JP2004303939A

JP2004303939A - プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置及び磁場発生装置

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Publication number: JP2004303939A
Application number: JP2003094912A
Authority: JP
Inventors: Shinji Himori; 慎司檜森; Kazuya Nagaseki; 一也永関
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2023-03-31
Also published as: JP4355157B2

Abstract

【課題】磁場を利用して処理空間におけるプラズマ密度の空間分布を効果的に制御できるようにすること。
【解決手段】コイル装置６４の第１組（内側）および第２組（外側）のコイルＣＬ_Ａ，ＣＬ_Ｂが通電してチャンバ１０内の処理空間ＰＳに半導体ウエハＷの被処理面に水平な面内（水平面内）で右回り方向または左回り方向の磁場［Ｂ］を形成する。一方、高周波電源３２からの高周波電力がサセプタ１２に供給され、サセプタ（下部電極）と上部電極３８との間の高周波放電によってエッチングガスのプラズマが生成し、プラズマ側から上部電極３８に向って垂直方向の電界［Ｅ］が生ずる。これにより、上部電極３８付近でプラズマ中の電子が電界［Ｅ］と磁場［Ｂ］とによるローレンツ力を受けて径方向にドリフトし、プラズマイオンも電子を追いかけるようにして同方向に移動する。
【選択図】図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理基板にプラズマ処理を施す技術に係わり、特に処理空間内で電極間に高周波を印加してプラズマを生成する方式のプラズマ処理方法および装置ならびに処理空間内に磁場を形成するための磁場発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスやＦＰＤ（ＦｌａｔＰａｎｅｌＤｉｓｐｌａｙ）の製造プロセスにおけるエッチング、堆積、酸化、スパッタリング等の処理では、処理ガスに比較的低温で良好な反応を行わせるためにプラズマが多く利用されている。従来より、枚葉式のプラズマ処理装置の中では、平行平板型プラズマ処理装置が主流になっている。
【０００３】
一般に、平行平板型プラズマ処理装置は、処理容器または反応室内に上部電極と下部電極とを平行に配置し、下部電極の上に被処理基板（半導体ウエハ、ガラス基板等）を載置し、下部電極および上部電極の少なくとも一方に整合器を介して高周波電圧を印加する。この高周波電圧によって生成された電界により電子が加速され、電子と処理ガスとの衝突電離によってプラズマが発生する。最近では、製造プロセスにおけるデザインルールの微細化につれてプラズマ処理に低圧下での高密度プラズマが要求されており、上記のような高周波放電方式のプラズマ処理装置では従来（一般に２７ＭＨｚ以下）よりも格段に高い高周波数領域（５０ＭＨｚ以上）の周波数を用いるようになってきている。
【０００４】
しかしながら、高周波放電の周波数が高くなると、高周波電源から給電棒を通って電極背面に印加される高周波が表皮効果により電極表面を伝わって電極下面（プラズマ接触面）の中心部に集中し、電極下面の中心部の電界強度が外周部の電界強度よりも高くなって、生成されるプラズマの密度も電極中心部の方が電極外周部よりも高くなる。さらに、プラズマが径方向で高密度空間から低密度空間へ拡散するため、プラズマ密度はますます電極中心部で相対的に高く電極周辺部で相対的に低い分布になってしまう。
【０００５】
この対策として、処理容器の側壁外周にマルチポール磁石を配置し、処理容器の側壁内側に両電極間の処理空間を取り囲むような磁場を形成する方式が知られている（たとえば特許文献１参照）。この技法は、処理空間から容器側壁に向って飛んでくる電子を側壁内側の磁場で捕捉して容器側壁への入射ないし消滅を抑制するものであり、磁場の強度を変えることによってプラズマ密度の空間分布を制御することも可能である。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−３３８９１２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、平行平板型プラズマ処理装置の処理容器は、一般に容器底部に排気口を設け、両電極間の処理空間と容器側壁との間には該排気口に通じる排気空間のスペースを設けている。このため、プラズマ密度分布を制御するうえで容器側壁からの磁場では距離がありすぎて効き目が薄いという問題がある。特に、大口径（たとえば３００ｍｍ）ウエハやＦＰＤ用のプラズマ処理装置では、処理容器の径も大きいことから、この問題が顕著に現れる。
