JPWO2002021585A1 - マグネトロンプラズマ用磁場発生装置、この磁場発生装置を用いたプラズマエッチング装置及び方法 - Google Patents

Abstract

複数の柱状の異方性セグメント磁石をリング状に配置したダイポールリング磁石を備えたマグネトロンプラズマ用磁場発生装置、更には、この磁場発生装置を使用したエッチング装置及び方法において、エッチング等のプラズマ処理を施されるウエハ（被処理体）の処理面に対する磁場の方向を制御することにより、ウエハの処理面全体にわたってプラズマ処理の均一性を向上できる。

Description

技術分野
本発明は、マグネトロンプラズマ用磁場発生装置、更に、この磁場発生装置を用いたプラズマエッチング装置及び方法に関する。本発明に係る装置及び方法は半導体などの電子部品の製造工程で行われるエッチングなどに用いて好適である。本発明は、更に、スパッタリングなどのプラズマを用いた半導体処理装置及び方法にも応用可能である。
背景技術
半導体などの電子部品の製造工程で行われるエッチングやスパッタリングにマグネトロンプラズマを利用することは良く知られている。
マグネトロンプラズマは、マグネトロンプラズマ装置により次のようにして作られる。マグネトロンプラズマ装置内にプロセスガス（エッチングではハロゲンガス、スパッタリングではアルゴンガスなど）を注入して放電を行うと、放電により発生した電子が容器内の気体（プロセスガス）をイオン化して２次電子が生じる。この２次電子は気体分子と衝突して容器内の気体のイオン化がさらに促進される。放電により発生した電子及び２次電子は、マグネトロンプラズマ装置の作る磁場と電場によって力を受けてドリフト運動をする。
ドリフト運動をする電子により更に気体分子がイオン化され、この気体分子のイオン化により更に新たな２次電子が発生する。マグネトロンプラズマ装置は、このような過程を繰り返して気体のイオン化を促進するのでイオン化効率が非常に高いという特徴がある。したがって、マグネトロンプラズマ装置でのプラズマ発生は、磁場を利用しない高圧放電方式と比較して２〜３倍の効率が得られるという利点がある。
図２９〜図３２を参照して従来のマグネトロンプラズマ用磁場発生装置を説明し、図３３を参照して従来のマグネトロンプラズマエッチング装置を説明する。
図２９（ａ）は第１の従来例によるプラズマエッチング装置の縦断面図であり、図２９（ｂ）はこの装置における電子の運動の概略を示す図である。図２９（ａ）に示すように、装置内に電極板１０及び１２が互いに平行に配置されている。電極板１０の上にエッチングされるウエハ（被処理体（ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ））１６が置かれる。電極板１２の上部（平板電極１０と反対側）にはマグネトロンプラズマ用磁場発生装置１８が設置されている。
高周波電圧発生器１９は、電極板１０と１２の間に高周波の交番電界を発生させるためのものである。図２９（ａ）の矢印２０は、電極板１０がマイナスとなり電極板１２がプラスになった瞬間の電界の向きを示している。
図２９（ａ）に示した従来のマグネトロンプラズマ用磁場発生装置１８は、リング状の永久磁石２２と、この磁石２２のリング内部に設けた円盤状の永久磁石２４と、ヨーク２６とで構成されている。磁場発生装置１８の作る磁場が電極１２を介してウエハ１６上に及んでいる様子を磁力線２８ａ及び２８ｂで示す。
図２９（ｂ）の磁力線３０は、図２９（ａ）に示したウエハ１６の面上の磁力線２８ａ及び２８ｂを斜視的に表現したものである。上述したように、電界が矢印２０の向きのとき、電子３２は図示のようなドリフト運動をしながら無限軌道３４を描く。その結果、電子３２はウエハ１６の面上付近に束縛されるので気体のイオン化が促進される。このため、図２９に示す装置は高密度のプラズマを生成することができる。
しかしながら、電子のドリフト運動に寄与するのは、電界（電場）の方向に垂直の磁力線である。即ち、図２９の装置の場合、磁力線３０の内、ウエハ１６の面に対して水平な成分のみが電子のドリフト運動に寄与する。
図２９に示した第１の従来例によるマグネトロンプラズマ用磁場発生装置を用いたマグネトロンエッチング装置では、ドーナツ状の磁場が形成されるので、ウエハ１６の面に対して水平な磁場強度は、図３０のように場所により大きく異なることになる。
図３０のグラフの横軸はプラズマ空間の中心（ウエハ１６の中心点のすぐ上の部分）から周辺部方向に測った距離（ｒ）、縦軸はウエハ１６の面に水平である磁場強度（Ｈ）を示す。上述したように、水平磁場強度が大きい領域ほど高密度プラズマが発生するので、図２９で説明した第１の従来例によればウエハが部分的にエッチングされるという問題がある。更に、不均一なプラズマのためにウエハ面内で電位の分布が生じるために（即ちチャージアップして）、ウエハ上に形成した素子を破壊するおそれがある。
このような問題を解決するためには、ウエハ１６の表面近傍の空間の出来るだけ広い範囲において水平磁場強度を均一にする必要がある。しかし、図２９に示した従来の装置ではこの問題を解決することはできない。
上述の問題を解決するため、図３１に示すように、複数の柱状の異方性セグメント磁石をリング状に配置したダイポールリング磁石（３５で示す）を使用することが知られている。図３１（ａ）はダイポールリング磁石３５の上面図であり、図３１（ｂ）は図３１（ａ）のダイポールリング磁石３５をＡ−Ｂに沿って切断した断面図である。
図３１（ａ）に示すように、ダイポールリング磁石３５は、複数の異方性セグメント磁石４０を非磁性の架台４２に収めた構成となっている。複数のセグメント磁石４０の夫々は、図３１（ｂ）に示すように、磁束量を調整するためにセグメントの長さ方向の中央部に非磁性体（例えばアルミなど）のスペーサ４１を有する。
異方性セグメント磁石４０の数は８個以上であり通常８から３２の間で選ばれる。図３１には１６個の場合を示した。異方性セグメント磁石４０の断面形状は任意であり、例えば、円形、正方形、長方形、台形などの何れでもよい。図示の場合は正方形である。異方性セグメント磁石４０のリング内部の矢印はセグメント磁石の磁化の向きを表している。セグメント磁石の磁化方向を図３１（ａ）のようにするとリング内に矢印４３で示す向きの磁場が生成される。
ダイポールリング磁石３５のリング内には電極板３６及び３７が平行して設けられ、電極板３７の上にはウエハ３８が置かれる。図２９に示した第１の従来例と同様に、電極板３６及び３７に印加される高周波電圧により、電極板３６及び３７の間に高周波の交番電界が発生する。矢印４４は、電極板３６及び３７間に発生するある瞬間の電界の向きを示す。この電界と磁界との相互作用によって高密度プラズマが発生する。
ダイポールリング磁石３５をマグネトロンプラズマ用磁場発生装置に用いる場合、図３１（ｂ）に示すように、ダイポールリング磁石３５の長さ方向に直角の中央断面Ｃ−Ｄ付近にプラズマ生成空間４６を形成する必要がある。
この理由は、ダイポールリング磁石３５の長さ方向に直角の中央断面Ｃ−Ｄでの磁場均一性はこの磁石３５の端部付近の磁場均一性よりも良好であり、更に、この長さ方向に直角の中央断面Ｃ−Ｄ付近ではウエハ面上の電子の閉じ込めに有効な磁力線の水平成分がほとんどであるためである。このため、ダイポールリング磁石３５の長さ方向に直角の中央断面Ｃ−Ｄ付近にプラズマ生成空間４６を合わせる必要がある。即ち、エッチング工程に入る前に、ウエハ３８の上下方向の位置を調整し、ウエハ３８の上面近傍の空間（プラズマ生成空間４６）をダイポールリング磁石３５の長さ方向に直角の中央断面Ｃ−Ｄに合わせなければならない。
図３２は、ダイポールリング磁石３５の長さ方向に直角の中央断面Ｃ−Ｄでの磁場均一性を示す図である。図３２の横軸は中央断面Ｃ−Ｄの中心から中央断面部の周辺部へと向かう方向に測った距離（ｒ）、縦軸は水平磁場強度（Ｈ）を示す。Ｌはプラズマ空間４６の半径を示す。図３２から判るように、ダイポールリング磁石では、第１の従来例の磁場均一性（図３０）に比較して格段に良い磁場均一性を得ることができる（換言すれば、より平坦な水平磁場強度が得られる）。
次に、本発明の理解を容易にするため、図３３を参照して従来のマグネトロンプラズマエッチング装置全体の概略を説明する。
図３３に示すように、マグネトロンプラズマエッチング装置は、大きく分けて、エッチング室（Ａ）、ロードロック室（Ｃ）、カセット室（Ｂ）に分かれ、各室は弁４９を介して接続されている。ロードロック室（Ｃ）内に設けた搬送アーム５４により、カセット室（Ｂ）に置かれた複数のウエハ５０の１枚をエッチング室（Ａ）に搬入する。搬送アーム５４によりエッチング室（Ａ）に搬送されてきたウエハをエッチング室の電極板５６上に置いた後（このウエハを５２で示す）、電極板５６とウエハ５２を昇降装置５８により破線で示すエッチング位置６０まで上昇させる。
電極板５６及び６２の間に発生する電界と磁場発生装置（ダイポールリング磁石６４）により発生する磁界の相互作用により、エッチング位置６０のウエハ５２の上部表面近傍の空間に高密度プラズマを発生させエッチングを行なう。エッチング処理の際、プロセスガスをガス導入管６６からに注入してガス排気管６８から外部に排出する。尚、カセット室（Ｂ）及びロードロック室（Ｃ）にも、弁４９を開いた際に流入するプロセスガスを排出するためのガス排気管６８が接続されている。
上述したように、ウエハをエッチング室などの反応室（処理室）に搬入後、昇降装置を使用してウエハの上部表面近傍の空間をダイポールリング磁石の中心部の磁場均一性の最も良好な位置まで上昇させる必要がある。更に、ウエハ処理後、上記の昇降装置を用いてウエハを搬出位置（搬入位置と同一）にまで下げる必要がある。したがって、マグネトロンプラズマ装置の小型化、簡略化、及び昇降機構からのゴミの発生を減少させるためには、エッチング室でのウエハの上下移動距離を出来るだけ短くするのが好ましく、更には、ウエハの上下移動自体を不必要にできれば非常に好ましいと言える。
ところで、上述したように、ダイポールリング磁石を使うことにより、ある程度エッチングの均一性を高めることができる。しかし、エッチングされる面の膜質によって均一性が変化する問題が存在することが判明した。具体的には、ウエハの半径方向にエッチングの均一性が変化したり、エッチングプロフィールがウエハの直径方向に凹状或いは凸状となる問題が生じた。この問題を解決するために発明者らは鋭意努力を重ねたところ、磁場強度を変えずに磁力線がウエハ面に入射する角度を制御するとエッチングの均一性の更なる改善がなされることがわかった。上述の「磁力線がウエハ面に入射する角度を制御する」とは、換言すれば、エッチング処理を行なおうとするウエハ面に対する磁場の方向を制御することであり、この制御によりエッチングの均一性を格段に向上できることが判明した。本願の発明者は、ウエハ面に対する磁場（磁力線）の角度を変えることによりエッチングの均一性を良好に制御することが可能であることに気付き、エッチングガスの条件やエッチングされる面の膜質に応じた最適の角度があることに気付いた。
