JP3725968B2

JP3725968B2 - Plasma processing equipment

Info

Publication number: JP3725968B2
Application number: JP26482197A
Authority: JP
Inventors: 淳一荒見; 博夫小野; 智美近藤; 浩二宮田
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1996-09-12
Filing date: 1997-09-11
Publication date: 2005-12-14
Anticipated expiration: 2017-09-11
Also published as: JPH10144662A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理基板に対して、エッチング処理を始めとする各種のプラズマ処理を施すためのプラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から半導体製造プロセスにおいては、エッチング処理を始めとして、スパッタリング処理やＣＶＤ処理などの処理に際し、処理容器内に処理ガスを導入すると共にこの処理ガスをプラズマ化して、該プラズマ雰囲気で、被処理基板、例えば半導体ウエハ（以下、「ウエハ」という）の表面に所定の処理を行うように構成されたプラズマ処理装置が用いられているが、今日ではデバイスの集積度が益々高くなり、またウエハも大口径化していることから、これらのプラズマ処理装置においては、微細な処理を高速かつ均一に実施できることがとりわけ重視されている。
【０００３】
例えばエッチング装置を例にとれば、高密度のプラズマを処理容器内に発生させて、微細な処理を可能としつつエッチングレートを向上させ、しかもウエハ面内でのエッチングレートの均一性が良好であることが望まれる。
【０００４】
この点に関し、例えば特開平６−５３１７７号公報においては、複数の異方性セグメント磁石を処理容器の外周に環状に配置して構成されるダイポールリング磁石（Dipole Ring Magnet）を備えたプラズマ生成装置が開示されている。この装置は、磁場の均一性の向上、特に被処理基板の被処理面における磁場の均一性を向上させて、従来のマグネトロンプラズマを利用した装置よりも均一なプラズマ密度を実現しようとするものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のダイポール磁石を形成する異方性セグメント磁石による磁場は、図１５、図１６に示すような状態で形成されていた。図１５において、横軸は被処理基板の中心からの距離を、縦軸は磁界の強度を示す。また図１５における曲線ａは、図１６に示したＮ−Ｓ方向の磁界強度分布を、曲線ｂは、Ｎ−Ｓ方向に直交する方向（Ｅ−Ｗ方向）の磁界強度分布を示す。図１６は、被処理基板の被処理面に平行な磁界分布を示し、横軸はＮ−Ｓ方向を、縦軸はＮ−Ｓ方向に直交する方向（Ｅ−Ｗ方向）を示す。なお縦軸と横軸との交点は、ウエハ等の被処理基板の被処理面の中心を示す。
【０００６】
これら図１５、図１６からわかるように、ダイポールリング磁石が作る被処理基板上の磁界の強度分布は、Ｎ−Ｓ方向が短径で、その直角方向、すなわちＥ−Ｗ方向が長径となる略楕円状の形状を呈していた。このためＮ−Ｓ方向と、これと直交する方向であるＥ−Ｗ方向とでは磁界強度が異なっており、被処理基板の全面に渡って高精度の均一な磁場を形成することができなかった。
【０００７】
またプラズマにおける電子のＥ×Ｂドリフト運動の影響を考慮すれば、電子は図１６におけるＥ極側からＷ極側に動くため、電子がＷ極側に溜まってしまう。これを回避するためには、Ｅ極側からＷ極側に向かって磁場強度が減少する、いわゆる傾斜磁場を形成し、それによって電子のドリフト方向を変えてＷ極側に電子が溜まることを抑制する必要があるが、従来の技術ではかかる傾斜磁場を形成するためには、各異方性セグメント磁石ごとに磁石の容量を考慮する必要があり、困難であった。
【０００８】
従って、従来のダイポールリング磁石を備えた装置では、被処理基板に対してより均一なプラズマ処理を施すことが困難であった。さらに均一なプラズマ処理を行うにあたっては、ダイポールリング磁石を形成する異方性セグメント磁石が作る磁場が、被処理基板の被処理面からその上方のプラズマ空間に渡って、被処理基板に対して水平な磁場が形成されることが好ましいが、実際に形成される磁場は垂直成分をもち、上下に凸の湾曲磁場が形成されていた。
【０００９】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、前記した複数の異方性セグメント磁石を処理容器の外周に環状に配置したダイポールリング磁石を備えたプラズマ処理装置において、各異方性セグメント磁石により生じる磁場を補正し、処理容器内のプラズマの均一性をより向上させて、被処理基板に対して所望の均一なプラズマ処理を施すことを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１の発明は、処理容器内に処理ガスを導入すると共に、この処理ガスをプラズマ化して処理容器内の被処理基板に対して所定の処理を行う装置であって、複数の異方性セグメント磁石を処理容器の外周に環状に配置したダイポールリング磁石を備えたプラズマ処理装置において、前記複数の異方性セグメント磁石は、隣り合う異方性セグメント磁石の中心同士の間隔が、均等間隔に配置されていないことを特徴としている。
【００１５】
上記したように、請求項１の発明は、処理容器内に処理ガスを導入すると共に、この処理ガスをプラズマ化して処理容器内の被処理基板に対して所定の処理を行う装置であって、複数の異方性セグメント磁石を処理容器の外周に環状に配置したダイポールリング磁石を備えたプラズマ処理装置において、前記複数の異方性セグメント磁石は、隣り合う異方性セグメント磁石の中心同士の間隔が、均等間隔に配置されていない。すなわち隣り合う異方性セグメント磁石同士の中心の間隔が、必ずしもすべて同一の間隔ではないように配置されている。従って、例えば適度にいわゆる間引きされた配置なども含まれる。
【００１６】
複数の異方性セグメント磁石を単に楕円に配置した場合、長径が長くなるなど、結果的にダイポールリング磁石全体が大型化してしまう。この点、請求項１のように、例えば適当にいわゆる間引きするなどして、異方性セグメント磁石の個数を減少させることにより、処理容器内に所望の磁場を生じさせながらも、ダイポールリング磁石の楕円の長径を短くすることが可能となり、その結果プラズマ処理装置をコンパクトにできる。また、複数の異方性セグメント磁石を環状に配置する場合も、適宜配置間隔を調節することで、微細な磁場調整ができ、またセグメント磁石の数の減少に伴ってコストの低廉化も図れる。
【００１７】
さらにまた請求項２に記載したように、異方性セグメント磁石の配置を略楕円状にすると共に、当該略楕円の中心が被処理基板の中心から当該楕円の長軸方向に沿った方向に偏心しているように、これら異方性セグメント磁石を配置するように構成してもよい。この場合、長軸に沿ってずらせる方向は、プラズマ中の電子の集中を回避する方向、例えば図１６に即していえば、Ｗ極側である。なおここでいう略楕円状とは、楕円のみならず、例えば円柱を平坦面で斜めに切断した際の切断面の形状をも含むものである。かかる構成によって、従来困難であったＥ極側からＷ極側に向かって磁場強度が減少する傾斜磁場の形成が可能となり、それによって電子のドリフト方向を変えてＷ極側に電子が溜まることを抑制することが可能になる。
【００１８】
かかる場合、請求項３に記載したように、異方性セグメント磁石相互間の間隔が、被処理基板の中心のある側が相対的に密、他側が相対的に疎となるように設定すれば、さらにＷ極側に電子が溜まることを抑制することが可能になる。
【００１９】
なお請求項４の発明のように、前記ダイポールリング磁石の側面に磁性体を配置するとともに、この磁性体にさらに磁場漏洩防止用の磁界発生手段を設けることにより、当該装置の周囲に漏れ磁場がないようにすることが可能となり、周辺機器の磁気影響を防止するとともに、マルチチャンバタイプの半導体デバイス製造システムを構築するにあたり、設計の自由度及び磁場強度の均一性を向上させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をエッチング装置に適用した実施の形態について説明すると、図１は第１の実施の形態にかかるエッチング装置１の断面を模式的に示しており、このエッチング装置１における処理室２は、陽極酸化処理されたアルミニウムなどからなる円筒形状の処理容器３内に形成され、この処理室２は気密に閉塞自在に構成されている。また処理容器３自体は、例えば接地線４に接続されるなどして接地されている。
