JP4373061B2

JP4373061B2 - Plasma processing apparatus and plasma processing method

Info

Publication number: JP4373061B2
Application number: JP2002241250A
Authority: JP
Inventors: 浩二宮田; 一幸手塚; 弘一達下; 博夫小野; 一也永関
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd; Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd; Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2002-08-21
Filing date: 2002-08-21
Publication date: 2009-11-25
Anticipated expiration: 2022-08-21
Also published as: JP2004079918A

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】
第１の発明は、被処理基板を収容する処理室と、該処理室内に設けられて前記被処理基板に所定のプラズマ処理を施すためのプラズマを発生させる機構と、前記処理室外に設けられて前記処理室内の前記被処理基板の周囲に所定のマルチポール磁場を形成する磁場形成機構とを有するプラズマ処理装置であって、前記磁場形成機構は、分離して設けられたリング状の上側及び下側磁場発生機構を備え、該上側及び下側磁場発生機構の夫々は磁石セグメントを有し、該磁石セグメントの各々は磁場発生機構の径方向に延ばした軸を中心に回転可能であることを特徴とする。
【００１１】
上記第１の発明は、前記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である。
【００１２】
第２の発明は、被処理基板を収容する処理室と、該処理室内に設けられて前記被処理基板に所定のプラズマ処理を施すためのプラズマを発生させる機構と、前記処理室外に設けられて前記処理室内の前記被処理基板の周囲に所定のマルチポール磁場を形成する磁場形成機構とを有するプラズマ処理装置であって、前記磁場形成機構は、分離して設けられたリング状の上側及び下側磁場発生機構を備え、該上側及び下側磁場発生機構の夫々は磁石セグメントを有し、前記上側及び下側磁場発生機構の一方或いは両方を磁場発生機構の中心軸の回りに回転可能としたことを特徴とする。
【００１３】
上記第２の発明は、上側及び下側磁場発生機構の一方或いは両方を磁場発生機構の中心軸の回りに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。
【００１４】
第３の発明は、前記磁場形成機構が、分離して設けられたリング状の上側及び下側磁場発生機構を有し、該上側及び下側磁場発生機構の夫々には永久磁石セグメントが設けられ、前記上側及び下側磁場発生機構を互いに接近させ或いは遠ざけるように上下方向に移動可能に構成したことを特徴とするプラズマ処理装置である。
【００１５】
上記第３の発明は、上側及び下側磁場発生機構を接近或いは遠ざけることにより、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。
【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（フッ素系、塩素系）、水素系の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の磁石セグメント２２ａ（図２の場合は１６個）と、図２には示していないが、この磁石セグメント２２ａの夫々に対応してその下側に同数の磁石セグメント２２ｂ（図３(a)参照）とを主要構成要素としている。尚、図３(a)〜(c)は、図２のＸ−Ｙ断面を示す図であるが、図面及び説明を簡単にするため、図３(a)〜(c)では、セグメント磁石２２ａ及び２２ｂの４角形の辺がＸ−Ｙ断面と垂直及び平行になっていると仮定して表現している。
【００３０】
図２及び図３(a)に示す状態では、磁石セグメント２２ａ及び２２ｂは、真空チャンバ1内で形成される磁場の磁極がＳ，Ｎ，Ｓ，Ｎ，…となるように配置されている。すなわち、複数の磁石セグメント２２ａ及び２２ｂは隣り合う磁石セグメント同士の磁石の向きが垂直方向でその極性が逆になるようになっており、上側磁石セグメント２２aと対応する下側磁石セグメントの２２ｂの磁極が同極で対向している。図２及び図３(a)から判るように、磁石セグメント２２ａ及び２２ｂは夫々リング状に配置されおり、これらを上側及び下側磁場発生機構と称する。
【００３１】
図２及び図３(a)に示す状態では、チャンバ１内では磁力線が図２のように隣り合う磁石セグメント間に形成され、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となるようにマルチポール磁場が形成されている。
【００３２】
なお、このように磁場の強度範囲が規定されるのは、磁場強度が強すぎると磁束洩れの原因となり、弱すぎるとプラズマ閉じ込め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。
【００３３】
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すなわち磁場が弱まった状態であればよい。図２及び図３(a)に示す状態では、ウエハ周辺部に例えば磁束密度420μＴ（4.2Ｇ）以下の磁場が印加されており、これによりプラズマを閉じ込める機能が発揮される。
【００３４】
さらに、第１の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及び２２ｂは、図示しない磁石セグメント回転機構により、磁場形成機構２１内においてリング状磁場発生機構（セグメント）の径方向に延ばした軸を中心に回転自在とされている。
【００３５】
上述したように、図３(a)〜(c)は図２のＸ−Ｙ断面を示す図であり、紙面の上下が垂直方向で、紙面の法線方向が半径方向である。図３(a)に示すように、各磁石セグメント２２a及び２２ｂの磁極が垂直方向に向いた状態から、図３(b)及び図３(c)に示すように、隣りあった上側磁石セグメント２２a及び２２ｂが逆方向に回転するように構成されている。上側磁石セグメント２２aに対向する下側磁石セグメント２２ｂは上側磁石セグメント２２ａと逆方向に回転する。なお、図３(b)は磁石セグメント２２a及び２２ｂが図３(a)の位置から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及び２２ｂが図３(a)の位置から９０度回転した状態を示している。特に、本第１の実施の形態では、磁石セグメントの回転を０度より大で９０度以下の範囲で制御している。尚、図３(ｄ)については後述する。
【００３６】
図４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及び２２ｂの磁極が垂直方向に向いた状態（曲線Ａ）、図３(b)に示すように各磁石セグメント２２ａ及び２２ｂ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及び２２ｂ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４の曲線Ａに示すように、各磁石セグメント２２ａ及び２２ｂの磁極が垂直方向に向いた状態では、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で示すように、各磁石セグメント２２ａ及び２２ｂ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が形成されていない状態（磁場強度が略ゼロ）となる。更に、曲線Ｂで示すように、磁石セグメント２２ａ及び２２ｂを４５度回転した状態では、上記２つの状態の中間的な状態となる。
【００３８】
このように、第１の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及び２２ｂは、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及び２２ｂ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ていない（磁場が弱められている）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５〜図７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５〜図７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示している。
