WO2002021585A1

WO2002021585A1 - Generateur de champ magnetique pour plasma de magnetron, appareil de gravure au plasma et procede utilisant ledit generateur de champ magnetique

Info

Publication number: WO2002021585A1
Application number: PCT/JP2001/007355
Authority: WO
Inventors: Koji Miyata; Jun Hirose; Akira Kodashima; Shigeki Tozawa; Kazuhiro Kubota; Yuki Chiba
Original assignee: Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.; Tokyo Electron Limited
Priority date: 2000-09-01
Filing date: 2001-08-28
Publication date: 2002-03-14
Also published as: EP1329947A4; KR100863098B1; CN1451175A; AU2001280200A1; JP4817592B2; TW544802B; EP1329947B1; US20040094509A1; JPWO2002021585A1; KR20030051632A; CN100568461C; EP1329947A1; JP5306425B2; US7922865B2; JP2011228746A

Description

明細書マグネト口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ェツ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ぴ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ぴ 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、この気体分子のィ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 2 9〜図 3 2を参照して従来のマグネト口ンプラズマ用磁場発生装置を説明し、図 3 3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 2 9 ( 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 2 9 ( 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 2 9 ( a ) に示すように、装置内に電極板 1 0及ぴ 1 2が互いに平行に配置されている。電極板 1 0の上にエッチングされるウェハ（被処理体（workpiece) ) 1 6が置かれる。電極板 1 2の上部（平板電極 1 0と反対側）にはマグネト口ンプラズマ用磁場発生装置 1 8が設置されている。

高周波電圧発生器 1 9は、電極板 1 0と 1 2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 2 9 ( a ) の矢印 2 0は、電極板 1 0がマイナスとなり電極板 1 2がプラスになった瞬間の電界の向きを示している。

図 2 9 ( 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 1 8は、リング状の永久磁石 2 2と、この磁石 2 2のリング内部に設けた円盤状の永久磁石 2 4 と、ヨーク 2 6とで構成されている。磁場発生装置 1 8の作る磁場が電極 1 2を介してウェハ 1 6上に及んでいる様子を磁力線 2 8 a及び 2 8 bで示す。

図 2 9 ( b ) の磁力線 3 0は、図 2 9 ( a ) に示したウェハ 1 6の面上の磁力線 2 8 a及び 2 8 b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 2 0の向きのとき、電子 3 2は図示のようなドリフト運動をしながら無限軌道 3 4を描く。その結果、電子 3 2はウェハ 1 6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 2 9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 2 9の装置の場合、磁力線 3 0の内、ウェハ 1 6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 2 9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努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、ウェハ 1 6の面に対して水平な磁場強度は、図 3 0のように場所により大きく異なることになる。

図 3 0のグラフの横軸はプラズマ空間の中心（ウェハ 1 6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 )、縦軸はウェハ 1 6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 2 9で説明した第 1の従来例によればウェ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ェ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）、ウェ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、ウェハ 1 6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。し力し、図 2 9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 3 1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 ( 3 5で示す）を使用することが知られている。図 3 1 ( a ) はダイポールリング磁石 3 5の上面図であり、図 3 1 ( b ) は図 3 1 ( a ) のダイポールリング磁石 3 5を A— Bに沿って切断した断面図である。

図 3 1 ( a ) に示すように、ダイポールリング磁石 3 5は、複数の異方性セグメント磁石 4 0を非磁性の架台 4 2に収めた構成となっている。複数のセグメント磁石 4 0の夫々は、図 3 1 ( 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）のスぺーサ 4 1を有する。異方性セグメント磁石 4 0の数は 8個以上であり通常 8から 3 2の間で選ばれる。図 3 1には 1 6個の場合を示した。異方性セグメント磁石 4 0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 4 0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 3 1 ( a ) のようにするとリング内に矢印 4 3で示す向きの磁場が生成される。