【００２１】
処理室２内の底部にはセラミックなどの絶縁支持板５が設けられており、この絶縁支持板５の上部に、被処理基板、例えば直径１２インチのウエハＰを載置するための略円柱状のサセプタ６が収容されている。このサセプタ６は、例えば陽極酸化処理されたアルミニウムからなっており、下部電極を構成する。
【００２２】
サセプタ６は、上下動自在な支持体７によって支持されており、処理容器３外に設置されているモータなどの駆動源８の作動により、図中の往復矢印に示したように、上下動自在である。なお図１は、エッチング時の位置を示しており、駆動源８によってサセプタ６は、処理容器の側部下方に設けられている搬入出用のゲートバルブ９まで下降自在である。また支持体７の外周には、気密性を確保するためのベローズ１０が配置されている。
【００２３】
サセプタ６上には、ウエハＰを吸着保持するための静電チャック（図示せず）が設けられており、ウエハＰはこの静電チャック上の所定位置に載置されるようになっている。またサセプタ６の上面外周縁には、導電性を有する環状のフォーカスリング１１が設けられている。このフォーカスリング１１は、ウエハＰ周辺のプラズマ密度の均一性を改善する機能を有している。
【００２４】
処理容器３の底部には、例えばターボ分子ポンプなどの真空引き手段１２に通ずる排気管１３が設けられており、真空引き手段１２の作動によって、処理容器３内は所定の減圧度、例えば１０ｍＴｏｒｒにまで、真空引きすることが可能である。なおこのような処理容器３内の排気、並びに真空引き手段１２の作動による処理容器３内の減圧度の維持は、処理容器３に設けた圧力センサ（図示せず）からの検出信号に基づいて自動的に制御されるようになっている。
【００２５】
前記処理室２の上部には、例えばアルミナからなる絶縁材２１を介して、上部電極２２が設けられている。この上部電極２２は、導電性の材質、例えば陽極酸化処理されたアルミニウムで構成されているが、少なくとも前記ウエハＰに対向する面２２ａは、高周波に対して導電性を有する他の材質、例えば単結晶シリコンで形成してもよい。またこの上部電極２２は、その内部に中空部２２ｂを有する中空構造であり、さらに上部電極２２の上部中央にはガス導入口２３が形成され、このガス導入口２３は前記中空部２２ｂと通じている。そしてウエハＰに対向する面２２ａには、ウエハＰの被処理面全面に均一に処理ガスを供給するため、多数の吐出口２２ｃが形成されている。
【００２６】
前記ガス導入口２３には、ガス導入管２４が接続され、さらにこのガス導入管２４には、バルブ２５、流量調節のためのマスフローコントローラ２６を介して、処理ガス供給源２７が接続されている。本実施の形態では、処理ガス供給源２７から所定の処理ガス、例えばＣＦ₄ガスやＣ₄Ｆ₈ガスなどのＣＦ系のエッチングガス等が供給されるようになっており、このエッチングガスは、マスフローコントローラ２６で流量が調節されて、前記上部電極２２の吐出口２２ｃから、ウエハＰに対して均一に吐出される構成となっている。
【００２７】
次にこのエッチング装置１の高周波電力の供給系について説明すると、まず下部電極となるサセプタ６に対しては、周波数が数百ｋＨｚ程度、例えば８００ｋＨｚの高周波電力を出力する第１の高周波電源３１からの電力が、ブロッキングコンデンサなどを有する整合器３２を介して供給される構成となっている。一方上部電極２２に対しては、整合器３３を介して、周波数が前記第１の高周波電源３１よりも高い１ＭＨｚ以上の周波数、例えば２７．１２ＭＨｚの高周波電力を出力する第２の高周波電源３４からの電力が供給される構成となっている。
【００２８】
そして前記処理容器３の外周には、磁場発生手段として、本実施の形態にかかる、いわゆるダイポールリング磁石４１が配置されている。このダイポールリング磁石４１は、円環状の回転ステージ４２の上に、図２にも示したように、楕円状に配列された４０個の円柱形のセグメント磁石Ｍ１〜Ｍ４０を有している。これらセグメント磁石Ｍ１〜Ｍ４０は、異方性セグメント磁石を構成する。またこれら各セグメント磁石Ｍ１〜Ｍ４０は、同形同大であるが、回転ステージ４２に配置されるときは、後述のようにその着磁方向が異なった方向に向くように配置されている。そして前記回転ステージ４２自体は、図１に示したように、モータなどの駆動手段４３及びギヤなどの伝達機構４４によって、処理容器３の外周を同心円状に回転するように構成されている。なお回転する方向は、図１中の回転矢印Ｒで示した。
【００２９】
前記したように各セグメント磁石Ｍ１〜Ｍ４０は同形同大であるから、例えばセグメント磁石Ｍ１について説明すると、このセグメント磁石Ｍ１は、全体として円柱形であり、例えば磁化させて磁石とするための同形同大の円柱形の磁石材料５１及び５２が、上下方向に密着するようにして構成されている。これら磁石材料５１、５２は、最初から一体的に形成されていてもよい。また磁石材料５１、５２間にスリットを設けてもよく、後述のように非磁性体を介在させてもよい。そしてこのように構成された素材を磁化して、例えば図３の矢印に示したような方向で磁石材料５１及び５２を着磁させることによって、セグメント磁石Ｍ１は構成されている（矢印の先がＮ極を示している）。なお磁石材料５１、５２の着磁方向は全く同一である。
【００３０】
他のセグメント磁石Ｍ２〜Ｍ４０は、このセグメント磁石Ｍ１と全く同一構成である。そしてこの４０個の同一の着磁方向を持ったセグメント磁石を、回転ステージ４２上に配置するにあたり、図２に示したように、回転ステージ４２上を１８０゜ずれると（半周すると）、セグメント磁石の着磁方向が元の方向に戻る（一周する）ように、各セグメント磁石Ｍ１〜Ｍ４０の着磁方向が異なるように設定されている。例えば図２に即して言うと、セグメント磁石Ｍ１とセグメント磁石Ｍ２１とは、同一の着磁方向であり、またセグメント磁石Ｍ２０とセグメント磁石Ｍ４０とは、同一の着磁方向であり、本実施形態においては、セグメント磁石Ｍ１〜Ｍ４０は、等角度ずつ着磁方向がずれるように設定されている。以上のようなセグメント磁石Ｍ１〜Ｍ４０の配置により、処理容器３内の磁場ベクトルは、図２の太矢印に示した方向に向いている。
【００３１】
さらに詳述すれば、セグメント磁石Ｍ１〜Ｍ４０は、図２に示すように、ＮＳ方向、すなわち、合成ベクトルＣの方向を長軸とし、これに直交する方向を短軸とする楕円軌跡上に配設されている。この楕円軌跡の長軸と短軸との長さは、磁界を構成する種々のパラメータ、例えば、セグメント磁石Ｍ１〜Ｍ４０の磁力、セグメント磁石Ｍ１〜Ｍ４０の数、セグメント磁石Ｍ１〜Ｍ４０相互間のピッチなどにより定められ、図１６に示した磁界のＮ−Ｓ方向とこれに直交する方向（Ｅ−Ｗ方向）との不均一をなくして、円形の磁力線を有する磁界を形成するように設定されている。
【００３２】
本実施の形態にかかるエッチング装置１の主要部は以上のように構成されており、前記したようなダイポールリング磁石４１の配置により、ウエハＰを側面からＹ軸方向に向かってみると、図４に示したように、ダイポールリング磁石４１が静止している状態においては、ウエハＰを含む平面に対して、略平行な磁場が形成されている。
【００３３】
また同じくダイポールリング磁石４１が静止している状態においては、即ち回転ステージ４２が停止している状態では、図５に示したように、Ｎ−Ｓ方向の磁界強度分布（曲線ａ）と、Ｎ−Ｓ方向に直交する方向（Ｅ−Ｗ方向）の磁界強度分布（曲線ｂ）とはほぼ一致している。そして図１６と対応する図６に示したように、磁場の等強度位置を結んだ線は、被処理基板であるウエハＰの中心を中心とする同心円を形成している。
【００３４】
次に本実施の形態にかかるエッチング装置１を用いて、例えばシリコンのウエハＰの酸化膜（ＳｉＯ₂）をエッチングする場合のプロセス、作用等について説明すると、このエッチング装置１の側面には、ゲートバルブ９を介して、搬送アームなどのウエハ搬送手段等が収容されているロードロック室（図示せず）が並設されており、被処理基板であるウエハＰの処理容器３内への搬入出時においては、駆動源８の作動により、サセプタ６が所定の受け渡し位置まで降下する。
【００３５】
そして前記ロードロック室（図示せず）からウエハＰが処理室２内に搬入され、静電チャック等の保持手段によってサセプタ６上の所定位置に該ウエハＰがセットされる。次いで駆動源８の作動により、サセプタ６が所定のエッチング処理位置（図１に示された位置）まで上昇する。同時に処理室２内が、真空引き手段１２によって真空引きされていき、所定の減圧度になった後、処理ガス供給源２７から所定の処理ガス、例えばＣＦ₄が所定の流量で供給され、処理室２の圧力が所定の減圧度、例えば２０ｍＴｏｒｒに設定、維持される。