【００４１】
図５はC₄F₈ガスでシリコン酸化膜をエッチングした場合、図６はCF₄ガスでシリコン酸化膜をエッチングした場合、図７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５及び図６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７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、第１の実施の形態においては、磁石セグメント２２ａ及び２２ｂ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の夫々の数は、図２に示した１６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３(a)〜(c)に示した正方形に限らず、円柱形、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２２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３(d)に示すように、磁石セグメント２２の断面形状を円形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８を参照して説明する。この第２の実施の形態では、磁場形成機構が上側磁場形成機構と下側磁場形成機構（夫々リング状に構成されている）とに分離して構成され、これらの上側磁場形成機構と下側磁場形成機構を、垂直方向の回転軸回りに独立して回転可能としている。このため上側磁場形成機構と下側磁場形成機構の回転方向の相対位置を変化でき、図８(a)のように上下磁石セグメントの磁極が同極で対向した状態から図８(c)のように上下磁石セグメントの磁極が逆極で対向した状態まで変化できる。
【００４６】
図８(a)に示す場合は、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が形成された状態で、図８(c)に示す場合は、実質的にマルチポール磁場が形成されていない。一方、図８(b)の場合は、図３(a)と図3(b)の場合の中間の磁場が形成される。このように、第２の実施の形態によれば、上側磁場形成機構と下側磁場形成機構を、リング状の磁場平成機構の垂直方向の中心軸の回りに独立して回転することで、第１の実施の形態と同様に、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ていない状態とに設定できるようになっている。尚、上側と下側磁場形成機構の両方を回転させる場合を説明したが、いずれか一方のみを回転させるようにしてもよい。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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処理される。
【００５２】
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及び２２ｂを所定の向きに設定するか（第1の実施の形態）、磁石セグメント２２ａ及び２２ｂの相対位置を変化させる（第２の実施の形態）。こうすることによって、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する。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
次に、マルチポール磁場の制御機構２１の第３の実施の形態について説明する。なお、第３の実施の形態においても、磁石セグメント２２（即ち磁場形成機構２１）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。
【００５６】
図９に示すように、第３の実施の形態では、リング状の磁場形成機構２１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ており、さらに、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２２ｂとを互いに近づけたり離したりできるように、上側及び下側磁場形成気候を上下方向に移動可能に構成している。移動量はリング間隔がリング内径の１/２程度までで特に１/３程度までが有効に働く。尚、図９において、部分的に示した真空チャンバ１及びその内部の構成は図１と同様である。
【００５７】
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２２ｂとを近接させると真空チャンバ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、他方、磁石セグメント２２ａと磁石セグメント２２ｂとを離すと真空チャンバ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ようにすることができる。
【００５８】
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。
【００５９】
【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概略を示す図。
【図２】本発明の第１の実施の形態を説明するための概略図。
【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1に示した真空チャンバ内の磁場強度の状態を示す図。
【図５】第１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６】第１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】第１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】本発明の第２の実施の形態を説明するための概略図。
【図９】本発明の第３の実施の形態を説明するための概略図。
【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（２２ａ,２２ｂ）…磁石セグメント、２４…ゲートバルブ、２５…回転機構。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma processing apparatus, and more particularly to a plasma processing apparatus and a plasma processing method for performing plasma processing such as etching on a substrate to be processed such as a semiconductor wafer.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in the field of semiconductor device manufacturing, plasma is generated in a processing chamber, and this plasma is applied to a substrate to be processed such as a semiconductor wafer disposed in the processing chamber to perform predetermined processing such as etching or film formation. There is known a plasma processing apparatus for performing the above.
[0003]
In order to perform good processing in such a plasma processing apparatus, it is necessary to maintain the plasma state in a good state suitable for plasma processing. For this reason, a magnetic field for controlling plasma has conventionally been used. A plasma processing apparatus having a magnetic field forming mechanism to be formed is used.
