JP3375302B2 - マグネトロンプラズマ処理装置および処理方法 - Google Patents

マグネトロンプラズマ処理装置および処理方法

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JP3375302B2 JP16487799A JP16487799A JP3375302B2 JP 3375302 B2 JP3375302 B2 JP 3375302B2 JP 16487799 A JP16487799 A JP 16487799A JP 16487799 A JP16487799 A JP 16487799A JP 3375302 B2 JP3375302 B2 JP 3375302B2
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    • H01J37/3266—Magnetic control means

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等の
被処理基板に対してマグネトロンプラズマによる処理を
行うマグネトロンプラズマ処理装置および処理方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】近年、比較的低圧雰囲気にて高密度のプ
ラズマを生成して微細加工のエッチングを行うマグネト
ロンプラズマエッチング装置が実用化されている。この
装置は、永久磁石をチャンバーの上方に配置し、永久磁
石から漏洩した磁場を半導体ウエハに対して水平に印加
するとともに、これに直交する高周波電界を印加して、
その際に生じる電子のドリフト運動を利用して極めて高
効率でエッチングするものである。
【０００３】このようなマグネトロンプラズマにおいて
は、電子のドリフト運動に寄与するのは電界に垂直な磁
場、すなわち半導体ウエハに対して水平な磁場である
が、上記装置では必ずしも均一な水平磁場が形成されて
いないことから、プラズマの均一性が十分ではなく、エ
ッチング速度の不均一や、チャージアップダメージ等が
生じるという問題がある。
【０００４】このような問題を回避するために、チャン
バー内の処理空間において半導体ウエハに対して一様な
水平磁場を形成することが要望されており、そのような
磁場を発生することができる磁石としてダイポールリン
グ磁石が知られている。このダイポールリング磁石１０
２は、図１７に示すように、チャンバー１０１の外側に
複数の異方性セグメント柱状磁石１０３をリング状に配
置したものであり、これら複数の異方性セグメント柱状
磁石１０３の磁化の方向を少しずつずらして全体として
一様な水平磁場Ｂを形成するものである。なお、図１７
は装置を上から見た図（平面図）であり、磁場方向の基
端側をＮ、先端側をＳ、これらから９０°の位置をＥお
よびＷで示している。また、図１７において、参照符号
１００は半導体ウエハである。
【０００５】しかしながら、このようなダイポールリン
グ磁石によって形成される水平磁場は、図１７において
ＮからＳの一方向のみを向いている水平磁場であるた
め、このままでは電子はドリフト運動を行って一方向に
進み、プラズマ密度の不均一を生じる。すなわち、電子
は、電界と磁界との外積方向に、つまり電界が上から下
に向かって形成されている場合には、ＥからＷに向かっ
てドリフト運動を行って進むため、Ｅ側ではプラズマ密
度が低く、Ｗ側でプラズマ密度が高いという不均一が生
じる。
【０００６】このため、ダイポールリング磁石をその周
方向に沿って回転させて電子のドリフト運動の向きを変
化させることが行われているが、実際にはそれだけでは
広範囲にプラズマ密度を均一にすることはできない。
【０００７】そこで、電子のドリフト方向、つまり図１
７のＥからＷに向かう方向に磁場勾配を形成し、電子の
ドリフト運動に伴うプラズマの不均一を解消する技術が
提案されている（特開平９−２７２７８号公報）。この
技術では図１８に示すように、Ｗ側の異方性セグメント
柱状磁石を少なくしてＥからＷに向かう方向に磁場強度
の勾配を形成するものである。
【０００８】しかしながら、半導体ウエハのサイズが３
００ｍｍに大口径化された場合には、このような磁石設
計ではＷ側の電子密度が低くなりすぎ、その部分のプラ
ズマ密度が低くなってプラズマに不均一が生じてしま
う。これを回避するために、Ｗ側の電子密度を十分にと
ろうとすると、Ｅの位置の磁場をさらに大きくする必要
があり、半導体ウエハのＥ側部分の近傍でプラズマの均
一性に乱れが生じ、酸化膜等の絶縁膜をエッチングする
場合等には、チャージアップダメージ等を生ずるおそれ
がある。
【０００９】また、近年、益々デバイスの微細化が要求
されるようになっており、プラズマエッチング処理では
より低圧下での処理が要求されている。低圧下において
効率的なプラズマ処理を行うためにはプラズマ密度をよ
り上昇させることが必要となる。このためには、磁場強
度を上昇させることが考えられるが、上述したように、
酸化膜等の絶縁膜をエッチングする場合等には、チャー
ジアップダメージが懸念され、これを回避するにはウエ
ハが存在している部分の磁場強度は２００ガウス程度が
限度であるため、上述の技術により磁場勾配を形成して
プラズマの均一性を達成することができたとしても、プ
ラズマ密度を十分に高めることができず、エッチングレ
ートが不十分となるおそれがある。
【００１０】一方、図１７に示すようなダイポールリン
グ磁石において磁場強度を調節してプラズマの不均一を
解消するための他の手法として、特開平７−１９７２５
５号公報には、図１９に示すように、複数の異方性セグ
メント柱状磁石１０３の長さ方向の中央部に隙間（スリ
ット）１０４を設け、かつ隙間の寸法をダイポールリン
グ磁石における異方性セグメント柱状磁石各々の配置箇
所に応じた寸法とする技術が開示されている。
【００１１】そして、このような技術を利用して、上述
したような電子のドリフトに起因して生じるプラズマ密
度の不均一を解消する技術が特開平９−２７２７７号公
報に開示されている。すなわち、この公報では、電子の
ドリフト方向、つまり図１７のＥからＷに向かう方向に
磁場強度の勾配が形成されるように、上記の特開平７−
１９７２５５号公報の技術と同様に異方性セグメント柱
状磁石の長さ方向の中央部に隙間（スリット）を設け、
隙間の寸法を異方性セグメント柱状磁石各々の配置箇所
に応じた寸法とすることで、電子のドリフト運動にとも
なうプラズマの不均一を解消する技術が提案されてい
る。
【００１２】しかしながら、特開平７−１９７２５５号
公報および特開平９−２７２７７号公報に開示された技
術では、異方性セグメント柱状磁石の中央部に形成され
た隙間に起因して、プラズマ形成空間における異方性セ
グメント柱状磁石の近傍部分に、磁場のｚ成分（高さ成
分；ウエハ面に垂直な成分）の乱れが生じ、その部分で
電子ドリフト方向が反転してプロセス結果に悪影響を及
ぼすおそれがあると考えられる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる事情に
鑑みてなされたものであって、被処理基板が大型の場合
にも処理空間に均一なプラズマを形成することができる
マグネトロンプラズマ処理装置および処理方法を提供す
ることを目的とする。
【００１４】また、本発明は、被処理体の処理空間に所
望の磁場強度の勾配を形成して、電子ドリフトの影響の
少ない均一なプラズマ処理を行うことが可能であり、し
かも処理空間のプラズマ密度を高くすることができるマ
グネトロンプラズマ処理装置を提供することを目的とす
る。
【００１５】さらに、磁場のｚ成分の乱れを生じさせず
に磁場補正が可能であり良好なプラズマ処理を行うこと
が可能なマグネトロンプラズマ処理装置を提供すること
を目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、第１発明は、被処理基板が装入可能なチャンバー
と、前記チャンバー内に互いに対向して設けられた一対
の電極と、これら一対の電極の間に電界を形成する電界
形成手段と、チャンバー内に処理ガスを供給する処理ガ
ス供給手段と、前記一対の電極間の処理空間に、電界方
向と直交しかつ一方向に向かう磁場を形成する磁場形成
手段とを具備し、前記処理空間に、電極に対して平行に