【００３６】
次いで上部電極２２に対して第２の高周波電源３４から周波数が２７．１２ＭＨｚ、パワーが２ｋＷの高周波電力が供給されると、処理室２内のエッチングガス、即ちＣＦ₄ガスのガス分子が解離してプラズマ化される。また同時にサセプタ６に対して第１の高周波電源３１から周波数が８００ｋＨｚ、パワーが１ｋＷの高周波電力が供給される。
【００３７】
さらに駆動手段４３の作動によって回転ステージ４２が回転し、それによってダイポールリング磁石４１が処理容器３外周を回転すると、ウエハＰ上にこのウエハＰと平行かつ均一な磁場、即ち前記した高周波電源によって形成された電界と直交する方向に平行磁場が形成される。
【００３８】
それによってプラズマ中の電子がＥ×Ｂドリフト運動を起こし、その結果、中性分子との衝突によってさらに解離が起こって、処理容器３内のプラズマの密度は極めて高いものとなる。また例えばＥ×Ｂドリフト運動を起こさない、バルク中の電子であっても、前記磁場によってその拡散が抑えられる。従って、かかる点からもプラズマ密度は高くなっている。
【００３９】
このようなプラズマ雰囲気の下で、それによって生じた高密度のエッチャントイオンが、第１の高周波電源３１からサセプタ６側に供給された相対的に低い周波数の高周波（８００ｋＨｚ）によってその入射エネルギーが、前記プラズマの生成過程とは独立に制御されつつ、ウエハＰ表面のシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）をエッチングしていく。従って、ウエハＰにダメージを与えることなく、所定のエッチング処理を行うことが可能である。また高速のエッチングレートと面内均一性の高いエッチング処理がウエハＰに対してなされる。
【００４０】
そしてこのエッチング装置１においては、既述したように、ダイポールリング磁石４１において、複数のセグメント磁石Ｍ１〜Ｍ４０が楕円状に配置されているので、処理室２内に形成される磁場が補正され、その結果、処理室２内の磁場は被処理面やその外周周縁部、及び被処理面から少なくともその上方のプラズマが発生する空間までは均一となり、被処理基板に対して所望の均一なプラズマ処理を施すことができる。
【００４１】
また、セグメント磁石Ｍ１〜Ｍ４０は、同一の部材から構成されるため、今後予想される被処理基板の大型化に伴ってプラズマ処理装置が大型されても、同一種類のセグメント磁石Ｍを使用することができるため、セグメント磁石Ｍの生産コスト等を低下させることができる。
【００４２】
次に、本発明をエッチング装置に適用した第２の実施形態について説明する。なお下記の説明において、前記した実施の形態と同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付することにより、重複した説明を省略することとする。
【００４３】
図７はこの第２の実施の形態にかかるエッチング装置１００の断面を模式的に示している。前記処理容器３の外周には、磁場発生手段としてダイポールリング磁石１０１が配置されている。このダイポールリング磁石１０１は、円環状の回転ステージ４２の上に、図８にも示したように、円環状に配列された３６個の円柱形のセグメント磁石Ｍｇ１〜Ｍｇ３６を有している。これら各セグメント磁石Ｍｇ１〜Ｍｇ３６は同形同大であるが、回転ステージ４２に配置されるときは、後述のように、その着磁方向が異なった方向に向くように配置されている。
【００４４】
また回転ステージ４２上には、さらに前記ダイポールリング磁石１０１の外周を囲むように、円環状の磁性体からなるシールドリング１０２が設けられており、ダイポールリング磁石１０１と共に同期して回転する。
【００４５】
前記したように各セグメント磁石Ｍｇ１〜Ｍｇ３６は同形同大であるから、例えばセグメント磁石Ｍｇ１について説明すると、このセグメント磁石Ｍｇ１は、全体として円柱形であり、例えば磁化させて磁石とするための同形同大の円柱形の磁石材料１０３、１０４の間に、例えば同径のアルミニウム材からなる非磁性体１０５を配置してこれを挟み込んだ構造を有している。そしてこのように構成された素材を磁化して、例えば図８の矢印Ａに示したような方向で磁石材料１０３、１０４を着磁させることによって、セグメント磁石Ｍｇ１は構成されている（矢印Ａの先がＮ極を示している）。なお磁石材料１０３、１０４の着磁方向は全く同一である。
【００４６】
さらにセグメント磁石Ｍｇ１の上端部及び下端部には、図９に示したように、例えば同径の永久磁石からなる補助磁石１０６、１０７が固定されており、その補助磁石１０６、１０７の磁場方向は、同図中矢印Ｂ1、Ｂ2で示したように、各々セグメント磁石Ｍｇ１の垂直方向に沿って中心に向かうようになっている。これによってセグメント磁石Ｍｇによって形成される磁場について、垂直方向の磁場成分を少なくすることができる。
【００４７】
従って、処理室２内で形成される、セグメント磁石Ｍｇの磁場の垂直方向の成分（図９中の矢印Ｓ1、Ｓ2）を、補助磁石１０６、１０７により形成される磁場（同図中矢印Ｂ1、Ｂ2）によって、補正して、処理室２内に均一な磁場が形成される。
【００４８】
なお他のセグメント磁石Ｍｇ２〜Ｍｇ３６は、このセグメント磁石Ｍｇ１と全く同一構成であり、各々の上端、下端に、前記した補助磁石１０６、１０７が固定されている。またこれらセグメント磁石Ｍｇ１〜Ｍｇ３６から構成されるダイポールリング磁石１０１の回転については、前記ダイポールリング磁石４１と同一であるため、説明は省略する。なおダイポールリング磁石１０１により、処理室２内のに形成される磁場ベクトルＣは、Ｎ−Ｓ方向に沿って図１０の太矢印に示した方向に向いている。
【００４９】
そしてシールドリング１０２の外周方向の所定の箇所には、図８に示したような磁場漏洩防止用の磁界発生手段となるカウンター磁石１０８が取り付けられている。このカウンター磁石１０８は、全体として略直方体の形状を成し、当該形状の磁石材料を、例えば図１１中の矢印方向に着磁するように磁化したものである。
【００５０】
かかる構成のカウンター磁石１０８を、本実施の形態においては、図８、図１０に示したように、前記磁場ベクトルＣの方向に沿った位置、すなわちセグメント磁石Ｍｇ３５〜Ｍｇ２、及びセグメント磁石Ｍｇ１７〜Ｍｇ２０の外方に位置するように、各々上下二段にしてシールドリング１０２の外周に、計１６個取り付けられている。従って、セグメント磁石Ｍｇ３５〜Ｍｇ２側のカウンター磁石群と、セグメント磁石Ｍｇ１７〜Ｍｇ２０側のカウンター磁石群とは、磁場ベクトルの方向に沿って対向した位置関係を有している。なおシールドリング１０２に取り付ける際の各カウンター磁石１０８群の磁極については、セグメント磁石Ｍｇ３５〜Ｍｇ２側については、Ｎ極が外側に位置するように、セグメント磁石Ｍｇ１７〜Ｍｇ２０側についてはＮ極が内側に位置するように取り付けられている。
【００５１】
第２の実施の形態にかかるエッチング装置１００の主要部は以上のように構成されており、セグメント磁石Ｍｇ１〜Ｍｇ３６によって生じる磁場の垂直成分を、適宜この補助磁石１０６、１０７で補正することで、従来生じていた上下に凸の湾曲状の磁場を是正することができる。従って、被処理面やその外周周縁部、及び被処理面から少なくともその上方のプラズマ発生空間では、被処理基板であるウエハＰに対して水平な磁場が形成され、被処理基板に対して所望のプラズマ処理を施すことができる。
【００５２】
また当該装置に設けたシールドリング１０２及びカウンター磁石１０８により、ダイポールリング磁石１０１から生じる磁場の漏洩を防止して、周辺機器の磁気影響を防止することができる。すなわちダイポールリング磁石１０１によって発生した磁場は、処理容器３外周の全方向に渡って漏洩しようとするが、ダイポールリング磁石１０１の側面外周には、磁性体のシールドリング１０２が配置されているので、近接した場所に対する磁場の漏洩は防止されている。しかもこのシールドリング１０２の外周には、さらにカウンター磁石１０８が配置されているので、遠方に対する磁場漏れも防止されている。
【００５３】
従ってエッチング装置１００と同一の装置を相互に接近した場所に設置しても、相互に磁場の干渉はなく、所期の高速かつ均一なエッチング処理が実施できる。また遠方に対する磁場漏れも防止されるので、周辺機器に対する磁気的影響も防止することができる。そのうえシールドリング１０２は、ダイポールリング磁石１０１と共に回転するので、シールドリング１０２の一部にカウンター磁石１０８を取り付けても、全周囲に渡って遠方の磁場漏れを防止することができる。なお、シールドリング１０２及びカウンター磁石１０８等から成る磁場漏洩防止手段は、前記した第１の実施形態にかかるエッチング装置１についても実施可能であることは言うまでもない。
