JP2001338912A - プラズマ処理装置および処理方法 - Google Patents
プラズマ処理装置および処理方法Info
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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
- H01J37/32623—Mechanical discharge control means
-
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- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/3266—Magnetic control means
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 被処理基板をプラズマ処理する際にチャージ
アップダメージを発生させることなく、処理レートを均
一にすることができるプラズマ処理装置およびプラズマ
処理方法を提供すること。 【解決手段】 真空に保持可能なチャンバー１と、チャ
ンバー１内に互いに対向して設けられた一対の電極２，
１６と、これら一対の電極２，１６の間に高周波電界を
形成する電界形成手段１０と、チャンバー１内に処理ガ
スを供給する処理ガス供給手段１５と、チャンバーの周
囲に設けられ、一対の電極２，１６の間に形成される処
理空間の周囲に磁場を形成する磁場形成手段２１とを具
備し、電極２に被処理基板Ｗが支持され、かつ磁場形成
手段２１により処理空間の周囲に磁場が形成された状態
で、一対の電極２，１６間に形成された高周波電界によ
り処理ガスのプラズマが形成され、被処理基板Ｗにプラ
ズマ処理が施される。
アップダメージを発生させることなく、処理レートを均
一にすることができるプラズマ処理装置およびプラズマ
処理方法を提供すること。 【解決手段】 真空に保持可能なチャンバー１と、チャ
ンバー１内に互いに対向して設けられた一対の電極２，
１６と、これら一対の電極２，１６の間に高周波電界を
形成する電界形成手段１０と、チャンバー１内に処理ガ
スを供給する処理ガス供給手段１５と、チャンバーの周
囲に設けられ、一対の電極２，１６の間に形成される処
理空間の周囲に磁場を形成する磁場形成手段２１とを具
備し、電極２に被処理基板Ｗが支持され、かつ磁場形成
手段２１により処理空間の周囲に磁場が形成された状態
で、一対の電極２，１６間に形成された高周波電界によ
り処理ガスのプラズマが形成され、被処理基板Ｗにプラ
ズマ処理が施される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等の
基板に対してプラズマによる処理を行うプラズマ処理装
置および処理方法に関する。
基板に対してプラズマによる処理を行うプラズマ処理装
置および処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、比較的低圧雰囲気にて高密度のプ
ラズマを生成して微細加工のエッチングを行うマグネト
ロンプラズマエッチング装置が実用化されている。この
装置は、永久磁石をチャンバーの上方に配置し、永久磁
石から漏洩した磁場を半導体ウエハ（以下、単にウエハ
と記す）に対して水平に印加するとともに、これに直交
する高周波電界を印加して、その際に生じる電子のドリ
フト運動を利用して極めて高効率でエッチングするもの
である。
ラズマを生成して微細加工のエッチングを行うマグネト
ロンプラズマエッチング装置が実用化されている。この
装置は、永久磁石をチャンバーの上方に配置し、永久磁
石から漏洩した磁場を半導体ウエハ（以下、単にウエハ
と記す）に対して水平に印加するとともに、これに直交
する高周波電界を印加して、その際に生じる電子のドリ
フト運動を利用して極めて高効率でエッチングするもの
である。
【０００３】このようなマグネトロンプラズマにおいて
は、電子のドリフト運動に寄与するのは電界に垂直な磁
場、すなわちウエハに対して水平な磁場であるが、上記
装置では必ずしも均一な水平磁場が形成されていないこ
とから、プラズマの均一性が十分ではなく、エッチング
速度の不均一や、チャージアップダメージ等が生じると
いう問題がある。
は、電子のドリフト運動に寄与するのは電界に垂直な磁
場、すなわちウエハに対して水平な磁場であるが、上記
装置では必ずしも均一な水平磁場が形成されていないこ
とから、プラズマの均一性が十分ではなく、エッチング
速度の不均一や、チャージアップダメージ等が生じると
いう問題がある。
【０００４】このような問題を回避するために、チャン
バー内の処理空間においてウエハに対して一様な水平磁
場を形成することが要望されており、そのような磁場を
発生することができる磁石としてダイポールリング磁石
が知られている。図５に示すように、このダイポールリ
