JP4812991B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents
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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係り、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用いられている。
【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る。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多い。
【０００４】
この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された半導体ウエハ等の被処理基板に対し、その上方に一定方向のダイポール磁場を形成するダイポール型のもの、及び、被処理面を上方に向けて水平に配置された半導体ウエハ等の被処理基板に対し、その周囲に半導体ウエハ等を囲むように、Ｎ，Ｓの磁極が交互に隣接して配置されるよう多数配列し、半導体ウエハの上方には磁場を形成せず、そ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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したとおり、従来から、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が知られている。
【０００６】
しかしながら、本発明者等が詳査したところ、プラズマ処理、例えば、プラズマエッチング等においては、上述したように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プロセスと、逆に、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うより、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プロセスがあることが判明した。
【０００７】
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、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は、半導体ウエハの中央部でエッチングレートが高くなり、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エッチングレートの不均一性が生じる。
【０００８】
一方、有機系の低誘電率膜（所謂Ｌｏｗ−Ｋ）等のエッチングを行う場合は、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、マルチポール磁場を形成してエッチングを行った場合は、半導体ウエハの中央部でエッチングレートが低くなり、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エッチングレートの不均一性が生じる。
【０００９】
ここで、前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が、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、前述したとおり永久磁石を用いている。
【００１０】
このため、磁場の形成、消滅等の制御は、磁場形成手段を着脱する等の作業を行わなければならず、容易に行うことができないという問題があった。
【００１１】
本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので、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、良好な処理を容易に行うことのできるプラズマ処理装置を提供しようとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、被処理基板を収容する処理室と、前記処理室内に設けられ、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、永久磁石からなる磁石セグメントを複数配列して構成され、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具備したプラズマ処理装置であって、前記磁石セグメントのうちの少なくとも一部が、磁極の方向を変更する如く、各前記磁石セグメントの垂直方向の回転軸の回りに回転可能に構成されたことを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記磁場形成機構が、隣接する前記磁石セグメントを夫々反対の回転方向に、回転させるよう構成されたことを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記磁場形成機構が、前記磁石セグメントを全て同じ回転方向に、回転させるよう構成されたことを特徴とする。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記磁場形成機構が、隣接して設けられた複数の前記磁石セグメントからなる磁石セグメント対によって、前記所定のマルチポール磁場の一つの磁極を形成するよう構成されており、一つの前記磁石セグメント対を構成する複数の前記磁石セグメントを、同方向に同期させて回転させるよう構成されたことを特徴とする。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記磁石セグメントのうち、一つおきの磁石セグメントのみが、所定の回転方向に、回転されるよう構成されたことを特徴とする。
【００１８】
請求項６の発明は、請求項１〜５いずれか一項記載のプラズマ処理装置において、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した状態と、前記処理室内の前記被処理基板の周囲にマルチポール磁場が形成されていな状態とを設定可能とされたことを特徴とする。
【００２２】
請求項７の発明は、請求項１〜６いずれか一項記載のプラズマ処理装置において、前記磁石セグメントが、略円筒状に形成されたことを特徴とする。
【００２３】
請求項８の発明は、請求項１〜７いずれか一項記載のプラズマ処理装置において、前記被処理基板にプラズマを作用させてエッチング処理を施すことを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を、実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２５】