[0004]
As a magnetic field forming mechanism, a substrate to be processed such as a semiconductor wafer disposed horizontally with a processing surface facing upward is arranged so that N and S magnetic poles are alternately adjacent to surround the periphery of the semiconductor substrate. A multi-pole type is known in which a magnetic field is not formed above a wafer, but a multi-pole magnetic field is formed so as to surround the periphery of the wafer. The number of poles of the multipole is an even number of 4 or more, and the number of poles is preferably selected between 8 and 32 so that the magnetic field strength around the wafer matches the processing conditions.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In this way, plasma processing is performed in which a predetermined multipole magnetic field is formed around a substrate to be processed such as a semiconductor wafer in the processing chamber, and plasma processing such as etching processing is performed while controlling the plasma state by the multipole magnetic field. The apparatus is known. However, according to research by the present inventors, in plasma processing, for example, plasma etching, the in-plane uniformity of the etching rate is improved by performing plasma etching processing in a state where a multipole magnetic field is formed. On the contrary, it has been found that the in-plane uniformity of the etching rate may be improved by performing the plasma etching process in the absence of the multipole magnetic field.
[0006]
For example, when etching a silicon oxide film or the like, in-plane etching of the semiconductor wafer is performed by forming a multipole magnetic field compared to etching without forming a multipole magnetic field. The uniformity of the rate (etching rate) can be improved. That is, when etching is performed without forming a multipole magnetic field, the etching rate increases at the center of the semiconductor wafer and decreases at the periphery of the semiconductor wafer (nonuniform etching rate). ) Occurs.
[0007]
On the other hand, when etching organic low dielectric constant films (so-called Low-K) etc., etching without forming a multipole magnetic field forms a multipole magnetic field. The uniformity of the etching rate within the semiconductor wafer surface can be improved as compared with the case where the above is performed. That is, in this case, when etching is performed by forming a multipole magnetic field, the etching rate is lowered at the central portion of the semiconductor wafer and the etching rate is increased at the peripheral portion of the semiconductor wafer. Uniformity) occurs.
[0008]
Here, if the above-described magnetic field forming mechanism is composed of an electromagnet, control of formation and extinction of the magnetic field can be easily performed. However, the use of an electromagnet causes a problem of increased power consumption, so that in many devices, a permanent magnet is generally used. However, when a permanent magnet is used, control such as “forming” or “not forming” the magnetic field requires that the magnetic field forming means itself be attached to or removed from the device. For this reason, there is a problem that a large apparatus is required for attaching and detaching the magnetic field forming means, and there is a problem that it takes a long time for the work, and accordingly, there is a problem that the work efficiency of the entire semiconductor processing is lowered.
[0009]
The present invention has been made to solve such a conventional problem, and can be controlled and set to an appropriate multipole magnetic field state according to the type of plasma processing process. It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus that can be performed easily and easily.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a processing chamber that accommodates a substrate to be processed, a mechanism that is provided in the processing chamber and generates plasma for performing predetermined plasma processing on the substrate to be processed, and is provided outside the processing chamber. A plasma processing apparatus having a magnetic field forming mechanism for forming a predetermined multipole magnetic field around the substrate to be processed in the processing chamber, wherein the magnetic field forming mechanism includes a ring-shaped upper and lower rings provided separately. A magnetic field generating mechanism, each of the upper and lower magnetic field generating mechanisms has a magnet segment, and each of the magnet segments is rotatable about an axis extending in a radial direction of the magnetic field generating mechanism. And
[0011]
According to the first aspect of the present invention, a state in which a predetermined multipole magnetic field is formed around the substrate to be processed in the processing chamber by rotating the magnet segment, and a multi-layer around the substrate to be processed in the processing chamber is formed. It can be set to a state in which no pole magnetic field is formed.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a processing chamber that accommodates a substrate to be processed, a mechanism that is provided in the processing chamber and generates plasma for performing predetermined plasma processing on the substrate to be processed, and is provided outside the processing chamber. A plasma processing apparatus having a magnetic field forming mechanism for forming a predetermined multipole magnetic field around the substrate to be processed in the processing chamber, wherein the magnetic field forming mechanism includes a ring-shaped upper and lower rings provided separately. A side magnetic field generating mechanism, each of the upper and lower magnetic field generating mechanisms has a magnet segment, and one or both of the upper and lower magnetic field generating mechanisms can be rotated around the central axis of the magnetic field generating mechanism. It is characterized by that.
[0013]
In the second aspect of the invention, by rotating one or both of the upper and lower magnetic field generating mechanisms around the central axis of the magnetic field generating mechanism, a predetermined multipole magnetic field is generated around the substrate to be processed in the processing chamber. It is possible to set a state in which the multi-pole magnetic field is not formed around the substrate to be processed in the processing chamber.