本発明の目的は、従って、エッチングの均一性を得るためにウエハ面に対する磁界の方向（ウエハのエッチング面近傍での磁界の方向）を制御できるマグネトロンプラズマ磁場発生装置を提供することである。更に、本発明の他の目的は、このようなマグネトロンプラズマ磁場発生装置を用いたエッチング装置及び方法を提供することである。
発明の開示
本願の発明は、複数の柱状の異方性セグメント磁石をリング状に配置したダイポールリング磁石を備えたマグネトロンプラズマ用磁場発生装置において、プラズマ処理されるウエハの面に対する磁場の方向を制御することを特徴とするマグネトロンプラズマ用磁場発生装置である。
また、本願の他の発明は、複数の柱状の異方性セグメント磁石をリング状に配置したダイポールリング磁石を備えたマグネトロンプラズマ用磁場発生装置において、プラズマ処理されるウエハの面に対する磁場の方向をウエハの面と略平行となるように制御することを特徴とするマグネトロンプラズマ用磁場発生装置である。
更に、本願の他の発明は、複数の柱状の異方性セグメント磁石をリング状に配置したダイポールリング磁石を備えたマグネトロンプラズマ用磁場発生装置において、前記ダイポールリング磁石は第１及び第２のダイポールリング磁石からなり、前記第１及び第２のダイポールリング磁石はその中心軸方向の長さが夫々異なることを特徴とするマグネトロンプラズマ用磁場発生装置である。
更に、本願の他の発明は、複数の柱状の異方性セグメント磁石をリング状に配置したダイポールリング磁石を備えたマグネトロンプラズマ用磁場発生装置において、前記ダイポールリング磁石は第１及び第２ダイポールリング磁石からなり、該第１及び第２ダイポールリング磁石の磁場強度がそれぞれ異なることを特徴とするマグネトロンプラズマ用磁場発生装置である。
更に、本願の他の発明は、複数の柱状の異方性セグメント磁石をリング状に配置したダイポールリング磁石を備えたマグネトロンプラズマ用磁場発生装置において、前記ダイポールリング磁石は第１及び第２のダイポールリング磁石からなり、前記ダイポールリング磁石の磁場の方向を制御する少なくとも１つ以上の磁場方向制御手段を設けたことを特徴とするマグネトロンプラズマ用磁場発生装置である。
更に、本願の他の発明は、複数の柱状の異方性セグメント磁石をリング状に配置したダイポールリング磁石を備えたマグネトロンプラズマ用磁場発生装置において、前記ダイポールリング磁石は第１及び第２のダイポールリング磁石からなり、該第１及び第２のダイポールリング磁石の少なくともいずれか一方は前記ダイポールリング磁石の中心軸の方向に移動可能であることを特徴とするマグネトロンプラズマ用磁場発生装置である。
更に、本願の他の発明は、複数の柱状の異方性セグメント磁石をリング状に配置したダイポールリング磁石を備えたマグネトロンプラズマ用磁場発生装置において、前記ダイポールリング磁石は該ダイポールリング磁石の中心軸方向に沿って設けた第１及び第２のダイポールリング磁石からなり、該第１及び第２のダイポールリング磁石の内の少なくともいずれか一方のセグメント磁石を、特定のセグメント磁石を除いて、前記中心軸に直角の方向に対して磁場の角度をつけたことを特徴とするマグネトロンプラズマ用磁場発生装置である。
更に、本願の他の発明は、複数の柱状の異方性セグメント磁石をリング状に配置したダイポールリング磁石と、該ダイポールリング磁石の内側に平行に設けた第１及び第２の電極板とを使用して前記第１及び第２の内の一方の電極板上に配置した被処理体をエッチングする方法において、前記被処理体の端部での磁場角度を変えることにより、前記被処理体の処理面全体にわたってエッチング速度の均一性を制御することを特徴とするエッチング方法である。
更に、本願の他の発明は、複数の柱状の異方性セグメント磁石をリング状に配置したダイポールリング磁石と、該ダイポールリング磁石の内側に平行に設けた第１及び第２の電極板とを使用して前記第１及び第２の電極板上に配置した被処理体をエッチングする方法において、前記被処理体の端部でのエッチング速度を中央部でのエッチング速度に対して小さくしたい場合には、前記被処理体の端部での磁場角度を大きくすることを特徴とするエッチング方法である。
更に、本願の他の発明は、複数の柱状の異方性セグメント磁石をリング状に配置したダイポールリング磁石と、該ダイポールリング磁石の内側に平行に設けた第１及び第２の電極板とを使用し、前記第１及び第２の電極板上に配置した被処理体をエッチングする方法において、（ａ）任意のエッチング処理後に前記被処理体の端部と中央部でのエッチング速度を測定し、（ｂ）前記ステップ（ａ）で得られた測定結果に基づき、前記被処理体の端部でのエッチング速度を前記被処理体の中央部でのエッチング速度に対して小さくしたい場合には、前記端部での磁場角度を前記ステップ（ａ）での磁場角度より大きくして次のエッチング処理を行ない、（ｃ）前記ステップ（ａ）で得られた測定結果に基づき、前記被処理体の端部でのエッチング速度を前記被処理体の中央部でのエッチング速度に対して大きくしたい場合には、前記端部での磁場角度を前記ステップ（ａ）での磁場角度より小さくして次のエッチング処理を行なうことを特徴とするエッチング方法である。
以下に本願のマグネトロンプラズマ用磁場発生装置における各磁場制御手段を詳述するが、特にダイポールリング磁石に磁場制御手段を有する磁場発生装置であることが好ましい。
発明を実施するための最良の形態
以下、本願の複数の発明の実施の形態を図１〜図２８を参照して説明する。
先ず最初に第１発明の実施の形態を図１〜図８を参照して説明する。
第１発明に係る実施の形態によれば、複数の柱状の異方性セグメント磁石をリング状に配置したダイポールリング磁石を備えたマグネトロンプラズマ用磁場発生装置において、上記ダイポールリング磁石を構成する「上下に配置された第１及び第２のダイポールリング磁石」の長さを夫々異ならせている。
本発明で使用するダイポールリング磁石を構成する複数の柱状の異方性セグメント磁石（以下単にセグメント磁石と言う場合がある）の夫々はスペーサにより２分されている。従って、このスペーサを介し、上述したように、ダイポールリング磁石は、上下に配置された（或いは２分された）第１及び第２のダイポールリング磁石を有するといってもよい。このため、本明細書では、第１及び第２のダイポールリング磁石の長さが異なるとは、第１及び第２のダイポールリング磁石夫々のセグメント磁石の長さが異なることと同じ意味である。
図１及び図２に示す装置は、セグメント磁石の長さが異なる以外は、図３１に示した装置の部分と同一である。したがって、図１と図２では、複数のセグメント磁石夫々に参照番号９０を付し、これらの複数のセグメント磁石９０を備えたダイポールリング磁石を８８で示す。尚、図１及び図２において、既に図３１で説明した個所（部分）と同一個所には同一の参照番号を付してその説明を省略するか或いは簡単な説明に止める。
図１（ａ）はダイポールリング磁石８８の上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のダイポールリング磁石８８をＡ−Ｂに沿って切断した断面図である。図１のダイポールリング磁石８８は、図３１の場合と同様に、複数のセグメント磁石９０の夫々の中間部に非磁性体のスペーサ４１を入れ、非磁性の架台４２に収められた構成になっている。また、セグメント磁石９０の数及び配置は、図３１で説明した通りである。更に、ダイポールリング磁石８８のリング内には電極板３６及び３７を平行に設け、電極板３７の上にウエハ３８を戴置することも同様である（尚、サセプタの図示は省略してある）。同様に、図２（ａ）はダイポールリング磁石８８の上面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のダイポールリング磁石８８をＡ−Ｂに沿って切断した断面図である。
第１発明の実施の形態によれば、複数のセグメント磁石９０の夫々は、スペーサ４１の両側に磁石９０ａ及び９０ｂを有し、これらの磁石９０ａ及び９０ｂのダイポールリング磁石の長さ方向の長さ（夫々ＭＬ１及びＭＬ２とする）を異ならせている。図１ではＭＬ１＜ＭＬ２となっており、図２ではＭＬ１＞ＭＬ２となっている。言い方を換えれば、図１（図２も同様）に示すダイポールリング磁石８８は、セグメント磁石９０ａを有する第１のダイポールリング磁石と、セグメント磁石９０ｂを有する第２のダイポールリング磁石を有すると言うこともできる。
図３を参照して、従来のセグメント磁石から構成されるダイポールリング磁石３５（図３１）が発生する磁場と、第１発明に係るダイポールリング磁石８８によって発生する磁場の違いを説明する。
図３（ａ）は従来のダイポールリング磁石３５（図３１）のＡ−Ｂ断面での磁力線を示す。水平方向（横方向）の破線９２はダイポールリング磁石３５の長さ方向に直角の中央断面（長さ方向の中心軸に直角で且つ磁石の中心部の断面）Ｃ−Ｄに含まれている。上述したように、この部分での磁力線は略々平行（中心軸と直角）となっているが、ダイポールリング磁石３５の中心軸に沿って端部方向に行くにしたがって磁力線の曲がりが大きくなる。
一方、図３（ｂ）は、第１発明に係る実施の形態のダイポールリング磁石８８のＡ−Ｂ断面での磁力線を示している。図３（ｂ）から明らかなように、上部の磁石９０ａを下部の磁石９０ｂより短くすると（ＭＬ１＜ＭＬ２）、磁石９０ａによる磁場が減少すると共に磁石９０ｂによる磁場が増加する。従って、ダイポールリング磁石の中央断面Ｃ−Ｄ付近の磁場の方向（磁力線の方向）は上方に変化して下降している（上方に凸となっている）。見方を変えれば、水平磁場を発生する位置がダイポールリング磁石８８の中央断面Ｃ−Ｄより下方に移動している。更に、図３（ｃ）に示すように、上部の磁石９０ａを下部の磁石９０ｂよりも長くすると（ＭＬ１＞ＭＬ２）、図３（ｂ）の場合とは逆に、ダイポールリング磁石の中央断面Ｃ−Ｄ付近の磁場の方向（磁力線の方向）は先ず下方に変化して上昇している（下方に凸となっている）。
上述したように、セグメント磁石９０ａ及び９０ｂの長さ（夫々ＭＬ１及びＭＬ２）を異ならせることにより、ダイポールリング磁石３５の中央断面Ｃ−Ｄ付近に置いたウエハ面に対する磁場の方向を制御することができる。本明細書では、ウエハ面に対する磁場の方向の制御を、説明の都合上、ウエハの端部での磁場の方向の制御として説明する。図３（ｄ）は、ウエハ３８の一方の端部（或いは端部付近）３８ａでの磁力線９４の角度（磁場の角度）θを定義するための図である。図３ｄに示すように、ウエハ端部３８ａでの磁場角度θは中央断面Ｃ−Ｄに平行な面を基準（θ＝０°）とし、この基準面から上方向及び下方向（図面上）の角度を夫々正及び負とする。一方、図示しないが、ウエハ３８の他の端部での磁場角度は磁力線が上方から基準面と交わる場合には正とし、磁力線が下方から基準面と交わる場合には負とする。磁場の対称性を考慮すれば、通常の場合、ウエハ両端部での磁場角度は略等しくなる。以下の説明では、特に断らない限りウエハ端部３８ａでの磁場角度θの制御について述べる。