【００５４】
以上の各実施の形態において説明したように、ダイポールリング磁石４１、１０１を構成した異方性セグメント磁石であるセグメント磁石Ｍ１〜Ｍ４０、Ｍｇ１〜Ｍｇ３６は、それぞれ同一の構成であるため、それぞれについて１種類のセグメントを多数製造して、その配置を変えることで所期のダイポールリング磁石４１または１０１を構成することができる。従って、配置状態を変えるだけで容易に所望の着磁方向の異方性セグメント磁石を得ることができ、また製造コストも低廉である。
【００５５】
なおプラズマ中の電子は、Ｅ×Ｂドリフト運動を起こし、Ｅ極側からＷ極側へ移動するため、Ｗ極側の方がＥ極側に比べ、プラズマ密度が大きくなる。したがって、このＥ×Ｂドリフト運動の影響を考慮した磁場強度分布を形成すれば、よりプラズマ密度の均一性を向上させることができる。具体的には、図１２、図１３（図１２、図１３は、各々図１５、図１６にそれぞれに対応する図である）に示したように、Ｅ極側からＷ極側へ次第に弱くなる傾斜磁場を形成すれば、Ｅ×Ｂドリフト運動をおこした電子に対する拡散抑制効果は弱められ、結果的にＷ極側における電子の集中は回避され、ウェハ上のプラズマ密度の均一性は良好なものとなる。
【００５６】
このような傾斜磁場を形成するためには、図１４に示すように、ダイポールリング磁石２０１を形成する異方性セグメント磁石Ｍ１〜Ｍｎを略楕円状に配置し、その楕円中心Ｚを、ウエハＰの中心より、Ｗ極側にずらした位置にすればよい。なおダイポールリング磁石２０１を形成する異方性セグメント磁石Ｍ１〜Ｍｎの各着磁方向の設定は、前記第１、第２の実施形態の場合と同様、ウエハＰの周囲を半周すると、着磁方向が元の方向に戻るように、各異方性セグメント磁石Ｍ１〜Ｍｎの各着磁方向は、ずれて設定されている。
【００５７】
前記実施の形態において用いたダイポールリング磁石４１、１０１は、各々４０個のセグメント磁石Ｍ１〜Ｍ４０、３６個のセグメント磁石Ｍｇ１〜Ｍｇ３６によって構成されていたが、もちろんセグメント磁石の数は必要に応じて任意に選択したものであってもよい。従って、例えばダイポールリング磁石４１に設けたセグメント磁石Ｍ１〜Ｍ４０の個数を減らす、いわゆる間引きを行った場合、処理室２内に所望の磁場を生じさせながらも、ダイポールリング磁石４１の楕円の長径を短くすることが可能となり、エッチング装置１の大きさを減少させることができる。さらに例えばダイポールリング磁石１０１に設けたセグメント磁石Ｍｇ１〜Ｍｇ３６について間引きを行った場合には、処理室２内に生じる磁場の微調整が、さらに容易になる。
【００５８】
なお前記した実施の形態は、エッチング装置として構成した例であったが、これに限らず、本発明は他のプラズマ処理装置、例えばアッシング装置、スパッタリング装置、ＣＶＤ装置としても具体化できる。さらに被処理基板も、ウエハに限らず、ＬＣＤ基板であってもよい。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、プラズマ処理装置に複数の異方性セグメント磁石を処理容器の外周に楕円状に配置したダイポールリング磁石、あるいは補助磁石を備えた複数の異方性セグメント磁石を処理容器の外周に環状に配置したダイポールリング磁石を備えたことで、処理容器内に形成される磁場の均一性を従来より向上させることができる。従って、被処理基板に対して従来より均一なプラズマ処理を施すことができる。さらにそれぞれのダイポールリング磁石は、それぞれ同一の異方性セグメント磁石により形成されるため、被処理基板の大型化に伴ってプラズマ処理装置が大型されても、各々略同一の異方性セグメント磁石を使用することができ、異方性セグメント磁石の生産コスト等を低下させることができる。なおダイポールリング磁石の外周に磁場漏洩防止用の磁界発生手段を設ければ、装置の周囲への漏れ磁場の発生を防止でき、周辺機器の磁気影響を防止するとともに、マルチチャンバタイプの半導体デバイス製造システムを構築するに当たり、設計の自由度及び磁場強度の均一性を向上させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかるエッチング装置の断面説明図である。
【図２】図１にエッチング装置に用いたダイポールリング磁石の各セグメント磁石の着磁方向を示す平面図である。
【図３】図２のダイポールリング磁石に用いたセグメント磁石の斜視図である。
【図４】図１のエッチング装置における処理室内の磁場の様子を示す側面からみた説明図である。
【図５】図１のエッチング装置におけるウエハ上の磁場勾配の様子を示す側面からみた説明図である。
【図６】図１のエッチング装置におけるウエハ上の等強度位置を結んだ曲線（等強度線）の様子を示す平面からみた説明図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態にかかるエッチング装置の断面説明図である。
【図８】図７のエッチング装置に用いたダイポールリング磁石の斜視図である。
【図９】図７のダイポールリング磁石に用いたセグメント磁石の斜視図である。
【図１０】図７のダイポールリング磁石の各セグメント磁石の着磁方向を示す平面図である。
【図１１】図７のダイポールリング磁石のシールドリングに取り付けたカウンター磁石の斜視図である。
【図１２】電子のＥ×Ｂドリフト運動を考慮してプラズマ密度の均一性を向上させる際の磁場強度分布を示す、ウエハ側面からの説明図である。
【図１３】電子のＥ×Ｂドリフト運動を考慮してプラズマ密度の均一性を向上させる際の磁場強度分布を示す、ウエハ平面からの説明図である。
【図１４】図１２、図１３の磁場強度分布を形成するための異方性セグメントの配置例を示す説明図である。
【図１５】従来技術での磁場強度分布を示す、ウエハ側面からの説明図である。
【図１６】従来技術での磁場強度分布を示す、ウエハ平面からの説明図である。
【符号の説明】
１、１００エッチング装置
２処理室
３処理容器
６サセプタ
１２真空引き手段
２２上部電極
２７処理ガス供給源
３１第１の高周波電源
３４第２の高周波電源
４１、１０１ダイポールリング磁石
４２回転ステージ
１０２シールドリング
１０６、１０７補助磁石
１０８カウンター磁石
Ｍ１〜Ｍ４０、Ｍｇ１〜Ｍｇ３６セグメント磁石
Ｐウエハ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma processing apparatus for performing various plasma processes including an etching process on a substrate to be processed.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in a semiconductor manufacturing process, a processing gas is introduced into a processing vessel and plasma is converted into a processing substrate in the plasma atmosphere at the time of processing such as etching processing, sputtering processing, CVD processing, etc. For example, a plasma processing apparatus configured to perform a predetermined process on the surface of a semiconductor wafer (hereinafter referred to as “wafer”) is used. Today, the degree of integration of devices is increasing, and the size of the wafer is large. Since the diameter is increased, in these plasma processing apparatuses, it is particularly important that fine processing can be performed at high speed and uniformly.