【０００８】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、磁場を利用して処理空間におけるプラズマ密度の空間分布を効果的に制御できる平行平板型のプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置ならびに磁場発生装置を提供することを目的とする。
【０００９】
本発明の別の目的は、磁場を利用するプラズマ処理の品質を向上させる平行平板型のプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置ならびに磁場発生装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明のプラズマ処理方法は、処理空間の上部および下部にそれぞれ上部電極および下部電極を配置し、両電極間に高周波電界を形成するとともに処理ガスを流し込んで前記処理ガスのプラズマを生成し、前記プラズマの下で被処理基板に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、前記処理空間に前記被処理基板の被処理面に平行な面内で右回り方向または左回り方向の磁場を形成する。
【００１１】
また、本発明の第１のプラズマ処理装置は、減圧された処理空間を形成するための処理容器と、被処理基板を載置するための上面を有し、前記処理空間の下部に配置される下部電極と、前記下部電極と対向して前記処理空間の上部に配置される上部電極と、前記処理空間に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、プラズマ生成用の高周波電圧を前記下部電極および前記上部電極の少なくとも一方に供給する高周波給電部と、前記処理空間に前記被処理基板の被処理面に平行な面内で右回り方向または左回り方向の磁場を形成する磁場発生部とを有する。
【００１２】
本発明では、プラズマを利用する処理空間に基板の被処理面に平行な面内で右回り方向または左回り方向の磁場を形成することにより、処理空間において移動するプラズマ中の荷電粒子に磁場による所定方向の力を与えることが可能である。特に、磁場の方向（右回り方向もしくは左回り方向）と強度を制御することで、プラズマ密度の空間分布を効果的に制御することができる。
【００１３】
上記第１のプラズマ処理装置において、典型的には、磁場発生部が、処理空間の外に配置され、通電により処理空間に前記右回り方向または左回り方向の磁場を形成するコイル装置と、このコイル装置に励磁電流を供給する励磁電源部とを有する。コイル装置は、好ましくは上部電極の上方に設定されたほぼ水平な第１の円の円周上に所定の間隔を置いて複数配置され、各々が通電により処理空間内に径方向とほぼ直交する方向の磁場を形成する第１組のコイルを有してよく、さらに好ましくは第１組のコイルの径方向内側または外側に同様の第２組のコイルを設けてよい。このように、上部電極の上方にコイル装置を設ける構成によれば、処理容器の径サイズに左右されることなく処理空間との近接した距離関係を確保し、処理空間にプラズマ密度分布制御用の磁場を効果的に与えることができる。加えて、下部電極上の被処理基板には磁場の影響を与えずに済むので基板を保護することもできる。
【００１４】
また、処理空間における磁場の円周方向成分の割合を効果的に高めるために、好ましくは各コイルの下辺部を径方向内側に向って先細りに形成してよく、さらに好ましく各コイルの下辺部を除く部分の全部または一部を磁気的に遮蔽する構成としてよい。また、電気的には、各組に属する複数のコイルを直列接続して同一の励磁電流を流してよい。
【００１５】
また、処理空間における磁場の方向や強度を可変制御するために、励磁電源部が、コイルに流す励磁電流の値を可変制御する電流値制御部や、励磁電流の向きを切り換える電流方向切換部を有するのが好ましい。
【００１６】
また、本発明の第２のプラズマ処理装置は、減圧された処理空間を形成するための処理容器と、被処理基板を載置するための上面を有し、前記処理空間の下部に配置される下部電極と、前記下部電極と対向して前記処理空間の上部に配置される上部電極と、前記処理空間に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、プラズマ生成用の高周波電圧を前記下部電極および前記上部電極の少なくとも一方に供給する高周波給電部と、前記処理空間に前記被処理基板の被処理面に平行な面内で右回り方向または左回り方向の磁場を形成する第１の磁場発生部と、前記被処理基板の被処理面に平行な面内で前記右回り方向または左回り方向の磁場と交差するように径方向に前記処理空間を通る磁場を形成する第２の磁場発生部とを有する。
【００１７】
上記第２のプラズマ処理装置では、プラズマを利用する処理空間に基板の被処理面に平行な面内で第１の磁場発生部により形成される右回り方向または左回り方向の磁場と第２の磁場発生部により形成される径方向の磁場とを形成することにより、両磁場がベクトル的に重ね合わさって渦巻き放射状の合成磁場が形成され、処理空間において移動するプラズマ中の荷電粒子に該合成磁場により所定方向の力を与えることが可能である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。