ダイポールリング磁石 3 5のリング内には電極板 3 6及ぴ 3 7が平行して設けられ、電極板 3 7の上にはウェハ 3 8が置かれる。図 2 9に示した第 1の従来例と同様に、電極板 3 6及び 3 7に印加される高周波電圧により、電極板 3 6及ぴ 3 7の間に高周波の交番電界が発生する。矢印 4 4は、電極板 3 6及び 3 7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つて高密度プラズマが発生する。ダイポールリング磁石 3 5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 3 1 ( b ) に示すように、ダイポールリング磁石 3 5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 4 6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 3 5の長さ方向に直角の中央断面 C一 Dでの磁場均一性はこの磁石 3 5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付近ではウェ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 3 5の長さ方向に直角の中央断面 C一 D付近にプラズマ生成空間 4 6を合わせる必要がある。即ち、エッチング工程に入る前に、ウェハ 3 8の上下方向の位置を調整し、ウェハ 3 8の上面近傍の空間（プラズマ生成空間 6 ) をダイポールリング磁石 3 5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 3 2は、ダイポールリング磁石 3 5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 3 2の横軸は中央断面 C一 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 4 6の半径を示す。図 3 2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 3 0 ) 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、本癸明の理解を容易にするため、図 3 3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 3 3に示すように、マグネト口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 4 9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 5 4により、カセット室（B ) に置かれた複数のウェハ 5 0の 1枚をエッチング室（A) に搬入する。搬送アーム 5 4によりエッチング室（A) に搬送されてきたウェハをエツチング室の電極板 5 6上に置いた後（このウェハを 5 2で示す）、電極板 5 6とウェハ 5 2を昇降装置 5 8により破線で示すエッチング位置 6 0まで上昇させる。電極板 5 6及ぴ 6 2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 6 4 ) により発生する磁界の相互作用により、エッチング位置 6 0のウェハ 5 2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 6 6からに注入してガス排気管 6 8から外部に ^出する。尚、カセット室（B ) 及ぴロードロック室（C) にも、弁 4 9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 6 8が接続されている。上述したように、ウェ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ェ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、ウェハ処理後、上記の昇降装置を用いてウェハを搬出位置（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ェ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、ウェ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、ウェ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ェ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ェ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「磁力線がウェ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ェハ面に対する磁場の方向を制御することであり、この制御によりェツ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、ウェハ面に対する磁場（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、ェツチングガスの条件ゃェ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、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ェハ面に対する磁界の方向（ウェ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口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一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ェ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口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ェハの面に対する磁場の方向をウェ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口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口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及ぴ第 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口ンプラズマ用磁場癸生装置において、前記ダイポールリング磁石は第 1及ぴ第 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口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及ぴ第 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口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及ぴ第 2のダイポールリング磁石からなり、該第 1及ぴ第 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口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ェツ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 及ぴ第 2の電極板とを使用し、前記第 1及ぴ第 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ツ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 ) 前記ステツプ（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ェツチング方法である。

以下に本願のマグネト口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。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口ンプラズマ用磁場発生装置を説明する図。

図 3は、従来のマグネト口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口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、ウェ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ツ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、ウェハの面に対する磁場角度を変えてレジストのェツチングを行つたときのェツ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口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、ウェ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口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、ウェ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ツ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口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ェハ端での磁場の角度 0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 1 0は、図 9に示す第 3発明の実施の形態に係るマグネト口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 1 1は、従来のマグネトロンプラズマ用磁場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 1 2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 1 3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、及ぴ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 1 4は、第 3発明の他の実施の形態に係るマグネト口ンプラズマ用磁場発生装置を説明する図。

図 1 5は、図 1 4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ェハ端の磁場角度の変化を示す図。

図 1 6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 1 7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 1 8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ェハ端の磁場角度の変化を示す図。図 1 9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 2 0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 2 1は、第 5発明の実施の形態に係るマグネト口ンプラズマ用磁場努生装置において、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 0との関係を示す図。

図 2 2は、第 5発明の実施の形態に係るマグネト口ンプラズマ用磁場発生装置をマグネト口ンエッチング装置に応用した場合を説明する図。

図 2 3は、第 6発明の実施の形態に係わるマグネト口ン用磁場発生装置を説明する図。

図 2 4は、従来のマグネト口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 2 3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 2 5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ェハ端部での磁場角度 0の変化を示す図。図 2 6は、図 2 5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ェハ端部での磁場角度 Θとの関係を示す表。

図 2 7は、図 2 6に示した関係を示すグラフにした図。

図 2 8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つた実験によるエツチング均一性を示す図。

図 2 9は、従来のプラズマエッチング装置の縦断面図。

図 3 0は、図 2 9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ェハ表面に水平の磁場強度を示す図。

図 3 1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 3 2は、図 3 1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 3 3は、従来のマグネト口ンプラズマエッチング装置を示す図。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 2 8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一ルリング磁石を備えたマグネト口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）の夫々はスぺーサにより 2分されている。従って、このスぺーサを介し、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及ぴ第 2のダイポールリング磁石の長さが異なるとは、第 1及ぴ第 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及ぴ図 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 3 1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 9 0を付し、これらの複数のセグメント磁石 9 0を備えたダイポールリング磁石を 8 8で示す。尚、図 1及び図 2において、既に図 3 1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 8 8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 8 8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 8 8は、図 3 1の場合と同様に、複数のセグメント磁石 9 0の夫々の中間部に非磁性体のスぺーサ 4 1を入れ、非磁性の架台 4 2に収められた構成になっている。また、セグメント磁石 9 0の数及ぴ配置は、図 3 1で説明した通りである。更に、ダイポールリング磁石 8 8のリング内には電極板 3 6及ぴ 3 7を平行に設け、電極板 3 7の上にウェハ 3 8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 8 8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 8 8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 9 0の夫々は、スぺーサ 4 1の両側に磁石 9 0 a及ぴ 9 0 bを有し、これらの磁石 9 0 a及ぴ 9 0 bのダイポールリング磁石の長さ方向の長さ（夫々 ML 1及ぴ ML 2とする）を異ならせている。図 1では M L 1く M L 2となっており、図 2では ML 1 >M L 2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 8 8は、セグメント磁石 9 0 a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 9 0 b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 3 5 (図 3 1 ) 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 8 8によつ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 3 5 (図 3 1 ) の A— B断面での磁力線を示す。水平方向（横方向）の破線 9 2はダイポールリング磁石 3 5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一 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 3 5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 8 8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 9 0 aを下部の磁石 9 0 bより短くすると（ML 1く ML 2 )、磁石 9 0 aによる磁場が減少すると共に磁石 9 0 b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一 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 8 8の中央断面 C一 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 9 0 aを下部の磁石 9 0 bよりも長くすると（M L 1 > M L 2 )、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一 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（下方に凸となつている）。