尚、ダイポールリング磁石３５及び８８は、エッチング等のプラズマ処理の際には回転させるので、本明細書では、ウエハ端部（又は端部付近）とウエハ周辺部とは同義である。
上述したように、セグメント磁石９０ａ及び９０ｂの長さを異ならせてウエハ端部の磁場の方向を制御した場合の、ウエハ端部３８ａでの磁場角度θと被エッチング材料に対するエッチング速度のウエハ面内均一性の関係を、下記処理条件１〜４について実験により調べた。なお、磁場角度θは４．４１°、９．２５°、１２．８８°の場合について調べた（角度θが正なので図２の場合である）。また、エッチング速度はウエハ表面の直交する２つの直径方向のウエハ周辺（端部）から３ｍｍより内側領域の複数箇所での膜厚を、エッチング処理前後で測定し、その差（エッチング量）を処理時間で割ることにより求めた。なお、下記処理条件において被エッチング材料としてレジストを使用したのは、有機絶縁体膜に対するエッチング評価の代替膜材料とするためである。後述する図４〜図７において、上述のウエハ表面の直交する２つの直径方向の複数箇所での測定値は、夫々、黒丸及び黒の四角で示してある。
［処理条件１］
ウエハ直径：３００ｍｍ
高周波電源周波数：１３．５６ＭＨｚ
高周波電源電力：４６０Ｗ
電極間ギャップ：４０ｍｍ
ウエハ中心部の磁場強度：約１２０Ｇａｕｓｓ
被エッチング膜：レジスト
エッチングガス：Ｎ_２／Ｏ_２＝９５／１９０ｓｃｃｍ
チャンバ内圧力：３０ｍＴｏｒｒ
サセプタ温度：１０℃
［処理条件２］
ウエハ直径：３００ｍｍ
高周波電源周波数：１３．５６ＭＨｚ
高周波電源電力：２３００Ｗ
電極間ギャップ：４０ｍｍ
ウエハ中心部の磁場強度：約１２０Ｇａｕｓｓ
被エッチング膜：レジスト
エッチングガス：Ｎ_２／Ｈ_２＝１９０／５７０ｓｃｃｍ
チャンバ内圧力：１００ｍＴｏｒｒ
サセプタ温度：１０℃
［処理条件３］
ウエハ直径：３００ｍｍ
高周波電源周波数：１３．５６ＭＨｚ
高周波電源電力：４０００Ｗ
電極間ギャップ：４０ｍｍ
ウエハ中心部の磁場強度：約１２０Ｇａｕｓｓ
被エッチング膜：シリコン酸化膜
エッチングガス：Ｃ_４Ｆ_８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ_２＝２０／１００／４００／１０ｓｃｃｍ
チャンバ内圧力：４０ｍＴｏｒｒ
サセプタ温度：４０℃
［処理条件４］
ウエハ直径：３００ｍｍ
高周波電源周波数：１３．５６ＭＨｚ
高周波電源電力：３６０Ｗ
電極間ギャップ：４０ｍｍ
ウエハ中心部の磁場強度：約１２０Ｇａｕｓｓ
被エッチング膜：シリコン窒化膜
エッチングガス：ＣＨ_２Ｆ_２／Ｏ_２／Ａｒ＝５０／４０／２００ｓｃｃｍ
チャンバ内圧力：１２５ｍＴｏｒｒ
サセプタ温度：６０℃
図４の（１）〜（３）に、処理条件１の条件でレジストのエッチングを行ったときの、ウエハ端部３８ａでの磁場角度θが夫々４．４１°、９．２５°、１２．８８°の場合の、ウエハ内エッチング速度均一性の結果を示す。磁場角度θが４．４１°の場合、ウエハ面内の平均エッチングレートは２９７．０ｎｍ／ｍｉｎであり、ウエハ面内のエッチング速度分布は周辺部のエッチング速度が中心部のエッチング速度より大きい凹形状で、エッチング均一性（（Ｍａｘ−Ｍｉｎ）／（Ｍａｘ＋Ｍｉｎ））は±１４．０％であった。磁場角度θが９．２５°の場合、ウエハ面内の平均エッチングレートは２９０．８ｎｍ／ｍｉｎであり、ウエハ面内のエッチング速度分布は周辺部のエッチング速度が中心部のエッチング速度よりやや大きい凹形状で、エッチング均一性は±９．３％であった。エッチング均一性は磁場角度θが４．４１°の場合より改善された。磁場角度θが１２．８８°の場合、ウエハ面内の平均エッチングレートは３０８．２ｎｍ／ｍｉｎであり、ウエハ面内のエッチング速度分布はほぼ均一に近づき、エッチング均一性は±３．７％であった。エッチング均一性は磁場角度θが９．２５°の場合より更に改善された。
図５の（１）〜（３）に、処理条件２の条件でレジストのエッチングを行ったときの、磁場角度θが夫々４．４１°、９．２５°、１２．８８°の場合の、ウエハ内エッチング速度均一性の結果を示す。磁場角度θが４．４１°の場合、ウエハ面内の平均エッチングレートは４８７．８ｎｍ／ｍｉｎであり、ウエハ面内のエッチング速度分布は周辺部のエッチング速度が中心部のエッチング速度より大きい凹形状で、エッチング均一性は±１６．０％であった。磁場角度θが９．２５°の場合、ウエハ面内の平均エッチングレートは４９９．８ｎｍ／ｍｉｎであり、ウエハ面内のエッチング速度分布は顕著な凹形状が見られなくなり、エッチング均一性は±４．６％であった。エッチング均一性は磁場角度θが４．４１°の場合より改善された。磁場角度θが１２．８８°の場合、ウエハ面内の平均エッチングレートは５１６．８ｎｍ／ｍｉｎであり、ウエハ面内のエッチング速度分布は、磁場角度θが４．４１°の場合とは逆に、中心部のエッチング速度が周辺部のエッチング速度よりやや大きい凸形状で、エッチング均一性は±３．２％であった。エッチング均一性は磁場角度θが９．２５°の場合より更に若干改善された。
図６の（１）〜（３）に、処理条件３の条件でシリコン酸化膜のエッチングを行ったときの、磁場角度θが夫々４．４１°、９．２５°、１２．８８°の場合の、ウエハ内エッチング速度均一性の結果を示す。磁場角度θが４．４１°の場合、ウエハ面内の平均エッチングレートは２９８．５ｎｍ／ｍｉｎであり、ウエハ面内のエッチング速度分布は周辺部のエッチング速度が中心部のエッチング速度よりやや大きい凹形状で、エッチング均一性は±５．６％であった。磁場角度θが９．２５°の場合、ウエハ面内の平均エッチングレートは３０５．１ｎｍ／ｍｉｎであり、ウエハ面内のエッチング速度分布はほぼ均一で、エッチング均一性は±２．１％であった。エッチング均一性は磁場角度θが４．４１°の場合より改善された。磁場角度θが１２．８８°の場合、ウエハ面内の平均エッチングレートは３１３．８ｎｍ／ｍｉｎであり、ウエハ面内のエッチング速度分布はほぼ均一で（ウエハ周辺部でごく若干エッチング速度が小さい傾向が見られる）、エッチング均一性は±１．９％であった。エッチング均一性は磁場角度θが９．２５°の場合より更に若干改善された。
図７の（１）〜（３）に、処理条件４の条件でレジストのエッチングを行ったときの、磁場角度θが夫々４．４１°、９．２５°、１２．８８°の場合の、ウエハ内エッチング速度均一性の結果を示す。磁場角度θが４．４１°の場合、ウエハ面内の平均エッチングレートは８９．４ｎｍ／ｍｉｎであり、ウエハ面内のエッチング速度分布は周辺部のエッチング速度が中心部のエッチング速度より大きい凹形状で、エッチング均一性は±１５．９％であった。磁場角度θが９．２５°の場合、ウエハ面内の平均エッチングレートは８６．４ｎｍ／ｍｉｎであり、ウエハ面内のエッチング速度分布は周辺部のエッチング速度が中心部のエッチング速度より大きい凹形状で、エッチング均一性は±１４．１％であった。エッチング均一性は磁場角度θが４．４１°の場合より若干改善された。磁場θが１２．８８°の場合、ウエハ面内の平均エッチングレートは８４．９ｎｍ／ｍｉｎであり、ウエハ面内のエッチング速度分布は、磁場角度θが４．４１°の場合と同様、周辺部のエッチング速度が中心部のエッチング速度よりやや大きい凹形状で、エッチング均一性は±９．５％であった。エッチング均一性は磁場角度θが９．２５°の場合より更に改善された。
上記処理条件１〜４の下での実験において、処理装置の諸条件は必ずしも最適に設定されておらず、エッチング速度均一性の結果は必ずしも上記被エッチング材料に対するベストの数値ではないが、本発明の効果を相対的に評価する上では全く問題が無い。
上記処理条件１〜４の下で得られた結果から、ウエハ中心部の磁場強度を一定として、ウエハ端部の磁場角度を変化させることにより、平均エッチング速度を大きく変化させないで、ウエハ中心部とウエハ周辺部とのエッチング量を制御でき、ウエハ面内のエッチング均一性を改善できることが分かった。
つまり、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、有機絶縁体膜いずれの場合も、ウエハ周辺部のエッチング速度がウエハ中心部のエッチング速度より大きい場合には、ウエハ周辺部の磁場角度を大きくすることによってウエハ周辺部のエッチング速度を中心部に対して小さくすることができる。したがって、ウエハ面上全体にわたってエッチング速度の均一性を向上させることができる。同様に、ウエハ周辺部のエッチング速度がウエハ中心部のエッチング速度に対して小さい場合には、ウエハ周辺部の磁場角度を小さくすることによってウエハ周辺部のエッチング速度を中心部より大きくすることができる。したがって、ウエハ面上全体にわたってエッチング速度の均一性を向上させることができる。磁場角度が大きいほどエッチング速度が低下するのは、ウエハ面に対して水平な磁力線の成分が減少するため、プラズマの高密度化に寄与する電子ドリフトが起こりにくくなるためと考えられる。
最適なウエハ端部での磁場角度は被エッチング材料、エッチングガスの種類、その他のエッチング条件によって異なるが、０°から３０°又は−３０°の範囲で制御できるようにすることが望ましい。ただし、磁場角度が大きすぎるとウエハへのダメージが発生する虞があるので、ウエハ端部での磁場角度を０°から１３°又は−１３°程度の範囲で制御することが望ましい。尚、ウエハ周辺部のエッチング速度は、通常、中心部のエッチング速度より大きいので、ウエハ端部での磁場角度を４°〜１３°又は−４°〜−１３°程度の範囲で制御することが実際的には好ましい。
次に、第１発明の実施の形態の具体例について説明する。ダイポールリング磁石の長さＲＬを１６５ｍｍとし、断面の一辺が６０ｍｍの四角形の柱状のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石からなる１６個の異方性セグメント磁石４０を１６個を用い、上部セグメント磁石９０ａの長さＭＬ１を４７．２５ｍｍ、下部セグメント磁石９０ｂの長さＭＬ２を２７．７５ｍｍ、スペーサの長さを９０ｍｍとしたとき、ダイポールリング磁石の中央断面Ｃ−Ｄに置いたウエハの端部での磁場の角度θは４．４１°であった。更に、上記と同一のダイポールリング磁石を用い、上部セグメント磁石９０ａの長さＭＬ１を５８．８ｍｍ、下部セグメント磁石９０ｂの長さＭＬ２を１６．５ｍｍ、スペーサの長さを９０ｍｍとしたとき、ダイポールリング磁石の中央断面Ｃ−Ｄに置いたウエハの端部での磁場の角度θは９．２５°となった。一方、上記と同一のダイポールリング磁石を用い、上部セグメント磁石９０ａの長さＭＬ１を６７．５ｍｍ、下部セグメント磁石９０ｂの長さＭＬ２を７．５ｍｍ、スペーサの長さを９０ｍｍとしたとき、ダイポールリング磁石の中央断面Ｃ−Ｄに置いたウエハの端部での磁場の角度θは１２．８８°となった。更に、上記と同一のダイポールリング磁石を用い、上部セグメント磁石９０ａの長さＭＬ１及び下部セグメント磁石９０ｂの長さＭＬ２を共に３７．５ｍｍの等しい長さとし、スペーサの長さを９０ｍｍとしたとき、ダイポールリング磁石の中央断面Ｃ−Ｄに置いたウエハの端部での磁場の角度θは０°となった。
