WO2020121588A1 - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2020121588A1
WO2020121588A1 PCT/JP2019/029630 JP2019029630W WO2020121588A1 WO 2020121588 A1 WO2020121588 A1 WO 2020121588A1 JP 2019029630 W JP2019029630 W JP 2019029630W WO 2020121588 A1 WO2020121588 A1 WO 2020121588A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
yoke
coil
plasma
sample
processing apparatus
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/029630
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
岩瀬　拓
真一 磯崎
横川　賢悦
森　政士
淳一 佐山
Original Assignee
株式会社日立ハイテク
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社日立ハイテク filed Critical 株式会社日立ハイテク
Priority to KR1020207009879A priority Critical patent/KR102285126B1/ko
Priority to JP2020520340A priority patent/JP6899035B2/ja
Priority to CN201980005077.9A priority patent/CN112585726B/zh
Priority to US16/957,033 priority patent/US20220157576A1/en
Priority to PCT/JP2019/029630 priority patent/WO2020121588A1/ja
Priority to TW109114167A priority patent/TWI738309B/zh
Publication of WO2020121588A1 publication Critical patent/WO2020121588A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32458—Vessel
    • H01J37/32513—Sealing means, e.g. sealing between different parts of the vessel
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32174—Circuits specially adapted for controlling the RF discharge
    • H01J37/32183—Matching circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3266—Magnetic control means
    • H01J37/32669—Particular magnets or magnet arrangements for controlling the discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32715—Workpiece holder
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67063—Apparatus for fluid treatment for etching
    • H01L21/67069—Apparatus for fluid treatment for etching for drying etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/334—Etching