被処理基板が配置された状態で該基板にマグネトロンプ
ラズマ処理を施すマグネトロンプラズマ処理装置であっ
て、前記磁場形成手段は、前記電極間の電界方向に直交
する平面内において、磁場方向に直交する方向に沿っ
て、電子ドリフト方向上流側で磁場強度が大きく下流側
で磁場強度が小さくなるような磁場強度の勾配を形成
し、かつ広範囲から二次電子がドリフトするように、電
子ドリフト方向上流側において被処理基板の端部および
その外側部分に沿って等磁場強度領域を形成することを
特徴とするマグネトロンプラズマ処理装置を提供する
（請求項１）。
【００１７】第２発明は、被処理基板が装入可能なチャ
ンバーと、前記チャンバー内に互いに対向して設けられ
た一対の電極と、これら一対の電極の間に電界を形成す
る電界形成手段と、チャンバー内に処理ガスを供給する
処理ガス供給手段と、前記一対の電極間の処理空間に、
電界方向と直交しかつ一方向に向かう磁場を形成する磁
場形成手段とを具備し、前記処理空間に、電極に対して
平行に被処理基板が配置された状態で該基板にマグネト
ロンプラズマ処理を施すマグネトロンプラズマ処理装置
であって、前記磁場形成手段は、前記電極間の電界方向
に直交する平面内において、磁場方向に直交する方向に
沿って、電子ドリフト方向上流側で磁場強度が大きく下
流側で磁場強度が小さくなるような磁場強度の勾配を形
成し、前記処理空間における電子ドリフト方向上流側の
端部領域において複数の磁場強度の極大点を有するよう
に磁場を形成することを特徴とするマグネトロンプラズ
マ処理装置を提供する（請求項２）。
【００１８】第３発明は、一対の電極間の処理空間に被
処理基板を配置し、前記電極間に電界を形成するととも
に、電界方向と直交しかつ一方向に向かう磁場を形成し
て前記基板にマグネトロンプラズマ処理を施すマグネト
ロンプラズマ処理方法であって、前記電極間の電界方向
に直交する平面内において、磁場方向に直交する方向に
沿って、電子ドリフト方向上流側で磁場強度が大きく下
流側で磁場強度が小さくなるような磁場強度の勾配を形
成し、かつ広範囲から二次電子がドリフトするように、
電子ドリフト方向上流側において被処理基板の端部およ
びその外側部分に沿って等磁場強度領域を形成すること
を特徴とするマグネトロンプラズマ処理方法を提供する
（請求項７）。
【００１９】第４発明は、一対の電極間の処理空間に被
処理基板を配置し、前記電極間に電界を形成するととも
に、電界方向と直交しかつ一方向に向かう磁場を形成し
て前記基板にマグネトロンプラズマ処理を施すマグネト
ロンプラズマ処理方法であって、前記電極間の電界方向
に直交する平面内において、磁場方向に直交する方向に
沿って、電子ドリフト方向上流側で磁場強度が大きく下
流側で磁場強度が小さくなるような磁場強度の勾配を有
し、前記処理空間における電子ドリフト方向上流側の端
部領域において複数の磁場強度の極大点を有する磁場を
形成することを特徴とするマグネトロンプラズマ処理方
法を提供する（請求項８）。
【００２０】第５発明は、被処理基板が装入可能なチャ
ンバーと、前記チャンバー内に互いに対向して設けられ
た一対の電極と、これら一対の電極の間に電界を形成す
る電界形成手段と、チャンバー内に処理ガスを供給する
処理ガス供給手段と、前記一対の電極間の処理空間に、
電界方向と直交しかつ一方向に向かう磁場を形成する磁
場形成手段とを具備し、前記一対の電極のうち一方の電
極上に被処理基板が載置された状態で該基板にマグネト
ロンプラズマ処理を施すマグネトロンプラズマ処理装置
であって、前記磁場形成手段は、前記電極間の電界方向
に直交する平面内において、磁場方向に直交する方向に
沿って、電子ドリフト方向上流側で磁場強度が大きく下
流側で磁場強度が小さくなる磁場勾配を形成し、電子ド
リフト方向上流側の被処理基板端部の外側の部分におけ
る磁場勾配は、前記被処理基板面内における磁場勾配よ
りも急峻であることを特徴とするマグネトロンプラズマ
処理装置を提供する（請求項１１）。
【００２１】第６発明は、被処理基板が装入可能なチャ
ンバーと、前記チャンバー内に互いに対向して設けられ
た一対の電極と、これら一対の電極の間に電界を形成す
る電界形成手段と、チャンバー内に処理ガスを供給する
処理ガス供給手段と、前記一対の電極間の処理空間に、
電界方向と直交しかつ一方向に向かう磁場を形成する磁
場形成手段とを具備し、前記処理空間に、電極に対して
平行に被処理基板が配置された状態で該基板にマグネト
ロンプラズマ処理を施すマグネトロンプラズマ処理装置
であって、前記磁場形成手段は、複数の異方性セグメン
ト磁石を前記チャンバーの周囲にリング状に配置してな
るダイポールリング磁石を有し、これら異方性セグメン
ト磁石は、その内部に長さ方向に沿って形成された空洞
を有し、かつ各異方性セグメント磁石は、前記処理空間
に所定の磁場が形成されるように、その位置に応じて空
洞の大きさが調整されていることを特徴とするマグネト
ロンプラズマ処理装置を提供する（請求項１９）。
【００２２】上記第１発明および第３発明によれば、電
界方向に直交する平面内において、磁場方向に直交する
方向に沿って、電子ドリフト方向上流側で磁場強度が大
きく下流側で磁場強度が小さくなるような磁場強度の勾
配を有し、かつ広範囲から二次電子がドリフトするよう
に、電子ドリフト方向上流側において被処理基板の端部
およびその外側部分に沿って等磁場強度領域を形成する
ので、被処理基板の中で最も磁場強度の高い側の端部お
よびその外側の領域の広い範囲で均一な高磁場強度とな
る。したがって、高磁場強度領域に対応する広範囲の領
域に亘ってドリフト電子が多く供給され、かつドリフト
電子はその部分から広範囲に広がるので、大型の被処理
基板であっても、被処理基板において磁場強度の最も低
い電子ドリフト方向下流側の端部側でのドリフト電子の
電流密度を十分な値とすることができる。また、このよ
うに被処理基板の磁場強度の高い部分が広い範囲に亘っ
ているため、ドリフト電子の電流密度の低下を防止する
ために磁場強度を上昇させる必要がないので、被処理基
板の電子ドリフト方向上流側端部でチャージアップダメ
ージが生じるおそれが小さい。
【００２３】また、上記第２発明および第４発明によれ
ば、電極間の電界方向に直交する平面内において、磁場
方向に直交するに沿って、電子ドリフト方向上流側で磁
場強度が大きく下流側で磁場強度が小さくなるような磁
場強度の勾配を有し、前記処理空間における電子ドリフ
ト方向上流側の端部領域において複数の磁場強度の極大
点を有する磁場を形成するので、結果的に被処理基板の
電子ドリフト方向上流側の端部領域の広範囲に亘って高
磁場強度領域を形成することができ、高磁場強度領域に
対応する広範囲の領域に亘ってドリフト電子が多く供給
され、かつドリフト電子はその部分から広範囲に広が
り、大型の被処理基板であっても、被処理基板において
磁場強度の最も低い電子ドリフト方向下流側の端部領域
でのドリフト電子の電流密度を十分な値とすることがで
きる。また、このように電子ドリフト方向上流側の端部
領域の磁場強度を上昇させなくてもドリフト電子を十分
に供給することができるので、被処理基板の電子ドリフ
ト方向上流側端部でチャージアップダメージが生じるお
それが小さい。
【００２４】上記第１発明ないし第４発明において、前
記磁場形成手段は、電子ドリフト方向上流側の被処理基
板外側部分における磁場勾配が、前記被処理基板面内に
おける磁場勾配よりも急峻となる磁場を形成することが
好ましい。これにより、被処理基板の外側の磁場強度が
高く、かつ被処理基板上では磁場強度を低くすることが
できるので、チャージアップダメージを一層生じ難くす
ることができる。また電子ドリフト方向上流側の被処理
基板外側部分、一般的には導電性のフォーカスリングが
設けられている部分においてプラズマ生成量が上昇し、
かつ電子ドリフトにより下流側へ電子が供給されるの
で、結果として全体のプラズマ密度を上昇させることが
できる。
【００２５】上記第２発明および第４発明において、前
記処理空間における前記磁場方向と直交する方向の電子
ドリフト方向上流側の頂点位置から両側の位置であっ
て、基板の中心から見て略４５°の角度の位置に２つの
磁場強度の極大点を有するようにすれば、上記効果を有
効に発揮させることができる。