【００１９】
図１に、本発明の一実施形態によるプラズマ処理装置の構成を示す。このプラズマ処理装置は、ＲＩＥ型のプラズマエッチング装置として構成されており、たとえばアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属製の円筒型チャンバ（処理容器）１０を有している。チャンバ１０は保安接地されている。
【００２０】
チャンバ１０内には、被処理基板としてたとえば半導体ウエハＷを載置する円板状の下部電極またはサセプタ１２が設けられている。このサセプタ１２は、たとえばアルミニウムからなり、チャンバ１０の底から垂直上方に延びる筒状支持部１６に絶縁性の筒状保持部１４を介して支持されている。筒状保持部１４の上面には、サセプタ１２の上面を環状に囲むたとえば石英からなるフォーカスリング１８が配置されている。
【００２１】
チャンバ１０の側壁と筒状支持部１６との間には排気路２０が形成され、この排気路２０の入口または途中に環状のバッフル板２２が取り付けられるとともに底部に排気口２４が設けられている。この排気口２４に排気管２６を介して排気装置２８が接続されている。排気装置２８は、真空ポンプを有しており、チャンバ１０内の処理空間を所定の真空度まで減圧することができる。チャンバ１０の側壁には、半導体ウエハＷの搬入出口を開閉するゲートバルブ３０が取り付けられている。
【００２２】
サセプタ１２には、プラズマ生成およびＲＩＥ用の高周波電源３２が整合器３４および給電棒３６を介して電気的に接続されている。この高周波電源３２は、所定の高周波数たとえば６０ＭＨｚの高周波電力を下部電極つまりサセプタ１２に印加する。チャンバ１０の天井部には、後述するシャワーヘッド３８が接地電位の上部電極として設けられている。したがって、高周波電源３２からの高周波電圧はサセプタ１２とシャワーヘッド３８との間に容量的に印加される。
【００２３】
サセプタ１２の上面には半導体ウエハＷを静電吸着力で保持するための静電チャック４０が設けられている。この静電チャック４０は導電膜からなる電極４０ａを一対の絶縁膜４０ｂ，４０ｃの間に挟み込んだものであり、電極４０ａには直流電源４２がスイッチ４３を介して電気的に接続されている。直流電源４２からの直流電圧により、クーロン力で半導体ウエハＷをチャック上に吸着保持することができる。
【００２４】
サセプタ１２の内部には、たとえば円周方向に延びる冷媒室４４が設けられている。この冷媒室４４には、チラーユニット４６より配管４８，５０を介して所定温度の冷媒たとえば冷却水が循環供給される。冷媒の温度によって静電チャック４０上の半導体ウエハＷの処理温度を制御できる。さらに、伝熱ガス供給部５２からの伝熱ガスたとえばＨｅガスが、ガス供給ライン５４を介して静電チャック４０の上面と半導体ウエハＷの裏面との間に供給される。
【００２５】
天井部のシャワーヘッド３８は、多数のガス通気孔５６ａを有する下面の電極板５６と、この電極板５６を着脱可能に支持する電極支持体５８とを有する。電極支持体５８の内部にバッファ室６０が設けられ、このバッファ室６０のガス導入口６０ａには処理ガス供給部６２からのガス供給配管６３が接続されている。
【００２６】
シャワーヘッド（上部電極）３８とサセプタ（下部電極）１２との間の処理空間ＰＳには、高周波電源３２からの高周波電界の印加により鉛直方向のＲＦ電界が形成され、両電極３８，１２間の高周波放電により処理空間ＰＳに高密度のプラズマが生成されるようになっている。
【００２７】
チャンバ１０の上には、チャンバ内の処理空間ＰＳにプラズマ密度分布制御用の磁場を形成するためのコイル装置６４が設けられている。図示の構成例によるコイル装置６４は、比較的小さな径の円周上に多数配置された第１組のコイルＣＬ_Ａと、比較的大きな径の円周上の多数配置された第２組のコイルＣＬ_Ｂとを有している。励磁電源６６はコイル装置６４の各組のコイルＣＬ_Ａ，ＣＬ_Ｂに個別の励磁電流Ｉ_Ａ，Ｉ_Ｂを供給する。コイル装置６４および励磁電源６６の詳細な構成および作用は後述する。
【００２８】
制御部６８は、このプラズマエッチング装置内の各部たとえば排気装置２８、高周波電源３２、静電チャック用のスイッチ４３、チラーユニット４６、伝熱ガス供給部５２、処理ガス供給部６２およびコイル装置６４（特に励磁電源６６）等の動作を制御するもので、ホストコンピュータ（図示せず）等とも接続されている。
【００２９】
このプラズマエッチング装置において、エッチングを行なうには、先ずゲートバルブ３０を開状態にして加工対象の半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入して、静電チャック４０の上に水平に載置する。そして、処理ガス供給部６２よりエッチングガス（一般に混合ガス）を所定の流量および流量比でチャンバ１０内に導入し、排気装置２８によりチャンバ１０内の圧力を設定値にする。さらに、高周波電源３２より所定のパワーで高周波電力をサセプタ１２に供給する。また、直流電源４２より直流電圧を静電チャック４０の電極４０ａに印加して、半導体ウエハＷを静電チャック４０上に固定する。シャワーヘッド３８より吐出されたエッチングガスは両電極１２，３８間の処理空間ＰＳで高周波の放電によりプラズマ化し、このプラズマで生成されるラジカルやイオンによって半導体ウエハＷの主面がエッチングされる。