上述したように、セグメント磁石 9 0 a及ぴ 9 0 bの長さ (夫々 ML 1及ぴ ML 2 ) を異ならせることにより、ダイポールリング磁石 3 5の中央断面 C— D付近に置いたウェ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、ゥェハ面に対する磁場の方向の制御を、説明の都合上、ウェ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、ウェハ 3 8の一方の端部（或いは端部付近） 3 8 aでの磁力線 9 4の角度（磁場の角度） 0を定義するための図である。図 3 d に示すように、ウェハ端部 3 8 aでの磁場角度 0は中央断面 C一 Dに平行な面を基準（θ = 0 ° ) とし、この基準面から上方向及ぴ下方向（図面上）の角度を夫々正及ぴ負とする。一方、図示しないが、ウェハ 3 8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、ウェ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ェハ端部 3 8 aでの磁場角度 0の制御について述べる。

尚、ダイポールリング磁石 3 5及び 8 8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、ウェハ端部（又は端部付近）とウェ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 9 0 a及ぴ 9 0 bの長さを異ならせてウェハ端部の磁場の方向を制御した場合の、ウェハ端部 3 8 aでの磁場角度 0と被エツチング材料に対するエッチング速度のウェ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 0は 4 . 4 1 ° 、 9 . 2 5 ° 、 1 2 . 8 8。の場合について調べた（角度 6が正なので図 2の場合である）。また、エッチング速度はウェハ表面の直交する 2つの直径方向のウェハ周辺（端部）から 3 mm 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（エツチング量）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ェツ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、上述のウェハ表面の直交する 2つの直径方向の複数箇所での測定値は、夫々、黒丸及ぴ黒の四角で示してある。

[処理条件 1 ]

ウェハ直径： 3 0 O mm 高周波電源周波数： 13. 56 MHz

高周波電源電力： 460W

電極間ギャップ： 4 Omm

ウェハ中心部の磁場強度：約 1 20Ga u s s

被エッチング膜レジスト

エッチングガス N₂/0₂= 95/1 90 s c cm

チャンバ内圧力 3 OmT o r r

サセプタ温度： 10°C

[処理条件 2]

ウェハ直径： 300 mm

高周波電源周波数： 13. 56 MHz

高周波電源電力： 2300W

電極間ギャップ： 4 Omm

ウェハ中心部の磁場強度：約 1 20Ga u s s

被エッチング膜：レジスト

エッチングガス： N₂/H₂= 190/570 s c c m

チヤンバ内圧力： l O OmTo r r

サセプタ温度： 10°C

[処理条件 3 ]

ウェハ直径： 30 Omm

高周波電源周波数 : 13. 56 MHz

高周波電源電力： 4000W

電極間ギヤップ： 40 mm

ウェハ中心部の磁場強度：約 120 G a u s s

被ェツチング膜：シリコン酸化膜

エッチングガス： C₄F₈ZCOZAr 0₂=20/100/40 O/l 0 s c c m

チヤンバ内圧力： 40 mT o r r

サセプタ温度： 40°C [処理条件 4]

