性体リング２３は、上述した磁石セグメントの外周部に形成されることが好ましい。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。磁性体リング２３には、マルチポール状態ではチャンバ部分の磁場を強めるように磁束が流れ、磁石セグメントを回転して磁場ゼロの状態ではチャンバ部分の磁場を弱めるように磁束が流れるので、磁場の可変幅を広く採れるという効果がある。
【００４９】
次に、上述のように構成されたプラズマエッチング装置における処理について説明する。
【００５０】
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支持テーブル２に吸着される。
【００５１】
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介して真空チャンバ１の内部を排気する。
【００５２】
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。
【００５３】
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、電力が１００〜３０００Ｗの高周波電力を供給する。この場合に、上述のようにして下部電極である支持テーブル２に高周波電力を印加することにより、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。
【００５４】
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、予め各磁石セグメント２２ａを所定の向きに設定しておき、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、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しない状態に設定しておく。
【００５５】
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（例えば図２のＰで示す部分）が局部的に削られる現象が生じるおそれがある。これに対して、モータ等の駆動源を備えた回転機構２５により、磁場形成機構２１を真空チャンバ１の周囲で回転させることにより、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。
【００５６】
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。
【００５７】
上述の実施の形態においては、磁石セグメント２２のうちの少なくとも一部を、垂直方向の回転軸の回りに水平面内で回転可能に構成し磁極の方向を変更させてマルチポール磁場の制御を行う場合について説明した。以下では、マルチポール磁場の制御機構の他の実施の形態について説明する。なお、この実施の形態においても、磁石セグメント２２ａ（及び２２ａ´）を回転させることによりマルチポール磁場の制御を行う点は、上述の実施の形態と同様である。
【００５８】
さらに、図１２に示すように、この実施の形態では、リング状の磁場形成機構が上下に分割されて上側磁場形成機構と下側磁場形成機構とから構成されることもあり、上側磁場形成機構に設けた磁石セグメント２２ａと、下側磁場形成機構に設けた磁石セグメント２２ａ´とを、互いに近づけたり離したりできるように上下方向に移動可能に構成している。このような構成の場合、磁石セグメント２２ａと、磁石セグメント２２ａ´とを近接させた場合、図１２（ａ）の矢印で示すように、磁場強度は大きくなり、他方、磁石セグメント２２ａと磁石セグメント２２ａ´とを離した場合には、図１２（ｂ）の矢印で示すように、磁場強度は小さくなる。また、第２磁石セグメント２２ｂも２２ａと同様の配置となる。尚、第２磁石セグメント２２ｂ（及び２２ｂ´）は図１２には示していないが、上述の実施の形態からその配置等は容易に理解できる。このような構成により、真空チャンバ１内のマルチポール磁場を制御するようにしてもよい。この構成の場合であっても、図１に示した回転機構２５によって、リング状の磁場形成機構２１の全体を、真空チャンバ１の周囲で所定の回転速度で回転させるように構成することが好ましい。
【００５９】
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、更には、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。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したとおり、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態が適用されるプラズマ処理装置の一例の概略を示す図。
【図２】図１の装置に使用される磁場形成機構の一例の概略を示す概略図。
【図３】図２の磁場形成機構を構成する磁石セグメントの回転動作を説明するための図。
【図４】図２の磁場形成機構を構成する磁石セグメントの回転動作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１に示す装置に使用される磁場形成機構の他の実施の形態の概略を示す図。
【図１０】本発明の実施の形態の磁場形成機構と比較するための磁場形成機構（比較例）を示す図。
【図１１】本発明の実施の形態の磁場形成機構に使用される磁性体リングの効果を示す図。
【図１２】本発明に係る磁場形成機構の更に他の実施の形態を示す図。
【符号の鋭明】
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…磁石セグメント、２３…磁性体リング、２４…ゲートバルブ、２５…回転機構
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマ処理装置に関し、特に、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。
【０００２】
【従来の技術】
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。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３２の間でウエハ周囲の磁場強度が処理条件に合うように極数が選ばれる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
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、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比べて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、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比べて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に行うことができる。しかし、電磁石を用いると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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