【００２６】また、上記第１ないし第４発明における磁
場状態を形成するためには、磁場形成手段を、複数の異
方性セグメント磁石をチャンバーの周囲にリング状に配
置してなるダイポールリング磁石を有するものとするこ
とが好ましい。
【００２７】このようなダイポールリング磁石として
は、異方性セグメント磁石が、その内部に長さ方向に沿
って形成された空洞を有し、かつ各異方性セグメント磁
石が、所定の磁場が形成されるように、その位置に応じ
て空洞の大きさが調整されているものを用いることがで
きる。このようなダイポールリング磁石を用いることに
より、磁場のｚ成分の乱れを生じさせることなく、所定
の磁場を形成することができる。
【００２８】上記第５発明によれば、電子ドリフト方向
上流側で磁場強度が大きく下流側で磁場強度が小さくな
る磁場勾配を形成し、電子ドリフト方向上流側の被処理
基板端部の外側の部分における磁場勾配を、前記被処理
基板面内における磁場勾配よりも急峻にしたので、電子
ドリフト方向上流側の被処理基板外側部分の磁場強度を
より高くすることができる。したがって、電子ドリフト
方向上流側の被処理基板外側部分においてプラズマ生成
量が上昇し、かつ電子ドリフトにより下流側へ電子が供
給されるので、結果として全体のプラズマ密度を上昇さ
せることができる。また、このようにすることにより、
被処理基板面内においては磁場勾配を小さくすることが
できるので、被処理基板面内に対応する部分の磁場強度
を低くすることができ、チャージアップダメージが生じ
難い。
【００２９】この場合に、前記磁場形成手段は、前記被
処理基板の電子ドリフト方向上流側端部およびその外側
部分に沿った広い領域に亘って等磁場強度となるような
磁場を形成することが好ましい。これにより、被処理基
板の端部領域近傍の広い範囲で電子が一斉にドリフトを
開始するため、プラズマ密度を上昇させやすい。
【００３０】また、第５発明において、前記磁場形成手
段は、前記処理空間における電子ドリフト方向上流側の
端部領域において複数の磁場強度の極大点を有するよう
な磁場を形成することも好ましい。これにより、結果的
に被処理基板の電子ドリフト方向上流側の端部領域の広
範囲に亘って高磁場強度領域を形成することができ、高
磁場強度領域に対応する広範囲の領域に亘ってドリフト
電子が多く供給されるので、プラズマ密度を上昇させや
すい。
【００３１】さらに、第５発明において、前記被処理基
板の外周には導電性のリング体が設けられていることが
好ましい。このように導電性のリング体を設けることに
より、リング体上にも電界が形成され、プラズマが生成
されるので、プラズマから供給される電子がプラズマシ
ースをサイクロトロン運動をしながらリング体上をドリ
フトし、さらに被処理基板へ供給されるので、プラズマ
密度を一層高くすることができる。
【００３２】さらにまた、第５発明において、前記被処
理基板の電子ドリフト方向上流側端部の磁場強度は２０
０ガウス以下であることが好ましい。これにより、被処
理基板のチャージアップダメージを回避することができ
る。また、前記チャンバー内の電子ドリフト方向上流側
端部の磁場強度を３００ガウス以上とすることにより、
通常の条件においては、上記磁場強度を満足するととも
に、１Ｅ×１０ｉｏｎ／ｃｍ３程度の好ましいプラズマ
密度を得ることができる。
【００３３】さらにまた、前記磁場形成手段は、複数の
異方性セグメント柱状磁石を前記チャンバーの周囲にリ
ング状に配置してなるダイポールリング磁石で構成する
ことができ、個々の異方性セグメント柱状磁石の磁場の
向きおよび磁場強度を調整することにより、上記磁場勾
配を実現することができる。
【００３４】この場合でも、このようなダイポールリン
グ磁石としては、異方性セグメント磁石が、その内部に
長さ方向に沿って形成された空洞を有し、かつ各異方性
セグメント磁石が、所定の磁場が形成されるように、そ
の位置に応じて空洞の大きさが調整されているものを用
いることができる。
【００３５】上記第６発明によれば、異方性セグメント
磁石を、その内部に長さ方向に沿って形成された空洞を
有するものとし、かつ各異方性セグメント磁石は、処理
空間に所定の磁場が形成されるように、その位置に応じ
て空洞の大きさが調整されているため、中央部に上下を
分離する隙間を有する従来の異方性セグメント柱状磁石
を用いた場合のような、磁場のｚ成分の乱れが生じずに
磁場の補正をすることができ、良好なプラズマ処理を行
うことが可能となる。
【００３６】また、上記第６発明では、異方性セグメン
ト磁石の空洞の大きさを変えることにより磁場を調整し
ているので、隙間を有する従来の磁石の場合に必要であ
ったケーシングの変更や磁石のケーシングへの取り付け
方法の変更の必要がない。
【００３７】上記第６発明において、前記複数の異方性
セグメント磁石は、前記電極間の電界方向に直交する平
面内において、磁場方向に直交する方向に沿って、電子
ドリフト方向上流側で磁場強度が大きく下流側で磁場強
度が小さくなるような磁場強度の勾配が形成されるよう
に、その位置に応じて空洞の大きさを調整することによ
り、中央部に上下を分離する隙間を有する従来の異方性
セグメント柱状磁石を用いた場合のような、磁場のｚ成
分の乱れが生じずに所望の磁場強度の勾配を形成するこ
とができ、均一なプラズマ処理を行うことが可能とな
る。
【００３８】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態について説明する。 （第１の実施形態）図１は、本発明の第１の実施形態に
係るマグネトロンプラズマエッチング装置を示す断面図
である。このエッチング装置は、気密に構成され、小径
の上部１ａと大径の下部１ｂとからなる段つき円筒状を
なし、壁部が例えばアルミニウム製のチャンバー１を有
している。このチャンバー１内には、被処理体である半
導体ウエハ３０を水平に支持する支持テーブル２が設け
られている。支持テーブル２は例えばアルミニウムで構
成されており、絶縁板３を介して導体の支持台４に支持
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、例えば単結晶シリコンで形成されたフォーカ
スリング５が設けられている。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、支持第４の下方の駆動部分は、ス
テンレス鋼（ＳＵＳ）製のベローズ８で覆われている。
チャンバー１は接地されている。また、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。
【００３９】支持テーブル２には、マッチングボックス
１１を介してＲＦ電源１０が接続されている。ＲＦ電源
１０からは例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が支持
テーブル２に供給されるようになっている。一方、支持
テーブル２に対向してその上方には後述するシャワーヘ
ッド１６が互いに平行に設けられており、このシャワー
ヘッド１６は接地されている。したがって、これらは一
対の電極として機能する。
【００４０】支持テーブル２の表面上には半導体ウエハ
３０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
が介在されて構成されており、電極６ａには直流電源１
２が接続されている。そして電極６ａに電源１２から電
圧が印加されることにより、クーロン力によって半導体
ウエハ３０が吸着される。
【００４１】支持テーブル２の内部には、図示しない冷
媒流路が形成されており、その中に適宜の冷媒を循環さ
せることによって、半導体ウエハ３０を所定の温度に制
御可能となっている。また、フォーカスリング５の外側
にはバッフル板１３が設けられている。バッフル板１３
は支持台４、ベローズ８を通してチャンバー１と導通し
ている。
【００４２】チャンバー１の天壁部分には、支持テーブ
ル２に対向するようにシャワーヘッド１６が設けられて
いる。シャワーヘッド１６は、その下面に多数のガス吐
出孔１８が設けられており、かつその上部にガス導入部
１６ａを有している。そして、その内部には空間１７が
形成されている。ガス導入部１６ａにはガス供給配管１