ウェハ直径： 30 Omm

高周波電源周波数： 1 3. 56 MHz

高周波電源電力： 360W

電極間ギャップ： 40mm

ウェハ中心部の磁場強度：約 120 G a u s s

被エッチング膜シリコン窒ィ匕膜

ェ CH₂F₂/0₂/A r = 50/40/200 s c cm

；内圧力 125 mT o r r

サセプタ温度： 60°C

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、ウェハ端部 38 aでの磁場角度 0が夫々 4. 41° 、 9. 25° 、 1 2. 8 8。の場合の、ウェハ内エッチング速度均一性の結果を示す。磁場角度 0が 4. 4 1° の場合、ウェハ面内の平均エッチングレートは 297. 0 nm/m i nであり、ウェハ面内のエツチング速度分布は周辺部のェッチング速度が中心部のェツチング速度より大きい凹形状で、エッチング均一性（(Ma x— Mi n) / (Ma x+Mi n)) は ± 14. 0%であった。磁場角度 Θが 9. 25° の場合、ウェハ面内の平均エッチングレートは 290. 8 nm/m i nであり、ウェハ面内のエッチング速度分布は周辺部のエツチング速度が中心部のェ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 0が 4. 4 1° の場合より改善された。磁場角度 Θが 12. 88。の場合、ウェハ面内の平均エッチングレートは 308. 2 nmZm i nであり、ウェ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 0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 0が夫々 4. 41° 、 9. 25° 、 12. 88° の場合の、ウェハ内エッチング速度均一性の結果を示す。磁場角度 0が 4. 41° の場合、ウェハ面内の平均エッチングレートは 487. 8 nmZm i nであり、ウェハ面内のエッチング速度分布は周辺部のエツチング速度が中心部のエツチング速度より大きい凹形状で、ェツチング均一性は士 16. 0 %であった。磁場角度 0が 9. 25° の場合、ウェハ面内の平均エッチングレートは 499. 8 nmZmi nであり、ウェハ面内のェツチング速度分布は顕著な凹形状が見られなくなり、ェツチング均一性は土 4. 6 %であった。エツチング均一性は磁場角度 6が 4. 4 の場合より改善された。磁場角度 0が 12. 88° の場合、ウェハ面内の平均エッチングレートは 51 6. 8 nm/xn i nであり、ウェハ面内のエッチング速度分布は、磁場角度 0が 4. 4 1° 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 0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つたときの、磁場角度 0が夫々 4. 41° 、 9. 25° 、 1 2. 88° の場合の、ウェハ内エッチング速度均一性の結果を示す。磁場角度 0が 4. 41° の場合、ゥェハ面内の平均エッチングレートは 298. 5 nm/m i nであり、ウェハ面内のエッチング速度分布は周辺部のエツチング速度が中心部のエツ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 0が 9. 25° の場合、ウェハ面内の平均エッチングレートは 305. I nmZm i nであり、ゥェハ面内のエッチング速分布はほぼ均一で、エッチング均一性は ±2. 1%であつた。エッチング均一性は磁場角度 0が 4. 41° の場合より改善された。磁場角度 0が 1 2. 88° の場合、ウェハ面内の平均エッチングレートは 313. 8 nm Zmi nであり、ウェハ面内のエッチング速度分布はほぼ均一で（ウェ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。エツチング均一性は磁場角度 0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 0が夫々 4. 41° 、 9. 25° 、 12. 88° の場合の、ウェハ内エッチング速度均一性の結果を示す。磁場角度 0が 4. 41° の場合、ウェハ面内の平均エッチングレートは 89. A nmZm i nであり、ウェハ面内のエツチング速度分布は周辺部のェッチング速度が中心部のェ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 0が 9. 25° の場合、ウェハ面内の平均エッチングレートは 8 6 . 4 n m "m i ηであり、ウェ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 ± 1 4 . 1 %であった。エッチング均一性は磁場角度 Θが 4 . 4 1 ° の場合より若干改善された。磁場 Θが 1 2 . 8 8 ° の場合、ゥェハ面内の平均エッチングレートは 8 4 . 9 n m/m i nであり、ウェハ面内のェツチング速度分布は、磁場角度 0が 4 . 4 1 ° 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 0が 9 . 2 5 ° 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、エツチング速度均一性の結果は必ずしも上記被ェッチング材料に対するべ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、ウェハ中心部の磁場強度を一定として、ウェ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、ウェハ中心部とウェハ周辺部とのエッチング量を制御でき、ゥェハ面内のェツチング均一性を改善できることが分かった。

つまり、シリコン酸ィヒ膜、シリコン窒ィ匕膜、有機絶縁体膜いずれの場合も、ゥェハ周辺部のエッチング速度がウェハ中心部のエッチング速度より大きい場合には、ウェハ周辺部の磁場角度を大きくすることによってウェハ周辺部のェツ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、ウェハ面上全体にわたつ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、ウェハ周辺部のェツチング速度がウェハ中心部のエッチング速度に対して小さい場合には、ウェハ周辺部の磁場角度を小さくすることによってウェハ周辺部のエツ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、ウェ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、ウェ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。

最適なウェ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° 又は一 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ェハへのダメージが発生する虞があるので、ウェハ端部での磁場角度を 0° から 13° 又は — 1 3° 程度の範囲で制御することが望ましい。尚、ウェ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、ウェハ端部での磁場角度を 4° 〜13° 又は一4° 〜一 1 3° 程度の範囲で制御することが実際的には好ましレ、。

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 165 mmとし、断面の一辺が 60 mmの四角形の柱状の N d— F e —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 90 aの長さ ML 1を 47. 25 mm, 下部セグメント磁石 90 bの長さ ML 2を 27. 75mm, スぺーサの長さを 90 mmとしたとき、ダイポールリング磁石の中央断面 C— Dに置いたウェハの端部での磁場の角度 0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 9 0 aの長さ ML 1を 58. 8 mm、下部セグメント磁石 90 bの長さ ML 2を 16. 5mm, スぺーサの長さを 90mmとしたとき、ダイポールリング磁石の中央断面 C一 Dに置いたウェハの端部での磁場の角度 0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 90 aの長さ ML 1を 67. 5mm、下部セグメント磁石 90 bの長さ ML 2を 7. 5mm、スぺーサの長さを 90mmとしたとき、ダイポールリング磁石の中央断面 C一 Dに置いたゥェハの端部での磁場の角度 0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 90 aの長さ ML 1及び下部セグメント磁石 90 bの長さ ML 2を共に 37. ·5 mmの等しい長さとし、スぺーサの長さを 90mmとしたとき、ダイポールリング磁石の中央断面 C一 Dに置いたウェハの端部での磁場の角度 0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 90 aの長さ ML 1を 30 mm, 下部セグメント磁石 90 bの長さ ML 2を 45 mm、スぺーサの長さを 90mmとしたとき、ダイポールリング磁石の中央断面 C 一 Dより 1 5mm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、水平磁場でウェハを処理する場合にはウェ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にウェハを設置すればゥェハ 3 8近傍の磁場を上に凸状とすることができる。