[0014]
In a third aspect of the invention, the magnetic field forming mechanism has ring-shaped upper and lower magnetic field generating mechanisms provided separately, and each of the upper and lower magnetic field generating mechanisms is provided with a permanent magnet segment. The plasma processing apparatus is characterized in that the upper and lower magnetic field generating mechanisms can be moved in the vertical direction so as to approach or move away from each other.
[0015]
In the third aspect of the invention, a state in which a predetermined multipole magnetic field is formed around the substrate to be processed in the processing chamber by moving the upper and lower magnetic field generating mechanisms closer to or away from each other, and the processing target in the processing chamber The present invention is characterized in that it can be set so that a multipole magnetic field is not formed around the substrate.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0017]
FIG. 1 schematically shows a configuration when an embodiment according to the present invention is applied to a plasma etching apparatus for etching a semiconductor wafer. In the figure, reference numeral 1 denotes a cylindrical vacuum chamber made of aluminum, for example, and constitutes a plasma processing chamber. The vacuum chamber 1 has a stepped cylindrical shape composed of a small-diameter upper portion 1a and a large-diameter lower portion 1b, and is connected to a ground potential. A support table (susceptor) 2 is provided inside the vacuum chamber 1 to support a semiconductor wafer W as a substrate to be processed substantially horizontally with its surface to be processed facing upward.
[0018]
The support table 2 is made of a material such as aluminum, and is supported by a conductor support 4 via an insulating plate 3 made of ceramic or the like. A focus ring 5 made of a conductive material or an insulating material is provided on the outer periphery above the support table 2.
[0019]
An electrostatic chuck 6 for electrostatically attracting the semiconductor wafer W is provided on the mounting surface of the semiconductor wafer W of the support table 2. The electrostatic chuck 6 is configured by disposing an electrode 6a between insulators 6b, and a DC power source 13 is connected to the electrode 6a. By applying a voltage from the power source 13 to the electrode 6a, the semiconductor wafer W is attracted to the support table 2 by Coulomb force.
[0020]
Furthermore, a coolant channel (not shown) for circulating the coolant is supplied to the support table 2 and He gas is supplied to the back surface of the semiconductor wafer W in order to efficiently transfer the cold heat from the coolant to the semiconductor wafer W. A gas introduction mechanism (not shown) is provided so that the semiconductor wafer W can be controlled to a desired temperature.
[0021]
The support table 2 and the support table 4 can be moved up and down by a pole screw mechanism including a ball screw 7, and a drive portion below the support table 4 is covered with a bellows 8 made of stainless steel (SUS). A bellows cover 9 is provided on the outside.
[0022]
A power supply line 12 for supplying high-frequency power is connected to substantially the center of the support table 2. A matching box 11 and a high frequency power source 10 are connected to the feeder line 12. From the high frequency power supply 10, high frequency power in the range of 13.56 to 150 MHz (preferably 13.56 to 100 MHz), for example, 100 MHz, is supplied to the support table 2.
[0023]
In order to increase the etching rate, it is preferable to superimpose a high frequency for plasma generation and a high frequency for drawing ions in the plasma, and a high frequency power source (not shown) for ion drawing (bias voltage control). In this case, those having a frequency in the range of 500 KHz to 13.56 MHz are used. This frequency is preferably 3.2 MHz when the etching target is a silicon oxide film, and 13.56 MHz when a polysilicon film or an organic material film is used.
[0024]
Further, a baffle plate 14 is provided outside the focus ring 5. The baffle plate 14 is electrically connected to the vacuum chamber 1 through the support 4 and the bellows 8. On the other hand, a shower head 16 is provided on the top wall portion of the vacuum chamber 1 above the support table 2 so as to face the support table 2 in parallel, and the shower head 16 is grounded. Accordingly, the support table 2 and the shower head 16 function as a pair of electrodes.
[0025]
A large number of gas discharge holes 18 are provided in the shower head 16, and a gas introduction part 16 a is provided above the shower head 16. A gas diffusion gap 17 is formed between the shower head 16 and the top wall of the vacuum chamber 1. A gas supply pipe 15a is connected to the gas introduction part 16a, and a processing gas supply system 15 for supplying a processing gas composed of a reactive gas for etching and a dilution gas is connected to the other end of the gas supply pipe 15a. is doing.
[0026]
As the reaction gas, for example, a halogen-based (fluorine-based, chlorine-based), hydrogen-based gas, or the like can be used. Can do. Such a processing gas reaches the gas diffusion gap 17 above the shower head 16 from the processing gas supply system 15 through the gas supply pipe 15a and the gas introduction portion 16a, and is discharged from the gas discharge hole 18 to the semiconductor wafer W. It is supplied to the etching of the formed film.
[0027]
An exhaust port 19 is formed on the side wall of the lower portion 1 b of the vacuum chamber 1, and an exhaust system 20 is connected to the exhaust port 19. By operating a vacuum pump provided in the exhaust system 20, the inside of the vacuum chamber 1 can be depressurized to a predetermined degree of vacuum. Further, a gate valve 24 that opens and closes the loading / unloading port of the semiconductor wafer W is provided on the upper side wall of the lower portion 1 b of the vacuum chamber 1.