[0003]
For example, taking an etching apparatus as an example, high-density plasma is generated in the processing container to improve the etching rate while enabling fine processing, and the uniformity of the etching rate in the wafer surface is good. It is desirable.
[0004]
With respect to this point, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 6-53177, a plasma generating apparatus provided with a dipole ring magnet configured by annularly arranging a plurality of anisotropic segment magnets on the outer periphery of a processing vessel Is disclosed. This device is intended to improve the uniformity of the magnetic field, especially the uniformity of the magnetic field on the surface of the substrate to be processed, and to achieve a more uniform plasma density than the conventional device using magnetron plasma. is there.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the magnetic field generated by the anisotropic segment magnet forming the conventional dipole magnet is formed in the state shown in FIGS. In FIG. 15, the horizontal axis indicates the distance from the center of the substrate to be processed, and the vertical axis indicates the magnetic field strength. 15 represents the magnetic field strength distribution in the NS direction shown in FIG. 16, and the curved line b represents the magnetic field strength distribution in the direction orthogonal to the NS direction (EW direction). FIG. 16 shows a magnetic field distribution parallel to the surface to be processed of the substrate to be processed. The horizontal axis indicates the NS direction, and the vertical axis indicates the direction orthogonal to the NS direction (EW direction). Note that the intersection of the vertical axis and the horizontal axis indicates the center of the surface to be processed of the substrate to be processed such as a wafer.
[0006]
As can be seen from FIGS. 15 and 16, the magnetic field intensity distribution on the substrate to be processed formed by the dipole ring magnet is a short diameter in the NS direction and a long diameter in the perpendicular direction, that is, the EW direction. It had an oval shape. For this reason, the magnetic field strength is different between the NS direction and the EW direction, which is a direction orthogonal to the NS direction, and it has been impossible to form a highly accurate uniform magnetic field over the entire surface of the substrate to be processed. .
[0007]
If the influence of the E × B drift motion of the electrons in the plasma is taken into consideration, the electrons move from the E pole side to the W pole side in FIG. In order to avoid this, a so-called gradient magnetic field is formed in which the magnetic field strength decreases from the E pole side to the W pole side, thereby suppressing the accumulation of electrons on the W pole side by changing the electron drift direction. However, in order to form such a gradient magnetic field in the conventional technique, it is necessary to consider the capacity of the magnet for each anisotropic segment magnet, which is difficult.
[0008]
Therefore, it has been difficult to perform a more uniform plasma process on a substrate to be processed in a conventional apparatus including a dipole ring magnet. In performing more uniform plasma processing, the magnetic field generated by the anisotropic segment magnet forming the dipole ring magnet is horizontal to the substrate to be processed from the surface to be processed to the plasma space above it. However, it is preferable that the magnetic field actually formed has a vertical component, and a convexly curved magnetic field is formed.
[0009]
The present invention has been made in view of the above points, and in each of the anisotropic segment magnets in the plasma processing apparatus provided with the dipole ring magnet in which the plurality of anisotropic segment magnets described above are annularly arranged on the outer periphery of the processing vessel. An object of the present invention is to perform a desired uniform plasma process on a substrate to be processed by correcting the magnetic field generated by the above process, further improving the uniformity of plasma in the processing chamber.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention of claim 1 is an apparatus for introducing a processing gas into a processing container and converting the processing gas into plasma to perform a predetermined processing on a substrate to be processed in the processing container. In the plasma processing apparatus including a dipole ring magnet in which a plurality of anisotropic segment magnets are annularly arranged on the outer periphery of the processing vessel, the plurality of anisotropic segment magnets Are not evenly spaced between the centers of adjacent anisotropic segment magnets It is characterized by that.
[0015]
As mentioned above, Claim 1 The present invention is an apparatus for introducing a processing gas into a processing container and converting the processing gas into plasma to perform a predetermined processing on a substrate to be processed in the processing container. In the plasma processing apparatus provided with a dipole ring magnet arranged annularly on the outer periphery of the processing vessel, the plurality of anisotropic segment magnets are: The intervals between the centers of adjacent anisotropic segment magnets are not evenly spaced. That is, they are arranged such that the center intervals between adjacent anisotropic segment magnets are not necessarily the same interval. Accordingly, for example, a so-called thinned arrangement is also included.
[0016]
When a plurality of anisotropic segment magnets are simply arranged in an ellipse, the overall length of the dipole ring magnet is increased, for example, the major axis becomes long. This point, claims 1 As described above, for example, by appropriately reducing the number of anisotropic segment magnets by so-called thinning, the ellipse major axis of the dipole ring magnet is shortened while generating a desired magnetic field in the processing vessel. As a result, the plasma processing apparatus can be made compact. Further, when a plurality of anisotropic segment magnets are arranged in a ring shape, the magnetic field can be finely adjusted by appropriately adjusting the arrangement interval, and the cost can be reduced as the number of segment magnets decreases.
[0017]
Further claims 2 As described above, the arrangement of the anisotropic segment magnets is substantially elliptical, and the center of the substantial ellipse is decentered in the direction along the major axis direction of the ellipse from the center of the substrate to be processed. You may comprise so that these anisotropic segment magnets may be arrange | positioned. In this case, the direction to be shifted along the long axis is a direction that avoids concentration of electrons in the plasma, for example, the W pole side in accordance with FIG. Note that the term “substantially oval” as used herein includes not only an ellipse but also a shape of a cut surface when a cylinder is cut obliquely with a flat surface, for example. With this configuration, it is possible to form a gradient magnetic field in which the magnetic field strength decreases from the E pole side to the W pole side, which has been difficult in the past, thereby changing the electron drift direction and collecting electrons on the W pole side. It becomes possible to suppress.
[0018]
In such cases, the claims 3 As described above, the spacing between the anisotropic segment magnets is Substrate to be processed The side with the center is relatively Dense , The other side is relatively Sparse If it is set to be, it becomes possible to further suppress accumulation of electrons on the W pole side.
[0019]
Claims 4 As in the present invention, a magnetic material is disposed on the side surface of the dipole ring magnet, and a magnetic field generating means for preventing magnetic field leakage is further provided on the magnetic material so that there is no leakage magnetic field around the device. Therefore, it is possible to prevent the magnetic influence of peripheral devices and improve the degree of freedom of design and the uniformity of magnetic field strength when constructing a multi-chamber type semiconductor device manufacturing system.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to an etching apparatus will be described. FIG. 1 schematically shows a cross section of the etching apparatus 1 according to the first embodiment, and a processing chamber 2 in the etching apparatus 1 is shown in FIG. It is formed in a cylindrical processing container 3 made of anodized aluminum or the like, and this processing chamber 2 is configured to be airtightly closed. Further, the processing container 3 itself is grounded, for example, connected to the grounding wire 4.