【００３０】
このプラズマエッチング装置では、サセプタ（下部電極）１２に対して従来（一般に２７ＭＨｚ以下）よりも格段に高い周波数領域（５０ＭＨｚ以上）の高周波を印加することにより、プラズマを好ましい解離状態で高密度化し、より低圧の条件下でも高密度プラズマを形成することができる。しかも、後述するようにコイル装置６４によってチャンバ１０内の処理空間ＰＳに形成される磁場の働きでプラズマ密度分布の制御が可能であり、ウエハ面内でプラズマ密度を均一化してエッチングレートの均一性を向上させることもできる。
【００３１】
次に、この実施形態におけるコイル装置６４の構成および作用を詳細に説明する。
【００３２】
図２に、コイル装置６４で用いるコイルＣＬ（ＣＬ_Ａ，ＣＬ_Ｂ）の構成例を示す。このコイルＣＬは、導線を略長方形に螺旋状または筒状に巻いたものである。このコイルＣＬが通電すると、つまりコイルＣＬに励磁電流Ｉが流れると、コイルＣＬの四辺部つまり上辺部、下辺部、左辺部、右辺部の回りに楕円ループ状の磁場Ｂ_Ｔ，Ｂ_Ｂ，Ｂ_Ｌ，Ｂ_Ｒがそれぞれ形成される。各辺部の楕円ループ状磁場Ｂ_Ｔ，Ｂ_Ｂ，Ｂ_Ｌ，Ｂ_Ｒはコイルの内側では同じ方向で強め合うが、コイルの外側では対向するもの同士（上下同士、左右同士）が互いに逆方向で弱め合う。しかし、アンペールの法則にしたがい、ループの径が小さいほど磁場は強く、ループの径が大きいほど磁場は弱くなるので、コイルＣＬの上方では上辺部回りの磁場Ｂ_Ｔが支配的であり、コイルＣＬの下方では下辺部回りの磁場Ｂ_Ｂが支配的であり、コイルＣＬの左方では左辺部回りの磁場Ｂ_Ｌが支配的であり、コイルＣＬの右方では右辺部回りの磁場Ｂ_Ｒが支配的である。
【００３３】
この実施形態のコイル装置６４では、コイルＣＬより上下左右に分布するループ状磁場Ｂ_Ｔ，Ｂ_Ｂ，Ｂ_Ｌ，Ｂ_Ｒのうち下辺部回りの楕円ループ状磁場Ｂ_Ｂをプラズマエッチング装置に適用または有効利用する。すなわち、コイルＣＬを図１および図２に示すような姿勢でチャンバ１０（図１）の上面に配置する。これにより、コイルＣＬの下辺部回りの磁場Ｂ_Ｂが直下のチャンバ１０内の処理空間ＰＳを水平方向に通り抜ける。適当な配置パターンで多数のコイルを組み合わせて使用し、処理空間ＰＳ内で各コイル毎の磁場Ｂ_Ｂの水平方向成分を円周方向で継ぎ足しまたは重ね合せることによって、半導体ウエハＷの被処理面（上面）に平行な面内つまり水平面内で右回り方向（以下「水平右回り方向」と称する。）または左回り方向（以下「水平左回り方向」と称する。）の同心円状の磁場を形成することができる。
【００３４】
図３に、コイル装置６４におけるコイル配置構成の基本パターンを示す。図示のように、所望の径を有する円Ｆに沿って多数（たとえば８個）のコイルＣＬを等間隔（４５゜間隔）で配置し、各コイルＣＬの軸方向を円Ｆの接線方向に合わせる。電気的には、これらのコイルＣＬ，‥，ＣＬをケーブル７０を介して直列接続し、励磁電源６６より直流の励磁電流Ｉを供給する。各コイルＣＬにおいてはその下辺部回りのループ状磁場Ｂ_Ｂが直下のチャンバ１０の処理空間ＰＳを水平方向に（円Ｆの接線方向と平行な方向で）通り抜ける。全部のコイルＣＬ，‥，ＣＬについてみると、チャンバ１０の処理空間ＰＳで各コイル毎のループ状磁場Ｂ_Ｂの水平方向成分が円周方向で直列に継ぎ足しまたは重なり合って、水平右回り方向または水平左回り方向の同心円状の磁場［Ｂ］が形成される。コイルＣＬの数を多くするほど、この磁場［Ｂ］の水平右回り方向または水平左回り方向は円周方向に近似してくる。
【００３５】
図４に、図１のプラズマエッチング装置に適用されたコイル装置６４におけるコイル配置構成を示す。図４の（Ａ）は平面図、図４の（Ｂ）は略斜視図である。この実施形態では、チャンバ１０の天井の上に設定された半径の異なる２つの円の円周上にそれぞれ第１組（内側）のコイルＣＬ_Ａと第２組（外側）のコイルＣＬ_Ｂが図３の基本パターンで配置される。励磁電源６６（図１）より、第１組（内側）の各コイルＣＬ_Ａには励磁電流Ｉ_Ａが供給され、第２組（外側）の各コイルＣＬ_Ｂには励磁電流Ｉ_Ｂが供給される。チャンバ１０内の処理空間ＰＳでは、第１組（内側）のコイルＣＬ_Ａの直下付近に励磁電流Ｉ_Ａに応じた水平右回り方向または水平左回り方向の同心円状の磁場［Ｂ_ｉｎ］が形成されるとともに、第２組（外側）のコイルＣＬ_Ｂの直下付近に励磁電流Ｉ_Ｂに応じた水平右回り方向または水平左回り方向の同心円状の磁場［Ｂ_ｏｕｔ］が形成され、各位置で両磁場［Ｂ_ｉｎ］，［Ｂ_ｏｕｔ］がベクトル的に重なり合った合成磁場［Ｂ］が形成される。各コイルＣＬ_Ａ，ＣＬ_Ｂ毎の磁場［Ｂ_ｉｎ］，［Ｂ_ｏｕｔ］の向きおよび強度を可変制御することで、各位置における合成磁場［Ｂ］の向きおよび強度を任意に設定または調整できる。
【００３６】
ここで、図５につき実施形態のプラズマエッチング装置におけるコイル装置６４の作用を説明する。
