JP4950002B2 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

Description

本発明は，処理ガスのプラズマを形成して被処理基板に所定の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。

この種のプラズマ処理装置は，処理室内に所定のガスを供給して，被処理基板例えば半導体ウエハ（以下，単に「ウエハ」とも称する）に対して成膜，エッチング，スパッタリングなどの所定の処理を施すようになっている。このようなプラズマ処理装置は，例えば処理室内にウエハを載置する載置台を兼ねる下部電極と，ウエハに向けてガスを噴出するシャワーヘッドを兼ねる上部電極とを配設して構成される。このような平行平板型のプラズマ処理装置では，処理室内のウエハ上にシャワーヘッドから所定のガスを供給した状態で電極間に高周波電力を印加してプラズマを生成することによって，ウエハ表面にエッチングなど所定の処理を行うようになっている。

このようにウエハに対して成膜やエッチングなどの所定の処理を施すに当り，エッチングレートやエッチング選択比，成膜レートなどの処理特性をウエハ面内において均一にし，ウエハ処理の面内均一性を向上することは，従来からの重要課題である。

このような観点から，従来よりウエハ上の処理特性の均一性を向上させるために，処理室の側壁の外周を囲むようにダイポールリングを配置して，ウエハ上に一様な一方向傾斜磁場を形成するものが知られている（例えば特許文献１参照）。また，処理室の上部に環状に複数のセグメント磁石を配置してウエハよりも半径方向外側に磁力線を発生させて，これによる磁界によってプラズマをウエハ上の領域に閉じ込めるものもある（特許文献２，３参照）。

特開平９−１８６１４１号公報 特開２００５−３０２８７５号公報 特開２００５−３０２８７８号公報

しかしながら，処理室の側壁の外周を囲むようにダイポールリングを配置する構成では，ダイポールリングの配置によっては，そのダイポールリングによる磁場がウエハ上近くに発生して，ウエハ上に磁場が作用してウエハがダメージやストレスを受ける虞がある。また，処理室の上部に環状に複数のセグメント磁石を配置する構成では，ダメージやストレスが発生する虞はないものの，セグメント磁石により発生する磁場の強さなどの調整が容易でないという問題がある。例えばセグメント磁石の上下位置を調整したり，セグメント磁石自体を交換するなど調整に手間がかかるとともに，セグメント磁石を取付けた後に微調整するのは困難である。

ところが，近年ではウエハ上に形成される素子の更なる微細化やウエハ自体の更なる大径化に伴って，従来以上にプラズマ分布（プラズマ密度）を微調整できることが望まれている。例えばエッチングレートの面内均一性は従来は５％以下の精度でも十分であったが，最近では１％以下の精度まで要求される場合もある。特に処理室の側壁におけるプラズマの拡散や消滅による急激なプラズマ密度の低下によって，ウエハエッジ部で顕著にプラズマ密度が低下する傾向があるため，これを改善できれば従来以上の面内均一性が実現できるので，プラズマの周辺領域の分布を微調整できることが好ましい。

しかも，処理室内では異なる複数の処理条件（ガス種，ガス流量，圧力など）で処理が行われる場合があるため，そのような場合でもすべての処理条件でプラズマの周辺領域の分布が適正になるように調整できることが望まれている。

そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，被処理基板の処理条件に応じてプラズマの周辺領域の分布を容易に制御でき，ひいてはプラズマの全体領域の分布を制御することができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することにある。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，減圧可能な処理室内に互いに対向する上部電極及び下部電極を設け，所定の処理条件に基づいて前記電極間に処理ガスを供給するとともに高周波電力を印加してプラズマを生成することによって，前記下部電極上に配置された被処理基板の表面に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって，前記電極間に生成されるプラズマ生成空間のうち，前記被処理基板よりも半径方向外側に，周方向に回転する移動磁場を形成する移動磁場形成手段と，前記処理条件に応じて前記移動磁場を制御する制御部とを備え，前記移動磁場形成手段は，前記上部電極の周囲を囲むように固定して設けられた環状コアと，前記環状コアの下面に突出して形成され，前記環状コアの内側から外側に放射状に延びるように周方向に配列した複数のティース部と，前記複数のティース部間に下方に向かって上方に戻る経路を形成する磁力線が前記環状コアの周方向全周に亘って複数発生するように前記複数のティース部間に巻回した複数の巻線からなるコイルと，前記コイルの各巻線にそれぞれ位相の異なる交流電流を流して前記磁力線を時間的に変化させることで周方向に回転する移動磁場を形成するための磁場形成用電源とを有し，前記制御部は，前記処理条件に応じて前記磁場形成用電源からの交流電流を制御することにより前記移動磁場を制御することを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。例えば上記コイルは３組の巻線からなり，これら各巻線にそれぞれ前記磁場形成用電源から三相交流電流を供給する。

上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，減圧可能な処理室内に互いに対向する上部電極及び下部電極を設け，所定の処理条件に基づいて前記電極間に処理ガスを供給するとともに高周波電力を印加してプラズマを生成することによって，前記下部電極上に配置された被処理基板の表面に所定の処理を施すプラズマ処理方法であって，前記電極間に生成されるプラズマ生成空間のうち，前記被処理基板よりも半径方向外側に，周方向に回転する移動磁場を形成する移動磁場形成手段を備え，前記移動磁場形成手段は，前記上部電極の周囲を囲むように固定して設けられた環状コアと，前記環状コアの下面に突出して形成され，前記環状コアの内側から外側に放射状に延びるように周方向に配列した複数のティース部と，前記複数のティース部間に下方に向かって上方に戻る経路を形成する磁力線が前記環状コアの周方向全周に亘って複数発生するように前記複数のティース部間に巻回した複数の巻線からなるコイルと，前記コイルの各巻線にそれぞれ位相の異なる交流電流を流して前記磁力線を時間的に変化させることで周方向に回転する移動磁場を形成するための磁場形成用電源とを有してなり，前記処理条件に基づいて前記被処理基板の処理を行う際に，前記処理条件に応じて前記磁場形成用電源からの交流電流を制御することにより前記移動磁場を制御することを特徴とするプラズマ処理方法が提供される。