ング磁石１０２は、チャンバー１０１の外側に複数の異
方性セグメント柱状磁石１０３をリング状に配置したも
のであり、これら複数のセグメント柱状磁石１０３の磁
化の方向を少しずつずらして全体として一様な水平磁場
Ｂを形成するものである。なお、図５は装置を上から見
た図（平面図）であり、磁場方向の基端側をＮ、先端側
をＳ、これらから９０°の位置をＥおよびＷで示してい
る。また、図５において、参照符号１００はウエハであ
る。
バー内の処理空間においてウエハに対して一様な水平磁
場を形成することが要望されており、そのような磁場を
発生することができる磁石としてダイポールリング磁石
が知られている。図５に示すように、このダイポールリ
ング磁石１０２は、チャンバー１０１の外側に複数の異
方性セグメント柱状磁石１０３をリング状に配置したも
のであり、これら複数のセグメント柱状磁石１０３の磁
化の方向を少しずつずらして全体として一様な水平磁場
Ｂを形成するものである。なお、図５は装置を上から見
た図（平面図）であり、磁場方向の基端側をＮ、先端側
をＳ、これらから９０°の位置をＥおよびＷで示してい
る。また、図５において、参照符号１００はウエハであ
る。
【０００５】ところで、このようなダイポールリング磁
石においては、従来の磁場発生装置に比較して磁場の均
一性が格段に良好になってはいるものの、このダイポー
ルリング磁石によって形成される水平磁場は、ＮからＳ
の一方向のみを向いている水平磁場であるため、このま
までは電子はドリフト運動を行って一方向に進み、プラ
ズマ密度の不均一を生じる。すなわち、電子は、電界と
磁界との外積方向、つまり電界が上から下に向かって形
成されている場合には、ＥからＷに向かってドリフト運
動を行って進むため、Ｅ側ではプラズマ密度が低く、Ｗ
側でプラズマ密度が高いという不均一が生じる。そし
て、このようなプラズマ密度の不均一が生じると、エッ
チングによりホールが形成された際にチャージアップダ
メージを生ずるおそれがある。
石においては、従来の磁場発生装置に比較して磁場の均
一性が格段に良好になってはいるものの、このダイポー
ルリング磁石によって形成される水平磁場は、ＮからＳ
の一方向のみを向いている水平磁場であるため、このま
までは電子はドリフト運動を行って一方向に進み、プラ
ズマ密度の不均一を生じる。すなわち、電子は、電界と
磁界との外積方向、つまり電界が上から下に向かって形
成されている場合には、ＥからＷに向かってドリフト運
動を行って進むため、Ｅ側ではプラズマ密度が低く、Ｗ
側でプラズマ密度が高いという不均一が生じる。そし
て、このようなプラズマ密度の不均一が生じると、エッ
チングによりホールが形成された際にチャージアップダ
メージを生ずるおそれがある。
【０００６】このように現状のマグネトロンプラズマエ
ッチング装置ではチャージアップダメージが不可避的に
生じてしまうため、このようなチャージアップダメージ
を完全に解消するためには、磁石を取り去らざるを得な
い。
ッチング装置ではチャージアップダメージが不可避的に
生じてしまうため、このようなチャージアップダメージ
を完全に解消するためには、磁石を取り去らざるを得な
い。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、磁石を取り去
ることによりチャージアップダメージは解消されるもの
の、ウエハ面内でのエッチングレートが高周波電力の給
電位置である中央において大きくなるという現象が生じ
ることがある。このような現象は印加する高周波電力の
周波数が小さい場合にはあまり問題にならないが、近時
要求されている高プラズマ密度による高効率のエッチン
グ処理を実現するために、磁石を取り去ることによるプ
ラズマ密度の低下分を補うべく高周波電力の周波数を高
くした場合に顕在化する。
ることによりチャージアップダメージは解消されるもの
の、ウエハ面内でのエッチングレートが高周波電力の給
電位置である中央において大きくなるという現象が生じ
ることがある。このような現象は印加する高周波電力の
周波数が小さい場合にはあまり問題にならないが、近時
要求されている高プラズマ密度による高効率のエッチン
グ処理を実現するために、磁石を取り去ることによるプ
ラズマ密度の低下分を補うべく高周波電力の周波数を高
くした場合に顕在化する。
【０００８】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であって、被処理基板をプラズマ処理する際にチャージ
アップダメージを発生させることなく、処理レートを均
一にすることができるプラズマ処理装置およびプラズマ
処理方法を提供することを目的とする。
であって、被処理基板をプラズマ処理する際にチャージ
アップダメージを発生させることなく、処理レートを均
一にすることができるプラズマ処理装置およびプラズマ
処理方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、真空に保持可能なチャンバーと、前記チ