図１は、本発明を、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実施の形態の構成の概略を模式的に示すものであり、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り、内部を気密に閉塞可能に構成され、プラズマ処理室を構成する円筒状の真空チャンバを示している。
【００２６】
上記真空チャンバ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されており、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、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。
【００２７】
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に支持されている。また支持テーブル２の上方の外周には導電性材料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。
【００２８】
また、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。そして電極６ａに電源１３から電圧が印加されることにより、例えばクーロン力によって半導体ウエハＷが吸着されるようになっている。
【００２９】
さらに、支持テーブル２には、冷媒を循環するための冷媒流路（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を所望の温度に温度制御できるようになっている。
【００３０】
上記支持テーブル２と支持台４は、ボールねじ７を含むボールねじ機構により昇降可能となっており、支持台４の下方の駆動部分は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）製のベローズ８で覆われ、ベローズ８の外側にはベローズカバー９が設けられている。
【００３１】
また、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が接続されている。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の範囲、好ましくは１３．５６〜１００ＭＨｚの範囲、例えば１００ＭＨｚの高周波電力が支持テーブル２に供給されるようになっている。また、エッチングレートを高くする観点から、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、その周波数は、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。
【００３２】
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、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。
【００３３】
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と平行に対向する如く設けられており、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ようになっている。
【００３４】
上記シャワーヘッド１６は、その下面に多数のガス吐出孔１８が設けられており、且つその上部にガス導入部１６ａを有している。そして、その内部にはガス拡散用空隙１７が形成されている。ガス導入部１６ａにはガス供給配管１５ａが接続されており、このガス供給配管１５ａの他端には、エッチング用の反応ガス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が接続されている。
【００３５】
反応ガスとしては、例えばハロゲン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、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されるようになっている。
【００３６】
また、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が接続されている。そして排気系２０に設けられた真空ポンプを作動させることにより真空チャンバ１内を所定の真空度まで減圧することができるようになっている。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。
【００３７】
一方、真空チャンバ１の上部１ａの外側周囲には、真空チャンバ１と同心状に、環状の磁場形成機構（リング磁石）２１が配置されており、支持テーブル２とシャワーヘッド１６との間の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とされている。
【００３８】
上記磁場形成機構２１は、図２に示すように、図示しない支持部材により支持された永久磁石からなる複数（図２では１６個）の磁石セグメント２２から構成されており、複数の磁石セグメント２２を、真空チャンバ１側に向く磁極がＳ，Ｎ，Ｓ，Ｎ，…と交互に並ぶように配列して構成されている。
【００３９】
すなわち、磁場形成機構２１において、図２に示す状態では、隣接する複数の磁石セグメント２２同士の磁極の向きが互いに逆向きになるように配置されており、従って、磁力線が図示のように隣接する磁石セグメント２２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。
【００４０】
なお、このように磁場の強度範囲が規定されるのは、強すぎると洩れ磁場の原因となり、弱すぎるとプラス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）的な要因による一例であって、必ずしもこの範囲に限定されるものではない。
【００４１】
また、前述した半導体ウエハＷ中心部における実質的な無磁場とは、本来０Ｔであることが望ましいが、半導体ウエハＷの配置部分にエッチング処理に影響を与える磁場が形成されず、実質的にウエハ処理に影響を及ぼさない値であればよい。図２に示す状態では、ウエハ周辺部に例えば磁束密度４２ＯμＴ（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。
【００４２】
さらに、本実施の形態においては、上記磁場形成機構２１の各磁石セグメント２２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、垂直方向の軸を中心に、回転自在とされている。
【００４３】