このような本発明によれば，磁場形成用電源からの交流電流がコイルに流れることにより，環状コアの下方には複数のティース部間に下方に向かって上方に戻る経路を形成する磁力線が発生するとともにこれらの磁力線が時間的に変化して，プラズマ生成空間における被処理基板よりも半径方向外側に周方向に回転する移動磁場が形成される。これにより，例えば処理室の側壁におけるプラズマの拡散や消滅による急激なプラズマ密度の低下を防止することができるので，プラズマの周辺領域の分布の均一性を高めることができ，ひいてはプラズマの全体領域の分布を制御することができる。

このとき，制御部により被処理基板の処理条件に応じて磁場形成用電源からコイルに流れる交流電流が制御されることにより，移動磁場の強さや回転速度などを容易に制御することができる。これにより，処理条件に応じてプラズマの周辺領域の分布を容易に制御でき，被処理基板の半径方向のみならず，周方向においてもプラズマ分布を制御できる。

また，上記処理条件は，例えば前記処理ガスの種類，前記処理室内の圧力，前記処理ガスの流量，前記高周波電力のうちのいずれか１つ又は２つ以上の任意の組合せである。これらの処理条件が変わることで被処理基板の面内においてプラズマ分布が変化したとしても，磁場形成用電源からの交流電流を制御することにより，常に最適なプラズマ分布になるように制御することができる。

また，上記制御部は，前記被処理基板の処理を複数の異なる処理条件で連続して実行する際に，前記処理条件での処理を行うごとに前記磁場形成用電源からの交流電流を切り換えるようにしてもよい。例えば処理条件が変わっても処理条件ごとに磁場形成用電源からコイルに流れる交流電流が切り換えられるので，処理条件が変わっても常にプラズマ分布を最適に保持することができる。

また，上記処理条件を複数記憶するとともに，前記各処理条件ごとにその処理条件で前記被処理基板の処理を行う際に前記コイルに流す交流電流を制御するのに必要な情報を関連づけて予め記憶部に記憶しておき，前記制御部は，前記処理条件を前記記憶部から読み出すとともに，それに関連づけられた前記交流電流の制御情報を読み出して，その交流電流の制御情報に基づいて前記磁場形成用電源を制御することにより前記処理条件に応じた移動磁場を形成しつつ，前記処理条件に基づいて前記被処理基板の処理を行うようにしてもよい。これによれば，被処理基板の処理を行うごとに自動的に処理条件に応じた移動磁場が形成されることにより，処理条件に応じたプラズマ分布を自動的に形成することができる。

また，上記制御部は，操作パネルからのオペレータの操作に基づいて前記磁場形成用電源からの交流電流を制御可能としてもよい。これによれば，オペレータの操作により，磁場形成用電源からの交流電流を制御することによって移動磁場を微調整することによって，プラズマ分布を容易に微調整することができる。

本発明によれば，被処理基板の処理条件に応じて磁場形成用電源からコイルに流れる交流電流を制御することで，移動磁場の強さや回転速度などを容易に制御することができ，微調整も容易に行うことができる。これにより，被処理基板の処理条件に応じてプラズマ分布を容易に制御でき，ひいてはプラズマの全体領域の分布を制御することができる。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（プラズマ処理装置の構成例）
先ず，本発明の実施形態にかかるプラズマ処理装置１００の構成例について図面を参照しながら説明する。図１は，プラズマ処理装置１００の概略構成を示している。このプラズマ処理装置１００は，被処理基板としての半導体ウエハ（以下，単に「ウエハ」とも称する）Ｗにエッチング処理を施す平行平板型のエッチング処理装置として構成されている。プラズマ処理装置１００は，金属製（例えば，アルミニウム製またはステンレス製）の円筒形の処理室（チャンバ）１１０を備える。処理室１１０の側壁の内面はパーティクルが付着し難いように陽極酸化処理（例えばアルマイト処理）が施されている。

処理室１１０内には，例えば直径が３００ｍｍのウエハＷを載置するステージとしての円柱状のサセプタ１１１が設けられている。処理室１１０の側壁とサセプタ１１１との間には，サセプタ１１１の上方の気体を処理室１１０の外へ排出する流路として機能する排気路１１２が形成されている。この排気路１１２の途中には環状のバッフル板１１３が配設されており，排気路１１２のバッフル板１１３から下の空間は，可変式バタフライバルブである自動圧力制御弁（以下，「ＡＰＣ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）バルブ」という）１１４に通じている。ＡＰＣバルブ１１４は，真空引き用の排気ポンプであるターボ分子ポンプ（以下，「ＴＭＰ」という）１１５に接続されており，さらにこのＴＭＰ１１５を介して排気ポンプであるドライポンプ（以下，「ＤＰ」という）１１６に接続されている。これらＡＰＣバルブ１１４，ＴＭＰ１１５，およびＤＰ１１６によって構成される排気流路（以下，「本排気ライン」という）は，処理室１１０内を高真空状態になるまで減圧するためのものである。そして処理室１１０内の圧力は，ＡＰＣバルブ１１４によって調節される。

また，排気路１１２のバッフル板１１３から下の空間は，本排気ラインとは別の排気ライン（以下，「粗引きライン」という）にも接続されている。この粗引きラインは，途中にバルブＶ２を備えた排気管１１７とＤＰ１１６によって構成されている。処理室１１０内の気体は通常，本排気ラインよりも先にこの粗引きラインによって排出されることになる。