一方、前段に記載したと同一のダイポールリング磁石を用い、上部セグメント磁石９０ａの長さＭＬ１を３０ｍｍ、下部セグメント磁石９０ｂの長さＭＬ２を４５ｍｍ、スペーサの長さを９０ｍｍとしたとき、ダイポールリング磁石の中央断面Ｃ−Ｄより１５ｍｍ下方に水平磁場を得ることができた。即ち、図３（ｂ）に示すように、水平磁場でウエハを処理する場合にはウエハをダイポールリング磁石の中央より下方に設定することができ、一方、中央断面Ｃ−Ｄにウエハを設置すればウエハ３８近傍の磁場を上に凸状とすることができる。
図８は、上述した上部及び下部セグメント磁石の夫々の長さ（ＭＬ１及びＭＬ２）を変えることにより、ウエハの端部での磁場方向θを変化させることをグラフで表現した図である。
尚、上述の第１発明において、ウエハ３８とダイポールリング磁石との相対的な垂直（上下）方向の位置を調節する機構を付加してもよい。このようにすれば、直前に行った（或いは試行的に行った）エッチング結果を検証することにより、後続のエッチング処理においてより良好なエッチング均一性を実現することができる。ウエハ３８とダイポールリング磁石の相対的な垂直方向の位置制御は、平行平板電極３６及び３７の距離を変化させないで全体を垂直方向に移動させてもよいし、電極３７のみを垂直方向に移動できるようにしてもよい。また、ウエハを移動させずにダイポールリング磁石を移動させてもよい。
次に第２発明を、第１発明の説明に使用した図１〜図８の内から関連する図面を参照して説明する。第２発明に係る実施の形態によれば、複数の柱状の異方性セグメント磁石をリング状に配置したダイポールリング磁石を備えたマグネトロンプラズマ用磁場発生装置において、前記ダイポールリング磁石を構成する上下方向（即ちダイポールリング磁石の中心軸方向）に配置した第１及び第２ダイポールリング磁石の残留磁束密度（即ち磁石の磁場強度）を夫々異ならせている。
第１及び第２ダイポールリング磁石の残留磁束密度を夫々異ならせるためには、第１及び第２ダイポールリング磁石として、例えば、フェライト、Ｓｍ−Ｃｏ系、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系等の内から異なった磁石を選択して使用すればよい。第１及び第２ダイポールリング磁石の夫々の中心軸方向の長さは等しくても或いは異なっていてもよい（つまり、ＭＬ１＝ＭＬ２或いはＭＬ１≠ＭＬ２（図１及び図２参照）であってもよい）。
例えば、第１及び第２ダイポールリング磁石夫々の中心軸方向の長さを等しくした場合について考察する。図３（ａ）において、上部磁石９０ａの残留磁束密度を０．４テスラのフェライト磁石とし、下部磁石９０ｂの残留磁束密度を１．３テスラのＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石として、上部磁石９０ａよりも下部磁石の磁束量を多くすれば、図３（ｂ）と同様に、中央断面付近の磁場方向は上に凸状となる。上述の場合とは逆に、上部磁石９０ａの残留磁束密度を１．３テスラのＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石とし、下部磁石９０ｂの残留磁束密度を０．４テスラのフェライト磁石とすれば、図３（ｃ）と同様に中央断面付近の磁場方向は下に凸状となる。
前段の説明では、第１及び第２ダイポールリング磁石夫々の中心軸方向の長さを等しくしているが、例えば、図３（ｂ）のように、上部磁石９０ａが下部磁石９０ｂよりも短い場合に、例えば、上部磁石９０ａの残留磁束密度を０．４テスラのフェライト磁石とし、下部磁石９０ｂの残留磁束密度を１．３テスラのＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石として、上部磁石９０ａよりも下部磁石の磁束量を多くすれば、第１発明で説明した図３（ｂ）の場合よりも中央断面付近の磁場方向は更に上方に凸状となることは容易に理解できる。更に、上の場合とは逆に、図３（ｃ）のように、上部磁石９０ａが下部磁石９０ｂよりも長い場合に、例えば、上部磁石９０ｂの残留磁束密度を１．３テスラのＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石として、下部磁石９０ａの残留磁束密度を０．４テスラのフェライト磁石とすれば、第１発明で説明した図３（ｃ）の場合よりも中央断面付近の磁場方向は更に下方に凸状となることも容易に理解できる。
第２発明においても、第１発明に関連して説明したように、ウエハ３８の垂直位置（上下位置）を調節する機構を付加すれば、直前に行った（或いは試行的に行った）エッチング結果を検証することにより、後続のエッチング処理においてより良好なエッチング均一性を実現することができる。ウエハ３８の垂直方向の位置制御は、平行平板電極３６及び３７の距離を変化させないで全体を垂直方向に移動させてもよいし、電極３７のみを垂直方向に移動できるようにしてもよい。また、ウエハを移動させずにダイポールリング磁石を移動させてもよい。
次に、第３発明について説明する。この第３発明は、複数の柱状の異方性セグメント磁石をリング状に配置したダイポールリング磁石を備えたマグネトロンプラズマ用磁場発生装置において、エッチング処理されるウエハの表面に対する磁場の方向を制御する磁場制御（調整）手段を、上記ダイポールリング磁石の上部端部付近及び／或いは内部に少なくとも１つ以上設けたことを特徴とする。
第３発明の第１の実施の形態を図９〜図１３を参照して説明する。この第１の実施の形態によれば、２極に着磁したリング状磁石８０をダイポールリング磁石３５の上部の端部付近に配置する。リング状磁石８０は、電極板３６及び３７間に発生する電界を乱さないために電極板３６の上方に配置するのが好ましい。更に好ましくは、電極板３６の位置にもよるが、例えば、電極板３６を図９に示す位置より下げて第１ダイポールリング磁石の長さの半分以下としても、リング状磁石は第１ダイポールリング磁石の長さの半分より上に配置させるとよい。リング状磁石８０の磁化方向（着磁方向）はダイポールリング磁石３５に生ずる水平磁場に対して直角方向である。更に、磁化方向が反転する境界線（図６及び図７の８２）は、ダイポールリング磁石の磁界の方向と直角になっている。即ち、ダイポールリング磁石３５の中心部付近の磁界の方向と直角である。
リング状磁石８０を更に詳しく説明する。図１０（ａ）に示すように、リング状磁石８０の中心軸８４（紙面に垂直方向）を含む面で２極分割した一方が第１の方向に磁化され他方が第１の方向と逆方向に磁化されている。リング状磁石８０は、例えば、半円環状の部品８０ａ及び８０ｂを夫々厚み方向に磁化した後、図１０（ａ）に示すように、８０ａ及び８０ｂの磁化方向が逆になるように接着剤などを使用して組み合わせる。半円環状の部品８０ａ及び８０ｂを直接接触させて組み合わせてもよいし、或いは、８０ａ及び８０ｂをその間に薄い非磁性体膜を介して組合せてもよい。
尚、リング状磁石は、図１０（ｂ）に示すように、磁石の厚み方向に垂直の断面が四角形の小磁石を複数個並べたリング状磁石（８６で示す）であってもよい。装置が大型になれば、リング状磁石を図１０（ｂ）のように構成することにより、その製作費を低減できるという効果がある。尚、図１０（ｂ）において、複数の小磁石を配置する支持台８９ａ及び８９ｂは非磁性体であり、支持台８９ａ及び８９ｂの形状は図示のように矩形でもよく或いは半円形としてもよい。勿論、上記の小磁石の断面は四角形に限らず矩形、三角形、円形などの他の形状とすることも可能である。尚、リング状磁石８０及び８６は、夫々、その中心軸を中心にして回転可能（少なくとも１８０°回転可能）にすることにより後述する効果を奏することができる。
リング状磁石８０は、その中心軸８４がダイポールリング磁石３５の中心軸と一致或いは略一致するように配置される。更に又、リング状磁石８０の直径はダイポールリング磁石３５のリング内径よりも小さくなっている。これは、リング状磁石８０をダイポールリング磁石３５のリング内部に配置できるようにするためである。
図１１を参照して、従来のダイポールリング磁石３５のみの場合に発生する磁場と、第３発明に係る第１の実施の形態による磁場発生の違いを説明する。
図１１（ａ）は従来のダイポールリング磁石３５（図３１）のＡ−Ｂ断面での磁力線を示す。水平方向（横方向）の破線９２はダイポールリング磁石３５の長さ方向に直角の中央断面（長さ方向の中心軸に直角で且つ磁石の中心部の断面）Ｃ−Ｄに含まれている。上述したように、この部分での磁力線は略々平行（中心軸と直角）となっているが、ダイポールリング磁石３５の中心軸に沿って端部方向に行くにしたがって磁力線の曲がりが大きくなる。
一方、図１１（ｂ）は、従来のダイポールリング磁石３５に第３発明の第１実施の形態に係るリング状磁石８０を使用した場合のＡ−Ｂ断面（図９）での磁力線を示している。図１１（ｂ）から明らかなように、ダイポールポールリング磁石３５の上部近傍に設ける２極に着磁されたリング状磁石８０により、図の右側では下向きの磁界が発生し、図の左側では上向きの磁界が発生するので、ダイポールリング磁石３５の中央断面Ｃ−Ｄ付近の磁力線は上方に向かって凸状に変化している。更に、図１１（ｃ）に示すように、リング状磁石８０をその中心軸の廻りに１８０°回転させると、今度は、ダイポールリング磁石３５の中央断面Ｃ−Ｄ付近の磁力線は下方に向かって凸状に変化している。
ところで、リング状磁石８０が、ダイポールリング磁石３５の中央断面付近の磁力線に与える影響は、中央断面Ｃ−Ｄからリング状磁石８０までの距離Ｚ（図９参照）によって変化する。即ち、この距離Ｚを調整することによってダイポールリング磁石３５の中央断面Ｃ−Ｄ付近の磁力線の曲り具合（磁場の方向）を制御できる。
図１１（ｄ）は、第１発明の場合と同様に、ウエハの端部での磁場方向θを定義する図である。
上述のように、中央断面Ｃ−Ｄからリング状磁石８０までの位置Ｚを変化させて場合の、ウエハ端部３８ａの磁場角度θと被エッチング材料に対するエッチング速度のウエハ面内均一性の関係を、上記処理条件１〜４について実験により調べた。この結果、図４〜図７で説明したと同様の結果が得られた。
上述の説明では１つのリング状磁石８０を使用している。しかし、複数個のリング状磁石をダイポールリング磁石の中心軸（長軸）方向に重ねるように設置して使用してもよい。