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に関し、前記磁場形成機構は、回転可能に設けられて磁場方向が変更可能な第１の磁石セグメントと、前記処理室の中心に対し周方向の磁化をもち前記第１の磁石セグメントの隣に設けられ且つ固定された第２の磁石セグメントとを有することを特徴とするプラズマ処理装置である。
【００１１】
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に関し、前記磁場形成機構は、回転可能に設けられて磁場方向が変更可能な第１の磁石セグメントと、前記処理室の中心に対し径方向の磁化をもち前記第１の磁石セグメントの隣に設けられ且つ固定された第２の磁石セグメントとを有することを特徴とするプラズマ処理装置である。
【００１２】
前記第１及び第２の磁石セグメントはリング状に配置され、該リング状に配置された第１及び第２の磁石セグメントはその外側で磁性体のリングで囲まれていることを特徴とする。
【００１３】
更に、前記磁場形成機構は、上下に分離して設けられた上側磁場形成機構と下側磁場形成機構とを有するようにしてもよく、これらの上側磁場形成機構と下側磁場形成機構は互いに接近し或いは遠ざけられるように上下方向に移動可能に構成されたことを特徴とする。
【００１４】
更に又、前記第１の磁石セグメントを回転させることにより、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。更に又、前記第１及び第２の磁石セグメントの形状は夫々略円筒状であることが好ましい。
【００１５】
更に又、本発明は、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している。
【００１６】
【発明の実施の形態】
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。
【００１７】
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接地電位に接続されている。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。
【００１８】
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。
【００１９】
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を支持テーブル２にクーロン力によって吸着させる。
【００２０】
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。
【００２１】
上記支持テーブル２と支持台４はボールねじ７を含むポ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。
【００２２】
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）の範囲内の高周波電力、例えば１００ＭＨｚの高周波電力が支持テーブル２に供給される。
【００２３】
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く、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）としては周波数が５００ＫＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲のものが用いられる。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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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に供給され、エッチング処理される。
【００２７】
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。
【００２８】
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（リング磁石）２１が真空チャンバ１と同心状に配置されており、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。この磁場形成機構２１は、回転機構２５によって、その全体が、真空チャンバ１の回りを所定の回転速度で回転可能である。
【００２９】
磁場形成機構２１は、図２に示すように、支持部材（図示せず）により支持された複数（図２では３２個）の磁石セグメント２２ａ（第１の磁石セグメント）と２２ｂ（第２の磁石セグメント）を主要構成要素としている。複数の磁石セグメント２２ａは、真空チャンバ１側に向く磁極がＳ，Ｎ，Ｓ，Ｎ，…となるように他の磁石セグメント２２ｂに対して１個置きに配置されている。磁石セグメント２２ｂは、磁石セグメント２２ａに対して同様に１個置きに配置され、その磁場方向は真空チャンバ１内に形成される周方向の磁場と逆になるように配列されている。図の矢印の先がＮ極を示している。更に、磁石セグメント２２ａ及び２２ｂの外周は磁性体２３で囲まれていることが好ましい。尚、以下の説明では、磁石セグメント２２ａ及び２２ｂを総称して参照番号２２で示す場合がある。
【００３０】
図２に示す状態では、磁石セグメント２２ｂに対して１個置きに配置された磁石セグメント２２ａの磁極の向きは径方向で互いに逆向きであり、一方、その間の磁石セグメント２２ｂの磁極の向きは磁場形成機構２１の周方向に形成される磁場の方向と略逆向きとなって固定されている。従って、真空チャンバ１内には、磁石セグメント２２ｂに対して１個置きに並んだ径方向の磁化の磁石セグメント２２ａ間に図示の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０．０２〜０．２Ｔ（２００〜２０００Ｇ）、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ている。
【００３１】
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による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、必ずしもこの数値範囲に限定されるものではない。
【００３２】
また、上述した半導体ウエハ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。
【００３３】
さらに、本実施の形態においては、磁場形成機構２１の各磁石セグメント２２ａ（又は図４の２２ｃ）は、磁石セグメント回転機構により、磁場形成機構２１内において、セグメントの垂直中心軸を中心に回転自在とされている。磁場形成機構２１の各磁石セグメント２２ｂ（又は図４の２２ｄ）は固定されており回転しない特徴を有している。
【００３４】