Definitions

  • the present invention provides a plasma processing apparatus suitable for performing processing such as etching using plasma on materials such as silicon oxide, silicon nitride, a low dielectric constant film, polysilicon, and aluminum in the process of manufacturing a semiconductor device. Pertain.
  • Plasma processing such as etching with low temperature plasma is widely used in the manufacturing process of semiconductor devices.
  • the low temperature plasma can be formed, for example, by applying high frequency power to a capacitively coupled parallel plate electrode in which two electrodes, an upper electrode and a lower electrode, are arranged to face each other in a reaction vessel under reduced pressure.
  • This parallel plate type plasma processing apparatus is widely used in the manufacturing process of semiconductor devices.
  • a wafer (hereinafter referred to as a wafer) made of, for example, a semiconductor material is placed between two electrodes, a desired process gas is introduced, and high frequency power is applied to one electrode.
  • a desired process gas is introduced, and high frequency power is applied to one electrode.
  • plasma is generated, and plasma processing is performed by supplying radicals and ions to the wafer.
  • Such etching processing using plasma is advantageous in terms of processing accuracy because the anisotropy of the processing shape can be controlled.
  • the processing dimensions of semiconductor devices are becoming smaller and smaller, and the demand for processing accuracy is increasing. Therefore, it is required to generate a high-density plasma at a low pressure while maintaining an appropriate gas dissociation state.
  • the frequency of the high frequency power applied to generate plasma is generally 10 MHz or higher, and the higher the frequency, the more advantageous it is to generate high density plasma.
  • the frequency is increased, the wavelength of the electromagnetic wave is shortened, so that the electric field distribution in the plasma processing chamber is not uniform.
  • the electric field distribution affects the electron density of plasma, and the electron density affects the etch rate. Since the deterioration of the in-plane distribution of the etching rate deteriorates the mass productivity, it is required to increase the frequency of the high frequency power and increase the uniformity of the etching rate in the wafer surface.
  • Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2008-166844
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2004-200429 discloses a technique in which a yoke is provided for each of a plurality of coils and the plasma density distribution is locally controlled to be uniform.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 For plasma with high-frequency power in the VHF band or higher, there is a technique for controlling distribution by an external magnetic field (for example, Patent Document 1 and Patent Document 2), but concentrically controlling the plasma density distribution to be uneven and locally. It was difficult to achieve both control at the same time.
  • a plasma processing apparatus is provided with a vacuum container in which a sample is plasma processed, a high frequency power supply for supplying high frequency power for generating plasma, and a sample mounted. And a magnetic field forming unit that forms a magnetic field inside the vacuum container and is arranged outside the vacuum container.
  • the magnetic field forming unit is arranged inside the first coil and inside the first coil.
  • a second coil having a diameter smaller than that of the first coil; a first coil; a first yoke that covers the upper and side surfaces of the vacuum container and in which the first coil is arranged;
  • a second yoke is provided, which covers the second coil along the circumferential direction and has an opening on the lower side of the second coil.
  • a plasma processing apparatus includes a vacuum container in which a sample is plasma-processed, a high-frequency power source for supplying high-frequency power for generating plasma, and a sample.
  • a sample stage to be placed and a magnetic field forming unit that forms a magnetic field inside the vacuum container and is arranged outside the vacuum container are provided, and the magnetic field forming unit includes a first coil, a second coil, and a first coil.
  • the first yoke includes a first yoke that covers the first coil and that covers the upper and side surfaces of the vacuum container and in which the first coil is disposed, and a second yoke that covers the second coil.
  • the second coil so that the magnetic force line emitted from one end returns to the other end of the first yoke via the second yoke, and the magnetic force line emitted from the second yoke returns to the second yoke.
  • the second yoke is configured.
  • the present invention it becomes possible to independently control both the central density distribution and the nodal distribution of the plasma density distribution, and in the case of performing plasma processing on the sample placed on the sample stage, the uniformity of processing can be improved. It can be secured with higher accuracy.
  • FIG. 6 is a partial cross-sectional view including the outer peripheral coil and the middle yoke, schematically showing a distribution state of magnetic force lines generated by the outer peripheral coil and the middle yoke in the plasma processing apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • 7 is a graph showing the coil current value dependence of the electron density distribution in the configuration shown in the comparative example. 7 is a graph showing an electron density distribution according to ON/OFF of the middle coil current in the configuration shown in the example of the present invention. It is a fragmentary sectional view showing the composition of the peripheral coil in the 1st modification of the present invention, a middle yoke, and its circumference part.
  • the yoke A having an L-shaped cross section is arranged above the plasma generation region to form a path for the magnetic flux to return from the center to the outer peripheral side, and for (b), the lower part is opened just above the wafer middle region.
  • the U-shaped yoke B was installed and the coil C was arranged inside.
  • the magnetic flux emitted from the in-side end of the yoke A is returned to the out-side end of the yoke A via the yoke B, and the magnetic flux emitted from the end of the yoke B is returned to the yoke B. I decided to place it.
  • the requirements at this time are ⁇ The cross section of the yoke A is L-shaped so as to cover the chamber. ⁇ The yoke B is located above the plasma generation region and has a U-shape with the bottom open. Spatial division-The radial center of gravity of the yoke B is on the inner peripheral side of that of the yoke A-The radial center of gravity of the yoke B is on the wafer-The inside of the yoke B One or more coils are arranged in the coil.-One or more coils are arranged adjacent to the inside of the yoke A. The coil C may have a plurality of coils arranged side by side. The radial position at which the electron density of the plasma increases can be changed depending on which of the plurality of coils the current flows through.
  • a yoke A having an L-shaped cross section is arranged above the plasma generation region to form a path for the magnetic flux to return from the center to the outer peripheral side, and a U-shaped yoke B having an open bottom is installed immediately above the wafer middle region and is internally provided.
  • the coil C is arranged.
  • the magnetic flux emitted from the in-side end of the yoke A is returned to the out-side end of the yoke A via the yoke B, and the magnetic flux emitted from the end of the yoke B is returned to the yoke B. It is arranged.
  • FIG. 1 is a vertical cross-sectional view schematically showing the configuration of a plasma processing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the plasma processing apparatus 100 according to FIG. 1 is a magnetic field parallel plate type plasma processing apparatus using an outer peripheral coil 81 and a middle coil 83 which are solenoid coils.
  • the plasma processing apparatus 100 of the present embodiment has a vacuum container 10, which is a space inside the vacuum container 10 in which a sample to be processed is placed, a processing gas is supplied, and plasma is formed inside.
  • a chamber 40 is formed.
  • the plasma processing apparatus 100 is provided above the vacuum container 10 and is a means for generating an electric field or a magnetic field for forming plasma inside the processing chamber 40.
  • An exhaust unit 45 including a vacuum pump such as a turbo molecular pump that is connected and exhausts the inside of the processing chamber 40 to reduce the pressure, and a control unit 70 that controls the entire unit are provided.
  • a cylindrical sample stage 2 arranged below the sample stage 2.
  • the upper surface of the sample stage 2 has a substrate-shaped sample 3 ( Hereinafter, a mounting surface 141 on which a sample 3 will be placed is formed.
  • a disk-shaped upper electrode 4 which is arranged so as to face the mounting surface 141 and is supplied with high-frequency power for forming plasma.
  • the upper electrode 4 is disposed on the sample 3 side so as to face the mounting surface 141 of the sample table 2 and constitutes the ceiling surface of the processing chamber 40, and the gas is dispersed and supplied into the processing chamber 40.
  • a disk-shaped shower plate 5 having a plurality of through holes 51 is arranged.
  • a gap 41 is formed between the shower plate 5 and the upper electrode 4 which is an antenna arranged above the shower plate 5 when they are attached to the vacuum container 10. Gas is introduced into the gap 41 from a gas introduction line 6 connected to a gas supply unit 60 outside the vacuum container 10 connected to the gap 41 through a gas flow path provided in the upper electrode 4.
  • the gas supply unit 60 includes a plurality of mass flow controllers 61 according to the type of gas supplied, and each mass flow controller 61 is connected to a gas cylinder (not shown).
  • the gas supplied to the gap 41 is dispersed inside the gap 41, and then is supplied to the inside of the processing chamber 40 through a plurality of through holes 51 arranged in a region including the central portion on the shower plate 5 side.
  • the gas supplied from the gas supply unit 60 to the inside of the processing chamber 40 through the plurality of through holes 51 is a processing gas used for processing the sample 3 or is not directly used for the processing.
  • a processing gas used for processing the sample 3 or is not directly used for the processing.
  • a refrigerant flow path 7 for the upper electrode is formed inside the upper electrode 4.
  • a coolant supply line 71 connected to a temperature control device (not shown) such as a chiller for adjusting the temperature of the coolant within a predetermined range is connected to the coolant flow path 7 for the upper electrode.
  • a coolant whose temperature is adjusted to a predetermined range is supplied from a temperature control device (not shown) through a coolant supply line 71 to the inside of the coolant flow path for the upper electrode 7 and circulates therethrough, so that heat is exchanged to the upper electrode.
  • a temperature of 4 is adjusted within a range of values suitable for processing.
  • the upper electrode 4 is formed of a disk-shaped member made of a conductive material such as aluminum or stainless steel, and a coaxial cable 91 for transmitting high frequency power for plasma formation is transmitted to the central portion of the upper surface thereof. Are electrically connected.
  • the upper electrode 4 is supplied with high frequency power for plasma generation from a high frequency power source for discharge 8 (hereinafter, referred to as high frequency power source 8) electrically connected to the upper electrode 4 by a high frequency power matching device 9 for discharge. Supplied through the shower plate 5 from the surface of the upper electrode 4, and an electric field is emitted into the processing chamber 40.
  • high frequency power for plasma formation applied from the high frequency power supply 8 to the upper electrode 4, 200 MHz power, which is a frequency in the super high frequency band (VHF band) region, was used.
  • an outer peripheral coil 81 which is an electromagnetic coil covered with an outer peripheral yoke 82, and a middle yoke 84 are covered.
  • a middle coil 83 which is an electromagnetic coil, is arranged.
  • a magnetic field generated by the outer peripheral coil 81 and the middle coil 83 is formed inside the processing chamber 40.
  • the shower plate 5 is made of a dielectric such as quartz or a semiconductor such as silicon. As a result, the electric field formed by the upper electrode 4 can pass through the shower plate 5 while the high frequency power for plasma formation is applied from the high frequency power source 8 to the upper electrode 4.
  • the upper electrode 4 is arranged above and on the side thereof and is electrically insulated from the vacuum container 10 by a ring-shaped upper electrode insulator 12 which is made of a dielectric material such as quartz or Teflon (registered trademark). There is. Similarly, an insulating ring 13 made of a dielectric material such as quartz is arranged around the shower plate 5, and the shower plate 5 is insulated from the vacuum container 10.
  • the upper electrode insulator 12, the insulating ring 13, the upper electrode 4, and the shower plate 5 are fixed to a lid member (not shown) that constitutes the upper portion of the vacuum container 10, and when the lid member is opened and closed. And rotates as a unit with the lid member.
  • the side wall of the cylindrical vacuum container 10 is connected to a not-illustrated vacuum container, which is a vacuum container, in which the sample 3 is transferred, and the sample 3 is placed between them.
  • a gate is arranged as an opening of a passage for taking in and out, and a gate valve is arranged to close the gate and hermetically seal the inside of the vacuum container 10 when the sample 3 is processed inside the vacuum container 10. ..