下部電極としてのサセプタ１１１には高周波電源１１８が導線１５０を介して接続されており，高周波電源１１８から所定の高周波電力が印加される。導線１５０には，サセプタ１１１からの高周波電力の反射を低減して，この高周波電力のサセプタ１１１への入射効率を最大限とする整合器１１９と，導線１５０の導通および切断を切り替えるスイッチ１５１が備えられている。このスイッチ１５１は，電気的にサセプタ１１１と高周波電源１１８の間に位置しており，サセプタ１１１の電気的状態をフローティング（浮遊）状態と導通状態のいずれかに設定することができる。例えばウエハＷがサセプタ１１１の上面に載置されていないとき，スイッチ１５１は，サセプタ１１１を電気的フローティング状態とする。

サセプタ１１１の内部の上方には，ウエハＷを静電吸着するための導電膜からなる円板状の電極板１２０が設けられている。電極板１２０には直流電源１２２が電気的に接続されている。ウエハＷは，直流電源１２２から電極板１２０に印加される直流電圧に応じて発生するクーロン力またはジョンソン・ラーベク（Ｊｏｈｎｓｅｎ−Ｒａｈｂｅｋ）力によってサセプタ１１１の上面に吸着保持される。円環状のフォーカスリング１２４は，シリコン等からなり，サセプタ１１１の上方に発生したプラズマをウエハＷに向けて収束させるものである。

サセプタ１１１の内部には，冷媒室１２５が配置されている。この冷媒室１２５には，チラーユニット（図示せず）から配管１２６を介して所定温度の冷媒（例えば冷却水）が循環供給される。サセプタ１１１に載置されたウエハＷの処理温度は，冷媒室１２５によって温度制御される。

サセプタ１１１の上面においてウエハＷが吸着する部分（以下，「吸着面」という）には，複数の伝熱ガス供給孔１２７と伝熱ガス供給溝（図示せず）が配されている。これら伝熱ガス供給孔１２７と伝熱ガス供給溝は，サセプタ１１１内部に備えられた伝熱ガス供給ライン１２８とバルブＶ３を有する伝熱ガス供給管１２９を経由して伝熱ガス供給部（図示せず）に繋がっており，ここからの伝熱ガス（例えばＨｅガス）を吸着面とウエハＷの裏面との隙間に供給する。これによってウエハＷとサセプタ１１１との熱伝導性が向上する。なお，伝熱ガス供給孔１２７と伝熱ガス供給溝に対する伝熱ガスの供給量は，バルブＶ３によって調整される。

なお，吸着面には図示はしないが，サセプタ１１１の上面から突没自在なリフトピンが設けられている。リフトピンは，ウエハＷが吸着面に吸着保持されているときにはサセプタ１１１内に収容されており，所定の処理（例えば，エッチング処理）が終了したウエハＷを処理室１１０から搬出するときにはサセプタ１１１の上面から突出してウエハＷをサセプタ１１１から上方へ持ち上げる。

処理室１１０の天井部には，上部電極１３３が配設されている。上部電極１３３には高周波電源１５２が接続されており，所定の高周波電力が印加される。上部電極１３３は，処理室内にガスを導入するためのシャワーヘッドの機能も兼ねている。上部電極１３３は，多数のガス通気孔１３４を有する電極板１３５と，この電極板１３５を着脱可能に支持する電極支持体１３６とから構成される。電極支持体１３６の内部には，バッファ室１３７が設けられており，このバッファ室１３７には処理ガス供給部（図示せず）から延びている処理ガス導入管１３８が接続されている。この処理ガス導入管１３８の途中にはバルブＶ１が備えられており，このバルブＶ１によってバッファ室１３７に対するガス供給量が調整される。

処理室１１０の側壁には，ウエハＷの搬入出口を開閉するゲートバルブ１３２が取り付けられている。このプラズマ処理装置１００の処理室１１０内に処理ガスが供給され，上部電極１３３に高周波電力が印加されると，上部電極１３３と下部電極であるサセプタ１１１との間に形成されるプラズマ生成空間Ｓに高密度のプラズマが発生し，イオンやラジカルが生成される。

ここで，プラズマ生成空間Ｓは，サセプタ１１１と上部電極１３３の外周端より半径方向内側の空間に限定されるものではなく，それよりも半径方向外側の空間に広がって処理室１１０の内壁または側壁まで延在するものである。本発明では，プラズマ生成空間Ｓのうち，サセプタ１１１上に載置されているウエハＷの外周端より半径方向内側の領域を「主プラズマ領域」と称し，「主プラズマ領域」の外側つまりウエハＷの外周端より半径方向外側の領域を「周辺プラズマ領域」と称する。

処理室１１０の天井部において，上部電極１３３の周囲を囲むように環状（例えば同心状）に延在する移動磁場形成部３００が固定して設けられている。移動磁場形成部３００は，磁場形成用電源３０２からの交流電流の供給により周辺プラズマ領域で回転する移動磁場を形成し，プラズマ密度をコントロールすることで，ウエハの処理の均一性を制御するために機能する。これら移動磁場形成部３００と磁場形成用電源３０２とは移動磁場形成手段を構成する。このような移動磁場形成部３００の詳細については後述する。

プラズマ処理装置１００には，装置全体の動作を制御する制御部２００が設けられている。制御部２００は，所定のプログラムにより所定の処理条件に基づいて各部を制御することにより，例えばエッチングなどの処理室内での所定の処理を行うようになっている。