５ａが接続されており、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および希釈ガスからなる
処理ガスを供給する処理ガス供給系１５が接続されてい
る。反応ガスとしては、ハロゲン系のガス、希釈ガスと
しては、Ａｒガス、Ｈｅガス等、通常この分野で用いら
れるガスを用いることができる。
【００４３】このような処理ガスが、処理ガス供給系１
５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の空間１７に至り、ガス吐出孔１８
から吐出され、半導体ウエハ３０に形成された膜がエッ
チングされる。
【００４４】処理室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が接続されている。そして排気系２０に設けられ
た真空ポンプを作動させることによりチャンバー１内を
所定の真空度まで減圧することができるようになってい
る。一方、処理室１の下部１ｂの側壁上側には、ウエハ
３０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。
【００４５】一方、チャンバー１の上部１ａの周囲に
は、同心状に、ダイポールリング磁石２１が配置されて
おり、支持テーブル２とシャワーヘッド１６との間の空
間に磁界を及ぼすようになっている。このダイポールリ
ング磁石２１は、図示しないモータ等の回転手段により
回転可能となっている。
【００４６】このように構成されるマグネトロンプラズ
マエッチング装置においては、まず、ゲートバルブ２４
を開にして半導体ウエハ３０がチャンバー１内に搬入さ
れ、支持テーブル２に載置された後、支持テーブル２が
図示の位置まで上昇され、排気系２０の真空ポンプによ
り排気ポート１９を介してチャンバー１内が排気され
る。
【００４７】チャンバー１内が所定の真空度になった
後、チャンバー１内には処理ガス供給系１５から所定の
処理ガスが導入され、チャンバー１内が所定の圧力、例
えば５０mTorrに保持され、この状態でＲＦ電源１０か
ら支持テーブル２に、周波数が例えば１３．５６ＭＨ
ｚ、パワーが例えば１０００〜５０００Ｗの高周波電力
が供給される。このとき、直流電源１１から静電チャッ
ク６の電極６ａに所定の電圧が印加され、半導体ウエハ
３０はクーロン力により吸着される。
【００４８】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に高周波電力が印加されることによ
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との間には電界が形成される。一方、
処理室１の上部１ａにはダイポールリング磁石２１によ
り水平磁界が形成されているから、半導体ウエハ３０が
存在する処理空間には電子のドリフトによりマグネトロ
ン放電が生じ、それによって形成された処理ガスのプラ
ズマにより、半導体ウエハ３０上に形成された所定の膜
がエッチング処理される。
【００４９】次に、ダイポールリング磁石について説明
する。図２はチャンバー１の周囲に配置された状態のダ
イポールリング磁石を上から見た状態を模式的に示す図
であり、図３はダイポールリング磁石とチャンバー内部
の状態を模式的に示す断面図である。
【００５０】これらの図に示すように、ダイポールリン
グ磁石２１は、複数の異方性セグメント柱状磁石２２が
リング状の磁性体のケーシング２３に取り付けられて構
成されている。この例では、円柱状をなす３０個の異方
性セグメント柱状磁石２２がリング状に配置されてい
る。しかし、異方性セグメント柱状磁石の数はこの例に
限定されるものではなく、その断面形状もこの例のよう
に円形に限らず、正方形、長方形、台形等、任意の形状
を採用することができる。異方性セグメント柱状磁石２
２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、希土類系磁石、フェライト系磁石、アルニコ磁
石等、種々の磁石材料を適用することができる。
【００５１】図２中、異方性セグメント柱状磁石２２の
中に示す矢印は磁化の方向を示すものであり、この図に
示すように、複数の異方性セグメント柱状磁石２２の磁
化の方向を少しずつずらして全体として一方向に向かう
水平磁場Ｂを形成している。なお、図２において、磁場
方向の基端側をＮ、先端側をＳ、これらから９０°の位
置をＥおよびＷで示している。
【００５２】図３に示すように、半導体ウエハ３０の上
面に電界ＥＬが形成されており、一方、磁場Ｂはチャン
バー１内でほぼＮからＳに向かって一方向に形成されて
いる。したがって、発生した電子は、ＥからＷ側に向か
ってドリフト運動を行って進む。このため、このままで
はＷ側の電子密度が高くなって、プラズマ密度の不均一
を生じる。プラズマ密度は磁場強度が高くなるほど上昇
するので、Ｅ側の磁場強度が高く、Ｗ側の磁場強度が低
くなるような磁場強度の勾配を形成することにより、上
記問題を解決する。
【００５３】従来は、そのためにＷ側の部分の異方性セ
グメント柱状磁石を削除するとともに、Ｅ側の異方性セ
グメント柱状磁石の強度を高くして、処理空間のＥ側端
部の部分Ａ（図２）の磁場強度が最も強く、かつドリフ
ト電子がＷ側で拡散するような磁力線が形成されるよう
に磁石を設計しており、２００ｍｍの半導体ウエハでは
実際に均一なプラズマ密度分布が得られていた。しか
し、ウエハ口径が３００ｍｍと大きくなるとウエハのＥ
側端部で従来と同じ磁場強度に設定した場合には、Ｗ側
のウエハ端でドリフト電流密度が低下するおそれがあ
る。これを回避するために部分Ａの磁場強度をさらに上
昇させると、局部的な磁場上昇のためにその部分でプラ
ズマの均一性に乱れが生じ、チャージアップダメージ等
を生ずるおそれがある。
【００５４】このような問題を解決するため、本実施形
態のダイポールリング磁石２１では、図２に示すよう
に、Ｗ側の部分の異方性セグメント柱状磁石を削除して
Ｗ側の磁場強度を低下させるとともに、図２の符号ａ、
ｂで示した部分の異方性セグメント柱状磁石の強度を上
昇させることにより、図４に示すような磁場強度分布を
形成している。すなわち、チャンバー１内のＥ側端部の
部分Ａから両側へ向かう位置の、ウエハの中心から見て
４５°の部分ｍおよび部分ｎでも磁場強度の極大値を持
つようにし、ｍからｎに亘る領域に対応する半導体ウエ
ハ３０のＥ側端部およびその外側部分に沿った広い領域
に亘って等磁場強度となるようにしている。なお、磁場
強度は、例えば、ウエハのＥ側端部で２００ガウス、ウ
エハ中心で１２０ガウス、ウエハ３０の側端部で８０ガ
ウスになるように設計される。
【００５５】この場合に半導体ウエハ３０の外側に存在
するフォーカスリング５は導電性材料で形成されている
から、フォーカスリング５上にも電界が発生する。した
がって、上述のように最も磁場強度の高い半導体ウエハ
３０のＥ側端部領域およびその外側の広い範囲で等磁場
強度となっている場合には、半導体ウエハ３０のＥ側端
部領域の外側に隣接するフォーカスリング５の広い範囲
から二次電子がドリフトし、Ｗ側に向かって広範囲に拡
散していく。したがって、３００ｍｍウエハであっても
ウエハのＷ側端部においてもドリフト電子の電流密度が
低下せず、均一なプラズマを形成することができる。ま
た、このように半導体ウエハ３０の最も磁場強度の高い
部分が広い範囲に亘っているため、従来の最も磁場強度
の高い部分が一点に集中している場合のように、ドリフ
ト電子の電流密度の低下を防止するために半導体ウエハ
３０のＥ側端部で磁場強度を上昇させる必要がなく、し
たがってウエハ３０のＥ側端部でチャージアップダメー
ジが生じるおそれが小さい。
【００５６】（第２の実施形態）本実施形態に係るマグ
ネトロンプラズマエッチング装置は、ダイポールリング
磁石２１の代わりにダイポールリング磁石２１’が設け
られている他は、第１の実施形態のプラズマエッチング
装置と同様に構成されている。
【００５７】図５に示すように、ダイポールリング磁石
２１’は、基本的にダイポールリング磁石２１と同様に
構成されている。すなわち、ダイポールリング磁石２
１’は、複数の異方性セグメント磁石２２がリング状の
磁性体のケーシング２３に取り付けられた状態で同心円
状に配置されている。なお、本実施形態においても異方
性セグメント磁石の数および断面形状は図示のものに限