  • a pressure adjusting valve 44 which is a plate-shaped valve, is disposed inside an exhaust passage 43 that connects the exhaust opening 42 and a vacuum pump (not shown) of the exhaust unit 45 to each other.
  • the pressure adjusting valve 44 is a plate-shaped valve arranged across the cross section of the exhaust passage 43, and the plate-shaped valve rotates around an axis to increase or decrease the cross-sectional area with respect to the flow path.
  • the flow rate or speed of the exhaust gas from the processing chamber 40 can be increased or decreased by adjusting the rotation angle of the pressure adjusting valve 44 with the control unit 70.
  • the pressure inside the processing chamber 40 depends on the flow rate or speed of the gas supplied from the through hole 51 of the shower plate 5 and the flow rate or speed of the gas or particles exhausted from the exhaust opening 42 to the exhaust unit 45 side. The balance is adjusted by the control unit 70 so as to be within a desired value range.
  • the sample table 2 of the present embodiment is a cylindrical table arranged in the central portion below the processing chamber 40, and has a metallic base material 2a having a cylindrical or disk shape inside thereof. There is.
  • the base material 2a of the present embodiment is electrically connected by a power feeding path 28 including a coaxial cable via a bias high frequency power source 20 and a bias high frequency power matching device 21 arranged on the power feeding path 28.
  • the bias high-frequency power applied from the bias high-frequency power source 20 to the base material 2a has a different frequency (4 MHz in this example) from the plasma-generation high-frequency power applied from the high-frequency power source 8 to the upper electrode 4.
  • an element 32 such as a resistor or a coil is arranged on the power feeding path 28, and the element 32 is connected to the bias high frequency power matching device 21 and the bias high frequency power source 20.
  • the high frequency power for bias 20 applies the high frequency power to the base material 2a.
  • a bias potential is generated in the base material 2a. Due to this bias potential, charged particles such as ions in the plasma 11 are attracted to the upper surface or the mounting surface 141 of the sample 3. That is, the base material 2 a functions below the upper electrode 4 as a lower electrode to which the high frequency bias power is applied.
  • a temperature control device 191 such as a chiller.
  • the electrostatic adsorption film 14 is arranged on the upper surface of the base material 2a.
  • the electrostatic adsorption film 14 is formed of a dielectric material such as alumina or yttria, and has a tungsten electrode 15 into which a DC power for electrostatically adsorbing the sample 3 is supplied.
  • an electrostatic attraction power feeding path 27 arranged so as to penetrate the base material 2a is connected.
  • the tungsten electrode 15 is electrically connected to the DC power supply 17 by the electrostatic attraction power supply path 27 through an element 32 such as a resistor or a coil and a grounded low pass filter (low pass filter) 16.
  • the DC power supply 17 and the bias high-frequency power supply 20 of this embodiment are grounded at one end side or electrically connected to ground.
  • a low-pass filter 16 for blocking (filtering) a current having a higher frequency and a high-frequency power matching device for bias 21 are provided for a DC power supply 17 and a high-frequency power supply for bias 20 for forming plasma from the high-frequency power supply 8. It is arranged in order to suppress the inflow of high frequency power.
  • the DC power from the DC power supply 17 or the high frequency power from the high frequency bias power supply 20 is supplied to the electrostatic adsorption film 14 and the sample stage 2 respectively without loss, but the DC power supply 17 and the high frequency bias for bias are supplied from the sample stage 2 side.
  • the high frequency power for plasma generation that flows into the power supply 20 is flown to the ground through the low pass filter 16 or the high frequency power matching device for bias 21.
  • the low-pass filter 16 is not shown on the feeding path 28 from the bias high-frequency power source 20 in FIG. 1, a circuit having a similar effect is provided in the bias high-frequency power matching device 21 shown in the figure. It is built in.
  • the impedance of the power from the high frequency power source 8 when the direct current power source 17 and the bias high frequency power source 20 side are viewed from the sample table 2 is relatively low.
  • the element 32 for increasing impedance such as resistance or coil is inserted and arranged between the electrode and the low-pass filter 16 and the bias high-frequency power matching device 21 on the power feeding path to arrange the sample table.
  • the impedance of the high-frequency power for plasma formation viewed from the side of the base material 2a of No. 2 viewed from the side of the DC power supply 17 or the high-frequency bias power supply 20 is set to be high (100 ⁇ or more in this embodiment).
  • the embodiment shown in FIG. 1 includes a plurality of tungsten electrodes 15 arranged inside the electrostatic adsorption film 14, and a bipolar voltage is supplied so that a DC voltage is supplied so that one of the tungsten electrodes 15 has a different polarity. Is electrostatically adsorbed. Therefore, the electrostatic adsorption film 14 forming the mounting surface 141 has a surface area in contact with the sample 3 which is divided into two equal parts, or the tungsten electrode 15 has a value within a range approximate to that. It is divided into two regions having different polarities, each of which is supplied with DC power of an independent value and maintained at a voltage of a different value.
  • Helium gas is supplied from the helium supply means 18 via the pipe 181 between the electrostatic adsorption film 14 that is electrostatically adsorbed and is in contact with the back surface of the sample 3.
  • the efficiency of heat transfer between the sample 3 and the electrostatic adsorption film 14 is improved, and the amount of heat exchanged with the refrigerant channel 19 inside the base material 2a can be increased, and the temperature of the sample 3 can be increased. It increases the efficiency of adjusting.
  • a disk-shaped insulating plate 22 made of Teflon (registered trademark) or the like is arranged below the base material 2a.
  • the base material 2a which is grounded or electrically connected to the ground and set to the ground potential is electrically insulated from the member forming the processing chamber 40 below.
  • a ring-shaped insulating layer 23 made of a dielectric material such as alumina is arranged around the side surface of the base material 2a so as to surround the base material 2a.
  • the insulating plate 22 that is arranged below and connected to the base material 2a, and above the insulating layer 23 that surrounds the base material 2a, is grounded or electrically connected to ground.
  • a conductive plate 29 made of a conductive material that is connected to the ground potential is arranged.
  • the conductive plate 29 is a plate member having a circular shape or an approximate shape that can be regarded as a circle when viewed from above.
  • the insulating layer 23 is interposed between the conductive plate 29 and the base material 2a, and the conductive plate 29 and the base material 2a are electrically insulated from each other.
  • a susceptor ring 25 made of a dielectric such as quartz or a semiconductor such as silicon is arranged above the ring-shaped insulating layer 23 .
  • a susceptor ring 25 made of a dielectric such as quartz or a semiconductor such as silicon is arranged.
  • the sample table 2 mounts the base material 2a, the electrostatic adsorption film 14 having the tungsten electrode 15 therein, and the base material 2a to electrically insulate the base material 2a from the vacuum container 10.
  • a concentric plate-shaped shield plate 24 arranged so as to be in contact with the susceptor ring 25 is attached.
  • the shield plate 24 is for preventing the generation region of the plasma 11 formed inside the processing chamber 40 from expanding to the side surface of the sample table 2 and biasing it to the upper part of the sample table 2. So to speak, it is arranged for containment.
  • a plurality of holes 241 are formed in the plate-shaped shield plate 24 to allow gas and particles to pass through in the vertical direction.
  • a temperature measuring device 35 is embedded in the base material 2a and measures the temperature of the base material 2a. With the temperature measuring device (not shown) installed on the surface of the sample 3, the temperature of the sample 3 is changed by heating the sample 3 by a heating means (not shown), and the temperature measuring device (not shown) at that time
  • the relationship between the surface temperature of the sample 3 measured in step 3 and the temperature of the base material 2a measured by the temperature measuring device 35 embedded in the base material 2a is stored in a database in advance.
  • the temperature of the base material 2a measured by the temperature measuring device 35 embedded in the base material 2a is measured. The temperature of the sample 3 during plasma processing can be estimated.
  • an outer peripheral yoke 82 having an L-shaped cross section is arranged near the outer peripheral coil 81 so as to surround the outer peripheral coil 81.
  • a middle coil 83 and a middle yoke 84 having a U-shaped cross section are arranged inside the outer peripheral yoke 82 so as to surround the middle coil 83.
  • the outer peripheral yoke 82 having an L-shaped cross section and the middle yoke 84 having a U-shaped cross section are arranged so as not to contact each other.
  • the middle yoke 84 is a region in which the magnetic flux generated from the middle yoke 84 when the electric power is applied to the middle coil 83 to generate the magnetic field is generated by the plasma 11 above the sample 3 placed on the sample table 2. It has a U-shape that opens downward to diverge into.
  • the shape and arrangement of the outer peripheral coil 81, the outer peripheral yoke 82, the middle coil 83, and the middle yoke 84 are such that the magnetic flux density (Br) in the radial direction in the region where the plasma 11 is generated above the sample 3 placed on the sample table 2 is set.
  • the outer peripheral yoke 82 partially overlaps the middle yoke 84 and is arranged on the outer periphery.
  • a magnetic flux generated by a magnetic field 8210 emitted from the in-side end portion 8201 of the outer peripheral yoke 82 by a magnetic field generated by passing a current through the outer peripheral coil 81. Can be returned to the outer side end portion 8202 of the outer peripheral yoke 82 via the middle yoke 84.
  • the magnetic flux represented by the magnetic line of force 8220 emitted from the end portion 8401 of the middle yoke 84 can be returned to the middle yoke 84 via the outer peripheral yoke 82.
  • the magnetic fluxes represented by the magnetic force lines 8210 and 8220 both indicate the state of magnetic flux generated when currents are simultaneously applied to the outer peripheral coil 81 and the middle coil 83.
  • the magnetic field formed by the outer peripheral yoke 82 having an L-shaped cross section and the middle yoke 84 having a U-shaped cross section forms a magnetic flux that smoothly diverges from the center toward the outer periphery, and the electron density distribution of plasma ( Hereinafter, it is possible to control the unevenness (shading) of the plasma density distribution).
  • the U-shaped middle yoke 84 is spatially separated from the L-shaped outer yoke 82, the middle yoke 84 is a magnetic flux loop relatively independent of the outer yoke 82. Can be formed, and as shown in FIG. 4, it is possible to control the plasma density distribution in the middle region.
  • the magnetic field can be controlled relatively accurately in the region where the plasma 11 is generated above the sample table 2, and the electron density distribution in the vicinity of the sample 3 placed on the sample table 2 can be relatively controlled. It becomes possible to control with high precision.
  • FIG. 10 shows a plasma processing apparatus 200 as a comparative example with respect to the embodiment of the present invention.
  • the plasma processing apparatus 200 shown in FIG. 10 is different in that the configuration of the yoke and the coil does not include the middle coil 83 and the middle yoke 84 in the embodiment described in FIG.
  • the structure of the yoke 80 of the comparative example shown in FIG. 10 has an L-shaped cross section, and the coil 1 is disposed inside the coil 80 at two locations, the outer side and the inner side. This is similar to the configuration of the yoke 5 and the coil 6 in the plasma processing apparatus described in Patent Document 1.
  • the static magnetic field formed by the coil 1 and the yoke 80 causes a magnetic circuit connecting the inner end portion and the outer end portion of the yoke 80.
  • This static magnetic field forms a drooping type magnetic field in which magnetic flux diverges toward the outer circumference.
  • FIG. 3 shows the result of calculating the electron density distribution of plasma with the configuration of the comparative example of the present invention shown in FIG. The calculation was performed while changing the current value of the coil 1 from 7 A to 10 A.
  • reference numerals 301 to 304 denote electron density distributions of plasma in the radial direction of the sample table 2 when the current values of the coil 1 are 7A, 8A, 9A, and 10A, respectively. It can be seen that an electron density distribution having an inner circumference height like the electron density distribution 301 or an outer circumference height like the electron density distribution 304 can be formed by the current value of the coil 1. However, as shown by the electron density distributions 301 to 304, the electron density around the radius of 100 mm shown by the radial position 310 does not locally increase at any current value.
  • FIG. 4 shows the result of calculating the electron density distribution of plasma in the configuration of the embodiment of the present invention shown in FIG.