（制御部の構成例）
このような制御部２００の具体的な構成例について図面を参照しながら説明する。制御部２００は，図２に示すように，制御部本体を構成するＣＰＵ（中央処理装置）２１０，ＣＰＵ２１０が各部を制御するデータなどを格納するＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）２２０，ＣＰＵ２１０が行う各種データ処理のために使用されるメモリエリア等を設けたＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）２３０，操作画面や選択画面などを表示する液晶ディスプレイなどで構成される表示部２４０，オペレータによる各種の操作や情報の入力などを行うことができる操作パネル２５０，例えばブザーのような警報器等で構成される報知部２６０を備える。

また，制御部２００は，プラズマ処理装置１００の各部を制御するための各種コントローラ２７０を備える。各種コントローラ２７０には，例えばバルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３，ＡＰＣバルブ１１４，ＴＭＰ１１５，ＤＰ１１６，高周波電源１１８，１５２，直流電源１２２，スイッチ１５１，磁場形成用電源３０２などを制御するコントローラが含まれる。

さらに，制御部２００は，プラズマ処理装置１００の処理を行うプログラムデータを格納するプログラムデータ記憶部２８０，およびプログラムデータに基づく処理を実行するときに使用するレシピデータなどの各種処理条件を記憶する処理条件記憶部２９０を備える。ここでいう処理条件としては，例えば処理ガスの種類，処理ガスの流量，高周波電力，処理室内圧力などが含まれる。プログラムデータ記憶部２８０と処理条件記憶部２９０は，例えばフラッシュメモリ，ハードディスク，ＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で構成され，必要に応じてＣＰＵ２１０によってデータが読み出される。

これらＣＰＵ２１０と，ＲＯＭ２２０，ＲＡＭ２３０，表示部２４０，操作パネル２５０，報知部２６０，各種コントローラ２７０，プログラムデータ記憶部２８０，処理条件記憶部２９０とは，制御バス，システムバス，データバス等のバスラインによって電気的に接続されている。

このようなプラズマ処理装置１００において，処理室１１０内でウエハの処理を行う際には，先ずゲートバルブ１３２を開状態にしてエッチング処理対象であるウエハＷを処理室１１０内に搬入してサセプタ１１１の上に載置する。ここで，直流電源１２２から直流電圧を電極板１２０に印加してウエハＷをサセプタ１１１に吸着させる。

次に，上部電極１３３から処理ガス（例えば酸化膜のエッチングでは，Ｃ_４Ｆ_８ガス，Ｏ_２ガス，およびＡｒガスを含む混合ガス）を所定の流量および流量比で処理室１１０内に導入し，ＡＰＣバルブ１１４等を用いて処理室１１０内の圧力を制御する。さらに，高周波電源１１８から高周波電力をサセプタ１１１に印加すると共に，高周波電源１５２から高周波電力を上部電極１３３に印加する。これによって，上部電極１３３から吐出された処理ガスがプラズマ生成空間Ｓにおいてプラズマ化される。このプラズマによって生成されるラジカルやイオンは，フォーカスリング１２４によってウエハＷの表面に収束され，それによりウエハＷの表面は物理的または化学的にエッチングされる。

このようなエッチング処理が完了すると，その処理済みのウエハＷを処理室１１０から搬出する。こうして，１ロット（例えば２５枚）のウエハＷに対するエッチング処理を一枚ずつ連続して行った後，一連の処理を完了する。

ところで，本実施形態にかかるプラズマ処理装置１００では，処理室１１０の天井部の移動磁場形成部３００が，プラズマ生成空間Ｓのうち周辺プラズマ領域に回転する移動磁場を形成する。このような移動磁場を形成することにより，高周波電界の下でドリフト運動する電荷（主に電子）が周辺プラズマ領域において上記移動磁場によって力（ローレンツ力）を受けることで，サイクロトロン共鳴効果により処理室１１０の側壁近傍においてプラズマの拡散や消滅による急激なプラズマ密度の低下を防止できる。しかも，周方向に回転するローレンツ力を発生させることができるので，周辺プラズマ領域の分布を制御することができ，ひいてはプラズマの全体領域の分布の均一性を高めることができる。

なお，移動磁場形成部３００による磁場は，プラズマ生成空間Ｓの周囲のみに作用し，その内側には作用せず無磁場状態となる。これにより，サセプタ１１１上のウエハＷに磁界が作用してウエハＷ上のデバイスにダメージやストレスを与える可能性を回避または低減することができる。ここで，ウエハＷ上のデバイスにダメージやストレスを与えないような無磁場状態は，磁界強度の面で好ましくは地磁気レベル（たとえば０．５Ｇ）以下の状態であるが，５Ｇ程度でも支障ない（実質的な無磁場状態といえる）場合がある。

（移動磁場形成部の構成例）
ここで，移動磁場形成部３００の構成例について図面を参照しながら説明する。図３は，移動磁場形成部３００の外観を示す図であり，図４は，移動磁場形成部３００の内部構成の一部を示す図である。なお，説明を簡単にするために，図３ではコイルを省略しており，図４ではコイルを環状コアの内周面で切断している。

図３，図４に示すように，移動磁場形成部３００は，コイル３２０を巻回した環状コア３１０をケーシング３３０で覆って構成される。環状コア３１０は金属系，フェライト系，セラミック系などの磁性体で構成される。ここでは，環状コア３１０を環状鉄芯で構成した場合を例に挙げる。ケーシング３３０は，環状コア３１０の下面に発生する磁力線が透過するように，例えばセラミックスや石英で構成される。また，ケーシング３３０の材質は上記のものに限られるものではなく，例えばケーシング３３０の下面だけをセラミックスや石英で構成し，その他の部分はステンレスで構成してもよい。ケーシング３３０の下面は周方向に渡って開口していてもよい。この場合には，環状コア３１０がプラズマによる影響を受けないように，処理室１１０の天井における上部電極１３３の周囲にケーシング３３０の下面を覆うように石英やセラミックで構成された保護板を設けるようにしてもよい。