すなわち、図２及び図３（ａ）に示すように、各磁石セグメント２２の磁極が真空チャンバ１側に向いた状態から、図３（ｂ）、図３（ｃ）に示すように、隣接する磁石セグメント２２が同期して逆方向、従って一つおきの磁石セグメント２２が同方向に回転するよう構成されている。なお、図３（ｂ）は、磁石セグメント２２が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２２が９０度回転した状態を示している。
【００４４】
図４は、縦軸を磁場強度、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２２の磁極が真空チャンバ１側に向いた状態（曲線Ａ）、図３（ｂ）に示すように各磁石セグメント２２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２２を９０度回転した状態（曲線Ｃ）、における半導体ウエハＷ中心からの距離と磁場の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。
【００４５】
同図の曲線Ａに示されるように、各磁石セグメント２２の磁極が真空チャンバ１側に向いた状態では、マルチポール磁場は、実質的に半導体ウエハＷの周縁部まで形成されており、曲線Ｃに示されるように、磁石セグメント２２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。また、曲線Ｂに示されるように、磁石セグメント２２を４５度回転した状態では、上記状態の中間的な状態となる。
【００４６】
このように、本実施の形態においては、磁場形成機構２１を構成する各磁石セグメント２２が同期して、隣接する各磁石セグメント２２の回転方向が反対向きとなるように回転可能に構成されている。そして、かかる磁石セグメント２２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状態に設定できるよう構成されている。
【００４７】
したがって、例えば、前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、一方、前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せずにエッチングを行い、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。
【００４８】
図５〜７は、縦軸をエッチングレート（エッチング速度）、横軸を半導体ウエハ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もので、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。
【００４９】
また、図５は、Ｃ4 Ｆ8 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５，６に示されるとおり、Ｃ4 Ｆ8 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。また、図７に示されるとおり、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。
【００５０】
以上のとおり、本実施の形態においては、磁石セグメント２２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。
【００５１】
なお、磁石セグメント２２の数は、図２に示される１６個の例に限定されるものでないことは勿論である。また、その断面形状も、図２に示される例のように長方形に限らず、円、正方形等の形状を採用することができるが、磁石セグメント２２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、装置の小型化を図るためには、図８に示すように、磁石セグメント２２の断面形状を円形とし、円筒状の磁石セグメント２２を用いることが好ましい。
【００５２】
また、磁石セグメント２２を構成する磁石材料も特に限定されるものではなく、例えば、希土類系磁石、フェライト系磁石、アルニコ磁石等、公知の磁石材料を適用することができる。
【００５３】
さらに、上記の実施の形態では、磁石セグメント２２を、隣接する磁石セグメント２２が互いに逆方向に同期して回転されるようにした場合について説明したが、各磁石セグメント２２の回転は、図９に矢印で示すように、互いに同方向に回転させるようにしても良い。
【００５４】
また、図１０に矢印で示すように、一つおきの磁石セグメント２２のみを回転させ、他の一つおきの磁石セグメント２２は固定したものとしても良い。このようにして回転させる磁石セグメント２２の数を減らすことにより、その回転機構を簡易化することが可能となる。
【００５５】
さらにまた、図１１に示すように、複数の磁石セグメント、例えば３つの磁石セグメント２２ａ，２２ｂ，２２ｃの磁石セグメント対によって１つの磁極を構成するようにし、これらの磁石セグメント２２ａ，２２ｂ，２２ｃを同期して同方向に回転させるように構成することもできる。このように、より多数の磁石セグメントを用いることにより、磁場強度を高めることが可能となる。
【００５６】
次に、こ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。
【００５７】
まず、ゲートバルブ２４を開放し、このゲートバルブ２４に隣接して配置されたロードロック室（図示せず）を介して、搬送機構（図示せず）により半導体ウエハＷが真空チャンバ１内に搬入され、予め所定の位置に下降されている支持テーブル２上に載置される。そして、直流電源１３から静電チャック６の電極６ａに所定の電圧が印加され、半導体ウエハＷはクーロン力により吸着される。
【００５８】
この後、搬送機構を真空チャンバ１外へ退避させた後、ゲートバルブ２４を閉じ、支持テープル２を図１に示される位置まで上昇させると共に、排気系２０の真空ポンプにより排気ポート１９を通じて真空チャンバ１内が排気される。
【００５９】
真空チャンバ１内が所定の真空度になった後、真空チャンバ１内には、処理ガス供給系１５から所定の処理ガスが、例えば１００〜１０００ｓｃｃｍの流量で導入され、真空チャンバ１内が所定の圧力、例えば１．３３〜１３３Ｐａ（１０〜１０００ｍＴｏｒｒ）、好ましくは２．６７〜２６．７Ｐａ（２０〜２００ｍＴｏｒｒ）程度に保持される。
【００６０】
そして、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の高周波電力が供給される。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に高周波電力が印加されることにより、上部電極であるシャワーヘッド１６と下部電極である支持テーブル２との間の処理空間には高周波電界が形成され、これにより処理空間に供給された処理ガスがプラズマ化されて、そのプラズマにより半導体ウエハＷ上の所定の膜がエッチングされる。