  • the electron density distribution 401 can be locally increased at the position of 411 at a position around the radius of 100 mm indicated by the radial position 310 corresponding to ON/OFF of the middle coil 83.
  • the outer peripheral yoke 82 having an L-shaped cross section is arranged above the plasma generation region to form a path for the magnetic flux to return from the center to the outer peripheral side, and the lower part is opened immediately above the wafer middle region.
  • the U-shaped middle yoke 84 was installed and the middle coil 83 was arranged inside.
  • the magnetic flux emitted from the in-side end portion 8201 of the outer peripheral yoke 82 is returned to the out-side end portion 8202 of the outer peripheral yoke 82 via the middle yoke 84, and the magnetic flux emitted from the end portion 8401 of the middle yoke 84 is returned to the middle yoke 84.
  • the yoke 82 is arranged above the middle yoke 84 and on the outer circumference.
  • the control unit 70 controls the current applied to the outer peripheral coil 81 so that the plasma 11 above the sample 3 placed on the sample table 2 inside the vacuum container 10 is removed.
  • a variable divergent magnetic field is formed so that the radial magnetic flux density (Br) of the sample 3 increases toward the outer periphery, and the control unit 70 controls the current applied to the middle coil 83 to generate the sample 3.
  • the outer peripheral yoke 82 By arranging the outer peripheral coil 81, the middle coil 83, the outer peripheral yoke 82, and the middle yoke 84 as shown in FIG. 1 of the present embodiment, the outer peripheral yoke 82 having an L-shaped cross section and the U-shaped middle.
  • the magnetic field formed by the yoke 84 forms a magnetic flux that smoothly diverges from the center toward the outer periphery, and it becomes possible to control the unevenness of the plasma density distribution.
  • the U-shaped middle yoke 84 forms a magnetic flux loop relatively independent of the L-shaped outer yoke 82, and as shown in FIG. 4, it becomes possible to control the plasma density distribution in the middle region.
  • both the central height distribution and the nodal distribution of the plasma density distribution can be controlled independently, and in the case of performing plasma processing on the sample placed on the sample stage, the processing can be performed. Can be ensured with higher accuracy.
  • the processing uniformity can be ensured with higher accuracy.
  • FIG. 5 shows the configuration of the L-shaped outer peripheral yoke 82, the U-shaped middle yoke 84, and their peripheral portions in the plasma processing apparatus 100 described with reference to FIG.
  • FIG. 5 differs from the configuration shown in FIG. 1 in that the L-shaped outer peripheral yoke 82 of FIG. 1 is replaced with an L-shaped outer peripheral yoke 821.
  • the in-side end portion 8201 overlaps the U-shaped middle yoke 84, whereas in the configuration of the present modification shown in FIG.
  • the in-side end portion 8211 of the die outer peripheral yoke 821 does not overlap the U-shaped middle yoke 84.
  • the diameter of the inner side end portion 8211 of the L-shaped outer peripheral yoke 821 is larger than the outer diameter of the U-shaped middle yoke 84, and the inner side end portion 8211 of the L-shaped outer peripheral yoke 821 is U-shaped. It is arranged near the middle yoke 84 of the mold.
  • the inner side end of the outer peripheral yoke 821 is generated by the magnetic field generated by passing a current through the outer peripheral coil 81.
  • the magnetic flux emitted from the portion 8211 can be returned to the outer end 8212 of the outer peripheral yoke 821 via the middle yoke 84.
  • the magnetic flux generated from the end portion 8401 of the middle yoke 84 can be returned to the middle yoke 84 via the outer peripheral yoke 821 by the magnetic field generated by passing a current through the middle coil 83.
  • the magnetic field formed by the L-shaped outer peripheral yoke 821 and the U-shaped middle yoke 84 forms a magnetic flux that smoothly diverges from the center toward the outer periphery, and it becomes possible to control the unevenness of the plasma distribution. .. Further, the U-shaped middle yoke 84 forms a magnetic flux loop relatively independent of the L-shaped outer yoke 821, and as shown in FIG. 4, it is possible to control the plasma density distribution in the middle region.
  • the magnetic field formed by the L-shaped yoke and the U-shaped yoke forms a magnetic flux that smoothly diverges from the center toward the outer periphery, and the plasma density distribution It is possible to control the unevenness of. Further, the U-shaped yoke forms a magnetic flux loop relatively independent of the L-shaped yoke, and it becomes possible to control the plasma density distribution in the middle region.
  • the magnetic field can be controlled relatively accurately in the region where the plasma 11 is generated above the sample table 2, and the electron density distribution in the vicinity of the sample 3 placed on the sample table 2 can be relatively controlled. It becomes possible to control with high precision, and when plasma-treating the sample 3 placed on the sample stage 2, it is possible to secure the uniformity of the process with higher precision.
  • the processing uniformity can be ensured with higher accuracy.
  • FIG. 6 shows the configuration of the L-shaped outer peripheral yoke 82, the U-shaped middle yoke 84, and their peripheral portions in the plasma processing apparatus 100 described with reference to FIG.
  • FIG. 6 differs from the configuration shown in FIG. 1 in that the L-shaped outer peripheral yoke 82 of FIG. 1 is replaced with an L-shaped outer peripheral yoke 821 as in the case of Modification 1. This is the point that the middle yoke 841 having a V shape is replaced.
  • the in-side end portion 8201 overlaps with the U-shaped middle yoke 84, whereas in the configuration of the present modification shown in FIG. As in the case of No. 1, the in-side end portion 8211 of the L-shaped outer peripheral yoke 821 does not overlap the U-shaped middle yoke 841.
  • the position of the middle coil 83 in the height direction is made substantially equal to the height of the outer peripheral coil 81 near the in-side end portion 8211 of the outer peripheral yoke 821, while the position of the end portion 8411 of the U-shaped middle yoke 841.
  • the inner side end of the outer peripheral yoke 821 is generated by the magnetic field generated by passing a current through the outer peripheral coil 81.
  • the magnetic flux emitted from the portion 8211 can be returned to the outer side end portion 8212 of the outer peripheral yoke 821 via the middle yoke 841.
  • the magnetic flux generated from the end portion 8411 of the middle yoke 841 can be returned to the middle yoke 841 via the outer peripheral yoke 821 by the magnetic field generated by passing a current through the middle coil 83.
  • the magnetic field formed by the L-shaped outer peripheral yoke 821 and the U-shaped middle yoke 841 forms a magnetic flux that smoothly diverges from the center toward the outer periphery, making it possible to control the unevenness of the plasma density distribution.
  • the U-shaped middle yoke 841 forms a magnetic flux loop relatively independent of the L-shaped outer yoke 821, and as shown in FIG. 4, it is possible to control the plasma density distribution in the middle region.
  • the coil yoke arrangement as shown in FIG. 6 allows the magnetic field formed by the L-shaped yoke and the U-shaped yoke to diverge smoothly from the center to the outer periphery. It becomes possible to control the unevenness of the plasma density distribution by forming a magnetic flux. Further, the U-shaped yoke forms a magnetic flux loop that is relatively independent from the L-shaped yoke, and it becomes possible to control the plasma density distribution in the middle region.
  • the magnetic field can be controlled relatively accurately in the region where the plasma 11 is generated above the sample table 2, and the distribution of the plasma density in the vicinity of the sample 3 placed on the sample table 2 can be relatively controlled. It becomes possible to control with high precision, and when plasma-treating the sample 3 placed on the sample stage 2, it is possible to secure the uniformity of the process with higher precision.
  • the processing uniformity can be ensured with higher accuracy.
  • FIG. 7 shows the configuration of the L-shaped outer peripheral yoke 82, the U-shaped middle yoke 84, and their peripheral portions in the plasma processing apparatus 100 described with reference to FIG.
  • FIG. 7 differs from the structure shown in FIG. 1 in that the L-shaped outer peripheral yoke 82 of FIG. 1 is replaced with an L-shaped outer peripheral yoke 822.
  • the in-side end portion 8201 partially overlaps with the U-shaped middle yoke 84, whereas in the configuration of the present modification shown in FIG.
  • the in-side end portion 8221 of the L-shaped outer peripheral yoke 822 is overlapped so as to cover the entire U-shaped middle yoke 842.
  • the inner side of the outer peripheral yoke 822 is generated by the magnetic field generated by passing a current through the outer peripheral coil 81.
  • the magnetic flux emitted from the end portion 8221 can be returned to the outer end portion 8222 of the outer peripheral yoke 822 via the middle yoke 842.
  • the magnetic flux generated from the end portion 8421 of the middle yoke 842 can be returned to the middle yoke 842 via the outer peripheral yoke 822 by the magnetic field generated by passing a current through the middle coil 83.
  • the magnetic field formed by the L-shaped outer peripheral yoke 822 and the U-shaped middle yoke 842 extends from the center to the outer periphery. It is possible to form a magnetic flux that smoothly diverges toward the surface and control the unevenness of the plasma density distribution.
  • the U-shaped middle yoke 842 forms a relatively independent magnetic flux loop with respect to the L-shaped outer yoke 822, so that the plasma density distribution in the middle region can be controlled as shown in FIG. Become.
  • the magnetic field can be controlled relatively accurately in the region where the plasma 11 is generated above the sample table 2, and the electron density distribution in the vicinity of the sample 3 placed on the sample table 2 can be relatively controlled. It becomes possible to control with high precision, and when plasma-treating the sample 3 placed on the sample stage 2, it is possible to secure the uniformity of the process with higher precision.
  • the processing uniformity can be ensured with higher accuracy.
  • FIG. 8 shows a modification in which the plasma processing apparatus 100 described in FIG. 1 is combined with the middle coil 83 and the U-shaped middle yoke 84.
  • the outer peripheral coil 81 and the outer peripheral yoke 82 have the same configurations as those of the embodiment described with reference to FIG.
  • the middle coil 83 described in the first embodiment is divided into two, and is configured by a first middle coil 831 and a second middle coil 832, and these are It was formed so as to be covered with a character-shaped middle yoke 843.
  • the outer peripheral yoke 822 described in the modified example 1 or the outer peripheral yoke 822 described in the modified example 3 may be used.
  • the plasma 11 on the upper part of the sample table 2 is generated depending on which middle coil the current is applied to.
  • the magnetic field in the region to be controlled can be controlled more finely, and the radial position where the electron density of plasma is increased can be adjusted.
  • the magnetic field can be controlled relatively accurately in the region where the plasma 11 is generated above the sample table 2, and the electron density distribution in the vicinity of the sample 3 placed on the sample table 2 can be relatively controlled. It becomes possible to control with high precision, and when plasma-treating the sample 3 placed on the sample stage 2, it is possible to secure the uniformity of the process with higher precision.
  • the configuration shown in FIG. 8 includes the first middle coil 831 and the second middle coil 832, but the number of middle coils may be three or more.
  • the processing uniformity can be ensured with higher accuracy.
  • FIG. 9 shows a modification in which the plasma processing apparatus 100 described in FIG. 1 is combined with the middle coil 83 and the U-shaped middle yoke 84.
  • the outer peripheral coil 81 and the outer peripheral yoke 82 have the same configurations as those of the embodiment described with reference to FIG.
  • the combination of the middle coil 83 and the U-shaped middle yoke 84 described in the first embodiment is changed to two, and the first middle coil 833 and the first U-shaped coil are formed.
  • the outer peripheral yoke 822 described in the modified example 1 or the outer peripheral yoke 822 described in the modified example 3 may be used.
  • first middle coil 833 and the first U-shaped middle yoke 844 are combined, and the second middle coil 834 and the second U-shaped middle yoke 844 are combined.
  • the magnetic field in the region where the plasma 11 is generated in the upper part of the sample table 2 can be controlled more finely by which middle coil the current is applied, and the radius position where the electron density of the plasma is increased can be finely adjusted.
  • the magnetic field can be controlled relatively finely in the region where the plasma 11 is generated above the sample table 2, and the electron density distribution near the sample 3 placed on the sample table 2 can be controlled more finely. Therefore, when the sample 3 placed on the sample table 2 is subjected to plasma processing, the uniformity of processing can be ensured with higher accuracy.
  • the configuration shown in FIG. 9 shows the case where the combination of the middle coil and the middle yoke is two, but the number of combinations of the middle coil and the middle yoke may be three or more.
  • the processing uniformity can be ensured with higher accuracy.
  • the present invention can be used, for example, in an etching apparatus for forming a fine pattern on a semiconductor wafer by etching the semiconductor wafer in plasma in a semiconductor device manufacturing line.