図 8は、上述した上部及ぴ下部セグメント磁石の夫々の長さ（M L 1及ぴ M L 2 ) を変えることにより、ウェハの端部での磁場方向 S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、ウェハ 3 8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カ卩してもよい。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ツチング均一性を実現することができる。ウェハ 3 8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 3 6及ぴ 3 7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 3 7のみを垂直方向に移動できるようにしてもよい。また、ウェ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の內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口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、 S m—C o系、 N d— F e—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、 M L 1 =M L 2或いは M L 1≠M L 2 (図 1及ぴ図 2参照）であってもょレヽ）。

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 9 0 a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 9 0 bの残留磁束密度を 1 . 3テスラの N d— F e— B磁石として、上部磁石 9 0 a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 9 0 aの残留磁束密度を 1 . 3テスラの N d— F e—B磁石とし、下部磁石 9 0 b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 9 0 aが下部磁石 9 0 bよりも短い場合に、例えば、上部磁石 9 0 aの残留磁束密度を 0 . 4テスラのフエライト磁石とし、下部磁石 9 0 bの残留磁束密度を 1 . 3テスラの N d— F e— B磁石として、上部磁石 9 0 a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 9 0 aが下部磁石 9 0 bよりも長い場合に、例えば、上部磁石 9 0 bの残留磁束密度を 1 . 3テスラの N d— F e—B磁石として、下部磁石 9 0 a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、ウェハ 3 8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（或いは試行的に行つた）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。ウェハ 3 8の垂直方向の位置制御は、平行平板電極 3 6及び 3 7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 3 7のみを垂直方向に移動できるようにしてもよい。また、ゥェ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口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ェ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ぴ Z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 1 3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 8 0をダイポールリング磁石 3 5 の上部の端部付近に配置する。リング状磁石 8 0は、電極板 3 6及び 3 7間に発生する電界を乱さないために電極板 3 6の上方に配置するのが好ましい。更に好ましくは、電極板 3 6の位置にもよるが、例えば、電極板 3 6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ダィ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 8 0の磁化方向（着磁方向）はダイポールリング磁石 3 5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及ぴ図 7の 8 2 ) 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 3 5の中心部付近の磁界の方向と直角である。

リング状磁石 8 0を更に詳しく説明する。図 1 0 ( a ) に示すように、リング状磁石 8 0の中心軸 8 4 (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 8 0は、例えば、半円環状の部品 8 0 a及び 8 0 bを夫々厚み方向に磁化した後、図 1 0 ( a ) に示すように、 8 0 a及ぴ 8 0 b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 8 0 a及び 8 0 bを直接接触させて組み合わせてもよいし、或いは、 8 0 a及び 8 0 b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 1 0 ( 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（8 6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 1 0 ( 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 1 0 ( b ) において、複数の小磁石を配置する支持台 8 9 a及ぴ 8 9 bは非磁性体であり、支持台 8 9 a及ぴ 8 9 b 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 8 0及び 8 6は、夫々、その中心軸を中心にして回転可能 (少なくとも 1 8 0 ° 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さる。

リング状磁石 8 0は、その中心軸 8 4がダイポールリング磁石 3 5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 8 0の直径はダイポールリング磁石 3 5のリング内径よりも小さくなつている。これは、リング状磁石 8 0をダイポールリング磁石 3 5のリング内部に配置できるようにするためである。図 1 1を参照して、従来のダイポールリング磁石 3 5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 1 1 ( a ) は従来のダイポールリング磁石 3 5 (図 3 1 ) の A— B断面での磁力線を示す。水平方向（横方向）の破線 9 2はダイポールリング磁石 3 5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一 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 3 5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 1 1 ( b ) は、従来のダイポールリング磁石 3 5に第 3発明の第 1実施の形態に係るリング状磁石 8 0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 1 1 ( b ) から明らかなように、ダイポールポールリング磁石 3 5 の上部近傍に設ける 2極に着磁されたリング状磁石 8 0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 3 5の中央断面 C一 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 1 1 ( c ) に示すように、リング状磁石 8 0をその中心軸の廻りに 1 8 0 ° 回転させると、今度は、ダイポールリング磁石 3 5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 8 0が、ダイポールリング磁石 3 5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 8 0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 3 5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 1 1 ( d ) は、第 1発明の場合と同様に、ウェハの端部での磁場方向 0を定義する図である。

上述のように、中央断面 C一 Dからリング状磁石 8 0までの位置 Zを変化させて場合の、ウェハ端部 3 8 a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ェ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 1 2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) 及ぴ 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 1 2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 1 3 (a) は、 2つのリング状磁石 80 (1) 及ぴ 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 1 1 (b) の場合に相当するが、ダイポ一ルリング磁石 35の中央断面 C一 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、ウェハの端部 38 aでの磁場方向 6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 1 3 (a) と逆にすることもできる（図 1 1 (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) 及ぴ 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レ、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 1 3 (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、ウェ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 6 Ommの四角形の柱状の Nd— F e— B系磁石からなる 16個の異方性セグメント磁石 40を 1 6個を用い、スぺーサ 41を挟んだ上下のセグメント磁石 40の長さ MLを共に 37. 5 mm、スぺーサの長さを 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 D 2を 525 mm, 2つのリング状磁石間の距離 D 1を 1 50 mm, 厚みを 1. 5 mmとした。図 1 3 (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一 Dから下方のリング状磁石 80 (1) までの距離 Zを 1 12. 5 mmとしたとき、ダイポールリング磁石 35の中央断面 C—D付近に置いたウェハの端部 38 aでの磁場の方向 0 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 0は 5° となった。