[0028]
On the other hand, an annular magnetic field forming mechanism (ring magnet) 21 is disposed concentrically with the vacuum chamber 1 around the outside of the upper portion 1 a of the vacuum chamber 1, and a processing space between the support table 2 and the shower head 16. A magnetic field is formed around the. The entire magnetic field forming mechanism 21 can be rotated around the vacuum chamber 1 at a predetermined rotational speed by a rotating mechanism 25.
[0029]
As shown in FIG. 2, the magnetic field forming mechanism 21 includes a plurality of magnet segments 22a (16 in the case of FIG. 2) supported by a support member (not shown), and this is not shown in FIG. Corresponding to each of the magnet segments 22a, the same number of magnet segments 22b (see FIG. 3 (a)) are used as the main components. 3 (a) to 3 (c) are cross-sectional views taken along the line XY of FIG. 2. In order to simplify the drawing and description, FIGS. 3 (a) to 3 (c) show the segment magnet 22a. And the rectangular sides of 22b are assumed to be perpendicular and parallel to the XY cross section.
[0030]
2 and 3A, the magnet segments 22a and 22b are arranged such that the magnetic poles of the magnetic field formed in the vacuum chamber 1 are S, N, S, N,. That is, the plurality of magnet segments 22a and 22b are configured such that the magnets of the adjacent magnet segments are perpendicular to each other and the polarity is reversed, and the magnetic poles of the lower magnet segment 22b corresponding to the upper magnet segment 22a. Are facing the same pole. As can be seen from FIG. 2 and FIG. 3 (a), the magnet segments 22a and 22b are respectively arranged in a ring shape, and these are referred to as upper and lower magnetic field generating mechanisms.
[0031]
In the state shown in FIG. 2 and FIG. 3 (a), the magnetic field lines are formed between adjacent magnet segments in the chamber 1 as shown in FIG. 2, and in the periphery of the processing space, that is, in the vicinity of the inner wall of the vacuum chamber 1, for example, 0.02 to A magnetic field of 0.2 T (200 to 2000 G), preferably 0.03 to 0.045 T (300 to 450 G) is formed, and a multipole magnetic field is formed so that the central portion of the semiconductor wafer W is substantially in a magnetic-free state. .
[0032]
The reason why the magnetic field strength range is defined in this manner is that if the magnetic field strength is too strong, magnetic flux leaks, and if it is too weak, the effect of plasma confinement cannot be obtained. Therefore, such a numerical value is an example determined by the structure (material) of the apparatus, and is not necessarily limited to this numerical range.
[0033]
In addition, it is desirable that the substantially no magnetic field in the central portion of the semiconductor wafer W described above is originally zero T (Tesla), but a magnetic field that affects the etching process is not formed in the arrangement portion of the semiconductor wafer W. Any value that does not substantially affect the wafer processing, that is, a state in which the magnetic field is weakened may be used. In the state shown in FIGS. 2 and 3A, a magnetic field having a magnetic flux density of 420 μT (4.2 G) or less, for example, is applied to the peripheral portion of the wafer, thereby exhibiting a function of confining plasma.
[0034]
Further, in the first embodiment, the magnet segments 22a and 22b of the magnetic field forming mechanism 21 are arranged in the radial direction of the ring-shaped magnetic field generating mechanism (segment) in the magnetic field forming mechanism 21 by a magnet segment rotating mechanism (not shown). It is designed to be rotatable around an axis extending to the center.
[0035]
As described above, FIGS. 3A to 3C are diagrams showing the XY cross section of FIG. 2, where the top and bottom of the paper surface is the vertical direction, and the normal direction of the paper surface is the radial direction. As shown in FIG. 3 (a), from the state in which the magnetic poles of the magnet segments 22a and 22b face in the vertical direction, as shown in FIGS. 3 (b) and 3 (c), the adjacent upper magnet segment 22a. And 22b are configured to rotate in the opposite direction. The lower magnet segment 22b facing the upper magnet segment 22a rotates in the opposite direction to the upper magnet segment 22a. FIG. 3 (b) shows a state where the magnet segments 22a and 22b are rotated 45 degrees from the position of FIG. 3 (a), and FIG. 3 (c) shows that the magnet segments 22a and 22b are the same as those shown in FIG. It shows a state rotated 90 degrees from the position. In particular, in the first embodiment, the rotation of the magnet segment is controlled within a range of greater than 0 degrees and less than 90 degrees. Note that FIG. 3D will be described later.
[0036]
4, the vertical axis is the magnetic field strength, and the horizontal axis is the distance from the center of the semiconductor wafer W disposed in the vacuum chamber 1, and the magnetic poles of the magnet segments 22 a and 22 b are as shown in FIG. State (curve A) oriented in the vertical direction, each magnet segment 22a and 22b rotated 45 degrees as shown in FIG. 3 (b) (curve B), each magnet segment 22a as shown in FIG. 3 (c) The relationship between the distance from the center of the semiconductor wafer W and the magnetic field strength in the state (curve C) rotated by 90 degrees and 22b is shown. The D / S inner diameter shown in the figure indicates the inner diameter of the deposit shield for protecting the inner wall provided on the inner wall of the vacuum chamber 1, and substantially indicates the inner diameter of the vacuum chamber 1 (processing chamber). Yes.