Abstract

プラズマ密度分布を中心高な分布と節分布を両方とも独立に制御することが可能にし、処理の均一性をより高い精度で試料をプラズマ処理することができるようにするために、プラズマ処理装置を、試料がプラズマ処理される真空容器と、プラズマを生成するための高周波電力を供給する高周波電源と、試料が載置される試料台と、真空容器の内部に磁場を形成させ真空容器の外側に配置された磁場形成部とを備えて構成し、磁場形成部には、第１のコイルと、第１のコイルより内側に配置され第１のコイルの直径より小さい直径の第２のコイルと、第１のコイル、真空容器の上方および側面を覆い第１のコイルが内部に配置された第１のヨークと、第２のコイルの周方向に沿って第２のコイルを覆い第２のコイルの下方側に開口部を有する第２のヨークとを具備させた。　

Description

プラズマ処理装置
　本発明は、半導体デバイスの製造工程において、酸化シリコン、窒化シリコン、低誘電率膜、ポリシリコン、アルミニウム等の材料に対し、プラズマを用いてエッチング等の処理を行うのに好適なプラズマ処理装置に係る。
　半導体デバイスの製造プロセスでは、低温プラズマによるエッチングなどのプラズマ処理が広く用いられている。低温プラズマは例えば減圧下の反応容器内で上部電極と下部電極の二枚の電極が対向して配置された容量結合型の平行平板電極に高周波電力を印加することによって形成することができる。この平行平板型のプラズマ処理装置は半導体デバイスの製造プロセスにおいて多用されている。
　平行平板型のプラズマ処理装置は、二枚の電極間に例えば半導体材料で構成されるウエハ（以下ウエハ）を載置し、所望のプロセスガスを導入した上で一方の電極に高周波電力を印加することでプラズマを生成し、ウエハへラジカルとイオンを供給することでプラズマ処理を行うようになっている。このようなプラズマによるエッチング加工は加工形状の異方性を制御できるため、加工精度の点で優位である。
　半導体デバイスの加工寸法は微細化の一途を辿っており、加工精度の要求も高まる一方である。そのため、適度なガスの解離状態を維持しつつ低圧で高密度なプラズマを生成することが求められている。プラズマを生成するために印加する高周波電力の周波数は一般に１０ＭＨｚ以上であり、周波数が高いほど高密度なプラズマ生成に有利である。しかし、高周波数化すると電磁波の波長が短くなるため、プラズマ処理室内の電界分布が一様ではなくなってくる。電界分布はプラズマの電子密度に影響を与え、電子密度はエッチレートに影響を与える。エッチレートの面内分布の悪化は量産性を低下させてしまうので、高周波電力の周波数を高めるとともにエッチレートのウエハ面内の均一性を高めることが求められている。
　そこで、例えば特許文献１（特開２００８－１６６８４４号公報）ではウエハの中心から外周に向かって発散する磁界を形成し、磁界と電界の相互作用によりプラズマ密度分布を均一化する技術が知られている。また、例えば特許文献２（特開２００４－２００４２９号公報）では複数のコイル毎にヨークを設け、局所的にプラズマ密度分布を制御し、均一化する技術が知られている。
特開２００８－１６６８４４号公報 特開２００４－２００４２９号公報
　ＶＨＦ帯以上の高周波電力によるプラズマでは、外部磁場による分布制御を行う技術（例えば特許文献１、特許文献２）があるが、同心円状に全体的にプラズマ密度分布を凹凸に制御することと局所的に制御することの両立は困難であった。
　そこで本発明では、従来技術の課題を解決して、プラズマ密度分布を中心高な分布と節分布を両方とも独立に制御することが可能にし、試料をプラズマ処理する場合において、処理の均一性をより高い精度で確保することができるプラズマ処理装置を提供する。
　上記した従来技術の課題を解決するために、本発明では、プラズマ処理装置を、試料がプラズマ処理される真空容器と、プラズマを生成するための高周波電力を供給する高周波電源と、試料が載置される試料台と、真空容器の内部に磁場を形成させ真空容器の外側に配置された磁場形成部とを備え、磁場形成部は、第１のコイルと、第１のコイルより内側に配置され第１のコイルの直径より小さい直径の第２のコイルと、第１のコイル、真空容器の上方および側面を覆い第１のコイルが内部に配置された第１のヨークと、第２のコイルの周方向に沿って第２のコイルを覆い第２のコイルの下方側に開口部を有する第２のヨークとを具備させた。
　また、上記した従来技術の課題を解決するために、本発明では、プラズマ処理装置を、　試料がプラズマ処理される真空容器と、プラズマを生成するための高周波電力を供給する高周波電源と、試料が載置される試料台と、真空容器の内部に磁場を形成させ真空容器の外側に配置された磁場形成部とを備え、磁場形成部は、第１のコイルと、第２のコイルと、第１のコイルを覆うとともに真空容器の上方および側面を覆い第１のコイルが内部に配置された第１のヨークと、第２のコイルを覆う第２のヨークとを具備し、第１のヨークの一方の端部から発した磁力線が第２のヨークを介して第１のヨークの他方の端部へ戻り、かつ第２のヨークから発した磁力線が第２のヨークへ戻るように第２のコイルと第２のヨークが構成されようにした。
　本発明によれば、プラズマ密度分布を中心高な分布と節分布を両方とも独立に制御することが可能になり、試料台に載置された試料をプラズマ処理する場合において、処理の均一性をより高い精度で確保することができる。
本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の概略の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例に係るプラズマ処理装置における外周コイルとミドルヨークにより発生する磁力線の分布状態を模式的に示す、外周コイルとミドルヨークを含む部分断面図である。 比較例で示した構成において電子密度分布のコイル電流値依存性を示すグラフである。 本発明の実施例で示した構成においてミドルコイル電流のON/OFFによる電子密度分布電子密度分布を示すグラフである。 本発明の第１の変形例における外周コイルとミドルヨーク及びその周辺の部分の構成を示す部分断面図である。 本発明の第２の変形例における外周コイルとミドルヨーク及びその周辺の部分の構成を示す部分断面図である。 本発明の第３の変形例における外周コイルとミドルヨーク及びその周辺の部分の構成を示す部分断面図である。 本発明の第４の変形例におけるミドルヨークとミドルコイルの構成を示す部分断面図である。 本発明の第５の変形例におけるミドルヨークとミドルコイルの構成を示す部分断面図である。 本発明の実施例の比較例として例示したプラズマ処理装置の概略の構成を示すブロック図である。
　本発明は、プラズマ処理装置を、（ａ）プラズマ生成域の径方向の磁束密度(Ｂｒ)が外周ほど大きくなるような可変の発散磁場を形成し、（ｂ）ウエハのミドル領域（Ｒ＝５０～１００[ｍｍ]）プラズマ生成域のみのＢｒを可変にするように構成したものである。
　（ａ）のために断面がＬ字型のヨークＡをプラズマ生成領域上方に配置して磁束が中央から外周側へ戻る経路をつくり、（ｂ）のためにウェハミドル領域直上に下方が開いたコの字型のヨークＢを設置するとともに内部にコイルＣを配置するようにした。
　ヨークＡのイン側端部から出る磁束をヨークＢ経由でヨークＡのアウト側端部に戻し、ヨークＢの端部から出る磁束をヨークＢに戻すため、ヨークＡをヨークＢの上方かつ外周に配置するようにした。
　この時の要件は、
・ヨークＡの断面はチャンバを覆うような位置でＬ字型であること
・ヨークＢはプラズマ生成域より上方に配置し、下方が開いたコの字形状であること
・ヨークＡとヨークＢは空間的に分断していること
・ヨークＢの半径方向の重心位置はヨークＡのそれよりも内周側にあること
・ヨークＢの半径方向の重心位置はウエハ上にあること
・ヨークＢの内部に一個以上のコイルが配置されていること
・ヨークＡの内部に隣接して一個以上のコイルが配置されていること
　コイルＣは複数のコイルを左右に並べてもよい。複数並んだコイルのいずれに電流を流すかによってプラズマの電子密度が高まる半径位置を変化させることができる。
　コの字型ヨークＢの半径方向の中心位置はＲ＝５０～１００[ｍｍ]に配置させることが望ましい。より望ましくは高周波電力の波長λに対し、シャワープレートの比誘電率εとしたとき、Ｒ＝λ/ε/４*１０００[ｍｍ]とする。これは誘電体中を伝搬する高周波の実効的な波長の半分の長さで定在波が発生しやすいためである。
　すなわち本発明は、プラズマ生成域の径方向の磁束密度(Ｂｒ)が外周ほど大きくなるような可変の発散磁場を形成し、なおかつウエハのミドル領域（Ｒ＝５０～１００[ｍｍ]）プラズマ生成域のみのＢｒを可変にする。断面がＬ字型のヨークＡをプラズマ生成領域上方に配置して磁束が中央から外周側へ戻る経路をつくり、ウェハミドル領域直上に下方が開いたコの字型のヨークＢを設置するとともに内部にコイルＣを配置する。ヨークＡのイン側端部から出る磁束をヨークＢ経由でヨークＡのアウト側端部に戻し、ヨークＢの端部から出る磁束をヨークＢに戻すため、ヨークＡをヨークＢの上方かつ外周に配置したものである。
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付すようにし、その繰り返しの説明は原則として省略する。
　ただし、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の思想ないし趣旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。
　図１は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置１００の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
　図１に係るプラズマ処理装置１００は、ソレノイドコイルである外周コイル８１およびミドルコイル８３を用いた有磁場平行平板型のプラズマ処理装置である。本実施例のプラズマ処理装置１００は、真空容器１０を有し、この真空容器１０内部の空間であり処理対象の試料が載置され処理用のガスが供給されてプラズマが内部に形成される処理室４０が形成されている。
　更に、プラズマ処理装置１００は、真空容器１０の上方に配置されて処理室４０の内部にプラズマを形成するための電界または磁界を生成する手段であるプラズマ形成部５０と、真空容器１０の下部と連結され処理室４０の内部を排気して減圧するターボ分子ポンプ等の真空ポンプを含む排気部４５と、全体を制御する制御部７０を備えている。
　真空容器１０の処理室４０の内部には、その下方に配置された円筒形の試料台２を備え、この試料台２の上面は、その上に半導体ウエハ等の基板状の被処理試料３（以下、試料３と記す）が載せられる載置面１４１が形成されている。
　この載置面１４１の上方には、この載置面１４１に対向して配置されてプラズマを形成するための高周波電力が供給される円板形状の上部電極４が設けられている。また、この上部電極４の試料３の側で試料台２の載置面１４１に対向して配置されると共に処理室４０の天井面を構成し当該処理室４０の内部にガスを分散して供給する貫通孔５１を複数備えた円板状のシャワープレート５とが配置されている。
　シャワープレート５とその上方に配置されたアンテナである上部電極４とは、これらが真空容器1０に取り付けられた状態でこれらの間に隙間４１が形成される。隙間４１へは、これと連結された真空容器１０の外部のガス供給部６０と接続するガス導入ライン６から上部電極４内に施されたガス流路を介してガスが導入される。
　ガス供給部６０は、供給するガスの種類に応じた複数のマスフローコントローラ６１を備えており、それぞれのマスフローコントローラ６１は、図示していないガスボンベと接続している。隙間４１に供給されたガスは、隙間４１の内部で分散された後、シャワープレート５の側の中央部を含むに領域に配置された複数の貫通孔５１を通り処理室４０の内部に供給される。
　ガス供給部６０から、この複数の貫通孔５１を通り処理室４０の内部に供給されるガスとしては、試料３の処理に用いられる処理用のガス或いは処理には直接的には用いられないものの処理用のガスを希釈する、もしくは処理用のガスが供給されない間に処理室４０の内部に供給されて処理用のガスと入れ替えられる不活性ガスなどがある。
　上部電極４の内部には、上部電極用冷媒流路７が形成されている。この上部電極用冷媒流路７には、冷媒の温度を所定の範囲に調節するチラー等の温度制御装置（図示せず）と連結された冷媒供給ライン７１が接続されている。冷媒供給ライン７１を介して温度制御装置（図示せず）から温度が所定の範囲に調節された冷媒が上部電極用冷媒流路７の内部に供給され循環することにより、熱交換されて上部電極４の温度が処理に適切な値の範囲内に調節される。
　また、上部電極４は、導電性材料であるアルミまたはステンレス等で形成された円板状の部材で形成されており、その上面の中央部にプラズマ形成用の高周波電力が伝達される同軸ケーブル９１が電気的に接続されている。
　上部電極４には、同軸ケーブル９１を介してこれと電気的に接続された放電用高周波電源８（以下、高周波電源８と記す）からプラズマ形成用の高周波電力が放電用高周波電力整合器９を介して供給され、上部電極４の表面からシャワープレート５を透過して処理室４０の内部に電界が放出される。本実施例では、高周波電源８から上部電極４に印加されるプラズマ形成用の高周波電力として、超高周波帯（ＶＨＦ帯）域の周波数である２００ＭＨｚの電力を用いた。
　さらに、真空容器１０の外部であって処理室４０の上部の上方と側方とを囲む位置には、外周ヨーク８２で覆われた電磁コイルである外周コイル８１と、ミドルヨーク８４で覆われた電磁コイルであるミドルコイル８３が配置されている。この外周コイル８１とミドルコイル８３により発生する磁界が、処理室４０の内部に形成される。
　シャワープレート５は、石英等の誘電体やシリコン等の半導体で構成されている。これにより、高周波電源８から上部電極４にプラズマ形成用の高周波電力が印加された状態で、上部電極４により形成された電界がシャワープレート５を透過することができる。
　また、上部電極４は、その上方や側方に配置されて石英やテフロン（登録商標）等の誘電体で構成されリング状の上部電極絶縁体１２により、真空容器１０から電気的に絶縁されている。同様に、シャワープレート５の周囲には、石英等の誘電体で構成される絶縁リング１３が配置されており、シャワープレート５は、真空容器１０から絶縁されている。これら上部電極絶縁体１２と絶縁リング１３と上部電極４、シャワープレート５とは、真空容器１０の上部を構成する蓋部材（図示を省略）に固定されており、蓋部材の開閉の動作の際に蓋部材と一体として回動する。