一方、図 1 3 (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 0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)及ぴ（2) の双方を共に 180° 回転させて、リング状磁石 80 (1) 及び（2) の磁ィ匕方向をちようど図 13 (a) と逆方向にすると、 Z= 1 12. 5 mmでは 0は一 22° となり、 Z = 262. 5 mmでは 0は一 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) 及ぴ 80 (2) を、例えば、 Z = 1 12. 5mmから 262. 5 mmに変化させ、且つ、リング磁石を回転させれば、 0を一22° から一 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及ぴ図 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卷回したコイル（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) 及ぴ 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) 及ぴ 1 00 (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、コィルに流す電流値を制御することによってコィ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一 D付近に置いたウェ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 6 Ommの四角形の柱状の Nd— F e—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、スぺーサ 41を挟んだ上下のセグメント磁石 40の長さ MLを共に 37. 5 mm、スぺーサの長さを 9 Omm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 75minとし、卷線の方向を図 14の矢印の方向とし、コイルの卷回数は夫々 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. 5 mmとしたとき、ダイポールリング磁石 35の中央断面 C— D付近に置いたウェハの端部 38 aでの磁場角度 0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 10 Aを図 14の矢印で示す方向と逆方向に流したとき 0は一 12° 、電流を流さないとき Θ は 0、コイル 100 (1) 及ぴ（2) に電流 1 OA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 0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 0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付近に置いたゥェハの端部 38 aでの磁場角度 0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 1 6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 8 1を配置し、この磁性体リング 8 1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 3 5の中央断面 C— D付近に置いたウェハの端部での磁場の方向 0を制御することを特徴とする。磁性体リング 8 1は、図 1 6に示すように、ダイポールリング磁石 3 5の内部に設けたエツチングなどの処理室 5 1とダイポールリング磁石 3 5の内壁との間に設けられる。

上述したように、図 1 6に示した第 4発明の構成は、図 3 1に示した従来のダイポールリング磁石に磁性体リング 8 1を設けたことにあるので、明細書の記载を簡潔にするため、図 1 6の説明は省略する。

図 1 7を参照して、従来のダイポールリング磁石 3 5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 1 7 ( a ) は従来のダイポールリング磁石 3 5 (図 3 1 ) の A—B断面での磁力線を示す。水平方向（横方向）の破線 9 2はダイポールリング磁石 3 5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、ダイポールリング磁石 3 5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。

—方、図 1 7 ( b ) は、従来のダイポールリング磁石 3 5に本願の第 4発明に係る磁性体リング 8 1を用いた場合の A— B断面（図 1 6 )での磁力線を示している。図 1 7 ( b ) に示すように、磁性体リング 8 1をダイポールリング磁石 3 5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 3 5の上部セグメント磁石 4 0 ( 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 ώとなるように変化する。一方、図 1 7 ( c ) に示すように、上述の場合と逆に、磁性体リング 8 1をダイポールリング磁石 3 5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 3 5の下部セグメント磁石 4 0 ( 2 ) の磁束が弱まり、ダイポールリング磁石の中央断面 C一 D付近の磁力線が下方に凸となるように変化する。図 1 7 ( d ) は、図 3及ぴ図 1 1の（d ) と同様に、ウェハ 3 8の端部での磁場 9 4の方向 0を定義するものである。

このように、磁性体リング 8 1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 8 1の長さ H (図 1 6参照）はダイポールリング磁石の長さ R Lの半分以下にした方がよい。その理由は、磁性体リング 8 1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 8 1が上部及ぴ下部セグメント磁石 4 0 ( 1 ) 及び 4 0 ( 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 一 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 R Lを 1 6 5 mmとし、断面の一辺が 6 O mmの四角形の柱状の N d— F e— B系磁石からなる 1 6個の異方性セグメント磁石 4 0を 1 6個を用い、スぺーサ 4 1を挟んだ上下のセグメント磁石 4 0の長さ M Lを共に 3 7 . 5 mm, スぺーサの長さを 9 0 mmとした。更に、磁性体リングの外径 Dを 5 4 0 mm、厚み tを 7 . 5 mm, 高さ Hを 7 5 mmとし、中央断面 C —Dから下方に測った距離 Zを 7 5 mm (中央断面 C— Dでの Zの位置を 0とすると Z =— 7 5 mm) としたとき、ダイポールリング磁石 3 5の中央断面 C— D付近に置いたウェハの端部 3 8 aでの磁場 9 4の方向 0は 1 2 ° となった。一方、 Z = O mmの場合は0は0、 Z = 7 5 mmでは 0は一 1 2 ° となり、磁性リング 8 1を土 7 5 mmの範囲を移動させることにより 0は ± 1 2 ° の範囲で制御できた。