【００６１】
この時、前述したとおり、実施するプロセスの種類等により、予め各磁石セグメント２２を所定の向きに設定しておき、真空チャンバ１内に所定の強度のマルチポール磁場を形成、若しくは実質的に真空チャンバ１内にマルチポール磁場が形成されていない状態に設定しておく。
【００６２】
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が防止される。
【００６３】
そして、所定のエッチング処理が実行されると、高周波電源１０からの高周波電力の供給が停止され、エッチング処理が停止されて、上述した手順とは逆の手順で、半導体ウエハＷが真空チャンバ１外に搬出される。
【００６４】
上記実施の形態においては、磁石セグメント２２のうちの少なくとも一部を、磁極の方向を変更する如く、垂直方向の回転軸の回りに水平面内で回転可能に構成してマルチポール磁場の制御を行う場合について説明したが、以下では、マルチポール磁場の制御機構の他の実施の形態について説明する。なお、これらの実施の形態においても、磁石セグメント２２の相対的な位置（回転位置を含む）を変更することにより、マルチポール磁場の制御を行う点は、上述した実施の形態と同様である。
【００６５】
図１２は、リング状の磁場形成機構が、上下に分割して２つ設けられた上側磁場形成機構と下側磁場形成機構から構成され、上側磁場形成機構に設けられた磁石セグメント２２ａと、下側磁場形成機構に設けられた磁石セグメント２２ｂとを、互いに近接、離間するように上下方向に移動可能に構成した場合を示している。かかる構成の場合、磁石セグメント２２ａと、磁石セグメント２２ｂとを近接させた場合、図１２（ａ）の矢印に示すように、磁場強度は大きくなり、他方、磁石セグメント２２ａと、磁石セグメント２２ｂとを離間させた場合には、図１２（ｂ）の矢印に示すように、磁場強度は小さくなる。
【００６６】
また、図１３は、上記と同様に、リング状の磁場形成機構が、上下に分割して２つ設けられた上側磁場形成機構と下側磁場形成機構から構成され、上側磁場形成機構に設けられた磁石セグメント２２ｃと、下側磁場形成機構に設けられた磁石セグメント２２ｄとを、水平方向に設けられた回転軸の回りに垂直面内で回動自在とし、これらを同期して互いに反対方向に回動させるよう構成した場合を示している。かかる構成の場合、磁石セグメント２２ｄが直立した状態から、磁石セグメント２２ｃと、磁石セグメント２２ｄとを、内側方向に向けて傾斜させるように回動させた場合、図１３（ａ）の矢印に示すように、磁場強度は大きくなり、他方、磁石セグメント２２ｃと、磁石セグメント２２ｄとを外側方向に向けて傾斜させるように回動させた場合、図１３（ｂ）の矢印に示すように、磁場強度は小さくなる。
【００６７】
さらに、図１４は、上記と同様に、リング状の磁場形成機構が、上下に分割して２つ設けられた上側磁場形成機構と下側磁場形成機構から構成され、上側磁場形成機構に設けられた磁石セグメント２２ａと、下側磁場形成機構に設けられた磁石セグメント２２ｂとを、径方向に向けて水平方向に離間及び中心方向に向けて近接するよう同期させて移動可能に構成した場合を示している。かかる構成の場合、磁石セグメント２２ａ、磁石セグメント２２ｂを、真空チャンバ１に近接させるよう、つまり、リング径が小さくなるよう移動させた場合、図１４（ａ）の矢印に示すように、磁場強度は大きくなり、他方、磁石セグメント２２ａ、磁石セグメント２２ｂを、真空チャンバ１から離間させるよう、つまり、リング径が大きくなるよう移動させた場合、図１４（ｂ）の矢印に示すように、磁場強度は小さくなる。
【００６８】
以上のような構成により、真空チャンバ１内のマルチポール磁場を制御するようにしても良い。かかる構成の場合も、図１に示した回転機構２５によって、リング状の磁場形成機構２１の全体を、真空チャンバ１の回りで所定の回転速度で回転させるように構成することが好ましい。
【００６９】
なお、上記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、本発明はかかる場合に限定されるものではない。例えば、半導体ウエハ以外の基板を処理するものであっても良く、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。
【００７０】
【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】本発明のプラズマ処理装置の一実施形態の概略構成を示す図。
【図２】図１のプラズマ処理装置の磁場形成機構の概略構成を示す図。
【図３】図１のプラズマ処理装置の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のプラズマ処理装置の磁場強度の状態を示す図。
【図５】エッチング速度の面内分布と磁場との関係を示す図。
【図６】エッチング速度の面内分布と磁場との関係を示す図。
【図７】エッチング速度の面内分布と磁場との関係を示す図。
【図８】磁石セグメントの変形例の構成を示す図。
【図９】磁石セグメントの回転動作の変形例を示す図。
【図１０】磁石セグメントの回転動作の変形例を示す図。
【図１１】磁石セグメントの変形例の構成を示す図。
【図１２】磁場制御機構の変形例の構成を示す図。
【図１３】磁場制御機構の変形例の構成を示す図。
【図１４】磁場制御機構の変形例の構成を示す図。
【符号の説明】
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……、１４……バッフル板、１５……処理ガス供給系、１６……シャワーヘッド、１７……ガス拡散用空隙、１８……ガス吐出孔、１９……排気ポート、２０……排気系、２１……磁場形成機構、２２……磁石セグメント、２４……ゲートバルブ、２５……回転機構。
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ処理装置に係り、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用いられている。
【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る。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多い。
【０００４】
この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された半導体ウエハ等の被処理基板に対し、その上方に一定方向のダイポール磁場を形成するダイポール型のもの、及び、被処理面を上方に向けて水平に配置された半導体ウエハ等の被処理基板に対し、その周囲に半導体ウエハ等を囲むように、Ｎ，Ｓの磁極が交互に隣接して配置されるよう多数配列し、半導体ウエハの上方には磁場を形成せず、そ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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したとおり、従来から、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が知られている。