【００３７】
上記のように、コイル装置６４において第１組（内側）および第２組（外側）のコイルＣＬ_Ａ，ＣＬ_Ｂを通電させることによって、チャンバ１０内の処理空間ＰＳに水平右回り方向または水平左回り方向の磁場［Ｂ］を形成することができる。図示の例では、第１組（内側）および第２組（外側）のコイルＣＬ_Ａ，ＣＬ_Ｂに励磁電流Ｉ_Ａ，Ｉ_Ｂを同じ向きで流し、チャンバ１０内の処理空間ＰＳに同じ水平右回り方向もしくは水平左回り方向の磁場［Ｂ］を形成している。一方、高周波電源３２からの高周波電力がサセプタ（下部電極）１２に供給されることで、サセプタ（下部電極）１２と上部電極３８との間の高周波放電によってエッチングガスのプラズマが生成する。そして、上部電極３８に沿うイオンシース内ではプラズマ側から電極３８に向って垂直方向の電界［Ｅ］が生ずる。
【００３８】
上記のような条件下の処理空間ＰＳにおいては、上部電極３８付近でプラズマ中の電子が電界［Ｅ］と磁場［Ｂ］とによるローレンツ力を受けて径方向にドリフトし、さらにはプラズマイオンが電子を追いかけるようにして同方向に移動する。図５の例では電子およびイオンが径方向外側に移動するが、各組のコイルＣＬ_Ａ，ＣＬ_Ｂを流れる励磁電流Ｉ_Ａ，Ｉ_Ｂの方向をそれぞれ逆にすると、電子およびイオンは径方向内側に移動する。このように磁場［Ｂ］の方向（水平右回り方向または水平左回り方向）および強度を制御することにより、そのようなプラズマ電子およびイオンの移動する方向および度合いを任意に制御することが可能であり、ひいては径方向におけるプラズマ密度の空間分布を任意に制御することができる。
【００３９】
この実施形態では、コイル装置６４の各組のコイルＣＬ_Ａ，ＣＬ_Ｂがチャンバ１０の天井の上に配置されるため、チャンバ１０の径サイズに左右されることなく処理空間ＰＳとの近接した距離関係を確保し、処理空間ＰＳにプラズマ密度分布制御用の磁場［Ｂ］を効果的に与えることができる。また、処理空間ＰＳにおいて磁場［Ｂ］の強度は、上記のようにアンペールの法則にしたがい処理空間ＰＳの上部では（上部電極３８に近づくほど）大きく、処理空間ＰＳの下部では（サセプタ１２に近づくほど）小さい。このことによって、サセプタ１２上の半導体ウエハＷに対する磁場［Ｂ］の影響を無くし（または極力少なくし）、ウエハの被処理面を保護することができる。
【００４０】
図６に、この実施形態における励磁電源６６の構成例を示す。この励磁電源６６は、励磁電流Ｉとして直流電流を出力する直流電源７２と、コイルＣＬを流れる励磁電流Ｉの向きを切り換えるための切換スイッチ７４とを有している。直流電源７２は、たとえば制御部６８からの制御信号によって出力電流Ｉの電流値を可変制御できる定電流源回路を含んでいる。スイッチ７４は、直流電源７２の出力端子と両端のコイルＣＬ，ＣＬとの間に設けられ、制御部６８からの制御信号によって、直列接続されたコイル（ＣＬ，ＣＬ，‥‥ＣＬ）に励磁電流Ｉを第１の方向（正方向）に流す第１の位置（ａ）と第２の方向（逆方向）に流す第２の位置（ｂ）との間で切り換えられるようになっている。この実施形態のプラズマエッチング装置では、第１組および第２組のコイルＣＬ_Ａ，ＣＬ_Ｂの各々に対して励磁電源６６に直流電源７２とスイッチ７４が設けられてよい。
【００４１】
図７に、この実施形態のプラズマエッチング装置におけるコイルＣＬ_Ａ，ＣＬ_Ｂ間の配置関係と磁場強度の分布特性を示す。好ましい一実施例によれば、サセプタ１２上の半導体ウエハＷの外周を基準位置として、基準位置よりも径方向内側に第１組のコイルＣＬ_Ａを配置し、基準位置よりも径方向外側に第２組のコイルＣＬ_Ｂを配置してよい。また、各コイルＣＬ_Ａ，ＣＬ_Ｂの径方向サイズ（下辺部の長さ）をＷ_Ａ，Ｗ_Ｂとすると、たとえば電極間ギャップＤ＝４０ｍｍ、半導体ウエハＷの半径Ｒ＝３００ｍｍに対しては、Ｗ_Ａ＝８０ｍｍ、Ｗ_Ｂ＝８０ｍｍに設定してよい。
【００４２】
上記のように、チャンバ１０内の処理空間ＰＳでは、第１組（内側）のコイルＣＬ_Ａの直下付近に励磁電流Ｉ_Ａに応じた水平右回り方向または水平左回り方向の同心円状の磁場［Ｂ_ｉｎ］が形成されるとともに、第２組（外側）のコイルＣＬ_Ｂの直下付近に励磁電流Ｉ_Ｂに応じた水平右回り方向または水平左回り方向の同心円状の磁場［Ｂ_ｏｕｔ］が形成され、各位置で両磁場［Ｂ_ｉｎ］，［Ｂ_ｏｕｔ］がベクトル的に重なり合った合成磁場［Ｂ］が形成される。この合成磁場［Ｂ］の強度は、上部電極３８付近（Ｚ＝Ｄ）で最大で、サセプタ１２に近づくほど小さく、半導体ウエハＷの上面付近（Ｚ＝０）でほぼ零（無磁場）にすることができる。
【００４３】
また、各コイルＣＬ_Ａ，ＣＬ_Ｂ毎の磁場［Ｂ_ｉｎ］，［Ｂ_ｏｕｔ］の向きおよび強度を可変制御することで、処理空間ＰＳ内の各位置における合成磁場［Ｂ］の向きおよび強度を任意に設定または調整できる。たとえば、図７の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）に示すように、コイル磁場［Ｂ_ｉｎ］，［Ｂ_ｏｕｔ］の強度比や方向を変えることによって種々の磁界強度分布を得ることができる。