るものではなく、異方性セグメント磁石２２を構成する
磁石材料も特に限定されず、例えば、希土類系磁石、フ
ェライト系磁石、アルニコ磁石等、種々の磁石材料を適
用することができる。
【００５８】ダイポールリング磁石２１’は、基本的に
は従来と同様に、複数の異方性セグメント磁石２２の磁
化の方向を少しずつずらして、図５に示すように全体と
して一方向に向かう水平磁場Ｂを形成する。なお、図５
においも、磁場方向の基端側をＮ、先端側をＳ、これら
から９０°の位置をＥおよびＷで示している。
【００５９】この実施形態のマグネトロンプラズマエッ
チング装置においても、処理空間においては、前述の図
３に示すように、プラズマと半導体ウエハ３０の上面と
の間には電界ＥＬが形成されており、一方、磁場Ｂはチ
ャンバー１内でほぼＮからＳに向かって一方向に形成さ
れているため、電子のドリフトが生じこのままではＷ側
の電子密度が高くなって、プラズマ密度の不均一を生じ
る。
【００６０】プラズマ密度は磁場強度が高くなるほど上
昇するので、従来は、Ｅ側の磁場強度が高く、Ｗ側の磁
場強度が低くなるような磁場強度の勾配を形成して上記
問題を解決すべく、Ｗ側の部分の異方性セグメント柱状
磁石を削除するとともに、Ｅ側の異方性セグメント柱状
磁石の強度を高くして、処理空間のＥ側端部の部分の磁
場強度が最も強く、かつドリフト電子がＷ側で拡散する
ような磁力線が形成されるように磁石を設計しており、
処理空間のＥ−Ｗ断面における磁場強度は例えば図６に
示すような直線的な勾配を有している。
【００６１】ここで、半導体ウエハ３０上の絶縁膜（酸
化膜、窒化膜等）をエッチングする場合は、チャージア
ップダメージが懸念されることから、半導体ウエハ３０
上では最も磁場強度が強い部分でも２００Ｇ（ガウス）
以下にする必要があり、図６に示すように、ウエハ上で
磁場強度が最も高いＥ側端部（Ｘ点）で２００Ｇである
場合には、チャンバー１内のＥ側端部（Ｙ点）では２５
０Ｇ程度となる。
【００６２】しかし、近年のデバイスの微細化に従っ
て、プラズマエッチング処理ではより低圧下での処理が
要求されており、低圧下において効率的なプラズマ処理
を行うためにはプラズマ密度をより上昇させることが必
要であるが、上記磁場強度ではプラズマの生成量が少な
く、エッチングレートが不十分になるおそれがある。
【００６３】これに対し、本実施形態においては、ダイ
ポールリング磁石２１’は、図７に示すように、半導体
ウエハ３０のＥ側の外側の領域Ｃの磁場強度がより強く
なるように設計される。この際に、図８に示すように、
半導体ウエハ３０のＥ側外側の領域の磁場強度勾配が半
導体ウエハ３０の面内の磁場強度勾配よりも急峻となっ
ている。逆に言えば、図８に示すような磁場強度勾配が
形成されれば、半導体ウエハ３０のＥ側の外側部分の磁
場強度を大きくすることができる。ここで、フォーカス
リング５が導電性材料で形成されているので、フォーカ
スリング５上にも電界が形成され、プラズマが生成さ
れ、図９に示すように、プラズマから供給される電子は
プラズマシースをサイクロトロン運動をしながらフォー
カスリング上をＥ側からＷ側へドリフトし、さらに半導
体ウエハ３０上でもドリフトする。そして、上述のよう
に、半導体ウエハ３０のＥ側外側の領域の磁場強度勾配
を急峻にしてその領域の磁場強度を強くしているため、
電子のラーマ半径が小さくなり、電子のサイクロトロン
運動が活発になり、ウエハ３０上へドリフトして行く電
子の数も増加し、プラズマ密度が上昇する。この場合、
１Ｅ×１０ｉｏｎ／ｃｍ３程度以上の比較的高いプラズ
マ密度を得るためには、チャンバー１内のＥ側端部にお
いて３００Ｇ以上とすることが好ましい。
【００６４】この場合に、図７に示すように、このよう
な磁場強度の強い部分を第１の実施形態と同様に半導体
ウエハ３０のＥ側外側の広い領域Ｃに亘って形成し、半
導体ウエハ３０のＥ側端部およびその外側部分に沿った
広い領域Ｄに亘って等磁場強度となるようにすることが
好ましい。これにより、第１の実施形態の場合と同様、
半導体ウエハ３０の端部領域近傍の広い範囲で電子が一
斉にドリフトを開始するため、プラズマ密度を上昇させ
やすい。
【００６５】以上のような磁場プロファイルは、ダイポ
ールリング磁石２１’の個々の異方性セグメント磁石２
２の磁極の向きや磁場強度を調整することにより形成す
ることができる。例えば、Ｅ側の１または複数の異方性
セグメント磁石２２の強度を強くすることが挙げられ
る。また、電子ドリフト方向上流側の端部領域であるチ
ャンバー１内のＥ側端部領域において複数の磁場強度の
極大点を有するような磁場を形成することにより、上述
の図７に示すＥ側端部およびその外側部分に沿った広い
領域Ｄに亘って等磁場強度となるようにすることができ
る。例えば第１の実施形態における図４に示すようにチ
ャンバー１内のＥ側端部の部分Ａから両側へ向かう位置
の、ウエハの中心から見て４５°の部分ｍおよび部分ｎ
でも磁場強度の極大値を持つようにすることにより、ｍ
からｎに亘る領域に対応する半導体ウエハ３０のＥ側端
部およびその外側部分に沿った広い領域に亘って等磁場
強度となるようにすることができる。
【００６６】（第３の実施形態）本実施形態に係るマグ
ネトロンプラズマエッチング装置は、ダイポールリング
磁石２１の代わりにダイポールリング磁石２１''が設け
られている他は、第１の実施形態のプラズマエッチング
装置と同様に構成されている。
【００６７】図１０に示すように、ダイポールリング磁
石２１''は、複数の異方性セグメント磁石２２’がリン
グ状の磁性体のケーシング２３に取り付けられて構成さ
れている。この例では、内部に長手方向に沿った空洞２
２ａを有する円筒状をなす１２個の異方性セグメント磁
石２２がリング状（同心円状）に配置されている。しか
し、この実施形態においても、異方性セグメント磁石２
２’の数はこの例に限定されるものではなく、その断面
形状もこの例のように円に限らず、正方形、長方形、台
形等、任意の形状を採用することができる。異方性セグ
メント磁石２２’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、希土類系磁石、フェライト系磁
石、アルニコ磁石等、種々の磁石材料を適用することが
できる。
【００６８】ダイポールリング磁石２１''は、基本的に
は従来と同様に、複数の異方性セグメント磁石２２’の
磁化の方向を少しずつずらして、図１０に示すように全
体として一方向に向かう水平磁場Ｂを形成する。なお、
図１０も図２と同様、磁場方向の基端側をＮ、先端側を
Ｓ、これらから９０°の位置をＥおよびＷで示してい
る。
【００６９】各異方性セグメント磁石２２’は、全て同
じ高さおよび同じ外径を有しており、その中の空洞２２
ａの大きさを調整することにより、その容量が変化す
る。そして、図１０に示すように、各異方性セグメント
磁石２２’は、半導体ウエハ３０が存在する処理空間に
全体として水平磁場Ｂを維持して所望の磁場分布が形成
されるように、その位置に応じて空洞の大きさが調整さ
れる。すなわち、異方性セグメント磁石２２’の空洞２
２ａの大きさを調整することにより、磁場を補正するこ
とができる。
【００７０】このように、異方性セグメント磁石２２’
に空洞２２ａを形成して磁場を補正する場合には、中央
部に上下を分離する空間を有する従来の異方性セグメン
ト柱状磁石を用いた場合のような、磁場のｚ成分の乱れ
が生じずに磁場の補正をすることができる。
【００７１】このことを、図１１および図１２を参照し
て説明する。図１１は、このような空洞２２ａを有する
異方性セグメント磁石２２’を用いた場合の処理空間に
おける磁力線を示す図であり、図１２は中央部に上下を
分離するスリットを有する従来の異方性セグメント柱状
磁石１２２を用いた場合の処理空間における磁力線を示
す図である。これらの図においてｚ方向は高さ方向（基
板に垂直な方向）を示し、高さが１５０ｍｍの場合を示
す。また、これら図中、高さ方向のマス目は２０ｍｍで
ある。図１２に示すように、従来の中央部に隙間を有す
る従来の異方性セグメント柱状磁石を用いた場合には、
スリットの近傍で、Ａで示すような磁場のｚ成分が乱れ
ている部分が存在し、この部分で電子ドリフト方向が反
転してプラズマ処理に悪影響を及ぼすおそれがある。こ