[0037]
As shown by the curve A in FIG. 4, in the state where the magnetic poles of the magnet segments 22a and 22b are oriented in the vertical direction, the multipole magnetic field is formed substantially up to the peripheral edge of the semiconductor wafer W, while the curve C As shown by, when the magnet segments 22a and 22b are rotated by 90 degrees, a magnetic field is not substantially formed in the vacuum chamber 1 (the magnetic field strength is substantially zero). Furthermore, as shown by the curve B, when the magnet segments 22a and 22b are rotated by 45 degrees, the state is intermediate between the above two states.
[0038]
Thus, in 1st Embodiment, each magnet segment 22a and 22b which comprises the magnetic field formation mechanism 21 can rotate synchronously. The rotation of the magnet segments 22a and 22b substantially causes a multipole magnetic field to be formed around the semiconductor wafer W in the vacuum chamber 1 and around the semiconductor wafer W in the vacuum chamber 1. The multi-pole magnetic field is substantially not formed (the magnetic field is weakened).
[0039]
Therefore, for example, when etching the above-described silicon oxide film or the like, etching is performed by forming a multipole magnetic field around the semiconductor wafer W in the vacuum chamber 1, whereby the etching rate within the surface of the semiconductor wafer W is increased. Can improve the uniformity. On the other hand, when the above-described organic low dielectric constant film (Low-K) or the like is etched, the etching is performed without forming a multipole magnetic field around the semiconductor wafer W in the vacuum chamber 1. The uniformity of the etching rate in the W plane can be improved.
[0040]
5 to 7 show the results of examining the uniformity of the etching rate in the surface of the semiconductor wafer W, where the vertical axis represents the etching rate (etching rate) and the horizontal axis represents the distance from the center of the semiconductor wafer. 5 to 7, the curve A indicates a case where a multipole magnetic field is not formed in the vacuum chamber 1, and the curve B indicates a curve C when a multipole magnetic field of 0.03 T (300 G) is formed in the vacuum chamber 1. Shows a case where a multipole magnetic field of 0.08 T (800 G) is formed in the vacuum chamber 1.
[0041]
Figure 5 shows C _Four F ₈ When the silicon oxide film is etched with gas, FIG. _Four When the silicon oxide film is etched with gas, FIG. ₂ And H ₂ It shows a case where an organic low dielectric constant film (Low-K) is etched with a mixed gas containing. As shown in FIGS. _Four F ₈ And CF _Four In the case of etching a silicon oxide film with a gas containing C and F such as a gas, the in-plane uniformity of the etching rate is improved by performing the etching in a state where a multipole magnetic field is formed in the vacuum chamber 1. You can see that In addition, as shown in FIG. ₂ And H ₂ In the case where an organic low dielectric constant film (Low-K) is etched with a mixed gas containing, etching in a state where a multipole magnetic field is not formed in the vacuum chamber 1 improves the in-plane uniformity of the etching rate. It can be seen that it can be improved.
[0042]
As described above, in the first embodiment, the state of the multipole magnetic field in the vacuum chamber 1 can be easily controlled by rotating the magnet segments 22a and 22b. Good processing can be performed in a multipole magnetic field.
[0043]
Of course, the number of magnet segments 22a and 22b is not limited to the 16 shown in FIG. The cross-sectional shape is not limited to the square shown in FIGS. 3A to 3C, and may be a columnar shape, a polygonal shape, or the like. However, since the magnet segment 22a is rotated, in order to effectively use the installation space of the magnet segment 22 and to reduce the size of the apparatus, as shown in FIG. A circular shape is desirable.
[0044]
Furthermore, the magnet material which comprises the magnet segments 22a and 22b is not specifically limited, For example, it is possible to use well-known magnet materials, such as a rare earth magnet, a ferrite magnet, and an alnico magnet.
[0045]
A second embodiment will be described with reference to FIG. In the second embodiment, the magnetic field forming mechanism is configured to be separated into an upper magnetic field forming mechanism and a lower magnetic field forming mechanism (each configured in a ring shape). The magnetic field forming mechanism can be rotated independently about the rotation axis in the vertical direction. For this reason, the relative position in the rotation direction of the upper magnetic field forming mechanism and the lower magnetic field forming mechanism can be changed, and the state in which the magnetic poles of the upper and lower magnet segments face each other with the same polarity as shown in FIG. Furthermore, the magnetic poles of the upper and lower magnet segments can be changed to a state where they are opposed to each other with the opposite poles.