環状コア３１０は，その下面に周方向に一定の間隔を置いて複数のティース部３１２が形成されている。各ティース部３１２の間は溝部３１４が形成されており，コイル３２０は溝部３１４に挿通して各ティース部３１２に巻き付けられる。コイル３２０は，例えば図４に示すように複数のティース部３１２間にこれらの下面から下方に向かって上方に戻る経路を形成するＵ字状の磁力線が環状コア３１０の周方向全周に亘って複数発生するように巻回される。このようなコイル３２０の巻回状態の具体例を図５，図６に示す。図５は，環状コア３１０を下方から見た図であり，説明を簡単にするためにコイル３２０は直線で模式的に示している。図５は，コイルの巻回状態の全体を示す結線図であり，図６は，コイルの巻回状態の一部を示す結線図である。図６では下方が環状コア３１０の内側であり，上方が環状コア３１０の外側である。

図５に示すように，コイル３２０は，３つの巻線３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃからなる。環状コア３１０の溝部３１４には巻線３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃのうちのいずれかがそれぞれ１本ずつ挿通され，各溝部３１４に巻線３２０Ａ，３２０Ｃ，３２０Ｂの順に環状コア３１０の内側から外側，外側から内側というように方向を変えて巻回されている。すなわち，図６に示すように環状コア３１０の溝部３１４を左から順に第１番目〜第６番目とすると，巻線３２０Ａは第１番目，第４番目の溝部３１４にそれぞれ内側から外側，外側から内側に挿通するように巻かれている。巻線３２０Ｂは第３番目，第６番目の溝部３１４にそれぞれ内側から外側，外側から内側に挿通するように巻かれている。巻線３２０Ｃは第２番目，第５番目の溝部３１４にそれぞれ外側から内側，内側から外側に挿通するように巻かれている。

コイル３２０の各巻線３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃはそれぞれが閉ループになっている。このような各巻線３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃにそれぞれ，磁場形成用電源３０２から例えば図７に示すように１２０度ずつ位相をずらした三相交流電流Ａ，Ｂ，Ｃを図５，図６に示す矢印のように流すことにより，ティース部３１２に合成磁界を発生させることができる。

例えば三相交流電流Ａ，Ｂ，Ｃをそれぞれ，Ｉ_０ｃｏｓωｔ，Ｉ_０ｃｏｓ（ωｔ−２／３π），Ｉ_０ｃｏｓ（ωｔ−４／３π）とする。このとき，各溝部３１４に挿通された各巻線３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃにおいて，図６に示すように環状コア３１０の内側から外側に向かって流れる電流をａ，ｂ，ｃとし，外側から内側に向かって流れる電流を−ａ，−ｂ，−ｃとすれば，電流ａ，ｂ，ｃはそれぞれ，Ｉ_０ｃｏｓωｔ，Ｉ_０ｃｏｓ（ωｔ−２／３π），Ｉ_０ｃｏｓ（ωｔ−４／３π）となり，電流−ａ，−ｂ，−ｃはそれぞれ，−Ｉ_０ｃｏｓωｔ，−Ｉ_０ｃｏｓ（ωｔ−２／３π），−Ｉ_０ｃｏｓ（ωｔ−４／３π）となる。

この場合，図６に示す環状コア３１０を外側から見ると，各溝部３１４に挿通された各巻線３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃに流れる電流は図８に示すように左から順にａ，−ｃ，ｂ，−ａ，ｃ，−ｂとなる。このとき，流れる電流の方向と大きさに応じて各巻線３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃの周り（溝部３１４周り）に磁界が発生するため，例えばある瞬間においては図８に矢印で示すような磁界が発生すると，各ティース部３１２には図９に示すような合成磁界が発生する。このため，全体としては図１０に示すように，あるティース部３１２の下面から下方に向かい，Ｕターンして別のティース部３１２の下面に戻る経路を形成するＵ字状の磁力線が周方向に沿って複数発生する。

三相交流電流Ａ，Ｂ，Ｃは図７に示すように時間経過に連れてそれぞれ大きさが連続して変わるため，環状コア３１０の下面に発生する磁力線の強さも連続して変わることになる。これにより，環状コア３１０の下面には周方向に回転する移動磁場が形成される。こうして，図１１に模式的に示すように移動磁場形成部３００の下方には，周方向に回転する移動磁場Ｇが形成される。

このように，図１１に示すように移動磁場形成部３００の直下の周辺プラズマ領域内に降りてから上方へＵターンする磁力線が周方向に複数発生し，これらの磁力線の強さが大きくなったり小さくなったりしながら，全体的には周方向の一方向に回転する移動磁場Ｇが形成される。このように，プラズマ生成空間Ｓのうち，ウエハＷよりも半径方向外側に，周方向に回転する移動磁場Ｇが形成される。すなわち，主プラズマ領域の周囲をカーテンのように回転しながら取り囲む鉛直型の磁場（プラズマの拡散方向に直交する磁場）を形成することができる。これにより，処理室１１０の側壁近傍においてプラズマの拡散や消滅による急激なプラズマ密度の低下を防止することができる。従って，周辺プラズマ領域の分布を制御することができ，ひいてはプラズマの全体領域の分布の均一性を高めることができる。