　円筒形を有した真空容器１０は、その側壁が、図示していない真空容器であって減圧された内部を試料３が搬送される搬送容器と連結されて、これらの間には、試料３が出し入れされる通路の開口としてのゲートが配置され、真空容器１０内部で試料３の処理がされる場合に、ゲートを閉塞して真空容器１０内部を気密に封止するゲートバルブが配置されている。
　処理室４０の内部の試料台２の下方であって真空容器１０の下部には、処理室４０の内部を排気する排気部４５と連通する排気用の開口４２が配置されている。この排気用の開口４２と排気部４５の図示していない真空ポンプとの間でこれらを連結する排気の経路４３の内部には、板状のバルブである圧力調整バルブ４４が配置されている。この圧力調整バルブ４４は、排気の経路４３の断面を横切って配置された板状のバルブであり、この板状のバルブが軸回りに回転して流路に対する断面積を増減させる。
　制御部７０で圧力調整バルブ４４の回転の角度を調節することにより、処理室４０からの排気の流量または速度を増減することができる。処理室４０の内部の圧力は、シャワープレート５の貫通孔５１から供給されるガスの流量または速度と排気用の開口４２から排気部４５の側に排出されるガスや粒子の流量または速度とのバランスにより、所望の値の範囲内となるように、制御部７０により調節される。
　次に、試料台２の周辺の構造に関して説明する。本実施例の試料台２は、処理室４０の下方の中央部に配置された円筒形状の台であって、その内部に円筒形または円板形状を有した金属製の基材２ａを備えている。
　本実施例の基材２ａは、同軸ケーブルを含む給電経路２８によりバイアス用高周波電源２０と当該給電経路２８上に配置されたバイアス用高周波電力整合器２１を介して電気的に接続されている。バイアス用高周波電源２０から基材２ａに印加されるバイアス用高周波電力は、高周波電源８から上部電極４に印加されるプラズマ生成用高周波電力とは異なる周波数（本例では４ＭＨｚ）である。また、給電経路２８上には、抵抗またはコイル等の素子３２が配置され、当該素子３２は接地されたバイアス用高周波電力整合器２１及びバイアス用高周波電源２０と接続されている。
　高周波電源８から上部電極４にプラズマ生成用高周波電力を印加して試料台２とシャワープレート５との間にプラズマ１１を発生させた状態で、バイアス用高周波電源２０から基材２ａに高周波電力を供給することにより、基材２ａには、バイアス電位が発生する。このバイアス電位により、プラズマ１１中のイオン等の荷電粒子は、試料３の上面または載置面１４１に誘引される。すなわち、基材２ａは、上部電極４の下方において、バイアス用高周波電力が印加される下部電極として機能する。
　また、基材２ａの内部には、チラー等の温度制御装置１９１により所定の温度に調整された冷媒を循環して通流させるための冷媒流路１９が多重の同心状または螺旋状に配置されている。
　基材２ａの上面には、静電吸着膜１４が配置されている。静電吸着膜１４は、アルミナあるいはイットリア等の誘電体の材料で形成されており、その内部に、試料３を静電吸着させるための直流電力が供給されるタングステン電極１５を内蔵している。タングステン電極１５の裏面には、基材２ａを貫通して配置された静電吸着用給電経路２７が接続されている。タングステン電極１５は、この静電吸着用給電経路２７により、抵抗またはコイル等の素子３２及び接地された低域通過フィルタ（ローパスフィルタ）１６を介して直流電源１７と電気的に接続されている。
　本実施例の直流電源１７及びバイアス用高周波電源２０は、その一端側の端子は接地されるかアースに電気的に接続されている。
　より高い周波数の電流の流れを妨げてフィルタリング（濾過）する低域通過フィルタ１６、及びバイアス用高周波電力整合器２１は、直流電源１７およびバイアス用高周波電源２０に、高周波電源８からのプラズマ形成用の高周波電力が流入するのを抑制するために配置されている。
　直流電源１７からの直流電力、或いはバイアス用高周波電源２０からの高周波電力は、損失なくそれぞれ静電吸着膜１４および試料台２に供給されるが、試料台２側から直流電源１７およびバイアス用高周波電源２０に流入するプラズマ形成用の高周波電力は低域通過フィルタ１６またはバイアス用高周波電力整合器２１を介してアースに流される。なお、図１中のバイアス用高周波電源２０からの給電経路２８上には、低域通過フィルタ１６は図示されていないが、同様な効果を有する回路が図示するバイアス用高周波電力整合器２１内に内蔵されている。
　このような構成では、試料台２から直流電源１７およびバイアス用高周波電源２０側を見た場合の高周波電源８からの電力のインピーダンスは、相対的に低くされる。本実施例では、抵抗またはコイル等のインピーダンスを高める素子３２を、給電経路上で電極と低域通過フィルタ１６及びバイアス用高周波電力整合器２１との間に挿入して配置することで、試料台２の基材２ａ側から直流電源１７或いはバイアス用高周波電源２０側を見たプラズマ形成用の高周波電力のインピーダンスを高く（本実施例では１００Ω以上に）している。
　図１に示す実施例は、静電吸着膜１４の内部に配置されたタングステン電極１５を複数備えており、これらのうち一方と他方とが異なる極性を有するように直流電圧が供給される両極性の静電吸着を行うものとなっている。このため、載置面１４１を形成する静電吸着膜１４が、試料３と接触する面の面積を２等分されたか又はこれと見做せる程度に近似した範囲内の値でタングステン電極１５が異なる極性を有する２つの領域に分けられ、それぞれに独立した値の直流電力が供給されて、異なる値の電圧に維持される。
　静電吸着されて接触している静電吸着膜１４と試料３の裏面との間には、配管１８１を介してヘリウム供給手段１８よりヘリウムガスが供給される。これにより、試料３と静電吸着膜１４との間の熱伝達の効率が向上し、基材２ａの内部の冷媒流路１９との熱の交換量を増大させることができ、試料３の温度を調節する効率を高めている。
　基材２ａの下方には、テフロン（登録商標）等で形成された円板状の絶縁板２２が配置されている。これにより、接地されるかアースと電気的に接続され接地電位にされた基材２ａは、下方の処理室４０を構成する部材から電気的に絶縁されている。さらに、基材２ａの側面の周囲には、アルミナ等の誘電体製のリング状の絶縁層２３が、基材２ａを囲むようにして配置されている。
　基材２ａの下方で、これと接続されて配置された絶縁板２２の周囲、及びその上方で基材２ａを囲むようにして配置され絶縁層２３の周囲には、接地されるかアースと電気的に接続され接地電位にされた導電性材料から構成された導電板２９が配置されている。導電板２９は、上方から見て円形かこれと見做せる程度の近似した形状を有した板部材である。導電板２９と基材２ａとの間には絶縁層２３が介在しており、導電板２９と基材２ａとは、電気的に絶縁されている。
　リング状の絶縁層２３の上方には、石英などの誘電体もしくはシリコンなどの半導体で構成されたサセプタリング２５が配置されている。サセプタリング２５が試料３の周囲に配置され、基材２ａをサセプタリング２５と絶縁層２３とで覆うことで、試料３の外端部周辺の反応生成物の分布を制御し、プロセス性能の均一化を行っている。
　このように、試料台２は、基材２ａと、タングステン電極１５を内部に備えた静電吸着膜１４、基材２ａを載せて基材２ａと真空容器１０との間を電気的に絶縁する絶縁板２２、絶縁材料で形成されて基材２ａの周囲を囲む絶縁層２３、基材２ａの上面と静電吸着膜１４の側面を覆うサセプタリング２５、および、絶縁板２２の外周部と絶縁層２３の外周部とを覆う導電板２９を備えて構成されている。
　サセプタリング２５の外周側には、サセプタリング２５に接するように配置された同心円状の板状の遮蔽板２４が取り付けられている。遮蔽板２４は、処理室４０の内部に形成されるプラズマ１１の発生領域が、試料台２の側面にまで拡大するのを防いで、試料台２の上部に偏らせるためのものであって、謂わば、閉じ込めるために配置されたものである。板状の遮蔽板２４には、ガスや粒子を上下方向に通過させるために、複数の孔２４１が形成されている。
　基材２ａには温度計測器３５が埋め込まれており、基材２ａの温度を計測する。試料３の表面に図示していない温度計測器を設置した状態で、図示していない加熱手段で試料３を加熱して試料３の温度を変化させて、そのときの図示していない温度計測器で計測した試料３の表面温度と基材２ａに埋め込まれた温度計測器３５で計測された基材２ａの温度との関係を予めデータベース化して記憶しておく。処理室４０の内部にプラズマ１１を発生させて試料３を実際に処理している時にこのデータベースを参照することにより、基材２ａに埋め込まれた温度計測器３５で計測した基材２ａの温度から、プラズマ処理中の試料３の温度を推定することができる。
　本実施例に係るプラズマ処理装置１００においては、外周コイル８１の付近には断面形状がＬ字型の外周ヨーク８２が外周コイル８１を取り囲むように配置されている。また、外周ヨーク８２の内側にはミドルコイル８３と、ミドルコイル８３を取り囲むように断面がコの字型のミドルヨーク８４が配置されている。断面形状がＬ字型の外周ヨーク８２と断面がコの字型のミドルヨーク８４は、互いに接触しないように配置されている。
　ミドルヨーク８４は、ミドルコイル８３に電力を印加して磁界を発生させたときに、ミドルヨーク８４から発生する磁束が、試料台２に載置された試料３の上部のプラズマ１１が生成する領域に発散するように下方が開いたコの字型となっている。
　外周コイル８１、外周ヨーク８２、ミドルコイル８３、ミドルヨーク８４の形状および配置は、試料台２に載置された試料３の上部のプラズマ１１を生成する領域の径方向の磁束密度(Br)が外周ほど大きくなるような可変の発散磁場を形成し、試料３のミドル領域（例えば、試料３が直径Φ３００ｍｍのウエハである場合には、Ｒ＝５０～１００[ｍｍ]の領域）におけるプラズマ生成域のＢｒを可変にする目的で決定される。
　本実施例の構成では、外周ヨーク８２をミドルヨーク８４の上方で一部がオーバーラップし、かつ外周に配置している。このような構成とすることにより、図２に模式的に示すように、外周コイル８１に電流を流すことにより発生する磁場により外周ヨーク８２のイン側端部８２０１から出る磁力線８２１０で表される磁束をミドルヨーク８４経由で外周ヨーク８２のアウト側端部８２０２に戻すことができる。さらに、ミドルコイル８３に電流を流すことにより発生する磁場により、ミドルヨーク８４の端部８４０１から出る磁力線８２２０で表される磁束を、外周ヨーク８２を経由してミドルヨーク８４に戻すことができる。なお、図２において、磁力線８２１０と８２２０とで表した磁束は、共に、外周コイル８１とミドルコイル８３とに同時に電流を流した場合に発生する磁束の状態を示している。
　これにより、断面形状がＬ字型の外周ヨーク８２とコの字型のミドルヨーク８４によって形成された磁界は、中心から外周に向かって滑らかに発散する磁束を形成し、プラズマの電子密度分布(以下、単にプラズマ密度分布とも記す)の凹凸（濃淡）を制御可能となる。また、コの字型のミドルヨーク８４は断面形状がＬ字型の外周ヨーク８２に対して空間的に分離されているために、ミドルヨーク８４は外周ヨーク８２に対して比較的独立した磁束ループを形成することができ、図４に示したように、ミドル領域のプラズマ密度分布の制御が可能になる。
　その結果、試料台２の上部のプラズマ１１が発生する領域において磁場の制御を比較的精度良く行うことができ、試料台２に載置した試料３の近傍での電子密度の分布を、比較的精度良く制御することが可能になる。
　次に比較例について説明する。図１０に本発明の実施例に対する比較例としてのプラズマ処理装置２００を示す。比較例のプラズマ処理装置２００の全体的な構成は図１で説明した実施例で説明したプラズマ処理装置１００と同様な部分には同じ番号を付して、説明の重複を避ける。図１０に示したプラズマ処理装置２００は、ヨークとコイルの構成が図１で説明した実施例におけるミドルコイル８３、ミドルヨーク８４を備えていない点において、異なる。
　図１０に示した比較例のヨーク８０の構造は断面がＬ字型となっており、その内側にコイル１を外側と内側の二か所に配置している。これは、特許文献１に記載されているプラズマ処理装置におけるヨーク５及びコイル６の構成に類似している。
　ヨーク８０とコイル１の構成を図１０の比較例に示したような構成とした場合、コイル１とヨーク８０が形成する静磁場は、ヨーク８０の内側端部と外側端部を繋ぐ磁気回路を形成する。この静磁場は、外周に向かって磁束が発散する垂下型の磁場を形成する。
　図１０に示した本発明の比較例の構成でプラズマの電子密度分布を計算した結果を、図３に示す。コイル１の電流値を７Ａから１０Ａまで変えて、それぞれ計算を行った。図３において、３０１乃至３０４は、それぞれコイル１の電流値７Ａ、８Ａ，９Ａ、１０Ａの場合の試料台２の半径方向のプラズマの電子密度分布を示している。コイル１の電流値によって、電子密度分布３０１のような内周高ないし電子密度分布３０４のような外周高の電子密度分布を形成可能なことがわかる。しかし、電子密度分布３０１乃至３０４で示されるように、いずれの電流値でも、半径位置３１０で示される半径１００ｍｍの周辺の電子密度が局所的に高まることはない。
　一方、図１に示した本発明の実施例の構成におけるプラズマの電子密度分布を計算した結果を図４に示す。図１に示した構成において、外周コイル８１に電流を流した上で、ミドルコイル８３に電流を流した場合の電子密度分布４０１と、ミドルコイル８３に電流を流さない場合の電子密度分布４０２を計算した。ミドルコイル８３のＯＮ/ＯＦＦに対応して、半径位置３１０で示される半径１００ｍｍの周辺の位置で、電子密度分布４０１が４１１の位置で局所的に増加させることが可能なことがわかる。
　試料３が直径Φ３００ｍｍのウエハである場合には、ミドルヨーク８４の半径方向の中心位置はＲ＝５０～１００[ｍｍ]に配置させることが望ましい。より望ましくは高周波電力の波長λに対し、シャワープレート５の比誘電率εとしたとき、Ｒ＝λ/ε/４*１０００[ｍｍ]とする。これは誘電体中を伝搬する高周波の実効的な波長の半分の長さで定在波が発生しやすいためである。
　上記に説明したように、本実施例では、断面形状がＬ字型の外周ヨーク８２をプラズマ生成領域上方に配置して磁束が中央から外周側へ戻る経路をつくり、ウェハミドル領域直上に下方が開いたコの字型のミドルヨーク８４を設置するとともに内部にミドルコイル８３を配置した。外周ヨーク８２のイン側端部８２０１から出る磁束をミドルヨーク８４経由で外周ヨーク８２のアウト側端部８２０２に戻し、ミドルヨーク８４の端部８４０１から出る磁束をミドルヨーク８４に戻すために、外周ヨーク８２をミドルヨーク８４の上方かつ外周に配置する構成とした。