【００４４】
より詳細には、［Ｂ_ｉｎ］と［Ｂ_ｏｕｔ］を同方向に設定し、［Ｂ_ｉｎ］＞［Ｂ_ｏｕｔ］にした場合は、上部電極３８付近（Ｚ＝Ｄ）で図７の（Ａ）のように中心部が最大で径方向外側に向って漸次的に減少するような磁界強度分布が得られる。［Ｂ_ｉｎ］と［Ｂ_ｏｕｔ］を同方向に設定し、［Ｂ_ｉｎ］＝［Ｂ_ｏｕｔ］にした場合は、上部電極３８付近（Ｚ＝Ｄ）で図７の（Ｂ）のように径方向でほぼ一様な磁界強度分布が得られる。［Ｂ_ｉｎ］と［Ｂ_ｏｕｔ］を同方向に設定し、［Ｂ_ｉｎ］＜［Ｂ_ｏｕｔ］とした場合は、上部電極３８付近（Ｚ＝Ｄ）で図７の（Ｃ）のように半導体ウエハＷの外側に極大点を有し径方向内側に向って減少するような磁界強度分布が得られる。また、［Ｂ_ｉｎ］と［Ｂ_ｏｕｔ］を互いに逆の方向に設定した場合は、上部電極３８付近（Ｚ＝Ｄ）で図７の（Ｄ）のように半導体ウエハＷの中心部と外側にそれぞれ極大点を有し、その間で極小点を有するような磁界強度分布が得られる。
【００４５】
このように、コイル磁場［Ｂ_ｉｎ］，［Ｂ_ｏｕｔ］の強度比や方向を変えることによって処理空間ＰＳ内の各位置における合成磁場［Ｂ］の向きおよび強度を任意に設定または調整し、ひいてはプラズマ密度の空間分布を任意自由に制御することができる。
【００４６】
図８および図９に、実施形態のプラズマエッチング装置におけるコイル配置構成の別の実施例を示す。図８の実施例では、第１組（内側）のコイルＣＬ_Ａの数に比して第２組（外側）のコイルＣＬ_Ｂの数を多くする（たとえばＣＬ_Ａ＝８個に対してＣＬ_Ｂ＝１６個とする）構成により、円周方向（θ方向）および径方向のいずれにおいても磁場強度の均一性を向上させることができる。なお、図８の（Ａ）はコイル配置構成の平面図であり、図８の（Ｂ）は円周方向（θ方向）における磁場の強度分布を示す図である。
【００４７】
図９の実施例では、第１組の各コイルＣＬ_Ａを下辺部が径方向の中心部から周辺部まで放射状に延びるように配置し、周辺部で相隣接する第１組のコイルＣＬ_Ａ，ＣＬ_Ａの間に第２組のコイルＣＬ_Ｂを配置している。この配置構成によっても、図８と同様に円周方向および径方向のいずれにおいても磁場強度を均一化することができる。
【００４８】
また、上記のような第１組および第２組のコイルＣＬ_Ａ，ＣＬ_Ｂに加えて同様の基本配置パターン（図３）を有する第３組のコイルＣＬ_Ｃ（図示せず）を設ける構成も可能であり、あるいは１組のコイルＣＬだけを設ける構成も可能である。
【００４９】
図１０および図１１に、実施形態におけるコイル構造の別の実施例を示す。図１０の実施例では、各コイルＣＬにおいて下辺部の円周方向の幅を径方向内側に向って先細り（たとえば１５゜のテーパ角）に形成する構成によって、処理空間ＰＳにおける磁場［Ｂ］の円周方向成分を高めている。もっとも、磁場［Ｂ］の径方向成分も併存する。なお、図１０の（Ａ），（Ｂ）はコイルＣＬの構成を模式的に示す側面図および平面図である。
【００５０】
図１１の実施例では、コイルＣＬにおいて下辺部よりも上の部分（点線部分）を適当なシールド部材（図示せず）で磁気的に遮蔽する構成とすることにより、処理空間ＰＳにおいて磁場［Ｂ］の径方向成分を少なくして円周方向成分を増強することができる。なお、図１１では図解の簡略化のためコイルＣＬ_Ａ，ＣＬ_Ｂを各々１個だけ示しているが、実際には円周方向に多数（たとえば２４個）配置することができる。なお、図１１の（Ａ），（Ｂ）はコイルＣＬ_Ａ，ＣＬ_Ｂの構成を模式的に示す側面図および平面図である。
【００５１】
図１２に、実施形態におけるコイル装置６４の別の実施例を示す。この実施例では、図１２の（Ａ）に示すように、図８の配置構成つまり図２、図１０または図１１の構成を有するコイルＣＬを半径の異なる２つの円周上にそれぞれ第１組（ＣＬ_Ａ）および第２組（ＣＬ_Ｂ）に組分けして配置する構成に加えて（重ね合せて）、リング状のコイルＣＲを１つまたは複数（図示の例ではＣＲ_Ａ，ＣＲ_Ｂの２つ）同心円状に配置する。各リング状コイルＣＲ_Ａ，ＣＲ_Ｂにも励磁電源（図示せず）より独立した励磁電流が供給されてよい。
【００５２】
図１２の（Ｂ）に示すように、水平に配置されたリング状コイルＣＲに励磁電流Ｉを流すと、コイルＣＲと鎖交する垂直右回り方向または左回り方向のループ状の磁場がコイルＣＲの全周にわたって形成される。チャンバ１０の上面にリング状コイルＣＲが配置されると、コイルＣＲによって形成される上記垂直ループ状磁場はチャンバ１０内の処理空間ＰＳ（図示せず）を径方向に通り抜ける。
【００５３】
したがって、図１２の（Ｃ）に示すように、処理空間ＰＳ内では、第１組および第２組のコイルＣＬ_Ａ，ＣＬ_Ｂによる円周方向の磁場成分Ｂ_ｉｎ，Ｂ_ｏｕｔと両リング状コイルＣＲ_Ａ，ＣＲ_Ｂによる径方向の磁場成分Ｂ_ｒとをベクトル的に重ね合わせた渦巻き放射状の合成磁場Ｂ_ｓが形成され、この合成磁場Ｂ_ｓと電界Ｅ（図示せず）とによるローレンツ力でプラズマ中の荷電粒子が渦巻き状に収束または拡散する方向（図示の例は収束する方向）にドリフトする。
【００５４】