しかも，本実施形態にかかる移動磁場形成部３００では，制御部２００によって磁場形成用電源３０２を制御して，コイル３２０に流す三相交流電流Ａ，Ｂ，Ｃの大きさ（Ｉ_０），周波数，位相などを変えることにより，容易に移動磁場の強さや回転速度を変えることができる。例えば移動磁場の強さは，三相交流電流Ａ，Ｂ，Ｃの大きさ，周波数などを変えることにより可変可能である。また，移動磁場の回転速度は，三相交流電流Ａ，Ｂ，Ｃの周波数などを変えることにより可変可能である。このため，例えば磁場の強さなどを変える際に，従来のようにセグメント磁石などを用いる場合のような磁石の交換を不要にできるとともに，またセグメント磁石を回転させるときに発生し易い振動もなくすことができる。

なお，移動磁場の強さや回転速度は，各ティース部３１２間のピッチやティース部３１２の数によっても変わるので，例えばプラズマ処理装置１００ごとに各ティース部３１２間のピッチやティース部３１２の数を妥当に設計した上で取り付け，その後は制御部２００によって磁場形成用電源３０２を制御することで容易に移動磁場の強さや回転速度を調整できる。

また，制御部２００によって磁場形成用電源３０２を制御することで容易に移動磁場の強さや回転速度を変えることができるので，ウエハＷの処理条件（例えば処理ガスの種類や流量，処理室内圧力など）に応じて移動磁場の強さや回転速度をコントロールすることができる。例えば処理ガスの種類，処理室１１０内の圧力，処理ガスの流量，高周波電力，のうちのいずれか１つ又は２つ以上の任意の組合せに着目し，着目した項目の値が変わる処理条件の場合にはその処理条件に応じて移動磁場の強さや回転速度を微調整する。これらの処理条件が変わることでプラズマ分布が変化したとしても，磁場形成用電源３０２からコイル３２０に流す交流電流を制御することにより，常に最適なプラズマ分布になるように制御することができる。

なお，上述した処理条件の中で，ウエハ中心側とウエハエッジ側とのプラズマ分布に影響を与え易いのは，処理ガスの種類，処理室１１０内の圧力，処理ガスの流量，高周波電力の順であり，高周波電力については周波数が高いほど影響を与え易い傾向にある。このため，ウエハ中心側とウエハエッジ側とのプラズマ分布を調整する場合には，少なくとも処理ガスの種類に応じて制御部２００によって磁場形成用電源３０２を制御することが好ましい。また，プラズマ分布に影響を与え易い処理ガスの種類，処理室１１０内の圧力，処理ガスの流量のいずれかが変わればそれに応じて制御部２００によって磁場形成用電源３０２を制御することで，より細かくプラズマ分布を制御することができる。

ここで，ウエハＷの処理の具体例を挙げて説明すると，例えば周辺プラズマ領域に移動磁場を形成しない場合には，酸化膜系プロセス（たとえばシリコン酸化膜のエッチング）では，図１２Ａに示すようにウエハ中心側に対してウエハエッジ側で相対的にエッチング速度が落ち込む傾向があり，ポリ系プロセス（たとえばポリシリコンのエッチング）では図１２Ｂに示すようにウエハエッジ側に対してウエハ中心側で相対的にエッチング速度が落ち込む傾向がある。この場合，本実施形態にかかる移動磁場形成部３００によって周辺プラズマ領域に移動磁場を形成し，図１２Ａ，図１２Ｂそれぞれの処理条件に応じて制御部２００によって磁場形成用電源３０２を制御して移動磁場の強さや回転速度を調整することにより，図１２Ｃに示すようにウエハ中心側とウエハエッジ側のエッチング速度を均一にすることができる。

また，ウエハＷの処理を複数の異なる処理条件で連続して実行する際に，処理条件での処理を行うごとに磁場形成用電源３０２からの交流電流を切り換えて移動磁場の強さや回転速度を変えるようにしてもよい。例えばメインエッチング，オーバーエッチングなどのように複数ステップで処理ガスの流量や種類など処理条件が異なるステップの処理を連続して実行する場合，各ステップの処理条件での処理を行うごとに磁場形成用電源３０２からの交流電流を切り換えるようにしてもよい。これによれば，例えば各ステップの処理条件が変わっても常にプラズマ分布を最適に保持することができる。

上述したように複数の処理条件でウエハＷの処理を行う場合には，例えば処理条件記憶部２９０に複数の処理条件を記憶するとともに，各処理条件ごとにその処理条件でウエハＷの処理を行う際にコイル３２０に流す交流電流を制御するのに必要な情報を関連づけて処理条件記憶部２９０に予め記憶しておき，制御部２００により処理条件記憶部２９０から処理条件を読み出すとともに，それに関連づけられた交流電流の制御情報を読み出して，その交流電流の制御情報に基づいて磁場形成用電源３０２を制御するようにしてもよい。これによれば，ウエハＷの処理条件を行うごとに自動的に処理条件に応じた移動磁場が形成されることにより，処理条件に応じたプラズマ分布を自動的に形成することができる。

ところで，上部電極１３３や下部電極であるサセプタ１１１の取付誤差などによりこれらの電極間の平行度の精度が低い場合などには図１３Ａに示すように周方向に不均一なプラズマが形成される場合がある。このような場合でも，本実施形態にかかる移動磁場形成部３００によれば，周方向に回転する移動磁場を形成することにより，図１３Ａ，図１３Ｂ，図１３Ｃに示すようにプラズマを矢印方向に回転させることができるので，ウエハエッジ側の周方向の処理の均一性も高めることができる。

また，操作パネル２５０からのオペレータの操作により磁場形成用電源３０２からの交流電流を制御可能としてもよい。これによれば，オペレータの操作により，磁場形成用電源からの交流電流を制御することによって移動磁場を微調整することによって，プラズマ分布を容易に微調整することができる。