　これにより、本実施例によるプラズマ処理装置１００では、制御部７０で外周コイル８１に印加する電流を制御して、真空容器１０内部で試料台２に載置された試料３の上方のプラズマ１１を生成する領域において、試料３の径方向の磁束密度(Ｂｒ)が外周ほど大きくなるような可変の発散磁場を形成し、なおかつ制御部７０でミドルコイル８３に印加する電流を制御して、試料３の上方のプラズマ１１を生成する領域におけるミドル領域（Ｒ＝５０～１００[mm]）のＢｒを可変にすることができる。
　本実施例の図１に示したような外周コイル８１とミドルコイル８３及び外周ヨーク８２とミドルヨーク８４の配置とすることにより、断面形状がＬ字型の外周ヨーク８２とコの字型のミドルヨーク８４によって形成された磁界は、中心から外周に向かって滑らかに発散する磁束を形成し、プラズマ密度分布の凹凸を制御可能となる。また、コの字型のミドルヨーク８４はＬ字型の外周ヨーク８２と比較的独立した磁束ループを形成し、図４に示したように、ミドル領域のプラズマ密度分布の制御が可能になる。
　以上より、本実施例によれば、プラズマ密度分布の中心高な分布と節分布を両方とも独立に制御することが可能になり、試料台に載置された試料をプラズマ処理する場合において、処理の均一性をより高い精度で確保することができる。
　また、本実施例によれば、同心円状に全体的にプラズマ密度を凹凸に制御しつつ、Φ３００ｍｍウエハの中周領域（Ｒ＝５０～１００ｍｍ）のプラズマ密度を独立に制御することができ、Φ３００ｍｍのウエハをプラズマ処理する場合において、処理の均一性をより高い精度で確保することができる。
　［変形例１］
　本発明の実施例の第１の変形例を、図５を用いて説明する。図５には、図１で説明したプラズマ処理装置１００において、Ｌ字型の外周ヨーク８２とコの字型のミドルヨーク８４とその周辺に相当する部分の構成を示す。
　図５の構成で、図１に示した構成と異なる点は、図１のＬ字型の外周ヨーク８２を、Ｌ字型の外周ヨーク８２１に置き換えた点である。図１のＬ字型の外周ヨーク８２では、イン側端部８２０１がコの字型のミドルヨーク８４と重なっていたのに対して、図５に示した本変形例の構成においては、Ｌ字型の外周ヨーク８２１のイン側端部８２１１がコの字型のミドルヨーク８４と重なっていない点である。すなわち、Ｌ字型の外周ヨーク８２１のイン側端部８２１１の径がコの字型のミドルヨーク８４の外径よりも大きく、Ｌ字型の外周ヨーク８２１のイン側端部８２１１がコの字型のミドルヨーク８４の近傍に配置されている。
　Ｌ字型の外周ヨーク８２１とコの字型のミドルヨーク８４とを図５に示したような関係にしても、外周コイル８１に電流を流すことにより発生する磁場により外周ヨーク８２１のイン側端部８２１１から出る磁束をミドルヨーク８４経由で外周ヨーク８２１のアウト側端部８２１２に戻すことができる。さらに、ミドルコイル８３に電流を流すことにより発生する磁場によりミドルヨーク８４の端部８４０１から出る磁束を外周ヨーク８２１を経由してミドルヨーク８４に戻すことができる。
　これにより、Ｌ字型の外周ヨーク８２１とコの字型のミドルヨーク８４によって形成された磁界は、中心から外周に向かって滑らかに発散する磁束を形成し、プラズマ分布の凹凸を制御可能となる。また、コの字型のミドルヨーク８４はＬ字型の外周ヨーク８２１と比較的独立した磁束ループを形成し、図４に示したように、ミドル領域のプラズマ密度分布の制御が可能になる。
　本変形例のようなコイル・ヨーク配置とすることにより、Ｌ字型のヨークとコの字型ヨークによって形成された磁界は中心から外周に向かって滑らかに発散する磁束を形成し、プラズマ密度分布の凹凸を制御可能となる。また、コの字型ヨークはＬ字型ヨークと比較的独立した磁束ループを形成し、ミドル領域のプラズマ密度分布の制御が可能になる。
　その結果、試料台２の上部のプラズマ１１が発生する領域において磁場の制御を比較的精度良く行うことができ、試料台２に載置した試料３の近傍での電子密度の分布を、比較的精度良く制御することが可能になり、試料台２に載置された試料３をプラズマ処理する場合において、処理の均一性をより高い精度で確保することができる。
　また、本変形例によれば、同心円状に全体的にプラズマ密度を凹凸に制御しつつ、Φ３００ｍｍウエハの中周領域（Ｒ＝５０～１００ｍｍ）のプラズマ密度を独立に制御することができ、Φ３００ｍｍのウエハをプラズマ処理する場合において、処理の均一性をより高い精度で確保することができる。
　［変形例２］
　本発明の実施例の第２の変形例を、図６を用いて説明する。図６には、図１で説明したプラズマ処理装置１００において、Ｌ字型の外周ヨーク８２とコの字型のミドルヨーク８４とその周辺に相当する部分の構成を示す。
　図６の構成で、図１に示した構成と異なる点は、図１のＬ字型の外周ヨーク８２を、変形例１の場合と同様にＬ字型の外周ヨーク８２１に置き換え、さらに、コの字型のミドルヨーク８４１に置き換えた点である。
　図１のＬ字型の外周ヨーク８２１では、イン側端部８２０１がコの字型のミドルヨーク８４と重なっていたのに対して、図６に示した本変形例の構成においては、変形例１の場合と同様にＬ字型の外周ヨーク８２１のイン側端部８２１１がコの字型のミドルヨーク８４１と重なっていない。
　さらに、ミドルコイル８３の高さ方向の位置を、外周ヨーク８２１のイン側端部８２１１付近における外周コイル８１の高さとほぼ同等にする一方、コの字型のミドルヨーク８４１の端部８４１１の位置が図１で説明した実施例におけるコの字型のミドルヨーク８４の端部８４０１の位置と同じ位置となるように、コの字型のミドルヨーク８４１の端部８４１１を長く突き出した形状にしている。
　Ｌ字型の外周ヨーク８２１とコの字型のミドルヨーク８４１とを図６に示したような関係にしても、外周コイル８１に電流を流すことにより発生する磁場により外周ヨーク８２１のイン側端部８２１１から出る磁束をミドルヨーク８４１経由で外周ヨーク８２１のアウト側端部８２１２に戻すことができる。さらに、ミドルコイル８３に電流を流すことにより発生する磁場によりミドルヨーク８４１の端部８４１１から出る磁束を外周ヨーク８２１を経由してミドルヨーク８４１に戻すことができる。
　これにより、Ｌ字型の外周ヨーク８２１とコの字型のミドルヨーク８４１によって形成された磁界は、中心から外周に向かって滑らかに発散する磁束を形成し、プラズマ密度分布の凹凸を制御可能となる。また、コの字型のミドルヨーク８４１はＬ字型の外周ヨーク８２１と比較的独立した磁束ループを形成し、図４に示したように、ミドル領域のプラズマ密度分布の制御が可能になる。
　本変形例によれば、図６に示したようなコイル・ヨーク配置とすることにより、Ｌ字型のヨークとコの字型ヨークによって形成された磁界は中心から外周に向かって滑らかに発散する磁束を形成し、プラズマ密度分布の凹凸を制御可能となる。また、コの字型ヨークはＬ字型ヨークと比較的独立した磁束ループを形成し、ミドル領域のプラズマ密度分布の制御が可能になる。
　その結果、試料台２の上部のプラズマ１１が発生する領域において磁場の制御を比較的精度良く行うことができ、試料台２に載置した試料３の近傍でのプラズマ密度の分布を、比較的精度良く制御することが可能になり、試料台２に載置された試料３をプラズマ処理する場合において、処理の均一性をより高い精度で確保することができる。
　また、本変形例によれば、同心円状に全体的にプラズマ密度を凹凸に制御しつつ、Φ３００ｍｍウエハの中周領域（Ｒ＝５０～１００ｍｍ）のプラズマ密度を独立に制御することができ、Φ３００ｍｍのウエハをプラズマ処理する場合において、処理の均一性をより高い精度で確保することができる。
　［変形例３］
　本発明の実施例の第３の変形例を、図７を用いて説明する。図７には、図１で説明したプラズマ処理装置１００において、Ｌ字型の外周ヨーク８２とコの字型のミドルヨーク８４とその周辺に相当する部分の構成を示す。
　図７の構成で、図１に示した構成と異なる点は、図１のＬ字型の外周ヨーク８２を、Ｌ字型の外周ヨーク８２２に置き換えた点である。図１のＬ字型の外周ヨーク８２では、イン側端部８２０１がコの字型のミドルヨーク８４と一部重なっていたのに対して、図７に示した本変形例の構成においては、Ｌ字型の外周ヨーク８２２のイン側端部８２２１がコの字型のミドルヨーク８４２全体を覆うように重なっている点である。
　Ｌ字型の外周ヨーク８２２とコの字型のミドルヨーク８４２とを図７に示したような関係にすることで、外周コイル８１に電流を流すことにより発生する磁場により外周ヨーク８２２のイン側端部８２２１から出る磁束をミドルヨーク８４２経由で外周ヨーク８２２のアウト側端部８２２２に戻すことができる。さらに、ミドルコイル８３に電流を流すことにより発生する磁場によりミドルヨーク８４２の端部８４２１から出る磁束を外周ヨーク８２２を経由してミドルヨーク８４２に戻すことができる。
　本変形例によれば、図７に示したようなコイル・ヨーク配置とすることにより、Ｌ字型の外周ヨーク８２２とコの字型のミドルヨーク８４２によって形成された磁界は、中心から外周に向かって滑らかに発散する磁束を形成し、プラズマ密度分布の凹凸を制御可能となる。また、コの字型のミドルヨーク８４２はＬ字型の外周ヨーク８２２に対して比較的独立した磁束ループを形成し、図４に示したように、ミドル領域のプラズマ密度分布の制御が可能になる。
　その結果、試料台２の上部のプラズマ１１が発生する領域において磁場の制御を比較的精度良く行うことができ、試料台２に載置した試料３の近傍での電子密度の分布を、比較的精度良く制御することが可能になり、試料台２に載置された試料３をプラズマ処理する場合において、処理の均一性をより高い精度で確保することができる。
　また、本変形例によれば、同心円状に全体的にプラズマ密度を凹凸に制御しつつ、Φ３００ｍｍウエハの中周領域（Ｒ＝５０～１００ｍｍ）のプラズマ密度を独立に制御することができ、Φ３００ｍｍのウエハをプラズマ処理する場合において、処理の均一性をより高い精度で確保することができる。
　［変形例４］
　本発明に実施例の第４の変形例として、図１で説明したプラズマ処理装置１００において、ミドルコイル８３とコの字型のミドルヨーク８４と組み合わせの変形例を図８に示す。この場合、外周コイル８１と外周ヨーク８２とは、図１で説明した実施例の構成と同じであるので、説明を省略する。
　図８に示した本変形例においては、実施例１で説明したミドルコイル８３を二つに分離して、第一のミドルコイル８３１と第二のミドルコイル８３２とで構成し、それらをコの字型ミドルヨーク８４３で覆うように形成した。
　なお、外周ヨークについては、実施例１で説明した外周ヨーク８２のほかに、変形例１で説明したような外周ヨーク８２２又は変形例３で説明した外周ヨーク８２２を用いてもよい。
　実施例１で説明したミドルコイル８３を第一のミドルコイル８３１と第二のミドルコイル８３２とで構成することにより、何れのミドルコイルに電流を流すかによって試料台２の上部のプラズマ１１が発生する領域における磁場をより細かく制御することができ、プラズマの電子密度が高まる半径位置を調整することができる。
　その結果、試料台２の上部のプラズマ１１が発生する領域において磁場の制御を比較的精度良く行うことができ、試料台２に載置した試料３の近傍での電子密度の分布を、比較的精度良く制御することが可能になり、試料台２に載置された試料３をプラズマ処理する場合において、処理の均一性をより高い精度で確保することができる。
　なお、図８に示した構成では第一のミドルコイル８３１と第二のミドルコイル８３２とを備えた構成を示したが、ミドルコイルの数は３以上であってもよい。
　また、本変形例によれば、同心円状に全体的にプラズマ密度を凹凸に制御しつつ、Φ３００ｍｍウエハの中周領域（Ｒ＝５０～１００ｍｍ）のプラズマ密度を独立に制御することができ、Φ３００ｍｍのウエハをプラズマ処理する場合において、処理の均一性をより高い精度で確保することができる。
　［変形例５］
　本発明に実施例の第５の変形例として、図１で説明したプラズマ処理装置１００において、ミドルコイル８３とコの字型のミドルヨーク８４と組み合わせの変形例を図９に示す。この場合、外周コイル８１と外周ヨーク８２とは、図１で説明した実施例の構成と同じであるので、説明を省略する。
　図９に示した本変形例においては、実施例１で説明したミドルコイル８３とコの字型のミドルヨーク８４に組合せを二つにして、第一のミドルコイル８３３と第一のコの字型のミドルヨーク８４４の組合せと、第二のミドルコイル８３４と第二のコの字型のミドルヨーク８４４の組合せで構成した。
　なお、外周ヨークについては、実施例１で説明した外周ヨーク８２のほかに、変形例１で説明したような外周ヨーク８２２又は変形例３で説明した外周ヨーク８２２を用いてもよい。
　このように、第一のミドルコイル８３３と第一のコの字型のミドルヨーク８４４の組合せと、第二のミドルコイル８３４と第二のコの字型のミドルヨーク８４４の組合せで構成することにより、何れのミドルコイルに電流を流すかによって試料台２の上部のプラズマ１１が発生する領域における磁場をより細かく制御することができ、プラズマの電子密度が高まる半径位置の調整をより細かく行うことができる。
　その結果、試料台２の上部のプラズマ１１が発生する領域において磁場の制御を比較的細かく行うことができ、試料台２に載置した試料３の近傍での電子密度の分布を、より細かく制御することが可能になり、試料台２に載置された試料３をプラズマ処理する場合において、処理の均一性をより高い精度で確保することができる。
　なお、図９に示した構成では、ミドルコイルとミドルヨークの組合せが２組の場合について示したが、ミドルコイルとミドルヨークの組合せの数は３以上であってもよい。
　また、本変形例によれば、同心円状に全体的にプラズマ密度を凹凸に制御しつつ、Φ３００ｍｍウエハの中周領域（Ｒ＝５０～１００ｍｍ）のプラズマ密度を独立に制御することができ、Φ３００ｍｍのウエハをプラズマ処理する場合において、処理の均一性をより高い精度で確保することができる。
　本発明は、例えば、半導体デバイスの製造ラインにおいて、半導体ウエハをプラズマ中でエッチング処理して半導体ウエハ上に微細なパターンを形成する、エッチング装置に利用することができる。
２…試料台、２ａ…基材、３…試料、４…上部電極、５…シャワープレート、８…放電用高周波電源、１０…真空容器、１１…プラズマ、１２…上部電極絶縁体、１３…絶縁リング、２２…絶縁板、２３…絶縁層、２４…遮蔽板、２５…サセプタリング、３０…ガス通過孔、４０…処理室、４５…排気部、５０…プラズマ形成部、７０…制御部、８１…外周コイル、８２，８２１，８２２…外周ヨーク、８３，８３１，８３２，８３３，８３４…ミドルコイル、８４，８４１，８４２，８４３，８４４，８５４…ミドルヨーク、１００…プラズマ処理装置