[0021]
An insulating support plate 5 made of ceramic or the like is provided at the bottom of the processing chamber 2, and a substantially columnar shape for placing a substrate to be processed, for example, a wafer P having a diameter of 12 inches, on the insulating support plate 5. The susceptor 6 is accommodated. The susceptor 6 is made of, for example, anodized aluminum and constitutes a lower electrode.
[0022]
The susceptor 6 is supported by a support 7 that can move up and down, and can be moved up and down as shown by a reciprocating arrow in the figure by the operation of a drive source 8 such as a motor installed outside the processing container 3. It is. FIG. 1 shows a position at the time of etching, and the susceptor 6 can be lowered by a driving source 8 to a loading / unloading gate valve 9 provided below the side of the processing container. A bellows 10 for ensuring airtightness is disposed on the outer periphery of the support 7.
[0023]
An electrostatic chuck (not shown) for attracting and holding the wafer P is provided on the susceptor 6, and the wafer P is placed at a predetermined position on the electrostatic chuck. Further, an annular focus ring 11 having conductivity is provided on the outer peripheral edge of the upper surface of the susceptor 6. The focus ring 11 has a function of improving the uniformity of the plasma density around the wafer P.
[0024]
At the bottom of the processing vessel 3 is provided an exhaust pipe 13 that communicates with the evacuation means 12 such as a turbo molecular pump. The operation of the evacuation means 12 causes the inside of the processing vessel 3 to have a predetermined pressure reduction degree, for example, 10 mTorr. Can be evacuated. The exhaust in the processing container 3 and the maintenance of the degree of decompression in the processing container 3 by the operation of the evacuation means 12 are based on a detection signal from a pressure sensor (not shown) provided in the processing container 3. It is automatically controlled.
[0025]
An upper electrode 22 is provided above the processing chamber 2 via an insulating material 21 made of alumina, for example. The upper electrode 22 is made of a conductive material, for example, anodized aluminum, but at least the surface 22a facing the wafer P is made of another material having conductivity against high frequencies, for example, a single material. You may form with crystalline silicon. The upper electrode 22 has a hollow structure having a hollow portion 22b therein, and a gas introduction port 23 is formed at the upper center of the upper electrode 22. The gas introduction port 23 communicates with the hollow portion 22b. Yes. A large number of discharge ports 22c are formed on the surface 22a facing the wafer P in order to uniformly supply the processing gas to the entire surface to be processed of the wafer P.
[0026]
A gas introduction pipe 24 is connected to the gas introduction port 23, and a processing gas supply source 27 is connected to the gas introduction pipe 24 via a valve 25 and a mass flow controller 26 for adjusting the flow rate. . In the present embodiment, a predetermined processing gas such as CF is supplied from the processing gas supply source 27. _Four Gas or C _Four F ₈ A CF-based etching gas or the like such as a gas is supplied. The flow rate of the etching gas is adjusted by the mass flow controller 26, and the wafer P is uniformly supplied from the discharge port 22 c of the upper electrode 22. It is the composition discharged to.
[0027]
Next, the high-frequency power supply system of the etching apparatus 1 will be described. First, from the first high-frequency power supply 31 that outputs high-frequency power having a frequency of about several hundred kHz to the susceptor 6 serving as the lower electrode, for example, 800 kHz. Power is supplied through a matching unit 32 having a blocking capacitor or the like. On the other hand, the upper electrode 22 is supplied from a second high frequency power supply 34 that outputs a high frequency power of 1 MHz or higher, for example, 27.12 MHz, higher than the first high frequency power supply 31 through the matching unit 33. Power is supplied.
[0028]
A so-called dipole ring magnet 41 according to the present embodiment is disposed on the outer periphery of the processing vessel 3 as a magnetic field generating means. As shown in FIG. 2, the dipole ring magnet 41 has 40 columnar segment magnets M1 to M40 arranged in an elliptical shape on an annular rotary stage 42. These segment magnets M1 to M40 constitute anisotropic segment magnets. The segment magnets M1 to M40 have the same shape and the same size, but when arranged on the rotary stage 42, they are arranged so that the magnetization directions thereof are different from each other as will be described later. As shown in FIG. 1, the rotary stage 42 itself is configured to rotate concentrically around the outer periphery of the processing vessel 3 by a driving means 43 such as a motor and a transmission mechanism 44 such as a gear. The direction of rotation is indicated by a rotation arrow R in FIG.
[0029]
As described above, since the segment magnets M1 to M40 have the same shape and size, for example, the segment magnet M1 will be described. The segment magnet M1 has a columnar shape as a whole, for example, the same for magnetizing the magnet. The cylindrical magnet materials 51 and 52 having the same size are configured so as to be in close contact with each other in the vertical direction. These magnet materials 51 and 52 may be integrally formed from the beginning. Further, a slit may be provided between the magnet materials 51 and 52, and a non-magnetic material may be interposed as will be described later. Then, the segment magnet M1 is configured by magnetizing the material configured in this manner and magnetizing the magnet materials 51 and 52 in the direction shown by the arrow in FIG. 3, for example (the tip of the arrow is N pole is shown). Magnetization directions of the magnet materials 51 and 52 are completely the same.
[0030]
The other segment magnets M2 to M40 have the same configuration as that of the segment magnet M1. Then, when the 40 segment magnets having the same magnetization direction are arranged on the rotary stage 42, as shown in FIG. The magnetization directions of the segment magnets M1 to M40 are set to be different so that the magnetization direction of each of the segment magnets M1 to M40 returns to the original direction. For example, referring to FIG. 2, the segment magnet M1 and the segment magnet M21 have the same magnetization direction, and the segment magnet M20 and the segment magnet M40 have the same magnetization direction. In FIG. 4, the segment magnets M1 to M40 are set so that the magnetization directions are shifted by equal angles. With the arrangement of the segment magnets M1 to M40 as described above, the magnetic field vector in the processing container 3 is oriented in the direction indicated by the thick arrow in FIG.
[0031]
More specifically, as shown in FIG. 2, the segment magnets M1 to M40 are arranged on an elliptical locus having the NS direction, that is, the direction of the composite vector C as a major axis and the direction orthogonal to the minor axis as a minor axis. It is installed. The lengths of the major axis and the minor axis of the elliptical trajectory are various parameters constituting the magnetic field, for example, the magnetic force of the segment magnets M1 to M40, the number of the segment magnets M1 to M40, and the pitch between the segment magnets M1 to M40. And is set so as to form a magnetic field having a circular magnetic field line by eliminating non-uniformity between the NS direction of the magnetic field shown in FIG. 16 and a direction orthogonal to the NS direction (EW direction). Yes.
[0032]
The main part of the etching apparatus 1 according to the present embodiment is configured as described above. When the wafer P is viewed from the side surface in the Y-axis direction by the arrangement of the dipole ring magnet 41 as described above, FIG. As shown in FIG. 5, when the dipole ring magnet 41 is stationary, a magnetic field substantially parallel to the plane including the wafer P is formed.
[0033]
Similarly, when the dipole ring magnet 41 is stationary, that is, when the rotary stage 42 is stopped, as shown in FIG. 5, the magnetic field strength distribution (curve a) in the NS direction and N The magnetic field intensity distribution (curve b) in the direction (EW direction) orthogonal to the −S direction is substantially the same. Then, as shown in FIG. 6 corresponding to FIG. 16, the lines connecting the equal intensity positions of the magnetic field form concentric circles centered on the center of the wafer P that is the substrate to be processed.
[0034]
Next, using the etching apparatus 1 according to the present embodiment, for example, an oxide film (SiO 2) of a silicon wafer P ₂ The process, action, etc. in the case of etching) will be described. A load lock chamber (not shown) in which a wafer transfer means such as a transfer arm is accommodated on the side surface of the etching apparatus 1 via a gate valve 9 is provided. ) Are arranged side by side, and the susceptor 6 is lowered to a predetermined delivery position by the operation of the drive source 8 when the wafer P, which is the substrate to be processed, is loaded into and unloaded from the processing container 3.