【０００６】
しかしながら、本発明者等が詳査したところ、プラズマ処理、例えば、プラズマエッチング等においては、上述したように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プロセスと、逆に、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うより、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プロセスがあることが判明した。
【０００７】
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、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は、半導体ウエハの中央部でエッチングレートが高くなり、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エッチングレートの不均一性が生じる。
【０００８】
一方、有機系の低誘電率膜（所謂Ｌｏｗ−Ｋ）等のエッチングを行う場合は、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、マルチポール磁場を形成してエッチングを行った場合は、半導体ウエハの中央部でエッチングレートが低くなり、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エッチングレートの不均一性が生じる。
【０００９】
ここで、前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が、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、前述したとおり永久磁石を用いている。
【００１０】
このため、磁場の形成、消滅等の制御は、磁場形成手段を着脱する等の作業を行わなければならず、容易に行うことができないという問題があった。
【００１１】
本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので、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、良好な処理を容易に行うことのできるプラズマ処理装置を提供しようとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、被処理基板を収容する処理室と、前記処理室内に設けられ、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、永久磁石からなる磁石セグメントを複数配列して構成され、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具備したプラズマ処理装置であって、前記磁石セグメントのうちの少なくとも一部が、磁極の方向を変更する如く、各前記磁石セグメントの垂直方向の回転軸の回りに回転可能に構成されたことを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記磁場形成機構が、隣接する前記磁石セグメントを夫々反対の回転方向に、回転させるよう構成されたことを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記磁場形成機構が、前記磁石セグメントを全て同じ回転方向に、回転させるよう構成されたことを特徴とする。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記磁場形成機構が、隣接して設けられた複数の前記磁石セグメントからなる磁石セグメント対によって、前記所定のマルチポール磁場の一つの磁極を形成するよう構成されており、一つの前記磁石セグメント対を構成する複数の前記磁石セグメントを、同方向に同期させて回転させるよう構成されたことを特徴とする。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記磁石セグメントのうち、一つおきの磁石セグメントのみが、所定の回転方向に、回転されるよう構成されたことを特徴とする。
【００１８】
請求項６の発明は、請求項１〜５いずれか一項記載のプラズマ処理装置において、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した状態と、前記処理室内の前記被処理基板の周囲にマルチポール磁場が形成されていな状態とを設定可能とされたことを特徴とする。
【００２２】
請求項７の発明は、請求項１〜６いずれか一項記載のプラズマ処理装置において、前記磁石セグメントが、略円筒状に形成されたことを特徴とする。
【００２３】
請求項８の発明は、請求項１〜７いずれか一項記載のプラズマ処理装置において、前記被処理基板にプラズマを作用させてエッチング処理を施すことを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を、実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２５】
図１は、本発明を、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実施の形態の構成の概略を模式的に示すものであり、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り、内部を気密に閉塞可能に構成され、プラズマ処理室を構成する円筒状の真空チャンバを示している。
【００２６】
上記真空チャンバ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されており、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、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。
【００２７】
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に支持されている。また支持テーブル２の上方の外周には導電性材料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。
【００２８】
また、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。そして電極６ａに電源１３から電圧が印加されることにより、例えばクーロン力によって半導体ウエハＷが吸着されるようになっている。