[0046]
In the case shown in FIG. 8A, a multipole magnetic field is formed around the semiconductor wafer W in the vacuum chamber 1, and in the case shown in FIG. 8C, a multipole magnetic field is substantially formed. Not. On the other hand, in the case of FIG. 8B, a magnetic field intermediate between those in FIGS. 3A and 3B is formed. As described above, according to the second embodiment, the upper magnetic field forming mechanism and the lower magnetic field forming mechanism are independently rotated around the central axis in the vertical direction of the ring-shaped magnetic field Heisei mechanism. As in the first embodiment, the multipole magnetic field is substantially formed around the semiconductor wafer W in the vacuum chamber 1, and the multipole magnetic field is substantially formed around the semiconductor wafer W in the vacuum chamber 1. Can be set to a state where is not formed. In addition, although the case where both the upper side and lower side magnetic field formation mechanisms were rotated was demonstrated, you may make it rotate only any one.
[0047]
Next, processing in the plasma etching apparatus configured as described above will be described.
[0048]
First, the gate valve 24 is opened, and the semiconductor wafer W is loaded into the vacuum chamber 1 by a transfer mechanism (both not shown) through a load lock chamber disposed adjacent to the gate valve 24, and is previously set in a predetermined position. Is placed on the support table 2 that has been lowered. Next, when a predetermined voltage is applied from the DC power supply 13 to the electrode 6a of the electrostatic chuck 6, the semiconductor wafer W is attracted to the support table 2 by Coulomb force.
[0049]
Thereafter, after the transfer mechanism is retracted to the outside of the vacuum chamber 1, the gate valve 24 is closed to raise the support table 2 to the position shown in FIG. 1, and the vacuum chamber is exhausted via the exhaust port 19 by the vacuum pump of the exhaust system 20. 1 is exhausted.
[0050]
After the inside of the vacuum chamber 1 reaches a predetermined degree of vacuum, a predetermined processing gas is introduced into the vacuum chamber 1 from the processing gas supply system 15 at a flow rate of, for example, 100 to 1000 sccm, and the inside of the vacuum chamber 1 has a predetermined pressure. For example, 1.33 to 133 Pa (10 to 1000 mTorr), preferably 2.67 to 26.7 Pa (20 to 200 mTorr).
[0051]
In this state, a high frequency power having a frequency of 13.56 to 150 MHz, for example, 100 MHz and a power of 100 to 3000 W is supplied from the high frequency power supply 10 to the support table 2. In this case, a high frequency electric field is applied to the processing space between the shower head 16 as the upper electrode and the support table 2 as the lower electrode by applying high frequency power to the support table 2 as the lower electrode as described above. As a result, the processing gas supplied to the processing space is turned into plasma, and a predetermined film on the semiconductor wafer W is etched by the plasma.
[0052]
At this time, as described above, depending on the type of plasma processing process to be performed, the magnet segments 22a and 22b are set in a predetermined direction in advance (first embodiment), or the relative positions of the magnet segments 22a and 22b. (Second embodiment). By doing so, a multipole magnetic field having a predetermined strength is formed in the vacuum chamber 1 or a state in which no multipole magnetic field is substantially formed in the vacuum chamber 1 is set.
[0053]
When a multipole magnetic field is formed, there is a possibility that a portion corresponding to the magnetic pole of the side wall portion (depot shield) of the vacuum chamber 1 (for example, a portion indicated by P in FIG. 2) is locally scraped. On the other hand, since the magnetic field forming mechanism 21 is rotated around the vacuum chamber 1 by the rotating mechanism 25 having a driving source such as a motor, the magnetic pole moves with respect to the wall portion of the vacuum chamber 1. It is possible to prevent the wall portion of the chamber 1 from being locally cut.
[0054]
When a predetermined etching process is performed, the supply of high-frequency power from the high-frequency power supply 10 is stopped, the etching process is stopped, and then the semiconductor wafer W is unloaded from the vacuum chamber 1 in the reverse procedure to the above-described procedure.
[0055]
Next, a third embodiment of the multipole magnetic field control mechanism 21 will be described. In the third embodiment, the multipole magnetic field is controlled by rotating the magnet segment 22 (that is, the magnetic field forming mechanism 21) as in the above-described embodiment.
[0056]
As shown in FIG. 9, in the third embodiment, the ring-shaped magnetic field forming mechanism 21 is divided into upper and lower parts, and is composed of an upper magnetic field forming mechanism and a lower magnetic field forming mechanism. The upper and lower magnetic field formation climates are configured to be movable in the vertical direction so that the magnet segment 22a provided in the mechanism and the magnet segment 22b provided in the lower magnetic field forming mechanism can be moved closer to or away from each other. The amount of movement is effective when the ring interval is up to about 1/2 of the inner diameter of the ring, and especially up to about 1/3. In FIG. 9, the vacuum chamber 1 partially shown and the internal configuration thereof are the same as those in FIG.
[0057]
In such a configuration, when the magnet segment 22a and the magnet segment 22b are brought close to each other, a multipole magnetic field is formed around the semiconductor wafer W in the vacuum chamber 1, while the magnet segment 22a and the magnet segment 22b are separated from each other. It is possible to prevent a multipole magnetic field from being substantially formed around the semiconductor wafer W in the vacuum chamber 1.