れに対して、上述のように空洞２２ａを形成したセグメ
ント磁石２２’を用いた場合には、図１１に示すよう
に、磁場のｚ成分の乱れは存在しない。この傾向は図１
３からより明確に理解することができる。図１３は、図
１１および図１２の場合における磁場方向の傾きを各高
さ位置毎に示したものであり、実線が図１１の本発明の
場合を示し、図１３の破線がスリットありの場合を示す
ものである。この図から、スリットありの場合に、磁石
中央（ｚ＝０）に近づくに従って、磁石近傍のｚ方向の
磁場の傾きの絶対値が大きくなる傾向にあるが、本発明
の場合にはこのような傾向が見られない。このように、
空洞２２ａを設けたセグメント磁石２２’を用いること
により、磁場のｚ成分乱れが生じず、良好なプラズマ処
理を行うことが可能である。
【００７２】ところで、本実施形態の場合にも、従前の
実施形態と同様、処理空間では磁場Ｂはチャンバー１内
でほぼＮからＳに向かって一方向に形成されているた
め、処理空間において発生した電子は、ＥからＷ側に向
かってドリフト運動を行って進む。このため、このまま
ではＷ側の電子密度が高くなって、プラズマ密度の不均
一を生じる。
【００７３】プラズマ密度は磁場強度が高くなるほど上
昇するので、従来は、Ｅ側の磁場強度が高く、Ｗ側の磁
場強度が低くなるような磁場強度の勾配を形成して上記
問題を解決すべく、異方性セグメント柱状磁石１２２の
中央部にスリットを設け、各磁石毎にスリットの間隔を
調整したダイポールリング磁石を用いていた。図１４に
そのようにして形成した磁場強度分布を示す。ここで
は、３０個の異方性セグメント柱状磁石１２２を用いた
場合を示す。なお、異方性セグメント磁石１２２は右半
分のみを示している。
【００７４】これに対して、本実施形態のようにその長
手方向に沿って空洞２２ａを設けた異方性セグメント磁
石２２’を用い、各異方性セグメント磁石２２’につい
て、その配置位置に応じて空洞２２ａの大きさを調整し
て磁場の補正を行うことによっても、図１５に示すよう
に、Ｅ側の磁場強度が高く、Ｗ側の磁場強度が低くなる
ような磁場強度の勾配を形成することができる。この場
合には、磁場強度を強くするＥ側では異方性セグメント
磁石２２’の空洞は小さく、磁場強度が弱いＷ側では異
方性セグメント磁石２２’の空洞は大きくしている。な
お、図１５においても、３０個の異方性セグメント磁石
２２を用いた場合を示し、磁石２２は右半分のみを示し
ている。
【００７５】このように、本実施形態によれば、上述の
ように磁場のｚ成分の乱れが生じることなく、Ｅ側の磁
場強度が高く、Ｗ側の磁場強度が低くなるような磁場強
度の勾配を形成することができるので、より均一なプラ
ズマ処理を行うことが可能となる。
【００７６】また、このような異方性セグメント磁石２
２’を有する本実施形態のダイポールリング磁石２１''
を、上述の第１の実施形態および第２の実施形態に適用
することにより、すなわち、異方性セグメント磁石２
２’によって磁場を調整して、第１の実施形態および第
２の実施形態のような磁場プロファイルを形成すること
により、磁場のｚ成分の乱れが生じることなく上記効果
を得ることができる。
【００７７】本実施形態においては、上述したようにＮ
からＳに向かって形成される水平磁場は、磁石の中央
（ｚ＝０）から離れた磁石近傍位置では磁場方向の水平
からの傾きが若干存在する。これに対しては、異方性セ
グメント磁石２２’の高さを高くすることにより、この
ような磁場方向の傾きを緩和することができる。例え
ば、図１６の（ａ）〜（ｃ）に示すように、磁石の中央
位置から離れるほど（ｚの絶対値が大きくなるほど）磁
場方向の傾きθが大きくなる傾向にあり、磁石の高さが
１５０ｍｍの場合には、磁石近傍におけるｚ＝６０ｍｍ
でのθが大きくなる傾向にあり、θ＝６０ｄｅｇ．にも
達している。これに対して、磁石高さが２００ｍｍの場
合には、全体的にこのような傾きθが小さくなり、ｚ＝
６０ｍｍにおいてθが４０ｄｅｇ．以下である。このよ
うに、磁石の高さを高くすることにより、磁場の水平性
をより高めることができるから、より均一なプラズマ処
理を実現することができる。
【００７８】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
ることなく種々変更可能である。例えば、上記第１の実
施形態ではチャンバー１内の処理空間におけるＥ側端部
の部分Ａから両側へ４５°の部分ｍおよび部分ｎで磁場
強度の極大値を持つようにしたが、必ずしもこの位置に
限るものではなく、また磁場強度の極大値を持つ位置の
数もこれに限らない。また、上記第１の実施形態におい
て、ウエハのＥ側端部およびその外側の領域に、Ｗ側端
部でドリフト電子の電流密度が低下しない程度に広い範
囲で等磁場領域が形成されれば、必ずしもこのような磁
場強度の極大点を持つ磁場状態が形成される必要はな
い。
【００７９】また、上記第２の実施形態では半導体ウエ
ハのＥ側外側の広い領域に亘って磁場強度が高くなるよ
うにしたが、半導体ウエハのＥ側外側領域の複数箇所例
えば２箇所の磁場強度をスポット的に高くする等、他の
磁場強度プロファイルであってもよい。
【００８０】さらに、上記第１および第２の実施形態に
おいて、ダイポールリング磁石を用いたが、目的とする
磁場状態が形成されれば、磁場形成手段として必ずしも
ダイポールリング磁石を用いなくてもよい。
【００８１】さらにまた、上記第１ないし第３の実施形
態では、本発明をマグネトロンプラズマエッチング装置
に適用した例について示したが、これに限らず他のプラ
ズマ処理にも適用することができる。すなわち、処理ガ
スをエッチング用ガスから公知のＣＶＤ用ガスに変える
ことによりマグネトロンプラズマＣＶＤ装置とすること
もできるし、チャンバー内に被処理体と対峙するように
ターゲットを配置することにより、マグネトロンプラズ
マスパッタリング装置とすることもできる。さらにま
た、被処理基板として半導体ウエハの場合について示し
たが、これに限るものではなく、液晶表示装置（ＬＣ
Ｄ）用基板等他の基板であってもよい。
【００８２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電界方向に直交する平面内において、磁場方向に直交す
る方向に沿って、電子ドリフト方向上流側で磁場強度が
大きく下流側で磁場強度が小さくなるような磁場強度の
勾配を有し、かつ広範囲から二次電子がドリフトするよ
うに、電子ドリフト方向上流側において被処理基板の端
部およびその外側部分に沿って等磁場強度領域を形成す
るので、被処理基板の中で最も磁場強度の高い側の端部
およびその外側の領域の広い範囲で均一な高磁場強度と
なる。したがって、高磁場強度領域に対応する広範囲の
領域に亘ってドリフト電子が多く供給され、かつドリフ
ト電子はその部分から広範囲に広がるので、大型の被処
理基板であっても、被処理基板において磁場強度の最も
低い電子ドリフト方向下流側の端部側でのドリフト電子
の電流密度を十分な値とすることができる。また、この
ように被処理基板の磁場強度の高い部分が広い範囲に亘
っているため、ドリフト電子の電流密度の低下を防止す
るために磁場強度を上昇させる必要がないので、被処理
基板の電子ドリフト方向上流側端部でチャージアップダ
メージが生じるおそれが小さい（第１発明および第３発
明）。
【００８３】また、電極間の電界方向に直交する平面内
において、磁場方向に直交するに沿って、電子ドリフト
方向上流側で磁場強度が大きく下流側で磁場強度が小さ
くなるような磁場強度の勾配を有し、前記処理空間にお
ける電子ドリフト方向上流側の端部領域において複数の
磁場強度の極大点を有する磁場を形成するので、結果的
に被処理基板の電子ドリフト方向上流側の端部領域の広
範囲に亘って高磁場強度領域を形成することができ、高
磁場強度領域に対応する広範囲の領域に亘ってドリフト
電子が多く供給され、かつドリフト電子はその部分から
広範囲に広がり、大型の被処理基板であっても、被処理
基板において磁場強度の最も低い電子ドリフト方向下流
側の端部領域でのドリフト電子の電流密度を十分な値と
することができる。また、このように電子ドリフト方向
上流側の端部領域の磁場強度を上昇させなくてもドリフ
ト電子を十分に供給することができるので、被処理基板
の電子ドリフト方向上流側端部でチャージアップダメー