[0035]
Then, the wafer P is carried into the processing chamber 2 from the load lock chamber (not shown), and the wafer P is set at a predetermined position on the susceptor 6 by holding means such as an electrostatic chuck. Next, the susceptor 6 is raised to a predetermined etching processing position (position shown in FIG. 1) by the operation of the driving source 8. At the same time, the inside of the processing chamber 2 is evacuated by the evacuation means 12 and reaches a predetermined degree of decompression. _Four Is supplied at a predetermined flow rate, and the pressure in the processing chamber 2 is set and maintained at a predetermined pressure reduction degree, for example, 20 mTorr.
[0036]
Next, when high-frequency power having a frequency of 27.12 MHz and a power of 2 kW is supplied from the second high-frequency power source 34 to the upper electrode 22, the etching gas in the processing chamber 2, that is, CF _Four Gas molecules of gas are dissociated and turned into plasma. At the same time, high frequency power having a frequency of 800 kHz and a power of 1 kW is supplied from the first high frequency power supply 31 to the susceptor 6.
[0037]
Further, when the rotary stage 42 is rotated by the operation of the driving means 43 and the dipole ring magnet 41 is rotated on the outer periphery of the processing vessel 3, it is formed on the wafer P by a parallel and uniform magnetic field with the wafer P, that is, the above-described high frequency power source. A parallel magnetic field is formed in a direction orthogonal to the generated electric field.
[0038]
As a result, electrons in the plasma cause E × B drift motion, and as a result, further dissociation occurs due to collision with neutral molecules, and the plasma density in the processing vessel 3 becomes extremely high. For example, even in the case of electrons in the bulk that do not cause E × B drift motion, the diffusion is suppressed by the magnetic field. Therefore, the plasma density is also high from this point.
[0039]
In such a plasma atmosphere, the incident energy of the high-density etchant ions generated by the high-frequency etchant ions is relatively low frequency (800 kHz) supplied from the first high-frequency power supply 31 to the susceptor 6 side. While being controlled independently of the plasma generation process, a silicon oxide film (SiO ₂ Etching). Therefore, it is possible to perform a predetermined etching process without damaging the wafer P. Further, an etching process with a high etching rate and high in-plane uniformity is performed on the wafer P.
[0040]
In the etching apparatus 1, as described above, in the dipole ring magnet 41, since the plurality of segment magnets M1 to M40 are arranged in an elliptical shape, the magnetic field formed in the processing chamber 2 is corrected, As a result, the magnetic field in the processing chamber 2 is uniform from the surface to be processed, the outer periphery of the processing surface, and the space from which the plasma is generated at least above the surface to be processed, and the desired uniform plasma processing is performed on the substrate to be processed. Can be applied.
[0041]
In addition, since the segment magnets M1 to M40 are composed of the same member, the same type of segment magnet M should be used even if the plasma processing apparatus is increased in size as the substrate to be processed is expected to increase in size. Therefore, the production cost of the segment magnet M can be reduced.
[0042]
Next, a second embodiment in which the present invention is applied to an etching apparatus will be described. In the following description, components having the same functions and configurations as those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0043]
FIG. 7 schematically shows a cross section of the etching apparatus 100 according to the second embodiment. A dipole ring magnet 101 is disposed on the outer periphery of the processing vessel 3 as magnetic field generating means. The dipole ring magnet 101 has 36 cylindrical segment magnets Mg1 to Mg36 arranged in an annular shape on an annular rotating stage 42 as shown in FIG. Each of the segment magnets Mg1 to Mg36 has the same shape and size, but when arranged on the rotary stage 42, the magnetized directions are arranged in different directions as will be described later.
[0044]
Further, a shield ring 102 made of an annular magnetic body is provided on the rotary stage 42 so as to surround the outer periphery of the dipole ring magnet 101, and rotates in synchronization with the dipole ring magnet 101.
[0045]
As described above, since the segment magnets Mg1 to Mg36 have the same shape and size, for example, the segment magnet Mg1 will be described. A non-magnetic material 105 made of, for example, an aluminum material having the same diameter is disposed between cylindrical magnet materials 103 and 104 of the same size and sandwiched therebetween. The segment magnet Mg1 is configured by magnetizing the material configured in this manner and magnetizing the magnet materials 103 and 104 in the direction shown by the arrow A in FIG. The tip shows the N pole). Note that the magnetization directions of the magnet materials 103 and 104 are exactly the same.
[0046]
Further, as shown in FIG. 9, auxiliary magnets 106 and 107 made of permanent magnets having the same diameter are fixed to the upper and lower ends of the segment magnet Mg1, and the magnetic field directions of the auxiliary magnets 106 and 107 are as follows. As indicated by arrows B1 and B2 in the figure, each is directed toward the center along the vertical direction of the segment magnet Mg1. As a result, the magnetic field component in the vertical direction can be reduced with respect to the magnetic field formed by the segment magnet Mg.
[0047]
Therefore, the vertical component of the magnetic field of the segment magnet Mg formed in the processing chamber 2 (arrows S1 and S2 in FIG. 9) is changed to the magnetic field formed by the auxiliary magnets 106 and 107 (arrow B1, By B2), a uniform magnetic field is formed in the processing chamber 2 by correction.
[0048]
The other segment magnets Mg2 to Mg36 have the same configuration as the segment magnet Mg1, and the auxiliary magnets 106 and 107 are fixed to the upper and lower ends of each segment magnet. Further, the rotation of the dipole ring magnet 101 composed of the segment magnets Mg1 to Mg36 is the same as that of the dipole ring magnet 41, and thus the description thereof is omitted. The magnetic field vector C formed in the processing chamber 2 by the dipole ring magnet 101 is directed in the direction indicated by the thick arrow in FIG. 10 along the NS direction.
[0049]
A counter magnet 108 serving as a magnetic field generating means for preventing magnetic field leakage as shown in FIG. 8 is attached to a predetermined portion in the outer peripheral direction of the shield ring 102. The counter magnet 108 has a substantially rectangular parallelepiped shape as a whole, and is magnetized so that the magnet material having the shape is magnetized in the direction of an arrow in FIG. 11, for example.
[0050]
In this embodiment, as shown in FIGS. 8 and 10, the counter magnet 108 having such a configuration is positioned along the direction of the magnetic field vector C, that is, the segment magnets Mg35 to Mg2, and the segment magnets Mg17 to Mg20. A total of 16 pieces are attached to the outer periphery of the shield ring 102 in two upper and lower stages so as to be located on the outer side. Therefore, the counter magnet group on the segment magnet Mg35-Mg2 side and the counter magnet group on the segment magnet Mg17-Mg20 side have a positional relationship facing each other along the direction of the magnetic field vector. As for the magnetic poles of each counter magnet 108 group when attached to the shield ring 102, the N poles are inward for the segment magnets Mg17 to Mg20 so that the N poles are positioned on the outer side of the segment magnets Mg35 to Mg2. It is attached to be located.
[0051]
The main part of the etching apparatus 100 according to the second embodiment is configured as described above, and the auxiliary magnets 106 and 107 appropriately correct the vertical component of the magnetic field generated by the segment magnets Mg1 to Mg36. It is possible to correct the upward and downward convex magnetic field that has occurred in the past. Accordingly, a horizontal magnetic field is formed with respect to the wafer P, which is the substrate to be processed, in the plasma generation space at least above the surface to be processed and the peripheral edge of the surface to be processed. Plasma treatment can be performed.
[0052]
In addition, the shield ring 102 and the counter magnet 108 provided in the apparatus can prevent the leakage of the magnetic field generated from the dipole ring magnet 101, thereby preventing the magnetic influence of peripheral devices. That is, the magnetic field generated by the dipole ring magnet 101 tends to leak in all directions on the outer periphery of the processing vessel 3, but the magnetic shield ring 102 is disposed on the outer periphery of the side surface of the dipole ring magnet 101. Magnetic field leakage to nearby locations is prevented. In addition, since a counter magnet 108 is further disposed on the outer periphery of the shield ring 102, magnetic field leakage to a distant place is prevented.