図 1 8は、ダイポールリング磁石 3 5内に磁性体リング 8 1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 3 5の中央断面 C— D付近に置いたゥェハの端部 3 8 aでの磁場角度 0の変化の例を示す図である。即ち、磁性体リング 8 1の移動により 0を制御できることが判る。

ダイポールリング磁石 3 5内に磁性体リング 8 1を設置して上下方向に移動させたときに、ウェハ端部 3 8 aの磁場角度 0と被エッチング材料に対するエッチング速度のウェ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 1 9〜図 2 2を参照して説明する。この第 5発明は、例えば、図 3 1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ェハの端部 3 8 aでの磁場角虔 0を制御することを特徴とする。上述したように、ウェハ端部 3 8 aでの磁場角度を制御すれば、ウェハの他端での磁場強度も同様に制御できる。

図 1 9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 1 9に示すように、ダイポールリング磁石 8 8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 8 8 a、 8 8 bとし、これらのダイポールリング磁石 8 8 a、 8 8 b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 8 8 a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 2 0を参照して、本願の第 5発明を更に説明する。図 2 0 ( 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 3 5 (図 2 5 ) の A —B断面での磁力線を示す。水平方向（横方向）の破線 9 2はダイポールリング磁石 3 5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 3 5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 2 0 ( b ) は、上部ダイポールリング磁石 8 8 aを図 1 9に示した初期の位置力、ら上方に移動させた場合、ダイポールリング磁石 8 8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 8 8 a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 8 8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 8 8の初期の中央断面 C一 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、ウェハ 3 8の端部での磁場方向の磁力線 9 4の角度 0を図 2 0 ( 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 R Lを 1 6 5 mmとし、断面の一辺が 3 7 . 5 mInの四角形の柱状のN d— F e— B系磁石 (B r = 1. 3テスラ（T) ) ) からなる 1 6個の異方性セグメント磁石 4 0を 1 6個を用い、スぺーサ 4 1の長さを 1 5 mmとし、スぺーサ 41に接した上下のセグメント磁石 90 a及ぴ 90 bの長さ ML 1及び ML 2を共に 75 mmとした。上部ダイポールリング磁石 88 aを、図 1 9に示す初期位置（Z = 0) から上方に 1 12. 5 mm移動させたとき（Z= l 12. 5 mm), 図 1 9に示すダイポールリング磁石 88の中央断面 C一 D付近に置いたウェハの端部 38 a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 88 aの上方移動と、磁場角度 0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 60 m mの四角形の柱状の Nd— F e— B系磁石（B r =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、スぺーサ 41の長さを 90mmとし、上のセグメント磁石 90 aの長さ ML 1を 52. 5mm、下のセグメント磁石 9 O b の長さ ML 2を 22. 5 mmとした。上部ダイポールリング磁石 88 aを、図 1 9 に示す初期位置から上方に 1 1 2. 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一 D付近に置いたウェハの端部 38 aでの磁力線 9 4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 88 aの上方移動と、ウェハ端部 38 a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 88 aを上方に移動させたときに、ゥェハ端部 38 aでの磁場 38 aの方向（磁場角度 Θ ) と被ェッチング材料に対するエッチング速度のウェ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、このマグネト口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 88 a及ぴ 88 bの空間を、ェツチング室（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) からウェハを 1枚取出し、このウェハを、ダイポールリング磁石 88 a及ぴ 88 b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) 内にウェハの昇降装置を設ける必要がなくなるので、ウェ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。このようなダイポ一ルリング磁石を用いたマグネト口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一 D付近においたウェ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 1 08 A及び 108 Bで示し、更に、上部のダイポールリング磁石 108 Aに設けたセグメント磁石を 110 a (1) 〜： 110 a (16) で示し、下部のダイポールリング磁石 108 Bに設けたセグメント磁石を 110 b (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、上部及ぴ下部のセグメント磁石を 110 a及ぴ 110 b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 108 Bに設けたセグメント磁石 110 b (1) 〜： L l O b (16) は、夫々、上部のダイポールリング磁石 1 08 Aに設けたセグメント磁石を 11◦ a (1)〜110 a (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ぺーサ 41を設け、セグメント磁石 1 10 a 及ぴ 110 b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 1 10 a及び 1 10 bの数及ぴ配置は図 31で説明した通りである。更に、ダイポーノレリング磁石 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の上にウェハ 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 1 10 a (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一 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 1 10 a (5) と反対側に設けられた他のセグメント磁石 1 10 a (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力線 E— Fで 2分した右側のセグメント磁石 1 10 a (2) 〜1 10 a (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 1 10 a (10) 〜1 10 a (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 4 3の方向と逆方向に磁ィヒされたセグメント磁石 1 10 a (1) 及ぴ 1 10 a (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 1 10 bの磁化方向はすぺ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ゥェハ端部での磁場角度 0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 1 10 a及ぴ 1 10 bの磁ィ匕方向を、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 1 10 aの內側（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 1 10 bの夫々の内側及ぴ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 1 10 a (2) から 1 10 a (8) の磁化方向を下方向とし、セグメント磁石 1 10 a (10) から 1 10 a (16) の磁化方向を上方向とし、更に、セグメント磁石 1 10 b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一 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ェハ端部での磁場角度 6との関係」における場合 (F) に相当する。