ジが生じるおそれが小さい（第２発明および第４発
明）。
【００８４】さらに、電子ドリフト方向上流側で磁場強
度が大きく下流側で磁場強度が小さくなる磁場勾配を形
成し、電子ドリフト方向上流側の被処理基板端部の外側
の部分における磁場勾配を、前記被処理基板面内におけ
る磁場勾配よりも急峻にしたので、電子ドリフト方向上
流側の被処理基板外側部分の磁場強度をより高くするこ
とができる。したがって、電子ドリフト方向上流側の被
処理基板外側部分においてプラズマ生成量が上昇し、か
つ電子ドリフトにより下流側へ電子が供給されるので、
結果として全体のプラズマ密度を上昇させることができ
る。また、このようにすることにより、被処理基板面内
においては磁場勾配を小さくすることができるので、被
処理基板面内に対応する部分の磁場強度を低くすること
ができ、チャージアップダメージが生じ難い（第５発
明）。
【００８５】さらにまた、異方性セグメント磁石を、そ
の内部に長さ方向に沿って形成された空洞を有するもの
とし、かつ各異方性セグメント磁石は、処理空間に所定
の磁場が形成されるように、その位置に応じて空洞の大
きさが調整されているため、中央部に上下を分離する隙
間を有する従来の異方性セグメント柱状磁石を用いた場
合のような、磁場のｚ成分の乱れが生じずに磁場の補正
をすることができ、良好なプラズマ処理を行うことが可
能となる（第６発明）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るマグネトロンプ
ラズマエッチング装置を示す断面図。
【図２】図１の装置のチャンバーの周囲に配置された状
態のダイポールリング磁石を上から見た状態を模式的に
示す図。
【図３】図１のマグネトロンプラズマエッチング装置に
おけるダイポールリング磁石とチャンバー内部の状態を
模式的に示す断面図。
【図４】図２のダイポールリング磁石で形成された磁場
強度分布を示す図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るプラズマエッチ
ング装置に用いられるダイポールリング磁石を示す水平
断面図。
【図６】従来のマグネトロンプラズマエッチング装置の
処理空間のＥ−Ｗ断面における磁場強度勾配を模式的に
示す図。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るマグネトロンプ
ラズマエッチング装置における磁場状態を模式的に示す
平面図。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るマグネトロンプ
ラズマエッチング装置の処理空間のＥ−Ｗ断面における
磁場強度勾配を模式的に示す図。
【図９】本発明の第２の実施形態に係るマグネトロンプ
ラズマエッチング装置におけるフォーカスリングで発生
した電子のドリフト状態を示す模式図。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係るプラズマエッ
チング装置に用いられるダイポールリング磁石を示す水
平断面図。
【図１１】図１０のダイポールリング磁石で形成された
磁場の処理空間における磁力線を示す図。
【図１２】スリットを有する異方性セグメント柱状磁石
を用いた従来のダイポールリング磁石で形成された磁場
の処理空間における磁力線を示す図。
【図１３】図１１および図１２の場合における磁場方向
の傾きを各高さ位置毎に示した図。
【図１４】スリットを有する異方性セグメント柱状磁石
を用いた従来のダイポールリング磁石で形成された、Ｅ
側の磁場強度が高く、Ｗ側の磁場強度が低くなるような
勾配を有する磁場を示す平面図。
【図１５】図１０のダイポールリング磁石で形成され
た、Ｅ側の磁場強度が高く、Ｗ側の磁場強度が低くなる
ような勾配を有する磁場を示す平面図。
【図１６】本発明のダイポールリング磁石における異方
性セグメント磁石の高さによる磁場方向の傾きを各高さ
毎に示す図。
【図１７】従来のダイポールリング磁石を示す模式図。
【図１８】従来のダイポールリング磁石を示す模式図。
【図１９】従来のダイポールリング磁石に用いられる異
方性セグメント柱状磁石を示す断面図。
【符号の説明】
１；チャンバー ２；支持テーブル（下部電極） １０；ＲＦ電源 １５；処理ガス供給系 １６；シャワーヘッド（上部電極） ２０；排気系 ２１，２１’，２１''；ダイポールリングマグネット ２２；異方性セグメント柱状磁石 ２２’；異方性セグメント磁石 ２３；ケーシング ３０；半導体ウエハ（被処理基板）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 輿石 公 山梨県韮崎市穂坂町三ツ沢650 東京エ レクトロン株式会社 総合研究所内 (72)発明者 近藤 智美 広島県福山市緑陽２−18−10 (56)参考文献 特開 平７−288195（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−254588（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−97115（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23C 16/507 C23F 4/00 H05H 1/46

Claims (20)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被処理基板が装入可能なチャンバーと、 前記チャンバー内に互いに対向して設けられた一対の電
    極と、 これら一対の電極の間に電界を形成する電界形成手段
    と、 チャンバー内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段
    と、 前記一対の電極間の処理空間に、電界方向と直交しかつ
    一方向に向かう磁場を形成する磁場形成手段とを具備
    し、前記処理空間に、電極に対して平行に被処理基板が
    配置された状態で該基板にマグネトロンプラズマ処理を
    施すマグネトロンプラズマ処理装置であって、 前記磁場形成手段は、前記電極間の電界方向に直交する
    平面内において、磁場方向に直交する方向に沿って、電
    子ドリフト方向上流側で磁場強度が大きく下流側で磁場
    強度が小さくなるような磁場強度の勾配を形成し、かつ
    広範囲から二次電子がドリフトするように、電子ドリフ
    ト方向上流側において被処理基板の端部およびその外側
    部分に沿って等磁場強度領域を形成することを特徴とす
    るマグネトロンプラズマ処理装置。
  2. 【請求項２】 被処理基板が装入可能なチャンバーと、 前記チャンバー内に互いに対向して設けられた一対の電
    極と、 これら一対の電極の間に電界を形成する電界形成手段
    と、 チャンバー内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段
    と、 前記一対の電極間の処理空間に、電界方向と直交しかつ
    一方向に向かう磁場を形成する磁場形成手段とを具備
    し、前記処理空間に、電極に対して平行に被処理基板が
    配置された状態で該基板にマグネトロンプラズマ処理を
    施すマグネトロンプラズマ処理装置であって、 前記磁場形成手段は、前記電極間の電界方向に直交する
    平面内において、磁場方向に直交する方向に沿って、電
    子ドリフト方向上流側で磁場強度が大きく下流側で磁場
    強度が小さくなるような磁場強度の勾配を形成し、前記
    処理空間における電子ドリフト方向上流側の端部領域に
    おいて複数の磁場強度の極大点を有するように磁場を形
    成することを特徴とするマグネトロンプラズマ処理装
    置。
  3. 【請求項３】 前記磁場形成手段は、電子ドリフト方向
    上流側の被処理基板外側部分における磁場勾配が、前記
    被処理基板面内における磁場勾配よりも急峻となる磁場
    を形成することを特徴とする請求項１または請求項２に
    記載のマグネトロンプラズマ処理装置。
  4. 【請求項４】 前記磁場形成手段は、前記処理空間にお
    ける前記磁場方向と直交する方向の電子ドリフト方向上