【００２９】
さらに、支持テーブル２には、冷媒を循環するための冷媒流路（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を所望の温度に温度制御できるようになっている。
【００３０】
上記支持テーブル２と支持台４は、ボールねじ７を含むボールねじ機構により昇降可能となっており、支持台４の下方の駆動部分は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）製のベローズ８で覆われ、ベローズ８の外側にはベローズカバー９が設けられている。
【００３１】
また、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が接続されている。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の範囲、好ましくは１３．５６〜１００ＭＨｚの範囲、例えば１００ＭＨｚの高周波電力が支持テーブル２に供給されるようになっている。また、エッチングレートを高くする観点から、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、その周波数は、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。
【００３２】
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、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。
【００３３】
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と平行に対向する如く設けられており、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ようになっている。
【００３４】
上記シャワーヘッド１６は、その下面に多数のガス吐出孔１８が設けられており、且つその上部にガス導入部１６ａを有している。そして、その内部にはガス拡散用空隙１７が形成されている。ガス導入部１６ａにはガス供給配管１５ａが接続されており、このガス供給配管１５ａの他端には、エッチング用の反応ガス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が接続されている。
【００３５】
反応ガスとしては、例えばハロゲン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、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されるようになっている。
【００３６】
また、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が接続されている。そして排気系２０に設けられた真空ポンプを作動させることにより真空チャンバ１内を所定の真空度まで減圧することができるようになっている。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。
【００３７】
一方、真空チャンバ１の上部１ａの外側周囲には、真空チャンバ１と同心状に、環状の磁場形成機構（リング磁石）２１が配置されており、支持テーブル２とシャワーヘッド１６との間の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とされている。
【００３８】
上記磁場形成機構２１は、図２に示すように、図示しない支持部材により支持された永久磁石からなる複数（図２では１６個）の磁石セグメント２２から構成されており、複数の磁石セグメント２２を、真空チャンバ１側に向く磁極がＳ，Ｎ，Ｓ，Ｎ，…と交互に並ぶように配列して構成されている。
【００３９】
すなわち、磁場形成機構２１において、図２に示す状態では、隣接する複数の磁石セグメント２２同士の磁極の向きが互いに逆向きになるように配置されており、従って、磁力線が図示のように隣接する磁石セグメント２２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。
【００４０】
なお、このように磁場の強度範囲が規定されるのは、強すぎると洩れ磁場の原因となり、弱すぎるとプラス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）的な要因による一例であって、必ずしもこの範囲に限定されるものではない。
【００４１】
また、前述した半導体ウエハＷ中心部における実質的な無磁場とは、本来０Ｔであることが望ましいが、半導体ウエハＷの配置部分にエッチング処理に影響を与える磁場が形成されず、実質的にウエハ処理に影響を及ぼさない値であればよい。図２に示す状態では、ウエハ周辺部に例えば磁束密度４２ＯμＴ（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。
【００４２】
さらに、本実施の形態においては、上記磁場形成機構２１の各磁石セグメント２２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、垂直方向の軸を中心に、回転自在とされている。
【００４３】
すなわち、図２及び図３（ａ）に示すように、各磁石セグメント２２の磁極が真空チャンバ１側に向いた状態から、図３（ｂ）、図３（ｃ）に示すように、隣接する磁石セグメント２２が同期して逆方向、従って一つおきの磁石セグメント２２が同方向に回転するよう構成されている。なお、図３（ｂ）は、磁石セグメント２２が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２２が９０度回転した状態を示している。
【００４４】
図４は、縦軸を磁場強度、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２２の磁極が真空チャンバ１側に向いた状態（曲線Ａ）、図３（ｂ）に示すように各磁石セグメント２２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２２を９０度回転した状態（曲線Ｃ）、における半導体ウエハＷ中心からの距離と磁場の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。
【００４５】
同図の曲線Ａに示されるように、各磁石セグメント２２の磁極が真空チャンバ１側に向いた状態では、マルチポール磁場は、実質的に半導体ウエハＷの周縁部まで形成されており、曲線Ｃに示されるように、磁石セグメント２２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。また、曲線Ｂに示されるように、磁石セグメント２２を４５度回転した状態では、上記状態の中間的な状態となる。