図 24 (d) は、図 3、図 1 1、図 1 7、及ぴ図 20と同様に、ウエノ、 38の右側の端部での磁場方向の磁力線 94の角度 0を定義したものである。

図 25は、セグメント磁石 1 10 a及び 1 10 bの磁化方向を変えた場合（（A) 〜（I) で示す）のウェハ 38の右側端部（図面上）の角度 0の概略を示したものである。セグメント磁石 1 10 a及び 1 10 b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ィヒ方向は水平とする。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 1 10 a (2) 〜 1 10 a (8) と左側のセグメント磁石 1 10 a (10) 〜 1 10 a (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 1 10 a及ぴ 1 10 b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ェハ 3 8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 1 1 0 a (1 0) 〜： L l O a (1 6) は、右側のセグメント磁石 1 1 0 a (2) 〜： L 1 0 a (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 1 6 5 mmとし、一辺が 6 0mmの四角形の柱状の Nd— F e— B系磁石 (B r =1.3テスラ）からなる異方性セグメント磁石 1 1 0 a及ぴ 1 1 0 bを 3 2個用い（ML= 3 7 5 mm), スぺーサ 4 1の長さを 90mmとした。セグメント磁石 1 1 0 a (2) 〜1 1 0 a (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 1 10 a (1 0) から 1 1 0 a (1 6) 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 1 10 a (1) 及び 1 1 0 a (9) の磁化方向を平行とした。一方、セグメント磁石 1 1 0 bの磁ィヒ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 1 06の中央断面 C一 D付近に置いたゥェハの端部での磁力線 94の方向（磁場の方向） 0をー1 0. 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 1 1 0 a及び 1 1 0 b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で示した磁ィヒ方向 A〜Iの夫々に対するウェハの右端部での磁場角度 0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及ぴ第 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、ゥェハ端部の磁場角度 0と被エツチング材料に対するエツチング速度のゥェ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、ウェハ 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（或いは試行的に行つた）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。ウェハ 38の垂直方向の位置制御は、平行平板電極 3 6及ぴ 3 7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、ゥェ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ィポールリング磁石 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一 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一 D付近に置いたウェハ（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付近においたウェ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ェ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、ウェハ端部での磁場角度 0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ェハ表面の直交する 2つの直径方向のウェハ周辺（端部）から 3 mmより内側領域の複数箇所での膜厚を、エツ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 ]

ウェハ直径： 200mm

高周波電源周波数： 13. 56 MHz

高周波電源電力： 1500W

電極間ギャップ： 27mm ウェハ中心部の磁場強度：約 120 G a u s s

被ェッチング膜：シリコン酸化膜

エッチングガス： C₄F_s/COZAr/0₂= 10/50/200/5 s e c m

チャンバ内圧力： 45mT o r r

サセプタ温度： 40°C

[処理条件 6 ]

ウェハ直径： 200mm

高周波電源周波数： 13. 56 MHz

高周波電源電力： 1500W

電極間ギャップ：

(1) 磁場角度 0が 5. 8° のとき 27mm

(2) 磁場角度 0が 8. 9° のとき 37mm

(3) 磁場角度 0が 12. 0° のとき 47mm

ウェハ中心部の磁場強度：約 1 20 G a u s s

被ェツチング膜：シリコン酸化膜

エッチングガス： C,,F₈/C〇ZAr 0₂= 10/50/200/5 s c c m

チャンバ内圧力： 45 mT o r r

サセプタ温度： 40°C

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（ウェハ）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ェツ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ツ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ェツチングプロフアイルに基づいて、後続するェッチング処理を行なえば、均一性の良好なェツ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口ンプラズマ用磁場発生装置、更に、この磁場発生装置を用、たブラズマエツ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。

Claims

請求の範囲

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ェ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ェハの面に対する磁場の方向をウェ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に記載のマグネト口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口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及ぴ第 2ダイポールリング磁石からなり、該第 1及ぴ第 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口ンプラズマ用

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に記載のマグネト口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口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口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及ぴ第 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に記載のマグネト口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口ンプラズマ用磁場発生装置。

1 0 . 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に記載のマグネト口ンプラズマ用磁場発生装置。

1 1 . 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 1 0に記載のマグネト口ンプラズマ用磁場発生装置。

1 2 . 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 1 1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。

1 3 . 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に記載のマグネト口ンプラズマ用磁場発生装置。

1 4 . 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 1 3に記載のマグネトロンプラズマ用磁場発生装

1 5 . · 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 1 4の何れかに記載のマグネト口ンプラズマ用磁場発生装置。 '

1 6 . 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口ンプラズマ用磁場発生装置。

1 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のダィ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口ンプラズマ用磁場発生装置。

1 8 . 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 1 7項に記載のマグネト口ンプラズマ磁場発生装置。

1 9 . 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ェ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ェツ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。

2 0 . . 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 ° 〜1 3 ° の範囲内で制御することを特徴とする請求の範囲第 1 9項に記載のェッチング方法。

2 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及ぴ第 2の電極板とを使用して前記第 1及ぴ第 2の電極板上に配置した被処理体をェツチングする方法において、前記被処理体の端部でのェッチング速度を中央部でのェ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ツチング方法。

2 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及ぴ第 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ェツ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ェツチング方法。

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。