ャンバー内に互いに対向して設けられた一対の電極と、
これら一対の電極の間に高周波電界を形成する電界形成
手段と、前記チャンバー内に処理ガスを供給する処理ガ
ス供給手段と、前記チャンバーの周囲に設けられ、前記
一対の電極の間に形成される処理空間の周囲に磁場を形
成する磁場形成手段とを具備し、前記電極のうち一方に
被処理基板が支持され、かつ前記磁場形成手段により前
記処理空間の周囲に磁場が形成された状態で、前記一対
の電極間に形成された高周波電界により処理ガスのプラ
ズマが形成され、被処理基板にプラズマ処理が施される
ことを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。
め、本発明は、真空に保持可能なチャンバーと、前記チ
ャンバー内に互いに対向して設けられた一対の電極と、
これら一対の電極の間に高周波電界を形成する電界形成
手段と、前記チャンバー内に処理ガスを供給する処理ガ
ス供給手段と、前記チャンバーの周囲に設けられ、前記
一対の電極の間に形成される処理空間の周囲に磁場を形
成する磁場形成手段とを具備し、前記電極のうち一方に
被処理基板が支持され、かつ前記磁場形成手段により前
記処理空間の周囲に磁場が形成された状態で、前記一対
の電極間に形成された高周波電界により処理ガスのプラ
ズマが形成され、被処理基板にプラズマ処理が施される
ことを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。
【００１０】また、本発明は、真空に保持可能なチャン
バーと、前記チャンバー内に相対向するように設けられ
た第１および第２の電極と、前記第２の電極に高周波を
印加して前記第１および第２の電極の間に電界を形成す
る高周波印加手段と、前記チャンバー内に処理ガスを供
給する処理ガス供給手段と、前記チャンバーの周囲に設
けられ、前記第１および第２の電極の間に形成される処
理空間の周囲に磁場を形成する磁場形成手段とを具備
し、前記第２の電極に被処理基板が支持され、かつ前記
磁場形成手段により前記処理空間の周囲に磁場が形成さ
れた状態で、前記第１および第２の電極間に形成された
高周波電界により処理ガスのプラズマが形成され、被処
理基板にプラズマ処理が施されることを特徴とするプラ
ズマ処理装置を提供する。
バーと、前記チャンバー内に相対向するように設けられ
た第１および第２の電極と、前記第２の電極に高周波を
印加して前記第１および第２の電極の間に電界を形成す
る高周波印加手段と、前記チャンバー内に処理ガスを供
給する処理ガス供給手段と、前記チャンバーの周囲に設
けられ、前記第１および第２の電極の間に形成される処
理空間の周囲に磁場を形成する磁場形成手段とを具備
し、前記第２の電極に被処理基板が支持され、かつ前記
磁場形成手段により前記処理空間の周囲に磁場が形成さ
れた状態で、前記第１および第２の電極間に形成された
高周波電界により処理ガスのプラズマが形成され、被処
理基板にプラズマ処理が施されることを特徴とするプラ
ズマ処理装置を提供する。
【００１１】さらに、本発明は、チャンバー内に一対の
電極を配置し、いずれかの電極に被処理基板を支持させ
て、前記一対の電極間に電界を形成するとともに、前記
一対の電極の間に形成される処理空間の周囲に磁場を形
成し、その状態で前記一対の電極間に形成された高周波
電界により処理ガスのプラズマを形成し、被処理基板に
プラズマ処理を施すことを特徴とするプラズマ処理方法
を提供する。
電極を配置し、いずれかの電極に被処理基板を支持させ
て、前記一対の電極間に電界を形成するとともに、前記
一対の電極の間に形成される処理空間の周囲に磁場を形
成し、その状態で前記一対の電極間に形成された高周波
電界により処理ガスのプラズマを形成し、被処理基板に
プラズマ処理を施すことを特徴とするプラズマ処理方法
を提供する。
【００１２】本発明によれば、磁場形成手段により処理
空間の周囲に磁場を形成するので、被処理基板の存在位
置を実質的に無磁場状態としてチャージアップダメージ
を防止することができるとともに、この磁場によりプラ
ズマ閉じこめ効果が発揮され、印加する高周波電力の周
波数が高い場合でも、処理空間にある被処理基板におけ
るプラズマ処理レート、例えばエッチングレートを、被
処理基板のエッジ部と中央部とでほぼ同等とすることが
でき、処理レートを均一化することができる。
空間の周囲に磁場を形成するので、被処理基板の存在位
置を実質的に無磁場状態としてチャージアップダメージ
を防止することができるとともに、この磁場によりプラ
ズマ閉じこめ効果が発揮され、印加する高周波電力の周
波数が高い場合でも、処理空間にある被処理基板におけ
るプラズマ処理レート、例えばエッチングレートを、被
処理基板のエッジ部と中央部とでほぼ同等とすることが
でき、処理レートを均一化することができる。
【００１３】このような処理空間の周囲に磁場を形成す