上記実施形態のプラズマエッチング装置ではコイル装置６４のコイルＣＬ_Ａ，ＣＬ_Ｂ，ＣＲ_Ａ，ＣＲ_Ｂをチャンバ１０の外側に配置したが、コイルの全部または一部をチャンバ１０の内側に配置する構成も可能である。また、上記実施形態のプラズマエッチング装置は、プラズマ生成用の高周波電力をサセプタ１２に印加する方式であった。しかし、図示省略するが、本発明は上部電極３８側にプラズマ生成用の高周波電力を印加する方式のプラズマエッチング装置にも適用可能であり、さらにはプラズマＣＶＤ、プラズマ酸化、プラズマ窒化、スパッタリングなどの他のプラズマ処理装置にも適用可能である。また、本発明における被処理基板は半導体ウエハに限るものではなく、フラットパネルディスプレイ用の各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等も可能である。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のプラズマ処理方法、プラズマ処理装置または磁場発生装置によれば、磁場を利用して処理空間におけるプラズマ密度の空間分布を効果的に制御することができるとともに、プラズマ処理の品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるプラズマエッチング装置の構成を示す縦断面図である。
【図２】実施形態におけるコイルの構造を示す斜視図である。
【図３】実施形態におけるコイル配置構成の基本パターンを示す略平面図である。
【図４】実施形態のプラズマエッチング装置に適用したコイル装置のコイル配置構成と磁場形成を示す図である。
【図５】実施形態のプラズマエッチング装置におけるコイル装置の基本的作用を示す図である。
【図６】実施形態における励磁電源の回路図である。
【図７】実施形態のプラズマエッチング装置における各組コイル間の配置関係と磁場強度の分布特性を示す図である。
【図８】実施形態のプラズマエッチング装置におけるコイル配置構成の一実施例を示す略平面図である。
【図９】実施形態のプラズマエッチング装置におけるコイル配置構成の一実施例を示す略平面図である。
【図１０】一実施例によるコイルの構造と作用を示す図である。
【図１１】一実施例によるコイルの構造と作用を示す図である。
【図１２】一実施例によるコイル装置の構造と作用を示す図である。
【符号の説明】
１０チャンバ（処理容器）
１２サセプタ（下部電極）
２８排気装置
３２高周波電源
３８シャワーヘッド（上部電極）
５６電極板
６２処理ガス供給部
６４コイル装置
６６励磁電源
６８制御部
７０ケーブル
ＣＬ，ＣＬ_Ａ，ＣＬ_Ｂコイル
ＣＲ，ＣＲ_Ａ，ＣＲ_Ｂリング状コイル

Claims

処理空間の上部および下部にそれぞれ上部電極および下部電極を配置し、両電極間に高周波電界を形成するとともに処理ガスを流し込んで前記処理ガスのプラズマを生成し、前記プラズマの下で被処理基板に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、
前記処理空間に前記被処理基板の被処理面に平行な面内で右回り方向または左回り方向の磁場を形成するプラズマ処理方法。
前記処理空間における前記磁場の方向を前記右回り方向および前記左回り方向のいずれも選択可能とする請求項１に記載のプラズマ処理方法。
前記処理空間においてプラズマ密度の空間分布を制御するために前記磁場の方向および強度の少なくとも一方を制御する請求項１または２に記載のプラズマ処理方法。
前記処理空間の径方向における中心部と周辺部とで前記磁場の方向を独立に設定または選択する請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。
前記処理空間において前記磁場の強度は円周方向でほぼ一定である請求項１〜４のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。
前記下部電極上に前記被処理基板を載置し、電極間の各位置で前記上部電極に近づくほど前記磁場の強度を大きくし前記下部電極に近づくほど前記磁場の強度を小さくする請求項１〜５のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。
減圧された処理空間を形成するための処理容器と、
被処理基板を載置するための上面を有し、前記処理空間の下部に配置される下部電極と、
前記下部電極と対向して前記処理空間の上部に配置される上部電極と、
前記処理空間に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
プラズマ生成用の高周波電圧を前記下部電極および前記上部電極の少なくとも一方に供給する高周波給電部と、
前記処理空間に前記被処理基板の被処理面に平行な面内で右回り方向または左回り方向の磁場を形成する磁場発生部と
を有するプラズマ処理装置。
前記磁場発生部が、前記処理空間においてプラズマ密度の空間分布を制御するために前記磁場の方向および強度の少なくとも一方を制御する請求項７に記載のプラズマ処理装置。
前記磁場発生部が、
前記処理空間の外に配置され、通電により前記処理空間に前記右回り方向または左回り方向の磁場を形成するコイル装置と、