すなわち、図２及び図３（ａ）に示すように、各磁石セグメント２２ａの磁極が真空チャンバ１側に向いた状態から、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように、磁石セグメント２２ｂに対して一つおきの磁石セグメント２２ａが同期して同方向に回転するよう構成されている。なお、図３（ｂ）は、磁石セグメント２２ａが図３（ａ）の状態から４５度回転した状態を示しており、図３（ｃ）は磁石セグメント２２ａが図３（ａ）の状態から９０度回転した状態を示している。特に、図２及び図３の場合は、磁石セグメント２２ａの回転は０度より大で９０度（磁極が周方向を向くまで）の回転を対象とするものである。
【００３５】
また、図２及び図４（ａ）に示すように、各磁石セグメント２２ｃを磁石セグメント２２ｄに対して一つおきに配置し、各磁石セグメント２２ｃを同期して回転させ、その磁極が、真空チャンバ１の周方向に向いた状態から、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように、径方向に向くように構成することもできる。なお、図４（ｂ）は、磁石セグメント２２ｃが図４（ａ）の状態から９０度回転した状態を示しており、図４（ｃ）は磁石セグメント２２ｃが図４（ａ）の状態から１８０度回転した状態を示している。特に、図２及び図４の場合は、磁石セグメント２２ｃの回転は０度より大で１８０度（磁極が径方向を向くまで）の回転を対象とするものである。
【００３６】
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、図３（ａ）に示すように各磁石セグメント２２ａの磁極が真空チャンバ１側に向いた状態（曲線Ａ）、図３（ｂ）に示すように各磁石セグメント２２ａを４５度回転した状態（曲線Ｂ）、図３（ｃ）に示すように各磁石セグメント２２ａを９０度回転した状態（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。
【００３７】
図５の曲線Ａで示すように、各磁石セグメント２２ａの磁極が真空チャンバ１側に向いた状態では、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で示したように、各磁石セグメント２２ａを９０度回転した状態では、真空チャンバ１内には実質的に磁場強度がゼロ（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、磁石セグメント２２ａを４５度回転した状態では、上記状態の中間的な状態となる。
【００３８】
このように、本実施の形態においては、磁場形成機構２１を構成する各磁石セグメント２２ａは、その回転方向が同じ向きで且つ同期して回転可能となっている。そして、このような磁石セグメント２２ａの回転によって、実質的に、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が形成された状態と、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構成されている。
【００３９】
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してエッチングを行い、これ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でエッチングを行い、これ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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
以上のとおり、本実施の形態においては、磁石セグメント２２ａを回転させることによって、真空チャンバ１内のマルチポール磁場の状態を容易に制御することができ、実施するプロセスによって、最適なマルチポール磁場の状態で良好な処理を行うことができる。
【００４３】
なお、磁石セグメント２２ａ及び２２ｂの数は、図２に示した３２個に限定されるものでないことは勿論である。また、その断面形状も、図２に示した円柱形に限らず、正方形、多角形等であってもよい。しかし、磁石セグメント２２ａを回転させることから、磁石セグメント２２ａの設置スペースを有効に利用して装置の小型化を図るためには、図２に示したように、磁石セグメント２２ａ（及び２２ｂ）の断面形状を円形とし、円筒状とすることが望ましい。
【００４４】
さらに、磁石セグメント２２ａ及び２２ｂを構成する磁石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。
【００４５】
第２の実施の形態を図９を参照して説明する。図２〜図４に示した第１の実施の形態では、磁石セグメント２２の総数を３２個として１６極の磁場を形成し、磁石セグメント２２ｂに対して１個置きに配置した磁石セグメント２２ａを同方向に同期して回転させていた。これに対し、第２の実施の形態では、磁石セグメント２２の総数を４８個とし、その内、回転可能の磁石セグメント２２ａの数を３２個、固定の磁石セグメント２２ｂを１６個として１６極の磁場を形成している。即ち、磁気回路を構成する磁石セグメント２２の総数以外は、図２で説明した第１の実施の形態と略同様である。したがって、第１磁石セグメントと第２磁石セグメントの配置は得られる磁場の強度により適宜配置すればよいが、第１磁石セグメントと第２磁石セグメントは隣り合って交互に配置されている場合と部分的に第２磁石セグメントを等間隔に配置する等の配置方法が考えられる。
【００４６】
第２の実施の形態によれば、図９に白抜きの矢印で示すように、磁石セグメント２２ａを同期して回転させることによりマルチポールの状態から磁場ゼロの状態を作ることができる。このように磁石セグメントの総数を増やすと、第１の実施の形態に比べて９０度回転したときのウエハ周辺部の磁場強度をよりゼロに近づけることができる。
【００４７】
ところで、図１０に示す比較例のように、磁場形成機構の全ての磁石セグメント２２を白抜き矢印の方向に回転させてもチャンバ内部の磁場をマルチポールからゼロにすることができる。しかしながら、この比較例に対し、本発明は回転する磁石セグメント数を削減することができるので装置を簡略化することが可能である。さらに、本発明に係る実施の形態の方が磁気効率がよいのでマルチポール状態でのチャンバ位置での磁場強度を比較例に比べて約２０％強くすることができる。言い換えれば、少ない磁石量で同等の磁場強度を得ることができるという効果が得られる。
【００４８】
さらに図１１を用いて磁性体リング２３の効果を述べる。磁性体リング２３は、上述した磁石セグメントの外周部に形成されることが好ましい。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。磁性体リング２３には、マルチポール状態ではチャンバ部分の磁場を強めるように磁束が流れ、磁石セグメントを回転して磁場ゼロの状態ではチャンバ部分の磁場を弱めるように磁束が流れるので、磁場の可変幅を広く採れるという効果がある。
【００４９】
次に、上述のように構成されたプラズマエッチング装置における処理について説明する。
【００５０】