図１２はリング状磁石を２つ使用した場合を説明する図である（２つのリング状磁石を８０（１）及び８０（２）で示す）。リング状磁石を２つ使用したことを除けば図１２は図９と同一である。リング状磁石８０（１）及び８０（２）は夫々の中心軸を中心にして回転可能であり、夫々を１８０°回転させるかどうかによりリング状磁石による磁場制御の効果を増大或いは無効とすることができる。
図１３（ａ）は、２つのリング状磁石８０（１）及び８０（２）を夫々の磁化方向が同一となるようにした場合であり、図１１（ｂ）の場合に相当するが、ダイポールリング磁石３５の中央断面Ｃ−Ｄ付近の磁力線に与える影響を大きくすることができる。従って、ウエハの端部３８ａでの磁場方向θを負方向に大きくしたい応用例において、リング状磁石を１つ使用した場合に比べて、２つのリング状磁石の移動距離を短くできるという利点がある。一方、図１３には図示していないが、リング状磁石８０（１）及び８０（２）を回転させてこれらの磁石の磁力線方向を図１３（ａ）と逆にすることもできる（図１１（ｃ）の場合に相当）。
図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の状態からリング状磁石８０（２）のみを１８０°回転させて２つのリング状磁石８０（１）及び８０（２）の磁化方向が夫々逆方向になるようにした場合を示す。この場合には、２つのリング状磁石の磁化の強さが等しければ、リング磁石がダイポールリング磁石３５の中央断面Ｃ−Ｄ付近の磁力線に与える影響を略ゼロとすることができる。つまり、中央断面Ｃ−Ｄ付近のθを略々ゼロにすることができる。エッチング条件によっては中央断面Ｃ−Ｄ付近のθを略々ゼロにしたい場合があるので、リング状磁石８０（１）及び８０（２）を回転させることができるようにすれば、リング状磁石を取り外すか或いはリング状磁石の影響が中央断面Ｃ−Ｄ付近の磁力線に及ばない距離まで遠ざけなければならないという問題を回避することができる。
更に、リング状磁石の数を３以上に増やすことも可能である。図１３（ｃ）は、リング状磁石を４つにした場合を示している。このように、リング磁石の数を増やして夫々の磁石を回転可能とすれば、複数のリング状磁石全体として、ダイポールリング磁石３５の中央断面Ｃ−Ｄ付近の磁力線に与える影響を、細かく且つ大幅に制御することが可能となる。従って、例えば、中央断面Ｃ−Ｄとリング状磁石との可変距離Ｚを大きくしたくない場合、或いは、ウエハの端部での磁場方向θを大きく制御したい場合には特に有効である。
上述の第３発明の第１の実施の形態の具体例を説明する。本発明者が行なった実験によると、ダイポールリング磁石の長さＲＬを１６５ｍｍとし、断面の一辺が６０ｍｍの四角形の柱状のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石からなる１６個の異方性セグメント磁石４０を１６個を用い、スペーサ４１を挟んだ上下のセグメント磁石４０の長さＭＬを共に３７．５ｍｍ、スペーサの長さを９０ｍｍとした。リング状磁石を２つ使用し、夫々のリング状磁石の外径Ｄ２を５２５ｍｍ、２つのリング状磁石間の距離Ｄ１を１５０ｍｍ、厚みを１．５ｍｍとした。図１３（ａ）のように、２つのリング状磁石の磁化方向が同一となるようにして配置し、中央断面Ｃ−Ｄから下方のリング状磁石８０（１）までの距離Ｚを１１２．５ｍｍとしたとき、ダイポールリング磁石３５の中央断面Ｃ−Ｄ付近に置いたウエハの端部３８ａでの磁場の方向θは２２°となった。この状態から、２つのリング状磁石８０（１）及び８０（２）を上方に移動させてＺ＝２６２．５ｍｍとしてときにθは５°となった。
一方、図１３（ａ）の状態から、図１３（ｂ）に示すように、リング状磁石８０（２）のみを１８０°回転させて２つのリング状磁石８０（１）及び８０（２）の磁化方向が夫々逆方向になるようにするとθを略々ゼロにすることができた。更に、図１３（ａ）の状態から、リング状磁石８０（１）及び（２）の双方を共に１８０°回転させて、リング状磁石８０（１）及び（２）の磁化方向をちょうど図１３（ａ）と逆方向にすると、Ｚ＝１１２．５ｍｍではθは−２２°となり、Ｚ＝２６２．５ｍｍではθは−５°となった。したがって、２枚構造としたリング状磁石８０（１）及び８０（２）を、例えば、Ｚ＝１１２．５ｍｍから２６２．５ｍｍに変化させ、且つ、リング磁石を回転させれば、θを−２２°から−５°、０°、５°から２２°の範囲で変化させ得ることが判った。
次に、本願の第３発明の第２の実施の形態を図９及び図１０参照して説明する。この第２の実施の形態は、第１の実施の形態に用いたリング状磁石を半円状に巻回したコイル（電磁石）１００（１）及び１００（２）で置換したものであり、その他の構成は第１の実施の形態と同様である。
コイル１００（１）及び１００（２）の形状（構造）は、図９及び図１０に示した磁化方向の境界線８２に相当する線を中心にして対称であり、この対称線は、第１の実施の態様と同様に、ダイポールリング磁石３５が発生する磁界の方向と直角である。第１の実施の形態から理解されるように、コイル１００（１）及び１００（２）は発生する磁場方向が逆となるようにするため、コイル１００（１）及び１００（２）に流れる電流は逆方向にする。この第３発明に係る第２の実施の形態によれば、コイルに流す電流値を制御することによってコイルが発生する磁場強度を制御し、ダイポールリング磁石３５の中央断面Ｃ−Ｄ付近に置いたウエハの端部での磁場の方向θの制御を行なうことができる。
上述の第３発明の第２の実施の形態の具体例を説明する。本発明者が行なった実験によると、ダイポールリング磁石の長さＲＬを１６５ｍｍとし、断面の一辺が６０ｍｍの四角形の柱状のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石からなる１６個の異方性セグメント磁石４０を１６個を用い、スペーサ４１を挟んだ上下のセグメント磁石４０の長さＭＬを共に３７．５ｍｍ、スペーサの長さを９０ｍｍとした。２つのコイルの外径ＤＣ（図１４参照）を５２５ｍｍ、２つのコイル間の距離Ｘを７５ｍｍとし、巻線の方向を図１４の矢印の方向とし、コイルの巻回数は夫々１００ターンとした。中央断面Ｃ−Ｄからコイルまでの距離Ｚを１１２．５ｍｍとしたとき、ダイポールリング磁石３５の中央断面Ｃ−Ｄ付近に置いたウエハの端部３８ａでの磁場角度θをコイルに流す電流で変化させた。コイル１００（１）及び（２）に電流１０Ａを図１４の矢印で示す方向と逆方向に流したときθは−１２°、電流を流さないときθは０、コイル１００（１）及び（２）に電流１０Ａを図１４の矢印で示す方向と同方向にコイルに流したときθは１２°となった。
上述したように、コイルに流す電流の値を変えることによりθを制御できる。図１５は、上述のコイル１００（１）及び（２）の起磁力（アンペア回数（ａｍｐｅｒｅ−ｔｕｒｎ））を変えることにより、ダイポールリング磁石３５の中央断面Ｃ−Ｄ付近に置いたウエハの端部３８ａでの磁場角度θを制御する一例を示す図である。
本願の第４発明を図１６〜図１８を参照して説明する。この第４発明は、図３１に示した従来のダイポールリング磁石に、図１６に示すように、ダイポールリング磁石の内部に鉄などの磁性体のリング８１を配置し、この磁性体リング８１を上下方向に移動させることにより、ダイポールリング磁石３５の中央断面Ｃ−Ｄ付近に置いたウエハの端部での磁場の方向θを制御することを特徴とする。磁性体リング８１は、図１６に示すように、ダイポールリング磁石３５の内部に設けたエッチングなどの処理室５１とダイポールリング磁石３５の内壁との間に設けられる。
上述したように、図１６に示した第４発明の構成は、図３１に示した従来のダイポールリング磁石に磁性体リング８１を設けたことにあるので、明細書の記載を簡潔にするため、図１６の説明は省略する。
図１７を参照して、従来のダイポールリング磁石３５のみの場合に発生する磁場と、本願の第４発明に係る実施の形態による磁場発生の違いを説明する。図１７（ａ）は従来のダイポールリング磁石３５（図３１）のＡ−Ｂ断面での磁力線を示す。水平方向（横方向）の破線９２はダイポールリング磁石３５の長さ方向に直角の中央断面（長さ方向の中心軸に直角で且つ磁石の中心部の断面）Ｃ−Ｄに含まれている。既に述べたように、この部分での磁力線は略々平行（中心軸と直角）となっているが、ダイポールリング磁石３５の中心軸に沿って端部方向に行くにしたがって磁力線の曲がりが大きくなる。
一方、図１７（ｂ）は、従来のダイポールリング磁石３５に本願の第４発明に係る磁性体リング８１を用いた場合のＡ−Ｂ断面（図１６）での磁力線を示している。図１７（ｂ）に示すように、磁性体リング８１をダイポールリング磁石３５の内部で且つ上部に移動させると、ダイポールリング磁石３５の上部セグメント磁石４０（１）の磁束が弱まり、ダイポールリング磁石の中央断面Ｃ−Ｄ付近の磁力線が上方に凸となるように変化する。一方、図１７（ｃ）に示すように、上述の場合と逆に、磁性体リング８１をダイポールリング磁石３５の内部で且つ下部に移動させると、ダイポールリング磁石３５の下部セグメント磁石４０（２）の磁束が弱まり、ダイポールリング磁石の中央断面Ｃ−Ｄ付近の磁力線が下方に凸となるように変化する。図１７（ｄ）は、図３及び図１１の（ｄ）と同様に、ウエハ３８の端部での磁場９４の方向θを定義するものである。
このように、磁性体リング８１を上下方向に移動させることによって、ダイポールリング磁石の中央断面Ｃ−Ｄ付近の磁力線の方向（即ち磁場の方向）を制御することができる。
尚、磁性体リング８１の長さＨ（図１６参照）はダイポールリング磁石の長さＲＬの半分以下にした方がよい。その理由は、磁性体リング８１を上下方向に移動させてダイポールリング磁石の中央断面Ｃ−Ｄ付近の磁力線の方向を制御する場合、磁性体リング８１が上部及び下部セグメント磁石４０（１）及び４０（２）の両方の内面に位置すると、上部及び下部セグメント磁石両方の磁束を弱めて中央断面Ｃ−Ｄ付近の磁力線を変化させる効力が著しく低下するためである。
上述の本願の第４発明の実施の形態の具体例を説明する。本発明者が行なった実験によると、ダイポールリング磁石の長さＲＬを１６５ｍｍとし、断面の一辺が６０ｍｍの四角形の柱状のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石からなる１６個の異方性セグメント磁石４０を１６個を用い、スペーサ４１を挟んだ上下のセグメント磁石４０の長さＭＬを共に３７．５ｍｍ、スペーサの長さを９０ｍｍとした。更に、磁性体リングの外径Ｄを５４０ｍｍ、厚みｔを７．５ｍｍ、高さＨを７５ｍｍとし、中央断面Ｃ−Ｄから下方に測った距離Ｚを７５ｍｍ（中央断面Ｃ−ＤでのＺの位置を０とするとＺ＝−７５ｍｍ）としたとき、ダイポールリング磁石３５の中央断面Ｃ−Ｄ付近に置いたウエハの端部３８ａでの磁場９４の方向θは１２°となった。一方、Ｚ＝０ｍｍの場合はθは０、Ｚ＝７５ｍｍではθは−１２°となり、磁性リング８１を±７５ｍｍの範囲を移動させることによりθは±１２°の範囲で制御できた。