[0058]
In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to an etching apparatus for etching a semiconductor wafer has been described. However, the present invention is not limited to such a case. For example, the present invention can be applied to an apparatus for processing a substrate other than a semiconductor wafer, and can also be applied to a film processing apparatus such as plasma processing other than etching, for example, CVD.
[0059]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the state of an appropriate multipole magnetic field can be easily controlled and set according to the type of plasma processing process, and good plasma processing can be easily performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a plasma processing apparatus to which an embodiment of the present invention is applied.
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a first embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a rotation operation of a magnet segment constituting the magnetic field forming mechanism of FIG. 2; FIG.
4 is a view showing a state of magnetic field strength in the vacuum chamber shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a diagram showing an example of the relationship between the in-plane distribution of the semiconductor wafer at the etching rate and the magnetic field according to the first embodiment.
FIG. 6 is a view showing an example of the relationship between the in-plane distribution of the semiconductor wafer at the etching rate and the magnetic field according to the first embodiment.
FIG. 7 is a view showing an example of the relationship between the in-plane distribution of the semiconductor wafer at the etching rate and the magnetic field according to the first embodiment.
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic diagram for explaining a third embodiment of the present invention.
[Sharpness of sign]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vacuum chamber, 2 ... Support table, 3 ... Insulating plate, 4 ... Support stand, 5 ... Focus ring, 6 ... Electrostatic chuck, 7 ... Ball screw, 8 ... Bellows, 9 ... Bellows cover, 10 ... High frequency power supply DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Matching box, 12 ... Feed line, 13 ... DC power supply, 14 ... Baffle plate, 15 ... Process gas supply system, 16 ... Shower head, 17 ... Gas diffusion space, 18 ... Gas discharge hole, 19 ... Exhaust port , 20 ... exhaust system, 21 ... magnetic field forming mechanism, 22 (22a, 22b) ... magnet segment, 24 ... gate valve, 25 ... rotating mechanism.

Claims

A processing chamber that accommodates a substrate to be processed; a mechanism that is provided in the processing chamber to generate plasma for performing a predetermined plasma treatment on the substrate to be processed; and a target chamber that is provided outside the processing chamber and is in the processing chamber. A plasma processing apparatus having a magnetic field forming mechanism for forming a predetermined multipole magnetic field around a processing substrate,
The magnetic field forming mechanism includes ring-shaped upper and lower magnetic field generation mechanisms provided separately, each of the upper and lower magnetic field generation mechanisms having a magnet segment, and the magnetization directions of the magnet segments. Is in a plane parallel to the vertical central axis of the ring-shaped magnetic field generating mechanism, and each of the magnet segments is rotatable about an axis extending in the radial direction.

2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein by rotating the magnet segment, a state in which a predetermined multipole magnetic field is formed around the substrate to be processed in the processing chamber, and the substrate to be processed in the processing chamber is formed. A plasma processing apparatus characterized in that it can be set to a state in which no multipole magnetic field is formed around it.

A processing chamber that accommodates a substrate to be processed; a mechanism that is provided in the processing chamber to generate plasma for performing a predetermined plasma treatment on the substrate to be processed; and a target chamber that is provided outside the processing chamber and is in the processing chamber. A plasma processing apparatus having a magnetic field forming mechanism for forming a predetermined multipole magnetic field around a processing substrate,
The magnetic field forming mechanism includes ring-shaped upper and lower magnetic field generation mechanisms provided separately, each of the upper and lower magnetic field generation mechanisms having a magnet segment, and the magnetization directions of the magnet segments. Is parallel to the vertical central axis of the ring-shaped magnetic field generating mechanism, and one or both of the upper and lower magnetic field generating mechanisms can be rotated around the central axis of the magnetic field generating mechanism.

4. The plasma processing apparatus according to claim 3, wherein one or both of the upper and lower magnetic field generating mechanisms are rotated around the central axis of the magnetic field generating mechanism, so that a predetermined multi-layer is formed around the substrate to be processed in the processing chamber. A plasma processing apparatus capable of being set to a state in which a pole magnetic field is formed and a state in which a multipole magnetic field is not formed around the substrate to be processed in the processing chamber.

The magnetic field forming mechanism includes ring-shaped upper and lower magnetic field generating mechanisms provided separately, each of the upper and lower magnetic field generating mechanisms having a permanent magnet segment, and generating the upper and lower magnetic fields. The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the mechanism is configured to be movable in a vertical direction so as to approach or move away from each other.

The plasma processing apparatus according to claim 5, wherein a state in which a predetermined multipole magnetic field is formed around the substrate to be processed in the processing chamber by moving the upper and lower magnetic field generation mechanisms closer to or away from the processing chamber; A plasma processing apparatus characterized in that it can be set so as not to form a multipole magnetic field around the substrate to be processed.

The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein each of the magnet segments has a polygonal column shape or a cylindrical shape.

A plasma processing method using the plasma processing apparatus according to claim 1 to perform an etching process by applying plasma to the substrate to be processed.