Claims (9)

  1. 　試料がプラズマ処理される真空容器と、
    　プラズマを生成するための高周波電力を供給する高周波電源と、
    　前記試料が載置される試料台と、
    　前記真空容器の内部に磁場を形成させ前記真空容器の外側に配置された磁場形成部とを備え、
    　前記磁場形成部は、第１のコイルと、前記第１のコイルより内側に配置され前記第１のコイルの直径より小さい直径の第２のコイルと、前記第１のコイル、前記真空容器の上方および側面を覆い前記第１のコイルが内部に配置された第１のヨークと、前記第２のコイルの周方向に沿って前記第２のコイルを覆い前記第２のコイルの下方側に開口部を有する第２のヨークとを具備することを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 　請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
    前記第１のヨークは、前記第２のヨークと電気的に接触しない位置に配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
  3. 　請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
    前記第２のヨークは、前記第１のヨークの内部に配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
  4. 　請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
    平面図における前記第２のヨークの外径は、平面図における前記試料の直径以上であることを特徴とするプラズマ処理装置。
  5. 　請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
    前記第２のコイルは、一方のコイルと前記一方のコイルの直径より大きい直径の他方のコイルを有することを特徴とするプラズマ処理装置。
  6. 　請求項５に記載のプラズマ処理装置において、
    前記第２のヨークは、前記一方のコイルを覆う一方のヨークと、前記他方のコイルを覆う他方のヨークとを有することを特徴とするプラズマ処理装置。
  7. 　請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
    前記磁場形成部を制御する制御部をさらに備え、
    前記制御部は、前記試料の径方向の磁束密度が前記試料の外周ほど大きくなるような発散磁場が形成されるように前記第１のコイルに流れる電流を制御するとともに前記試料の径方向の中間領域における磁束密度が所望の値となるように前記第２のコイルに流れる電流を制御することを特徴とするプラズマ処理装置。
  8. 　試料がプラズマ処理される真空容器と、
    　プラズマを生成するための高周波電力を供給する高周波電源と、
    　前記試料が載置される試料台と、
    　前記真空容器の内部に磁場を形成させ前記真空容器の外側に配置された磁場形成部とを備え、
    前記磁場形成部は、第１のコイルと、第２のコイルと、前記第１のコイル、前記真空容器の上方および側面を覆い前記第１のコイルが内部に配置された第１のヨークと、前記第２のコイルを覆う第２のヨークとを具備し、
    前記第１のヨークの一方の端部から発した磁力線が前記第２のヨークを介して前記第１のヨークの他方の端部へ戻り、かつ前記第２のヨークから発した磁力線が前記第２のヨークへ戻るように前記第２のコイルと前記第２のヨークが構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
  9. 　請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
    前記第１のヨークの一方の端部から発した磁力線が前記第２のヨークを介して前記第１のヨークの他方の端部へ戻り、かつ前記第２のヨークから発した磁力線が前記第２のヨークへ戻るように前記第２のコイルと前記第２のヨークが構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
PCT/JP2019/029630 2019-07-29 2019-07-29 プラズマ処理装置 WO2020121588A1 (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020207009879A KR102285126B1 (ko) 2019-07-29 2019-07-29 플라스마 처리 장치
JP2020520340A JP6899035B2 (ja) 2019-07-29 2019-07-29 プラズマ処理装置
CN201980005077.9A CN112585726B (zh) 2019-07-29 2019-07-29 等离子处理装置
US16/957,033 US20220157576A1 (en) 2019-07-29 2019-07-29 Plasma processing apparatus
PCT/JP2019/029630 WO2020121588A1 (ja) 2019-07-29 2019-07-29 プラズマ処理装置
TW109114167A TWI738309B (zh) 2019-07-29 2020-04-28 電漿處理裝置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2019/029630 WO2020121588A1 (ja) 2019-07-29 2019-07-29 プラズマ処理装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020121588A1 true WO2020121588A1 (ja) 2020-06-18

Family

ID=71076594

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2019/029630 WO2020121588A1 (ja) 2019-07-29 2019-07-29 プラズマ処理装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20220157576A1 (ja)
JP (1) JP6899035B2 (ja)
KR (1) KR102285126B1 (ja)
CN (1) CN112585726B (ja)
TW (1) TWI738309B (ja)
WO (1) WO2020121588A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210125155A (ko) * 2020-04-07 2021-10-18 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치의 제조방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005150606A (ja) * 2003-11-19 2005-06-09 Hitachi High-Technologies Corp プラズマ処理装置
JP2008277773A (ja) * 2007-03-21 2008-11-13 Applied Materials Inc ガス流拡散器
JP2015201552A (ja) * 2014-04-09 2015-11-12 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP2019061848A (ja) * 2017-09-26 2019-04-18 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
JP2019109980A (ja) * 2017-12-15 2019-07-04 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理装置

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09161993A (ja) * 1995-12-12 1997-06-20 Hitachi Ltd ２重コイルを用いた多段コイルを有するプラズマ処理装置及び方法
JP3666999B2 (ja) * 1996-07-26 2005-06-29 アネルバ株式会社 プラズマ処理装置
JP3582287B2 (ja) * 1997-03-26 2004-10-27 株式会社日立製作所 エッチング装置
JP3542514B2 (ja) * 1999-01-19 2004-07-14 株式会社日立製作所 ドライエッチング装置
JP3764639B2 (ja) * 2000-09-13 2006-04-12 株式会社日立製作所 プラズマ処理装置および半導体装置の製造方法
JP3591642B2 (ja) * 2001-02-07 2004-11-24 株式会社日立製作所 プラズマ処理装置
JP3881307B2 (ja) 2002-12-19 2007-02-14 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理装置
US20050072444A1 (en) * 2003-10-03 2005-04-07 Shigeru Shirayone Method for processing plasma processing apparatus
JP4601439B2 (ja) * 2005-02-01 2010-12-22 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理装置
CN1835339A (zh) * 2005-03-18 2006-09-20 日立粉末冶金株式会社 三相爪极型电机
US20070044916A1 (en) * 2005-08-31 2007-03-01 Masakazu Isozaki Vacuum processing system
JP2007311613A (ja) * 2006-05-19 2007-11-29 Hitachi High-Technologies Corp 試料台及びそれを備えたプラズマ処理装置
JP2008166844A (ja) * 2008-03-17 2008-07-17 Hitachi High-Technologies Corp プラズマ処理装置
EP2384098A1 (en) * 2009-01-15 2011-11-02 Hitachi High-Technologies Corporation Plasma processing equipment and plasma generation equipment
JP2010192308A (ja) * 2009-02-19 2010-09-02 Hitachi High-Technologies Corp プラズマ処理装置
US8089050B2 (en) * 2009-11-19 2012-01-03 Twin Creeks Technologies, Inc. Method and apparatus for modifying a ribbon-shaped ion beam
JP5808697B2 (ja) * 2012-03-01 2015-11-10 株式会社日立ハイテクノロジーズ ドライエッチング装置及びドライエッチング方法
JP6284825B2 (ja) * 2014-05-19 2018-02-28 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
KR102334378B1 (ko) * 2015-09-23 2021-12-02 삼성전자 주식회사 유전체 윈도우, 그 윈도우를 포함한 플라즈마 공정 시스템, 및 그 시스템을 이용한 반도체 소자 제조방법
JP6620078B2 (ja) * 2016-09-05 2019-12-11 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理装置
JP7091074B2 (ja) * 2018-01-05 2022-06-27 株式会社日立ハイテク プラズマ処理装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005150606A (ja) * 2003-11-19 2005-06-09 Hitachi High-Technologies Corp プラズマ処理装置
JP2008277773A (ja) * 2007-03-21 2008-11-13 Applied Materials Inc ガス流拡散器
JP2015201552A (ja) * 2014-04-09 2015-11-12 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP2019061848A (ja) * 2017-09-26 2019-04-18 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
JP2019109980A (ja) * 2017-12-15 2019-07-04 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2020121588A1 (ja) 2021-02-15
CN112585726A (zh) 2021-03-30
JP6899035B2 (ja) 2021-07-07
US20220157576A1 (en) 2022-05-19
KR102285126B1 (ko) 2021-08-04
TWI738309B (zh) 2021-09-01
CN112585726B (zh) 2023-07-14
KR20210014617A (ko) 2021-02-09
TW202105511A (zh) 2021-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4482308B2 (ja) プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
KR101687565B1 (ko) 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법
KR102487342B1 (ko) 정전척 어셈블리 및 이를 구비하는 플라즈마 처리장치
TW201911974A (zh) 用於電漿處理的分佈式電極陣列
JP3150058B2 (ja) プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
TWI661465B (zh) Plasma processing device
JP2015162266A (ja) プラズマ処理装置
KR102218686B1 (ko) 플라스마 처리 장치
US20200395196A1 (en) Plasma processing apparatus and method of manufacturing semiconductor device using the same
KR20170012106A (ko) 플라즈마 처리 장치
TWI701706B (zh) 電漿處理裝置
WO2020121588A1 (ja) プラズマ処理装置
US20170076914A1 (en) Plasma processing apparatus
JP2001210628A (ja) プラズマ処理装置
WO2023175690A1 (ja) プラズマ処理装置
JP2016046357A (ja) プラズマ処理装置
JP2019160714A (ja) プラズマ処理装置
US20180282869A1 (en) Shower plate, substrate processing apparatus and method for processing substrate

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020520340

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19896019

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19896019

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1