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支持テーブル２に吸着される。
【００５１】
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介して真空チャンバ１の内部を排気する。
【００５２】
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。
【００５３】
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、電力が１００〜３０００Ｗの高周波電力を供給する。この場合に、上述のようにして下部電極である支持テーブル２に高周波電力を印加することにより、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。
【００５４】
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、予め各磁石セグメント２２ａを所定の向きに設定しておき、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、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しない状態に設定しておく。
【００５５】
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（例えば図２のＰで示す部分）が局部的に削られる現象が生じるおそれがある。これに対して、モータ等の駆動源を備えた回転機構２５により、磁場形成機構２１を真空チャンバ１の周囲で回転させることにより、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。
【００５６】
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。
【００５７】
上述の実施の形態においては、磁石セグメント２２のうちの少なくとも一部を、垂直方向の回転軸の回りに水平面内で回転可能に構成し磁極の方向を変更させてマルチポール磁場の制御を行う場合について説明した。以下では、マルチポール磁場の制御機構の他の実施の形態について説明する。なお、この実施の形態においても、磁石セグメント２２ａ（及び２２ａ´）を回転させることによりマルチポール磁場の制御を行う点は、上述の実施の形態と同様である。
【００５８】
さらに、図１２に示すように、この実施の形態では、リング状の磁場形成機構が上下に分割されて上側磁場形成機構と下側磁場形成機構とから構成されることもあり、上側磁場形成機構に設けた磁石セグメント２２ａと、下側磁場形成機構に設けた磁石セグメント２２ａ´とを、互いに近づけたり離したりできるように上下方向に移動可能に構成している。このような構成の場合、磁石セグメント２２ａと、磁石セグメント２２ａ´とを近接させた場合、図１２（ａ）の矢印で示すように、磁場強度は大きくなり、他方、磁石セグメント２２ａと磁石セグメント２２ａ´とを離した場合には、図１２（ｂ）の矢印で示すように、磁場強度は小さくなる。また、第２磁石セグメント２２ｂも２２ａと同様の配置となる。尚、第２磁石セグメント２２ｂ（及び２２ｂ´）は図１２には示していないが、上述の実施の形態からその配置等は容易に理解できる。このような構成により、真空チャンバ１内のマルチポール磁場を制御するようにしてもよい。この構成の場合であっても、図１に示した回転機構２５によって、リング状の磁場形成機構２１の全体を、真空チャンバ１の周囲で所定の回転速度で回転させるように構成することが好ましい。
【００５９】
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、更には、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。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したとおり、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態が適用されるプラズマ処理装置の一例の概略を示す図。
【図２】図１の装置に使用される磁場形成機構の一例の概略を示す概略図。
【図３】図２の磁場形成機構を構成する磁石セグメントの回転動作を説明するための図。
【図４】図２の磁場形成機構を構成する磁石セグメントの回転動作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１に示す装置に使用される磁場形成機構の他の実施の形態の概略を示す図。
【図１０】本発明の実施の形態の磁場形成機構と比較するための磁場形成機構（比較例）を示す図。
【図１１】本発明の実施の形態の磁場形成機構に使用される磁性体リングの効果を示す図。
【図１２】本発明に係る磁場形成機構の更に他の実施の形態を示す図。
【符号の鋭明】
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…磁石セグメント、２３…磁性体リング、２４…ゲートバルブ、２５…回転機構
Claims (7)
- 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、回転可能に設けられて磁場方向が変更可能な第１の磁石セグメントと、前記処理室の中心に対し周方向の磁化をもち固定された第２の磁石セグメントとを有することを特徴とするプラズマ処理装置。
- 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、回転可能に設けられて磁場方向が変更可能な第１の磁石セグメントと、前記処理室の中心に対し径方向の磁化をもち固定された第２の磁石セグメントとを有することを特徴とするプラズマ処理装置。
- 請求項１又は２記載のプラズマ処理装置において、前記第１及び第２の磁石セグメントはリング状に配置され、該リング状に配置された第１及び第２の磁石セグメントはその外側で磁性体のリングで囲まれていることを特徴とするプラズマ処理装置。
- 請求項１〜３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機構と下側磁場形成機構とを有し、これらの上側磁場形成機構と下側磁場形成機構は互いに接近し或いは遠ざけられるように上下方向に移動可能に構成されたことを特徴とするプラズマ処理装置。
- 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、前記第１の磁石セグメントを回転させることにより、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てい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１〜５のいずれかに記載のプラズマ処理装置において、前記第１及び第２の磁石セグメントの夫々は略円筒状であることを特徴とするプラズマ処理装置。
- 請求項１〜６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。
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