【００４６】
このように、本実施の形態においては、磁場形成機構２１を構成する各磁石セグメント２２が同期して、隣接する各磁石セグメント２２の回転方向が反対向きとなるように回転可能に構成されている。そして、かかる磁石セグメント２２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状態に設定できるよう構成されている。
【００４７】
したがって、例えば、前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、一方、前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せずにエッチングを行い、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。
【００４８】
図５〜７は、縦軸をエッチングレート（エッチング速度）、横軸を半導体ウエハ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もので、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。
【００４９】
また、図５は、Ｃ4 Ｆ8 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５，６に示されるとおり、Ｃ4 Ｆ8 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。また、図７に示されるとおり、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。
【００５０】
以上のとおり、本実施の形態においては、磁石セグメント２２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。
【００５１】
なお、磁石セグメント２２の数は、図２に示される１６個の例に限定されるものでないことは勿論である。また、その断面形状も、図２に示される例のように長方形に限らず、円、正方形等の形状を採用することができるが、磁石セグメント２２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、装置の小型化を図るためには、図８に示すように、磁石セグメント２２の断面形状を円形とし、円筒状の磁石セグメント２２を用いることが好ましい。
【００５２】
また、磁石セグメント２２を構成する磁石材料も特に限定されるものではなく、例えば、希土類系磁石、フェライト系磁石、アルニコ磁石等、公知の磁石材料を適用することができる。
【００５３】
さらに、上記の実施の形態では、磁石セグメント２２を、隣接する磁石セグメント２２が互いに逆方向に同期して回転されるようにした場合について説明したが、各磁石セグメント２２の回転は、図９に矢印で示すように、互いに同方向に回転させるようにしても良い。
【００５４】
また、図１０に矢印で示すように、一つおきの磁石セグメント２２のみを回転させ、他の一つおきの磁石セグメント２２は固定したものとしても良い。このようにして回転させる磁石セグメント２２の数を減らすことにより、その回転機構を簡易化することが可能となる。
【００５５】
さらにまた、図１１に示すように、複数の磁石セグメント、例えば３つの磁石セグメント２２ａ，２２ｂ，２２ｃの磁石セグメント対によって１つの磁極を構成するようにし、これらの磁石セグメント２２ａ，２２ｂ，２２ｃを同期して同方向に回転させるように構成することもできる。このように、より多数の磁石セグメントを用いることにより、磁場強度を高めることが可能となる。
【００５６】
次に、こ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。
【００５７】
まず、ゲートバルブ２４を開放し、このゲートバルブ２４に隣接して配置されたロードロック室（図示せず）を介して、搬送機構（図示せず）により半導体ウエハＷが真空チャンバ１内に搬入され、予め所定の位置に下降されている支持テーブル２上に載置される。そして、直流電源１３から静電チャック６の電極６ａに所定の電圧が印加され、半導体ウエハＷはクーロン力により吸着される。
【００５８】
この後、搬送機構を真空チャンバ１外へ退避させた後、ゲートバルブ２４を閉じ、支持テープル２を図１に示される位置まで上昇させると共に、排気系２０の真空ポンプにより排気ポート１９を通じて真空チャンバ１内が排気される。
【００５９】
真空チャンバ１内が所定の真空度になった後、真空チャンバ１内には、処理ガス供給系１５から所定の処理ガスが、例えば１００〜１０００ｓｃｃｍの流量で導入され、真空チャンバ１内が所定の圧力、例えば１．３３〜１３３Ｐａ（１０〜１０００ｍＴｏｒｒ）、好ましくは２．６７〜２６．７Ｐａ（２０〜２００ｍＴｏｒｒ）程度に保持される。
【００６０】
そして、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の高周波電力が供給される。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に高周波電力が印加されることにより、上部電極であるシャワーヘッド１６と下部電極である支持テーブル２との間の処理空間には高周波電界が形成され、これにより処理空間に供給された処理ガスがプラズマ化されて、そのプラズマにより半導体ウエハＷ上の所定の膜がエッチングされる。
【００６１】
この時、前述したとおり、実施するプロセスの種類等により、予め各磁石セグメント２２を所定の向きに設定しておき、真空チャンバ１内に所定の強度のマルチポール磁場を形成、若しくは実質的に真空チャンバ１内にマルチポール磁場が形成されていない状態に設定しておく。
【００６２】
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が防止される。
【００６３】
そして、所定のエッチング処理が実行されると、高周波電源１０からの高周波電力の供給が停止され、エッチング処理が停止されて、上述した手順とは逆の手順で、半導体ウエハＷが真空チャンバ１外に搬出される。
【００６４】
上記実施の形態においては、磁石セグメント２２のうちの少なくとも一部を、磁極の方向を変更する如く、垂直方向の回転軸の回りに水平面内で回転可能に構成してマルチポール磁場の制御を行う場合について説明したが、以下では、マルチポール磁場の制御機構の他の実施の形態について説明する。なお、これらの実施の形態においても、磁石セグメント２２の相対的な位置（回転位置を含む）を変更することにより、マルチポール磁場の制御を行う点は、上述した実施の形態と同様である。
【００６５】