前記コイル装置に励磁電流を供給する励磁電源部と
を有する請求項７または８に記載のプラズマ処理装置。
前記コイル装置が、前記上部電極の上方に設定されたほぼ水平な第１の円の円周上に所定の間隔を置いて複数配置され、各々が通電により前記処理空間内に径方向とほぼ直交する方向の磁場を形成する第１組のコイルを有する請求項９に記載のプラズマ処理装置。
前記コイル装置が、前記上部電極の上方に設定された前記第１の円に対して実質的な同心円であるほぼ水平な第２の円の円周上に所定の間隔を置いて複数配置され、各々が通電により前記処理空間内に径方向とほぼ直交する方向の磁場を形成する第２組のコイルを有する請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
各々の前記コイルが径方向に延びるほぼ水平な下辺部を有し、通電により前記下辺部の回りに生成されるループ状の磁場が前記処理空間を径方向とほぼ直交する方向に通り抜ける請求項１０または１１に記載のプラズマ処理装置。
前記コイルの下辺部が径方向内側に向って先細りに形成される請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
前記コイルの下辺部を除く部分の全部または一部が磁気的に遮蔽される請求項１２または１３に記載のプラズマ処理装置。
各々の組に属する前記複数のコイルが電気的に直列接続されている請求項９〜１４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
前記励磁電源部が、前記磁場の強度を可変制御するために前記コイルに流れる励磁電流の値を可変制御する電流値制御部を有する請求項９〜１５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
前記励磁電源部が、前記磁場の方向を切り換えるために前記コイルに流れる励磁電流の向きを切り換える電流方向切換部を有する請求項９〜１６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
減圧された処理空間を形成するための処理容器と、
被処理基板を載置するための上面を有し、前記処理空間の下部に配置される下部電極と、
前記下部電極と対向して前記処理空間の上部に配置される上部電極と、
前記処理空間に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
プラズマ生成用の高周波電圧を前記下部電極および前記上部電極の少なくとも一方に供給する高周波給電部と、
前記処理空間に前記被処理基板の被処理面に平行な面内で右回り方向または左回り方向の磁場を形成する第１の磁場発生部と、
前記被処理基板の被処理面に平行な面内で前記右回り方向または左回り方向の磁場と交差するように径方向に前記処理空間を通る磁場を形成する第２の磁場発生部と
を有するプラズマ処理装置。
前記下部電極に前記高周波電圧を印加し、前記上部電極をグランド電位に接続する請求項９〜１８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
被処理基板に対する処理にプラズマを用いる処理空間内に磁場を形成するための磁場発生装置において、
前記処理空間の外に配置され、通電により前記処理空間に前記被処理基板の被処理面に水平な面内で右回り方向または左回り方向の磁場を形成するコイル装置と、
前記コイル装置に励磁電流を供給する励磁電源部と
を有する磁場発生装置。
前記コイル装置が、前記上部電極の上方に設定されたほぼ水平な第１の円の円周上に所定の間隔を置いて複数配置され、各々が通電により前記処理空間内に径方向とほぼ直交する方向の磁場を形成する第１組のコイルを有する請求項２０に記載の磁場発生装置。
前記コイル装置が、前記上部電極の上方に設定された前記第１の円に対して実質的な同心円であるほぼ水平な第２の円の円周上に所定の間隔を置いて複数配置され、各々が通電により前記処理空間内に径方向とほぼ直交する方向の磁場を形成する第２組のコイルを有する請求項２１に記載の磁場発生装置。
各々の前記コイルが径方向に延びるほぼ水平な下辺部を有し、通電により前記下辺部の回りに形成されるループ状の磁場が前記処理空間を径方向とほぼ直交する方向に通り抜ける請求項２１または２２に記載の磁場発生装置。
前記コイルの下辺部が径方向内側に向って先細りに形成される請求項２３に記載のプラズマ処理装置。
前記コイルの下辺部を除く部分の全部または一部が磁気的に遮蔽される請求項２３または２４に記載のプラズマ処理装置。
各々の組に属する前記複数のコイルが電気的に直列接続される請求項２１〜２５のいずれか一項に記載の磁場発生装置。
前記励磁電源部が、前記磁場の強度を可変制御するために前記コイルに流れる励磁電流の値を可変制御する電流値制御部を有する請求項２０〜２６のいずれか一項に記載の磁場発生装置。
前記励磁電源部が、前記磁場の方向を切り換えるために前記コイルに流れる励磁電流の向きを切り換える電流方向切換部を有する請求項２０〜２７のいずれか一項に記載の磁場発生装置。