図１８は、ダイポールリング磁石３５内に磁性体リング８１を設置して上下方向に移動させたとき、ダイポールリング磁石３５の中央断面Ｃ−Ｄ付近に置いたウエハの端部３８ａでの磁場角度θの変化の例を示す図である。即ち、磁性体リング８１の移動によりθを制御できることが判る。
ダイポールリング磁石３５内に磁性体リング８１を設置して上下方向に移動させたときに、ウエハ端部３８ａの磁場角度θと被エッチング材料に対するエッチング速度のウエハ面内均一性の関係を、上記処理条件１〜４について実験により調べた。この結果、図４〜図７で説明したと同様の結果が得られた。
本願の第５発明を図１９〜図２２を参照して説明する。この第５発明は、例えば、図３１に示した従来のダイポールリング磁石をその中心軸（長さ方向）に直角の方向に２分し、２分した何れか一方をダイポールリング磁石の長さ方向に移動できるようにし、ダイポールリング磁石の中央断面付近に置いたウエハの端部３８ａでの磁場角度θを制御することを特徴とする。上述したように、ウエハ端部３８ａでの磁場角度を制御すれば、ウエハの他端での磁場強度も同様に制御できる。
図１９は、第５発明に係るマグネトロンプラズマ用磁場発生装置の実施の態様を示す図である。図１９に示すように、ダイポールリング磁石８８を、その中心軸方向（長さ方向）に配置した上部及び下部ダイポールリング磁石８８ａ、８８ｂとし、これらのダイポールリング磁石８８ａ、８８ｂを所定間隔を置いて配置する。そして、例えば、ダイポールリング磁石８８ａをその中心軸方向（長さ方向）に移動できるようにしている。
図２０を参照して、本願の第５発明を更に説明する。図２０（ａ）は図３（ａ）に対応し、既に説明したように、従来のダイポールリング磁石３５（図２５）のＡ−Ｂ断面での磁力線を示す。水平方向（横方向）の破線９２はダイポールリング磁石３５の長さ方向に直角の中央断面（長さ方向の中心軸に直角で且つ磁石の中心部の断面）Ｃ−Ｄに含まれている。この部分での磁力線は略々平行（中心軸と直角）となっているが、ダイポールリング磁石３５の中心軸に沿って端部方向に行くにしたがって磁力線の曲がりが大きくなる。
図２０（ｂ）は、上部ダイポールリング磁石８８ａを図１９に示した初期の位置から上方に移動させた場合、ダイポールリング磁石８８のＡ−Ｂ断面での磁力線がどのようになるかを示している。つまり、上部ダイポールリング磁石８８ａを初期の位置から上方に移動させると、ダイポールリング磁石８８の長さ方向の中心が上方に移動するので、ダイポールリング磁石８８の初期の中央断面Ｃ−Ｄ付近の磁力線は下方に凸となるように変化する。第１〜第４発明に関しても説明したように、ウエハ３８の端部での磁場方向の磁力線９４の角度θを図２０（ｃ）のように定義する。
上述の本願の第５発明の実施の形態の具体例を説明する。本発明者が行なった実験によると、ダイポールリング磁石の長さＲＬを１６５ｍｍとし、断面の一辺が３７．５ｍｍの四角形の柱状のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石（Ｂｒ＝１．３テスラ（Ｔ）））からなる１６個の異方性セグメント磁石４０を１６個を用い、スペーサ４１の長さを１５ｍｍとし、スペーサ４１に接した上下のセグメント磁石９０ａ及び９０ｂの長さＭＬ１及びＭＬ２を共に７５ｍｍとした。上部ダイポールリング磁石８８ａを、図１９に示す初期位置（Ｚ＝０）から上方に１１２．５ｍｍ移動させたとき（Ｚ＝１１２．５ｍｍ）、図１９に示すダイポールリング磁石８８の中央断面Ｃ−Ｄ付近に置いたウエハの端部３８ａでの磁力線９４の方向（磁場角度）θを０°から約７°までにすることができた。
上述の上部ダイポールリング磁石８８ａの上方移動と、磁場角度θとの関係を図２１において「セグメント磁石サイズ１」の場合として図示している。
また、ダイポールリング磁石の長さＲＬを１６５ｍｍとし、断面の一辺が６０ｍｍの四角形の柱状のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石（Ｂｒ＝１．３テスラ）からなる１６個の異方性セグメント磁石４０を１６個を用い、スペーサ４１の長さを９０ｍｍとし、上のセグメント磁石９０ａの長さＭＬ１を５２．５ｍｍ、下のセグメント磁石９０ｂの長さＭＬ２を２２．５ｍｍとした。上部ダイポールリング磁石８８ａを、図１９に示す初期位置から上方に１１２．５ｍｍ移動させたとき、図１９に示すダイポールリング磁石８８の中央断面Ｃ−Ｄ付近に置いたウエハの端部３８ａでの磁力線９４の方向（磁場角度）θを約７°から約１８°までにすることができた。
上述の上部ダイポールリング磁石８８ａの上方移動と、ウエハ端部３８ａでの磁場角度θとの関係を図２１において「セグメント磁石サイズ２」の場合として図示している。
上述のように、上部ダイポールリング磁石８８ａを上方に移動させたときに、ウエハ端部３８ａでの磁場３８ａの方向（磁場角度θ）と被エッチング材料に対するエッチング速度のウエハ面内均一性の関係を、上記処理条件１〜４について実験により調べた。この結果、図４〜図７で説明したと同様の結果が得られた。
図３３に示したマグネトロンエッチング装置に第５発明を使用すれば、このマグネトロンエッチング装置の大幅な改良が可能である。即ち、図２２に示すように、２分割された上部及び下部のダイポールリング磁石８８ａ及び８８ｂの空間を、エッチング室（Ａ）とロードロック室（Ｃ）の搬送路の一部として使用する。つまり、ロードロック室（Ｃ）内に設けた搬送アーム５４が、カセット室（Ｂ）からウエハを１枚取出し、このウエハを、ダイポールリング磁石８８ａ及び８８ｂの空間を解してエッチング室（Ａ）に搬入する。従って、従来例のように、エッチング室（Ａ）内にウエハの昇降装置を設ける必要がなくなるので、ウエハの搬送系を単純にすることができる。このため、装置を小型化・簡略化することができると共に、昇降機構を不要としたのでこの機構からのゴミの発生による問題を完全に防止できる。
次に第６発明を説明する。第６発明は、要約すると、図３１に示した従来のダイポールリング磁石を構成する複数のセグメント磁石の内のいくつかの磁化方向を、ダイポールリング磁石の中心軸に直角の方向（以下この方向を図面に即して平行方向という場合がある）に対して角度をつけたことを特徴とする。このようなダイポールリング磁石を用いたマグネトロンプラズマ用磁場発生装置によれば、第１〜第５発明と同様、ダイポールリング磁石の中央断面Ｃ−Ｄ付近の磁場方向（磁場角度）を上方或いは下方に凸状とすることができ、中央断面Ｃ−Ｄ付近においたウエハのエッチング等のプラズマ処理速度を均一化することができるという効果を有する。
第６発明の実施の形態を図２３〜図２７を参照して説明する。上述したように、第６発明と図３１の従来例との相違は、第６発明に係る磁場発生装置を構成する複数のセグメント磁石の内の幾つかのセグメント磁石はその磁化方向が異なっていることにある。それ以外は第６発明と図３１の従来例は同一である。従って、説明を簡潔にするため、図２３では、ダイポールリング磁石全体を参照番号１０６で示し、このダイポールリング磁石１０６を構成する上下のダイポールリング磁石を夫々１０８Ａ及び１０８Ｂで示し、更に、上部のダイポールリング磁石１０８Ａに設けたセグメント磁石を１１０ａ（１）〜１１０ａ（１６）で示し、下部のダイポールリング磁石１０８Ｂに設けたセグメント磁石を１１０ｂ（１）〜１１０ｂ（１６）で示し、その他の部分は、図３１と同一の参照番号を付してある。尚、上部及び下部のセグメント磁石を総体的に説明する場合、或いは、個々の磁石を特定しない場合には、上部及び下部のセグメント磁石を１１０ａ及び１１０ｂで示す場合がある。
図２３（ａ）はダイポールリング磁石１０６の上面図であり、図２３（ｂ）は図２３（ａ）のダイポールリング磁石１０６をＡ−Ｂに沿って切断した断面図である。尚、図示していないが、下部のダイポールリング磁石１０８Ｂに設けたセグメント磁石１１０ｂ（１）〜１１０ｂ（１６）は、夫々、上部のダイポールリング磁石１０８Ａに設けたセグメント磁石を１１０ａ（１）〜１１０ａ（１６）の下に位置する。
図２３のダイポールリング磁石１０６は、図３１の場合と同様に、上下に配置したセグメント磁石の間に非磁性体のスペーサ４１を設け、セグメント磁石１１０ａ及び１１０ｂは夫々非磁性のリング状の架台４２に収められている。また、セグメント磁石１１０ａ及び１１０ｂの数及び配置は図３１で説明した通りである。更に、ダイポールリング磁石１０６の内部には平行に設けた電極板３６及び３７を設け、電極板３７の上にウエハ３８を戴置することも同様である。
図２３（ｂ）に示すように、セグメント磁石１１０ａ（５）は、ダイポールリング磁石の中心軸に直角の方向（即ち中央断面Ｃ−Ｄと平行方向）に対して上方に約４５°の角度がつけられている（この方向の角度を正とする）。一方、セグメント磁石１１０ａ（５）と反対側に設けられた他のセグメント磁石１１０ａ（１３）は、ダイポールリング磁石の中心軸に直角の方向に対して下方に約４５°の角度がつけられている（この方向の角度を負とする）。この場合、図２３からは明らかではないが、線Ｅ−Ｆで２分した右側のセグメント磁石１１０ａ（２）〜１１０ａ（８）の夫々の磁化方向は同一角度で上方向であり、線Ｅ−Ｆで２分した左側のセグメント磁石１１０ａ（１０）〜１１０ａ（１６）の夫々の磁化方向は同一角度で下方向である。更に、ダイポールリング磁石１０６のリング内の中央部に形成される磁界４３の方向と逆方向に磁化されたセグメント磁石１１０ａ（１）及び１１０ａ（９）の磁化方向は水平とする。更に又、図２３に示した実施の形態では、下部ダイポールリング磁石１０８Ｂのセグメント磁石１１０ｂの磁化方向はすべて従来例と同様にダイポールリング磁石の中心軸に直角の方向（水平）である。上述のセグメント磁石の磁化方向は、図２５及び図２６で説明する「セグメント磁石の磁化方向とウエハ端部での磁場角度θとの関係」における場合（Ｃ）に相当する。
図２４を参照して、本願の第６発明を更に説明する。図２４（ａ）は図３（ａ）に対応し、既に説明したように、従来のダイポールリング磁石３５（図３１）のＡ−Ｂ断面での磁力線を示す。水平方向（横方向）の破線９２はダイポールリング磁石３５の長さ方向に直角の中央断面（長さ方向の中心軸に直角で且つ磁石の中心部の断面）Ｃ−Ｄに平行している。この部分での磁力線は略々平行（中心軸と直角）となっているが、ダイポールリング磁石３５の中心軸に沿って端部方向に行くにしたがって磁力線の曲がりが大きくなる。
図２４（ｂ）は、セグメント磁石１１０ａ及び１１０ｂの磁化方向を、図２３について説明した磁化方向の場合の「ダイポールリング磁石１０６のＡ−Ｂ断面での磁力線」の様子を示している。この場合、磁化方向を水平方向に対して角度をつけた上部セグメント磁石１１０ａの内側（リング内部側）の磁極が下側にずれ、一方、下部セグメント磁石１１０ｂの夫々の内側及び外側の磁極の中心は変わっていないので、ダイポールリング磁石１０６の水平磁界の面が下げられた結果、中央断面Ｃ−Ｄ付近の磁力線は上方に凸となるようになる。