なお，本実施形態にかかる移動磁場形成部３００によれば，各ティース部３１２間のピッチが狭く，ティース部３１２の数が多いほど各ティース部３１２間に発生する磁力線も細かくすることができる。このため，例えば各ティース部３１２間に発生する各磁力線が周辺プラズマ領域よりも内側の主プラズマ領域側に入り込まない程度に各ティース部３１２間のピッチやティース部３１２の数を調整することが好ましい。このような移動磁場形成部３００によれば，プラズマ生成空間のうちのウエハＷよりも半径方向外側に周方向に回転する移動磁場を形成するので，それよりも内側の主プラズマ領域側への磁力線の流入を効果的に防止することができることから，主プラズマ領域を実質的に無磁場状態とすることができるので，サセプタ１１１上のウエハＷ上に磁場が作用してダメージやストレスを与える可能性を回避または低減することができる。

また，移動磁場形成部３００の環状コア３１０へのコイル３２０の巻回方法は上述したものに限られるものではない。コイル３２０に位相の異なる交流電流を流すことによって，複数のティース部３１２間にこれらの下面から下方に向かって上方に戻る経路を形成するＵ字状の磁力線が環状コア３１０の周方向全周に亘って複数発生し，周方向に回転する移動磁場が発生するようなものであればどのように巻回してもよい。上記実施形態では各ティース部３１２の間の溝部３１４にコイル３２０の巻線３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃが１本ずつ挿通するようにコイル３２０を巻回した場合について説明したが，これに限られることはなく，例えば溝部３１４にコイル３２０の巻線３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃが複数本（例えば２本）ずつ挿通するようにコイル３２０を巻回してもよい。

また，上記実施形態では本発明を平行平板型のプラズマ処理装置であって，上部電極１３３とサセプタ１１１にそれぞれ周波数の異なる第１および第２の高周波電力をそれぞれ印加する方式（上下高周波印加タイプ）のものに適用した場合について説明したが，必ずしもこれに限定されるものではなく，プラズマ生成用の１つの高周波電力をサセプタ１１１側又は上部電極１３３側のいずれか一方に印加する方式のものや，サセプタ１１１に周波数の異なる第１および第２の高周波電力を重畳して印加する方式（下部２周波重畳印加タイプ）のものに適用してもよい。減圧可能な処理容器内に少なくとも１つの電極を有するプラズマ処理装置に適用可能である。また，本発明とイグニションプラズマ方式を併用することももちろん可能である。

また，本発明の適用可能なプラズマ源は平行平板型による方式のものに限られるものではなく、他の任意の高周波放電方式たとえばヘリコン波プラズマ方式，マイクロ波放電プラズマ方式，誘導結合プラズマ方式のものであってもよい。さらに，本発明はプラズマＣＶＤ，プラズマ酸化，プラズマ窒化，スパッタリングなどの他のプラズマ処理装置にも適用可能である。また，本発明における被処理基板は半導体ウエハに限られるものではなく，フラットパネルディスプレイ用の各種基板やフォトマスク，ＣＤ基板，プリント基板等であってもよい。

上記実施形態により詳述した本発明については，複数の機器から構成されるシステムに適用しても，１つの機器からなる装置に適用してもよい。上述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムを記憶した記憶媒体等の媒体をシステムあるいは装置に供給し，そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体等の媒体に格納されたプログラムを読み出して実行することによっても，本発明が達成され得る。

この場合，記憶媒体等の媒体から読み出されたプログラム自体が上述した実施形態の機能を実現することになり，そのプログラムを記憶した記憶媒体等の媒体は本発明を構成することになる。プログラムを供給するための記憶媒体等の媒体としては，例えば，フロッピー（登録商標）ディスク，ハードディスク，光ディスク，光磁気ディスク，ＣＤ−ＲＯＭ，ＣＤ−Ｒ，ＣＤ−ＲＷ，ＤＶＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−ＲＡＭ，ＤＶＤ−ＲＷ，ＤＶＤ＋ＲＷ，磁気テープ，不揮発性のメモリカード，ＲＯＭなどが挙げられる。また，媒体に対してプログラムを，ネットワークを介してダウンロードして提供することも可能である。

なお，コンピュータが読み出したプログラムを実行することにより，上述した実施形態の機能が実現されるだけでなく，そのプログラムの指示に基づき，コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが実際の処理の一部または全部を行い，その処理によって上述した実施形態の機能が実現される場合も，本発明に含まれる。

さらに，記憶媒体等の媒体から読み出されたプログラムが，コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後，そのプログラムの指示に基づき，その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い，その処理によって上述した実施形態の機能が実現される場合も，本発明に含まれる。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は，処理ガスのプラズマを形成して被処理基板に所定の処理を施すプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に適用可能である。

本発明の実施形態にかかるプラズマ処理装置の構成例を示す断面図である。 図１に示す制御部の構成例を示すブロック図である。 同実施形態における移動磁場形成部の概略外観構成を示す斜視図である。 同実施形態における移動磁場形成部の概略内部構成の一部を示す斜視図である。 同実施形態におけるコイルの巻回状態の全体を示す結線図である。 同実施形態におけるコイルの巻回状態の一部を示す結線図である。 同実施形態におけるコイルに流す三相交流電流を示す波形図である。 同実施形態におけるコイルの周りに発生する磁界を模式的に示す図である。 同実施形態におけるティース部の表面に発生する磁界の向きを模式的に示す図である。 同実施形態におけるティース部の表面に発生する磁力線を模式的に示す図である。 同実施形態における移動磁場による作用を説明するための図である。 同実施形態における移動磁場を発生させない場合におけるエッチングレートの具体例を示す図である。 同実施形態における移動磁場を発生させない場合におけるエッチングレートの他の具体例を示す図である。 同実施形態における移動磁場を発生させてプラズマ分布を調整した場合のエッチングレートを示す図である。 同実施形態における周方向に回転する移動磁場による効果を説明するための図である。 同実施形態における周方向に回転する移動磁場による効果を説明するための図である。 同実施形態における周方向に回転する移動磁場による効果を説明するための図である。