図１２は、リング状の磁場形成機構が、上下に分割して２つ設けられた上側磁場形成機構と下側磁場形成機構から構成され、上側磁場形成機構に設けられた磁石セグメント２２ａと、下側磁場形成機構に設けられた磁石セグメント２２ｂとを、互いに近接、離間するように上下方向に移動可能に構成した場合を示している。かかる構成の場合、磁石セグメント２２ａと、磁石セグメント２２ｂとを近接させた場合、図１２（ａ）の矢印に示すように、磁場強度は大きくなり、他方、磁石セグメント２２ａと、磁石セグメント２２ｂとを離間させた場合には、図１２（ｂ）の矢印に示すように、磁場強度は小さくなる。
【００６６】
また、図１３は、上記と同様に、リング状の磁場形成機構が、上下に分割して２つ設けられた上側磁場形成機構と下側磁場形成機構から構成され、上側磁場形成機構に設けられた磁石セグメント２２ｃと、下側磁場形成機構に設けられた磁石セグメント２２ｄとを、水平方向に設けられた回転軸の回りに垂直面内で回動自在とし、これらを同期して互いに反対方向に回動させるよう構成した場合を示している。かかる構成の場合、磁石セグメント２２ｄが直立した状態から、磁石セグメント２２ｃと、磁石セグメント２２ｄとを、内側方向に向けて傾斜させるように回動させた場合、図１３（ａ）の矢印に示すように、磁場強度は大きくなり、他方、磁石セグメント２２ｃと、磁石セグメント２２ｄとを外側方向に向けて傾斜させるように回動させた場合、図１３（ｂ）の矢印に示すように、磁場強度は小さくなる。
【００６７】
さらに、図１４は、上記と同様に、リング状の磁場形成機構が、上下に分割して２つ設けられた上側磁場形成機構と下側磁場形成機構から構成され、上側磁場形成機構に設けられた磁石セグメント２２ａと、下側磁場形成機構に設けられた磁石セグメント２２ｂとを、径方向に向けて水平方向に離間及び中心方向に向けて近接するよう同期させて移動可能に構成した場合を示している。かかる構成の場合、磁石セグメント２２ａ、磁石セグメント２２ｂを、真空チャンバ１に近接させるよう、つまり、リング径が小さくなるよう移動させた場合、図１４（ａ）の矢印に示すように、磁場強度は大きくなり、他方、磁石セグメント２２ａ、磁石セグメント２２ｂを、真空チャンバ１から離間させるよう、つまり、リング径が大きくなるよう移動させた場合、図１４（ｂ）の矢印に示すように、磁場強度は小さくなる。
【００６８】
以上のような構成により、真空チャンバ１内のマルチポール磁場を制御するようにしても良い。かかる構成の場合も、図１に示した回転機構２５によって、リング状の磁場形成機構２１の全体を、真空チャンバ１の回りで所定の回転速度で回転させるように構成することが好ましい。
【００６９】
なお、上記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、本発明はかかる場合に限定されるものではない。例えば、半導体ウエハ以外の基板を処理するものであっても良く、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。
【００７０】
【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】本発明のプラズマ処理装置の一実施形態の概略構成を示す図。
【図２】図１のプラズマ処理装置の磁場形成機構の概略構成を示す図。
【図３】図１のプラズマ処理装置の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のプラズマ処理装置の磁場強度の状態を示す図。
【図５】エッチング速度の面内分布と磁場との関係を示す図。
【図６】エッチング速度の面内分布と磁場との関係を示す図。
【図７】エッチング速度の面内分布と磁場との関係を示す図。
【図８】磁石セグメントの変形例の構成を示す図。
【図９】磁石セグメントの回転動作の変形例を示す図。
【図１０】磁石セグメントの回転動作の変形例を示す図。
【図１１】磁石セグメントの変形例の構成を示す図。
【図１２】磁場制御機構の変形例の構成を示す図。
【図１３】磁場制御機構の変形例の構成を示す図。
【図１４】磁場制御機構の変形例の構成を示す図。
【符号の説明】
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……、１４……バッフル板、１５……処理ガス供給系、１６……シャワーヘッド、１７……ガス拡散用空隙、１８……ガス吐出孔、１９……排気ポート、２０……排気系、２１……磁場形成機構、２２……磁石セグメント、２４……ゲートバルブ、２５……回転機構。
Claims (8)
- 被処理基板を収容する処理室と、
前記処理室内に設けられ、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、
永久磁石からなる磁石セグメントを複数配列して構成され、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具備したプラズマ処理装置であって、
前記磁石セグメントのうちの少なくとも一部が、磁極の方向を変更する如く、各前記磁石セグメントの垂直方向の回転軸の回りに回転可能に構成されたことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記磁場形成機構が、隣接する前記磁石セグメントを夫々反対の回転方向に、回転させるよう構成されたことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記磁場形成機構が、前記磁石セグメントを全て同じ回転方向に、回転させるよう構成されたことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記磁場形成機構が、隣接して設けられた複数の前記磁石セグメントからなる磁石セグメント対によって、前記所定のマルチポール磁場の一つの磁極を形成するよう構成されており、一つの前記磁石セグメント対を構成する複数の前記磁石セグメントを、同方向に同期させて回転させるよう構成されたことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記磁石セグメントのうち、一つおきの磁石セグメントのみが、所定の回転方向に、回転されるよう構成されたことを特徴とするプラズマ処理装置。
- 請求項１〜５いずれか一項記載のプラズマ処理装置において、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した状態と、前記処理室内の前記被処理基板の周囲にマルチポール磁場が形成されていな状態とを設定可能とされたことを特徴とするプラズマ処理装置。
- 請求項１〜６いずれか一項記載のプラズマ処理装置において、前記磁石セグメントが、略円筒状に形成されたことを特徴とするプラズマ処理装置。
- 請求項１〜７いずれか一項記載のプラズマ処理装置において、前記被処理基板にプラズマを作用させてエッチング処理を施すことを特徴とするプラズマ処理装置。
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