[0053]
Therefore, even if the same apparatus as the etching apparatus 100 is installed at a location close to each other, there is no magnetic field interference with each other, and an intended high-speed and uniform etching process can be performed. Further, since magnetic field leakage to a distant place is prevented, magnetic influence on peripheral devices can be prevented. In addition, since the shield ring 102 rotates together with the dipole ring magnet 101, even if the counter magnet 108 is attached to a part of the shield ring 102, it is possible to prevent distant magnetic field leakage over the entire periphery. Needless to say, the magnetic field leakage prevention means including the shield ring 102 and the counter magnet 108 can also be implemented in the etching apparatus 1 according to the first embodiment.
[0054]
As described in the above embodiments, the segment magnets M1 to M40 and Mg1 to Mg36, which are anisotropic segment magnets constituting the dipole ring magnets 41 and 101, have the same configuration. The desired dipole ring magnet 41 or 101 can be configured by manufacturing a large number of types of segments and changing their arrangement. Therefore, an anisotropic segment magnet having a desired magnetization direction can be easily obtained by simply changing the arrangement state, and the manufacturing cost is low.
[0055]
The electrons in the plasma cause E × B drift motion and move from the E pole side to the W pole side, so that the W pole side has a higher plasma density than the E pole side. Therefore, if the magnetic field intensity distribution is formed in consideration of the influence of this E × B drift motion, the uniformity of the plasma density can be further improved. Specifically, as shown in FIGS. 12 and 13 (FIGS. 12 and 13 are diagrams corresponding to FIGS. 15 and 16, respectively), the E pole side gradually becomes weaker from the W pole side. If the gradient magnetic field is formed, the diffusion suppressing effect on the electrons that have caused the E × B drift motion is weakened. As a result, the concentration of electrons on the W pole side is avoided, and the uniformity of plasma density on the wafer is good. It becomes.
[0056]
In order to form such a gradient magnetic field, as shown in FIG. 14, the anisotropic segment magnets M1 to Mn forming the dipole ring magnet 201 are arranged in a substantially elliptical shape, and the elliptical center Z is set on the wafer P. What is necessary is just to make it the position shifted to the W pole side from the center of. The setting of the magnetization directions of the anisotropic segment magnets M1 to Mn forming the dipole ring magnet 201 is similar to the case of the first and second embodiments. The respective magnetization directions of the anisotropic segment magnets M1 to Mn are set so as to be deviated so as to return to the original direction.
[0057]
The dipole ring magnets 41 and 101 used in the above-described embodiment are composed of 40 segment magnets M1 to M40 and 36 segment magnets Mg1 to Mg36, respectively. Of course, the number of segment magnets is as required. It may be arbitrarily selected. Therefore, for example, when so-called thinning is performed to reduce the number of segment magnets M1 to M40 provided on the dipole ring magnet 41, the ellipse major axis of the dipole ring magnet 41 is increased while generating a desired magnetic field in the processing chamber 2. It becomes possible to shorten, and the magnitude | size of the etching apparatus 1 can be reduced. Furthermore, for example, when the segment magnets Mg1 to Mg36 provided on the dipole ring magnet 101 are thinned out, fine adjustment of the magnetic field generated in the processing chamber 2 is further facilitated.
[0058]
The embodiment described above is an example configured as an etching apparatus. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be embodied as other plasma processing apparatuses such as an ashing apparatus, a sputtering apparatus, and a CVD apparatus. Furthermore, the substrate to be processed is not limited to a wafer but may be an LCD substrate.
[0059]
【The invention's effect】
According to the present invention, a dipole ring magnet in which a plurality of anisotropic segment magnets are arranged elliptically on the outer periphery of a processing vessel in a plasma processing apparatus, or a plurality of anisotropic segment magnets provided with auxiliary magnets are arranged on the outer periphery of a processing vessel. By providing the ring-shaped dipole ring magnet, it is possible to improve the uniformity of the magnetic field formed in the processing container. Therefore, it is possible to perform a more uniform plasma process on the substrate to be processed than before. Furthermore, since each dipole ring magnet is formed by the same anisotropic segment magnet, even if the plasma processing apparatus is enlarged as the substrate to be processed is enlarged, each of the dipole ring magnets has substantially the same anisotropic segment magnet. It can be used and the production cost etc. of an anisotropic segment magnet can be reduced. If magnetic field generation means for preventing magnetic field leakage is provided on the outer periphery of the dipole ring magnet, it is possible to prevent the generation of a leakage magnetic field around the device, prevent the magnetic influence of peripheral devices, and manufacture multi-chamber type semiconductor devices. In constructing the system, the degree of freedom of design and the uniformity of the magnetic field strength can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view of an etching apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing the magnetization direction of each segment magnet of the dipole ring magnet used in the etching apparatus in FIG.
3 is a perspective view of a segment magnet used for the dipole ring magnet of FIG. 2. FIG.
4 is an explanatory view seen from a side surface showing a state of a magnetic field in a processing chamber in the etching apparatus of FIG. 1; FIG.
5 is an explanatory view seen from the side showing the magnetic field gradient on the wafer in the etching apparatus of FIG. 1; FIG.
6 is an explanatory view seen from a plane showing the state of a curve (equal intensity line) connecting equal intensity positions on a wafer in the etching apparatus of FIG. 1; FIG.
FIG. 7 is an explanatory cross-sectional view of an etching apparatus according to a second embodiment of the present invention.
8 is a perspective view of a dipole ring magnet used in the etching apparatus of FIG.
9 is a perspective view of a segment magnet used in the dipole ring magnet of FIG.
10 is a plan view showing the magnetization direction of each segment magnet of the dipole ring magnet of FIG. 7. FIG.
11 is a perspective view of a counter magnet attached to a shield ring of the dipole ring magnet of FIG.
FIG. 12 is an explanatory view from the side of a wafer showing a magnetic field strength distribution when the uniformity of plasma density is improved in consideration of the E × B drift motion of electrons.
FIG. 13 is an explanatory view from the wafer plane showing the magnetic field strength distribution when the uniformity of plasma density is improved in consideration of the E × B drift motion of electrons.
14 is an explanatory diagram showing an arrangement example of anisotropic segments for forming the magnetic field strength distributions of FIGS. 12 and 13. FIG.
FIG. 15 is an explanatory view from the side of the wafer, showing the magnetic field strength distribution in the prior art.
FIG. 16 is an explanatory view from the wafer plane, showing the magnetic field strength distribution in the prior art.
[Explanation of symbols]
1,100 Etching equipment
2 treatment room
3 processing containers
6 Susceptor
12 Vacuuming means
22 Upper electrode
27 Processing gas supply source
31 First high frequency power supply
34 Second high frequency power supply
41, 101 Dipole ring magnet
42 Rotating stage
102 Shield ring
106, 107 Auxiliary magnet
108 counter magnet
M1-M40, Mg1-Mg36 segment magnet
P wafer

Claims

An apparatus for introducing a processing gas into a processing container and converting the processing gas into plasma to perform a predetermined process on a substrate to be processed in the processing container,
In a plasma processing apparatus provided with a dipole ring magnet in which a plurality of anisotropic segment magnets are annularly arranged on the outer periphery of a processing vessel,
In the plurality of anisotropic segment magnets , the centers of adjacent anisotropic segment magnets are not arranged at equal intervals .

An apparatus for introducing a processing gas into a processing container and converting the processing gas into a plasma to perform a predetermined processing on a substrate to be processed in the processing container. In the plasma processing apparatus provided with a dipole ring magnet arranged in an annular shape,
The anisotropic segment magnets are arranged in a substantially elliptical shape, and the anisotropic segments are decentered in the direction along the major axis direction of the ellipse from the center of the substrate to be processed. A plasma processing apparatus comprising a magnet .

3. The plasma processing according to claim 2, wherein the spacing between the anisotropic segment magnets is set so that the side with the center of the substrate to be processed is relatively dense and the other side is relatively sparse. apparatus.

The plasma processing according to any one of claims 1 to 3, wherein a magnetic material is disposed on a side surface of the dipole ring magnet, and a magnetic field generating means for preventing magnetic field leakage is further provided on the magnetic material. apparatus.