図２４（ｃ）は、図２３のセグメント磁石１１０ａ（２）から１１０ａ（８）の磁化方向を下方向とし、セグメント磁石１１０ａ（１０）から１１０ａ（１６）の磁化方向を上方向とし、更に、セグメント磁石１１０ｂの全部の磁化方向を水平方向にした場合の「ダイポールリング磁石１０６のＡ−Ｂ断面での磁力線」の様子を示している。この場合、図２４（ｂ）に示す場合とは逆に、中央断面Ｃ−Ｄ付近の磁力線は下方に凸となるようになる。この場合は、図２５及び図２６で説明する「セグメント磁石の磁化方向とウエハ端部での磁場角度θとの関係」における場合（Ｆ）に相当する。
図２４（ｄ）は、図３、図１１、図１７、及び図２０と同様に、ウエハ３８の右側の端部での磁場方向の磁力線９４の角度θを定義したものである。
図２５は、セグメント磁石１１０ａ及び１１０ｂの磁化方向を変えた場合（（Ａ）〜（Ｉ）で示す）のウエハ３８の右側端部（図面上）の角度θの概略を示したものである。セグメント磁石１１０ａ及び１１０ｂの一方或いは両方の磁化方向を平行方向に対して角度をつける場合、ダイポールリング磁石１０６のリング内の中央部に形成される磁界４３の方向と逆方向に磁化されたセグメント磁石の磁化方向は水平とする。更に、中心線Ｅ−Ｆに対して対称の位置にある右側のセグメント磁石１１０ａ（２）〜１１０ａ（８）と左側のセグメント磁石１１０ａ（１０）〜１１０ａ（１６）は、磁化方向は逆でありその角度の絶対値は同一である。
図２６は、図２５に示したセグメント磁石１１０ａ及び１１０ｂの磁化方向を変えた場合（Ａ）〜（Ｉ）について、セグメント磁石の磁化方向の角度及びウエハ３８の右側端部の角度θについての本願の発明者が行った結果を示した表である。上述したように、中心線Ｅ−Ｆに対して対称の位置にある左側のセグメント磁石１１０ａ（１０）〜１１０ａ（１６）は、右側のセグメント磁石１１０ａ（２）〜１１０ａ（８）と磁化方向は逆でありその角度の絶対値は同一であるので、その磁化方向の角度の記載は省略してある。
本発明者が行なった実験では、ダイポールリング磁石の長さＲＬを１６５ｍｍとし、一辺が６０ｍｍの四角形の柱状のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石（Ｂｒ＝１．３テスラ）からなる異方性セグメント磁石１１０ａ及び１１０ｂを３２個用い（ＭＬ＝３７．５ｍｍ）、スペーサ４１の長さを９０ｍｍとした。セグメント磁石１１０ａ（２）〜１１０ａ（８）の磁化方向を平行方向に対して上方に４５°の角度とし、セグメント磁石１１０ａ（１０）から１１０ａ（１６）の磁化方向を平行方向に対して下方に４５°の角度とし、セグメント磁石１１０ａ（１）及び１１０ａ（９）の磁化方向を平行とした。一方、セグメント磁石１１０ｂの磁化方向は水平方向とした。このとき図２３に示すダイポールリング磁石１０６の中央断面Ｃ−Ｄ付近に置いたウエハの端部での磁力線９４の方向（磁場の方向）θを−１０．３°にすることができた（図２６のＣ）。同様にして、セグメント磁石１１０ａ及び１１０ｂの水平方向に対する磁化方向の角度を変えて実験を行った結果を磁化方向Ａ、Ｂ、Ｄ〜Ｉとして図２６に示す。磁化方向による分類Ｅは、図３（ａ）の場合に相当する。
図２７は、図２６で示した磁化方向Ａ〜Ｉの夫々に対するウエハの右端部での磁場角度θをグラフで示すものである。
上述したように、上下に配置された第１及び第２のダイポールリングの少なくともいずれか一方のセグメント磁石の磁化方向を水平方向に対して角度をつけ、ウエハ端部の磁場角度θと被エッチング材料に対するエッチング速度のウエハ面内均一性の関係を、上記処理条件１〜４について実験により調べた。この結果、図４〜図７で説明したと同様の結果が得られた。
第６発明においても、第１発明に関連して説明したように、ウエハ３８の垂直位置（上下位置）を調節する機構を付加すれば、直前に行った（或いは試行的に行った）エッチング結果を検証することにより、後続のエッチング処理においてより良好なエッチング均一性を実現することができる。ウエハ３８の垂直方向の位置制御は、平行平板電極３６及び３７の距離を変化させないで全体を垂直方向に移動させてもよいし、電極３７のみを垂直方向に移動できるようにしてもよい。また、ウエハを移動させずにダイポールリング磁石を移動させてもよい。
次に本願の第７発明について説明する。第７発明は、図３１に示した従来例のダイポールリング磁石３５自体を上下方向に移動させることを特徴とする。ダイポールリング磁石３５は、例えば図３３に示すように（図３３ではダイポールリング磁石は６４で示されているが）エッチング室の外に配置されている。この第７発明によっても、第１〜第６発明と同様、ダイポールリング磁石の中央断面Ｃ−Ｄ付近の磁場方向（磁場角度）を上方或いは下方に凸状とすることができ、従って、中央断面Ｃ−Ｄ付近に置いたウエハ（被処理体）の端部（周辺部）での磁場角度を調節することができる。このため、中央断面Ｃ−Ｄ付近においたウエハのエッチング等のプラズマ処理速度を均一化することができるという効果を有する。
本願の発明者は、第７発明の効果を確かめるため、図３１の電極板３６及び３７の距離を固定したまま、ダイポールリング磁石３５を上下に移動させてウエハ周辺部での磁場角度を調節してエッチングの均一性を測定した（図２８（ａ））。更に、第７発明の実験結果との比較のために、ダイポールリング磁石３５を上下に移動させないで、図３１の下側の電極板３７を上下させて（即ち電極板３６及び３７の距離を変化させて）エッチングの均一性を測定した（図２８（ｂ））。
上記実験において、ウエハ端部での磁場角度θは５．８°、８．９°、１２．０°の場合について調べ、図２８では、これらの角度で測定したエッチ速度を夫々（１）（２）（３）で示している。また、エッチング速度はウエハ表面の直交する２つの直径方向のウエハ周辺（端部）から３ｍｍより内側領域の複数箇所での膜厚を、エッチング処理前後で測定し、その差（エッチング量）を処理時間で割ることにより求めた。なお、被エッチング材料としてシリコン酸化膜を使用した。下記の処理条件（５）は第７発明に関し、処理条件（６）は比較例に係わるものである。
［処理条件５］
ウエハ直径：２００ｍｍ
高周波電源周波数：１３．５６ＭＨｚ
高周波電源電力：１５００Ｗ
電極間ギャップ：２７ｍｍ
ウエハ中心部の磁場強度：約１２０Ｇａｕｓｓ
被エッチング膜：シリコン酸化膜
エッチングガス：Ｃ_４Ｆ_８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ_２＝１０／５０／２００／５ｓｃｃｍ
チャンバ内圧力：４５ｍＴｏｒｒ
サセプタ温度：４０℃
［処理条件６］
ウエハ直径：２００ｍｍ
高周波電源周波数：１３．５６ＭＨｚ
高周波電源電力：１５００Ｗ
電極間ギャップ：
（１）磁場角度θが５．８°のとき２７ｍｍ
（２）磁場角度θが８．９°のとき３７ｍｍ
（３）磁場角度θが１２．０°のとき４７ｍｍ
ウエハ中心部の磁場強度：約１２０Ｇａｕｓｓ
被エッチング膜：シリコン酸化膜
エッチングガス：Ｃ_４Ｆ_８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ_２＝１０／５０／２００／５ｓｃｃｍ
チャンバ内圧力：４５ｍＴｏｒｒ
サセプタ温度：４０℃
図２８（ａ）及び（ｂ）から分かるように、第７発明によれば、平行電極板の間の距離を変化させる比較例に比べてエッチング均一性を向上させることができた。
本願の発明に係る方法によりエッチング均一性を向上させる場合には、先ず、任意のエッチング処理後に前記被処理体（ウエハ）の端部と中央部でのエッチング速度を測定する。次に、この測定結果に基づき、被処理体の端部（即ち周辺部）でのエッチング速度を被処理体の中央部でのエッチング速度に対して小さくしたい場合には、被処理体端部での磁場角度を最初の測定時の磁場角度より大きくして次のエッチング処理を行ない、一方、上記の測定結果に基づき、被処理体の端部でのエッチング速度を被処理体の中央部でのエッチング速度よりも大きくしたい場合には、端部での磁場角度を最初の測定時の磁場角度に対して小さくして次のエッチング処理を行なうようにすればよい。このように、先ず、試行的に行なった被処理体の直径方向のエッチングプロファイルに基づいて、後続するエッチング処理を行なえば、均一性の良好なエッチングを行なうことができる。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明に係るマグネトロンプラズマ用磁場発生装置、更に、この磁場発生装置を用いたプラズマエッチング装置及び方法に関する。本発明に係る装置及び方法は半導体などの電子部品の製造工程で行われるエッチングに用いて好適である。更に、本発明は、エッチングに限定されることなく、スパッタリングなどの他のプラズマを用いた半導体処理装置及び方法にも応用可能である。
【図面の簡単な説明】
図１は、第１発明の実施の形態に係るマグネトロンプラズマ用磁場発生装置を説明する図。
図２は、第１発明の実施の形態に係る他のマグネトロンプラズマ用磁場発生装置を説明する図。
図３は、従来のマグネトロンプラズマ用磁場発生装置による磁力線（磁場）の様子と、図１及び図２に示した第１発明の実施の形態に係るマグネトロンプラズマ用磁場発生装置による磁力線（磁場）の様子とを比較して説明する図。
図４は、第１発明の実施の形態に係る他のマグネトロンプラズマ用磁場発生装置（図２）において、処理条件１に示す条件の下で、ウエハの面に対する磁場角度を変えてレジストのエッチングを行ったときのエッチング速度の均一度を示す図。
図５は、第１発明の実施の形態に係る他のマグネトロンプラズマ用磁場発生装置（図２）において、処理条件２に示す条件の下で、ウエハの面に対する磁場角度を変えてレジストのエッチングを行ったときのエッチング速度の均一度を示す図。
図６は、第１発明の実施の形態に係る他のマグネトロンプラズマ用磁場発生装置（図２）において、処理条件３に示す条件の下で、ウエハの面に対する磁場角度を変えてレジストのエッチングを行ったときのエッチング速度の均一度を示す図。
図７は、第１発明の実施の形態に係る他のマグネトロンプラズマ用磁場発生装置（図２）において、処理条件４に示す条件の下で、ウエハの面に対する磁場角度を変えてレジストのエッチングを行ったときのエッチング速度の均一度を示す図。
図８は、第１発明の実施の形態に係るマグネトロンプラズマ用磁場発生装置において、第１及び第２のダイポールリング磁石夫々の異方性セグメント磁石の磁石量とウエハ端での磁場の角度θの関係を示す図。
図９は、第３発明の実施の形態に係るマグネトロンプラズマ用磁場発生装置を説明する図。
図１０は、図９に示す第３発明の実施の形態に係るマグネトロンプラズマ用磁場発生装置に使用されるリング状磁石を説明する図。
図１１は、従来のマグネトロンプラズマ用磁場発生装置による磁力線（磁場）の様子と、図９に示した第３発明の実施の形態に係るマグネトロンプラズマ用磁場発生装置による磁力線（磁場）の様子とを比較して説明する図。