    流側の頂点位置から両側の位置であって、基板中心から
    見て略４５°の角度の位置に２つの磁場強度の極大点を
    有するように磁場を形成することを特徴とする請求項３
    に記載のマグネトロンプラズマ処理装置。
  5. 【請求項５】 前記磁場形成手段は、複数の異方性セグ
    メント磁石を前記チャンバーの周囲にリング状に配置し
    てなるダイポールリング磁石を有することを特徴とする
    請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のマグネ
    トロンプラズマ処理装置。
  6. 【請求項６】 前記異方性セグメント磁石は、その内部
    に長さ方向に沿って形成された空洞を有し、かつ各異方
    性セグメント磁石は、所定の磁場が形成されるように、
    その位置に応じて空洞の大きさが調整されていることを
    特徴とする請求項５に記載のマグネトロンプラズマ処理
    装置。
  7. 【請求項７】 一対の電極間の処理空間に被処理基板を
    配置し、前記電極間に電界を形成するとともに、電界方
    向と直交しかつ一方向に向かう磁場を形成して前記基板
    にマグネトロンプラズマ処理を施すマグネトロンプラズ
    マ処理方法であって、 前記電極間の電界方向に直交する平面内において、磁場
    方向に直交する方向に沿って、電子ドリフト方向上流側
    で磁場強度が大きく下流側で磁場強度が小さくなるよう
    な磁場強度の勾配を形成し、かつ広範囲から二次電子が
    ドリフトするように、電子ドリフト方向上流側において
    被処理基板の端部およびその外側部分に沿って等磁場強
    度領域を形成することを特徴とするマグネトロンプラズ
    マ処理方法。
  8. 【請求項８】 一対の電極間の処理空間に被処理基板を
    配置し、前記電極間に電界を形成するとともに、電界方
    向と直交しかつ一方向に向かう磁場を形成して前記基板
    にマグネトロンプラズマ処理を施すマグネトロンプラズ
    マ処理方法であって、 前記電極間の電界方向に直交する平面内において、磁場
    方向に直交する方向に沿って、電子ドリフト方向上流側
    で磁場強度が大きく下流側で磁場強度が小さくなるよう
    な磁場強度の勾配を有し、前記処理空間における電子ド
    リフト方向上流側の端部領域において複数の磁場強度の
    極大点を有する磁場を形成することを特徴とするマグネ
    トロンプラズマ処理方法。
  9. 【請求項９】 電子ドリフト方向上流側の被処理基板外
    側部分における磁場勾配が、前記被処理基板面内におけ
    る磁場勾配よりも急峻となるようにすることを特徴とす
    る請求項７または請求項８に記載のマグネトロンプラズ
    マ処理方法。
  10. 【請求項１０】 前記磁場を、前記処理空間における前
    記磁場方向と直交する方向の電子ドリフト方向上流側の
    頂点位置から両側の位置であって、基板中心から見て略
    ４５°の角度の位置に位置に２つの磁場強度の極大点を
    有するように形成することを特徴とする請求項８に記載
    のマグネトロンプラズマ処理方法。
  11. 【請求項１１】 被処理基板が装入可能なチャンバー
    と、 前記チャンバー内に互いに対向して設けられた一対の電
    極と、 これら一対の電極の間に電界を形成する電界形成手段
    と、 チャンバー内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段
    と、 前記一対の電極間の処理空間に、電界方向と直交しかつ
    一方向に向かう磁場を形成する磁場形成手段とを具備
    し、前記一対の電極のうち一方の電極上に被処理基板が
    載置された状態で該基板にマグネトロンプラズマ処理を
    施すマグネトロンプラズマ処理装置であって、 前記磁場形成手段は、前記電極間の電界方向に直交する
    平面内において、磁場方向に直交する方向に沿って、電
    子ドリフト方向上流側で磁場強度が大きく下流側で磁場
    強度が小さくなる磁場勾配を形成し、電子ドリフト方向
    上流側の被処理基板端部の外側の部分における磁場勾配
    は、前記被処理基板面内における磁場勾配よりも急峻で
    あることを特徴とするマグネトロンプラズマ処理装置。
  12. 【請求項１２】 前記磁場形成手段は、広範囲から二次
    電子がドリフトするように、電子ドリフト方向上流側に
    おいて被処理基板の端部およびその外側部分に沿って等
    磁場強度領域を形成することを特徴とする請求項１１に
    記載のマグネトロンプラズマ処理装置。
  13. 【請求項１３】 前記磁場形成手段は、前記処理空間に
    おける電子ドリフト方向上流側の端部領域において複数
    の磁場強度の極大点を有するような磁場を形成すること
    を特徴とする請求項１１に記載のマグネトロンプラズマ
    処理装置。
  14. 【請求項１４】 前記被処理基板の外周には導電性のリ
    ング体が設けられていることを特徴とする請求項１１な
    いし請求項１３のいずれか１項に記載のマグネトロンプ
    ラズマ処理装置。
  15. 【請求項１５】 前記被処理基板の電子ドリフト方向上
    流側端部の磁場強度が２００ガウス以下であることを特
    徴とする請求項１１ないし請求項１４のいずれか１項に
    記載のマグネトロンプラズマ処理装置。
  16. 【請求項１６】 前記チャンバー内の電子ドリフト方向
    上流側端部の磁場強度が、３００ガウス以上であること
    を特徴とする請求項１１ないし請求項１５のいずれか１
    項に記載のマグネトロンプラズマ処理装置。
  17. 【請求項１７】 前記磁場形成手段は、複数の異方性セ
    グメント磁石を前記チャンバーの周囲にリング状に配置
    してなるダイポールリング磁石を有することを特徴とす
    る請求項１１ないし請求項１６のいずれか１項に記載の
    マグネトロンプラズマ処理装置。
  18. 【請求項１８】 前記異方性セグメント磁石は、その内
    部に長さ方向に沿って形成された空洞を有し、かつ各異
    方性セグメント磁石は、所定の磁場が形成されるよう
    に、その位置に応じて空洞の大きさが調整されているこ
    とを特徴とする請求項１７に記載のマグネトロンプラズ
    マ処理装置。
  19. 【請求項１９】 真空に保持可能なチャンバーと、 前記チャンバー内に互いに対向して設けられた一対の電
    極と、 これら一対の電極の間に電界を形成する電界形成手段
    と、 チャンバー内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段
    と、 前記一対の電極間の処理空間に、電界方向と直交しかつ
    一方向に向かう磁場を形成する磁場形成手段とを具備
    し、前記処理空間に、電極に対して平行に被処理基板が
    配置された状態で該基板にマグネトロンプラズマ処理を
    施すマグネトロンプラズマ処理装置であって、 前記磁場形成手段は、複数の異方性セグメント磁石を前
    記チャンバーの周囲にリング状に配置してなるダイポー
    ルリング磁石を有し、これら異方性セグメント磁石は、
    その内部に長さ方向に沿って形成された空洞を有し、か
    つ各異方性セグメント磁石は、前記処理空間に所定の磁
    場が形成されるように、その位置に応じて空洞の大きさ
    が調整されていることを特徴とするマグネトロンプラズ
    マ処理装置。
  20. 【請求項２０】 前記複数の異方性セグメント磁石は、
    前記電極間の電界方向に直交する平面内において、磁場
    方向に直交する方向に沿って、電子ドリフト方向上流側
    で磁場強度が大きく下流側で磁場強度が小さくなるよう
    な磁場強度の勾配が形成されるように、その位置に応じ
    て空洞の大きさが調整されていることを特徴とする請求
    項１９に記載のマグネトロンプラズマ処理装置。
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