符号の説明

１００ プラズマ処理装置
１１０ 処理室
１１１ サセプタ
１１２ 排気路
１１３ バッフル板
１１４ 自動圧力制御弁（ＡＰＣバルブ）
１１５ ターボ分子ポンプ
１１６ ドライポンプ
１１７ 排気管
１１８ 高周波電源
１１９ 整合器
１２０ 電極板
１２２ 直流電源
１２４ フォーカスリング
１２５ 冷媒室
１２６ 配管
１２７ 伝熱ガス供給孔
１２８ 伝熱ガス供給ライン
１２９ 伝熱ガス供給管
１３２ ゲートバルブ
１３３ 上部電極
１３４ ガス通気孔
１３５ 電極板
１３６ 電極支持体
１３７ バッファ室
１３８ 処理ガス導入管
１５０ 導線
１５１ スイッチ
１５２ 高周波電源
２００ 制御部
２１０ ＣＰＵ
２２０ ＲＯＭ
２３０ ＲＡＭ
２４０ 表示部
２５０ 操作パネル
２６０ 報知部
２７０ 各種コントローラ
２８０ プログラムデータ記憶部
２９０ 処理条件記憶部
３００ 移動磁場形成部
３０２ 磁場形成用電源
３１０ 環状コア
３１２ ティース部
３１４ 溝部
３２０ コイル
３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃ 巻線
３３０ ケーシング
Ａ，Ｂ，Ｃ 三相交流電流
Ｗ ウエハ
Ｓ プラズマ生成空間
Ｐ プラズマ
Ｇ 移動磁場

Claims (7)

1. 減圧可能な処理室内に互いに対向する上部電極及び下部電極を設け，所定の処理条件に基づいて前記電極間に処理ガスを供給するとともに高周波電力を印加してプラズマを生成することによって，前記下部電極上に配置された被処理基板の表面に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって，
   前記電極間に生成されるプラズマ生成空間のうち，前記被処理基板よりも半径方向外側に，周方向に回転する移動磁場を形成する移動磁場形成手段と，
   前記処理条件に応じて前記移動磁場を制御する制御部と，を備え，
   前記移動磁場形成手段は，前記上部電極の周囲を囲むように固定して設けられた環状コアと，前記環状コアの下面に突出して形成され，前記環状コアの内側から外側に放射状に延びるように周方向に配列した複数のティース部と，前記ティース部の下側に下方に向かって上方に戻る経路を形成する磁力線が前記環状コアの周方向全周に亘って複数発生するように前記ティース部間の溝部に順に挿通されて前記環状コアに巻き付けられた複数の巻線からなるコイルと，前記コイルの各巻線にそれぞれ位相の異なる交流電流を流して前記磁力線を時間的に変化させることで周方向に回転する移動磁場を形成するための磁場形成用電源とを有し，
   前記制御部は，前記処理条件に応じて前記磁場形成用電源からの交流電流を制御することにより前記移動磁場を制御することを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記処理条件は，前記処理ガスの種類，前記処理室内の圧力，前記処理ガスの流量，前記高周波電力のうちのいずれか１つ又は２つ以上の任意の組合せであることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記制御部は，前記被処理基板の処理を複数の異なる処理条件で連続して実行する際に，前記処理条件での処理を行うごとに前記磁場形成用電源からの交流電流を切り換えることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記処理条件を複数記憶するとともに，前記各処理条件ごとにその処理条件で前記被処理基板の処理を行う際に前記コイルに流す交流電流を制御するのに必要な情報を関連づけて予め記憶部に記憶しておき，
   前記制御部は，前記処理条件を前記記憶部から読み出すとともに，それに関連づけられた前記交流電流の制御情報を読み出して，その交流電流の制御情報に基づいて前記磁場形成用電源を制御することにより前記処理条件に応じた移動磁場を形成しつつ，前記処理条件に基づいて前記被処理基板の処理を行うことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記制御部は，操作パネルからのオペレータの操作に基づいて前記磁場形成用電源からの交流電流を制御可能としたことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記コイルは３組の巻線からなり，前記各巻線にそれぞれ前記磁場形成用電源から三相交流電流を供給することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
7. 減圧可能な処理室内に互いに対向する上部電極及び下部電極を設け，所定の処理条件に基づいて前記電極間に処理ガスを供給するとともに高周波電力を印加してプラズマを生成することによって，前記下部電極上に配置された被処理基板の表面に所定の処理を施すプラズマ処理方法であって，
   前記電極間に生成されるプラズマ生成空間のうち，前記被処理基板よりも半径方向外側に，周方向に回転する移動磁場を形成する移動磁場形成手段を備え，
   前記移動磁場形成手段は，前記上部電極の周囲を囲むように固定して設けられた環状コアと，前記環状コアの下面に突出して形成され，前記環状コアの内側から外側に放射状に延びるように周方向に配列した複数のティース部と，前記ティース部の下側に下方に向かって上方に戻る経路を形成する磁力線が前記環状コアの周方向全周に亘って複数発生するように前記ティース部間の溝部に順に挿通されて前記環状コアに巻き付けられた複数の巻線からなるコイルと，前記コイルの各巻線にそれぞれ位相の異なる交流電流を流して前記磁力線を時間的に変化させることで周方向に回転する移動磁場を形成するための磁場形成用電源とを有してなり，
   前記処理条件に基づいて前記被処理基板の処理を行う際に，前記処理条件に応じて前記磁場形成用電源からの交流電流を制御することにより前記移動磁場を制御することを特徴とするプラズマ処理方法。

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