図１２は、図９に示した第３発明の実施の形態に係るマグネトロンプラズマ用磁場発生装置の変形例を説明する図。
図１３は、図９に示した第３発明の実施の形態に係るマグネトロンプラズマ用磁場発生装置の変形例に使用するリング状磁石を回転した場合の説明をする図、及びこの変形例を更に発展させたリング状磁石の動作を説明する図。
図１４は、第３発明の他の実施の形態に係るマグネトロンプラズマ用磁場発生装置を説明する図。
図１５は、図１４に示した第３発明の他の実施の形態に係るマグネトロンプラズマ用磁場発生装置において、コイルに流す電流を変えた場合のウエハ端の磁場角度の変化を示す図。
図１６は、第４発明の実施の形態に係るマグネトロンプラズマ用磁場発生装置を説明する図。
図１７は、従来のマグネトロンプラズマ用磁場発生装置による磁力線（磁場）の様子と、第４発明の実施の形態に係るマグネトロンプラズマ用磁場発生装置による磁力線（磁場）の様子とを比較して説明する図。
図１８は、第４発明の実施の形態に係るマグネトロンプラズマ用磁場発生装置において、磁性体リングを移動したときのウエハ端の磁場角度の変化を示す図。
図１９は、第５発明の実施の形態に係るマグネトロンプラズマ用磁場発生装置を説明する図。
図２０は、従来のマグネトロンプラズマ用磁場発生装置による磁力線（磁場）の様子と、第５発明の実施の形態に係るマグネトロンプラズマ用磁場発生装置による磁力線（磁場）の様子とを比較して説明する図。
図２１は、第５発明の実施の形態に係るマグネトロンプラズマ用磁場発生装置において、上部ダイポールリング磁石を上方に移動した際の磁場角度θとの関係を示す図。
図２２は、第５発明の実施の形態に係るマグネトロンプラズマ用磁場発生装置をマグネトロンエッチング装置に応用した場合を説明する図。
図２３は、第６発明の実施の形態に係わるマグネトロン用磁場発生装置を説明する図。
図２４は、従来のマグネトロンプラズマ用磁場発生装置による磁力線（磁場）の様子と、図２３に示した第６発明の実施の形態に係るマグネトロンプラズマ用磁場発生装置による磁力線（磁場）の様子とを比較して説明する図。
図２５は、第６発明の実施の形態において、ダイポールリング磁石を構成するセグメント磁石の磁化方向を変えた場合のウエハ端部での磁場角度θの変化を示す図。
図２６は、図２５に示したダイポールリング磁石を構成するセグメント磁石の磁化方向とウエハ端部での磁場角度θとの関係を示す表。
図２７は、図２６に示した関係を示すグラフにした図。
図２８は、第７発明に係る方法或いは装置によるエッチング均一性と、第７発明との比較のために行なった実験によるエッチング均一性を示す図。
図２９は、従来のプラズマエッチング装置の縦断面図。
図３０は、図２９に示した従来のプラズマエッチング装置において、プラズマ空間の中心から周辺部方向に測った距離に対するウエハ表面に水平の磁場強度を示す図。
図３１は、複数の柱状の異方性セグメント磁石をリング状に配置した従来のダイポールリング磁石を示す図。
図３２は、図３１のダイポールリング磁石の長さ方向に直角の中央断面での磁場均一性を示す図。
図３３は、従来のマグネトロンプラズマエッチング装置を示す図。

Claims (24)

1. 複数の柱状の異方性セグメント磁石をリング状に配置したダイポールリング磁石を備えたマグネトロンプラズマ用磁場発生装置において、プラズマ処理されるウエハの面に対する磁場の方向を制御することを特徴とするマグネトロンプラズマ用磁場発生装置。
2. 複数の柱状の異方性セグメント磁石をリング状に配置したダイポールリング磁石を備えたマグネトロンプラズマ用磁場発生装置において、前記ダイポールリング磁石の中心位置以外の位置でプラズマ処理されるウエハの面に対する磁場の方向をウエハの面と略平行となるように制御することを特徴とするマグネトロンプラズマ用磁場発生装置。
3. 前記ダイポールリング磁石は磁場制御手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のマグネトロンプラズマ磁場発生装置。
4. 複数の柱状の異方性セグメント磁石をリング状に配置したダイポールリング磁石を備えたマグネトロンプラズマ用磁場発生装置において、前記ダイポールリング磁石は第１及び第２のダイポールリング磁石からなり、前記第１及び第２のダイポールリング磁石はその中心軸方向の長さが夫々異なることを特徴とするマグネトロンプラズマ用磁場発生装置。
5. 複数の柱状の異方性セグメント磁石をリング状に配置したダイポールリング磁石を備えたマグネトロンプラズマ用磁場発生装置において、前記ダイポールリング磁石は第１及び第２ダイポールリング磁石からなり、該第１及び第２ダイポールリング磁石の磁場強度がそれぞれ異なることを特徴とするマグネトロンプラズマ用磁場発生装置。
6. 前記第１及び第２のダイポールリング磁石の少なくともいずれか一方が前記ダイポールリング磁石の中心軸方向に移動可能であることを特徴とする請求項３または５に記載のマグネトロンプラズマ用磁場発生装置。
7. 複数の柱状の異方性セグメント磁石をリング状に配置したダイポールリング磁石を備えたマグネトロンプラズマ用磁場発生装置において、前記ダイポールリング磁石の磁場の方向を制御する少なくとも１つ以上の磁場方向制御手段を設けたことを特徴とするマグネトロンプラズマ用磁場発生装置。
8. 前記ダイポールリング磁石は第１及び第２のダイポールリング磁石からなることを特徴とする請求項７に記載のマグネトロンプラズマ用磁場発生装置。
9. 前記磁場方向制御手段は２極に磁化したリング状磁石であることを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載のマグネトロンプラズマ用磁場発生装置。
10. 前記リング状磁石は、前記ダイポールリング磁石の一方の端部付近に配置することを特徴とする請求項９に記載のマグネトロンプラズマ用磁場発生装置。
11. 前記リング状磁石は、その中心軸を含む面で２分した一方が第１の方向に磁化され他方が前記第１の方向と逆方向の第２の方向に磁化され、前記２分する分割線が前記ダイポールリング磁石の磁界の方向と略直角であることを特徴とする請求項９または１０に記載のマグネトロンプラズマ用磁場発生装置。
12. 前記リング状磁石が前記ダイポールリング磁石の中心軸を中心にして回転可能であることを特徴とする請求項９乃至１１の何れかに記載のマグネトロンプラズマ用磁場発生装置。
13. 前記磁場方向制御手段はリング状の磁性体であることを特徴とする請求項７に記載のマグネトロンプラズマ用磁場発生装置。
14. 前記リング状の磁性体は前記ダイポールリング磁石の内面に沿って配置されていることを特徴とする請求項１３に記載のマグネトロンプラズマ用磁場発生装置。
15. 前記磁場方向制御手段は、前記ダイポールリング磁石の中心軸方向に移動可能にしたことを特徴とする請求項７乃至１４の何れかに記載のマグネトロンプラズマ用磁場発生装置。
16. 複数の柱状の異方性セグメント磁石をリング状に配置したダイポールリング磁石を備えたマグネトロンプラズマ用磁場発生装置において、前記ダイポールリング磁石は第１及び第２のダイポールリング磁石からなり、該第１及び第２のダイポールリング磁石の少なくともいずれか一方は前記ダイポールリング磁石の中心軸の方向に移動可能であることを特徴とするマグネトロンプラズマ用磁場発生装置。
17. 複数の柱状の異方性セグメント磁石をリング状に配置したダイポールリング磁石を備えたマグネトロンプラズマ用磁場発生装置において、前記ダイポールリング磁石は該ダイポールリング磁石の中心軸方向に沿って設けた第１及び第２のダイポールリング磁石からなり、該第１及び第２のダイポールリング磁石の内の少なくともいずれか一方のセグメント磁石を、特定のセグメント磁石を除いて、前記中心軸に直角の方向に対して磁場の角度をつけたことを特徴とするマグネトロンプラズマ用磁場発生装置。
18. 前記特定のセグメント磁石は、前記ダイポールリング磁石の中心部に形成される磁場方向と逆方向に磁化された２個のセグメント磁石であることを特徴とする請求の範囲第１７項に記載のマグネトロンプラズマ磁場発生装置。
19. 複数の柱状の異方性セグメント磁石をリング状に配置したダイポールリング磁石と、該ダイポールリング磁石の内側に平行に設けた第１及び第２の電極板とを使用して前記第１及び第２の内の一方の電極板上に配置した被処理体をエッチングする方法において、前記被処理体の端部での磁場角度を変えることにより、前記被処理体の処理面全体にわたってエッチング速度の均一性を制御することを特徴とするエッチング方法。
20. 前記被処理体の端部での磁場角度は、前記ダイポールリング磁石の中心軸に直角の方向を基準としてプラス又はマイナス方向に４°〜１３°の範囲内で制御することを特徴とする請求の範囲第１９項に記載のエッチング方法。
21. 複数の柱状の異方性セグメント磁石をリング状に配置したダイポールリング磁石と、該ダイポールリング磁石の内側に平行に設けた第１及び第２の電極板とを使用して前記第１及び第２の電極板上に配置した被処理体をエッチングする方法において、前記被処理体の端部でのエッチング速度を中央部でのエッチング速度に対して小さくしたい場合には、前記被処理体の端部での磁場角度を大きくすることを特徴とするエッチング方法。
22. 複数の柱状の異方性セグメント磁石をリング状に配置したダイポールリング磁石と、該ダイポールリング磁石の内側に平行に設けた第１及び第２の電極板とを使用して前記第１及び第２の電極板上に配置した被処理体をエッチングする方法において、
    （ａ）任意のエッチング処理後に前記被処理体の端部と中央部でのエッチング速度を測定し、
    （ｂ）前記ステップ（ａ）で得られた測定結果に基づき、前記被処理体の端部でのエッチング速度を前記被処理体の中央部でのエッチング速度に対して小さくしたい場合には、前記端部での磁場角度を前記ステップ（ａ）での磁場角度より大きくして次のエッチング処理を行ない、
    （ｃ）前記ステップ（ａ）で得られた測定結果に基づき、前記被処理体の端部でのエッチング速度を前記被処理体の中央部でのエッチング速度に対して大きくしたい場合には、前記端部での磁場角度を前記ステップ（ａ）での磁場角度より小さくして次のエッチング処理を行なう
    ことを特徴とするエッチング方法。
23. 前記被処理体の端部での磁場角度は、前記ダイポールリング磁石の中心軸に直角の方向を基準としてプラス又はマイナス方向に４°〜１３°の範囲内で制御することを特徴とする請求の範囲第２１又は２２項に記載のエッチング方法。
24. 前記被処理体の端部での磁場角度は、前記ダイポールリング磁石の中心軸に直角の方向を基準としてプラス又はマイナス方向に０°〜１３°の範囲内で制御することを特徴とする請求の範囲第２１又は２２項に記載のエッチング方法。

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