るためには、永久磁石からなる複数のセグメント磁石を
前記チャンバーの周囲にリング状に配置してなるマルチ
ポール状態のリング磁石を用いることができる。
るためには、永久磁石からなる複数のセグメント磁石を
前記チャンバーの周囲にリング状に配置してなるマルチ
ポール状態のリング磁石を用いることができる。
【００１４】このようなマルチポール状態のリング磁石
によって磁場を形成すると、チャンバー壁がその磁極に
対応する部分で削られる現象が生じるおそれがあるが、
リング磁石をチャンバーの円周方向に沿って回転させる
回転手段を設けることにより、このような不都合を解消
することができる。
によって磁場を形成すると、チャンバー壁がその磁極に
対応する部分で削られる現象が生じるおそれがあるが、
リング磁石をチャンバーの円周方向に沿って回転させる
回転手段を設けることにより、このような不都合を解消
することができる。
【００１５】また、電極上の被処理基板の周囲に導電性
または絶縁性のフォーカスリングを設けることにより、
プラズマ処理の均一化効果を一層高めることができる。
すなわち、導電性の場合、フォーカスリング領域までが
電極として機能するため、プラズマ形成領域がフォーカ
スリング上まで広がり、被処理基板の周辺部におけるプ
ラズマ処理が促進され処理の均一性が向上する。また絶
縁性の場合、フォーカスリングとプラズマ中の電子やイ
オンとの間で電荷の授受を行えないので、プラズマを閉
じこめる作用を増大させることができ処理の均一性が向
上する。
または絶縁性のフォーカスリングを設けることにより、
プラズマ処理の均一化効果を一層高めることができる。
すなわち、導電性の場合、フォーカスリング領域までが
電極として機能するため、プラズマ形成領域がフォーカ
スリング上まで広がり、被処理基板の周辺部におけるプ
ラズマ処理が促進され処理の均一性が向上する。また絶
縁性の場合、フォーカスリングとプラズマ中の電子やイ
オンとの間で電荷の授受を行えないので、プラズマを閉
じこめる作用を増大させることができ処理の均一性が向
上する。
【００１６】本発明は、高周波電力の周波数が１３．５
６〜１５０ＭＨｚと高くプラズマ処理の不均一が生じや
すい場合に特に有効である。また、高周波印加手段とし
て、プラズマ形成用の高周波を印加する第１の高周波電
源と、イオン引き込み用の高周波を印加する第２の高周
波電源とを有するものを用いることができ、その場合に
は、第１の高周波電源の周波数を１３．５６〜１５０Ｍ
Ｈｚ、第２の高周波電源の周波数を５００ｋＨｚ〜５Ｍ
Ｈｚとすることができる。
６〜１５０ＭＨｚと高くプラズマ処理の不均一が生じや
すい場合に特に有効である。また、高周波印加手段とし
て、プラズマ形成用の高周波を印加する第１の高周波電
源と、イオン引き込み用の高周波を印加する第２の高周
波電源とを有するものを用いることができ、その場合に
は、第１の高周波電源の周波数を１３．５６〜１５０Ｍ
Ｈｚ、第２の高周波電源の周波数を５００ｋＨｚ〜５Ｍ
Ｈｚとすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実
施形態に係るプラズマエッチング装置を示す断面図であ
る。このエッチング装置は、気密に構成され、小径の上
部１ａと大径の下部１ｂとからなる段つき円筒状をな
し、壁部が例えばアルミニウム製のチャンバー１を有し
ている。
の実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実
施形態に係るプラズマエッチング装置を示す断面図であ
る。このエッチング装置は、気密に構成され、小径の上
部１ａと大径の下部１ｂとからなる段つき円筒状をな
し、壁部が例えばアルミニウム製のチャンバー１を有し
ている。
【００１８】このチャンバー１内には、被処理基板であ
るウエハＷを水平に支持する支持テーブル２が設けられ
ている。支持テーブル２は例えばアルミニウムで構成さ
れており、絶縁板３を介して導体の支持台４に支持され
ている。また、支持テーブル２の上方の外周には導電性
材料または絶縁性材料で形成されたフォーカスリング５
が設けられている。このフォーカスリング５としては、
ウエハＷの直径が２００ｍｍφの場合に２４０〜２８０
ｍｍφの直径のものが採用される。上記支持テーブル２
と支持台４は、ボールねじ７を含むボールねじ機構によ
り昇降可能となっており、支持台４の下方の駆動部分
は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）製のベローズ８で覆われて
いる。チャンバー１は接地されており、また支持テーブ
ル２の中には冷媒流路（図示せず）が設けられて冷却可
能となっている。また、ベローズ８の外側にはベローズ
カバー９が設けられている。
るウエハＷを水平に支持する支持テーブル２が設けられ
ている。支持テーブル２は例えばアルミニウムで構成さ
れており、絶縁板３を介して導体の支持台４に支持され
ている。また、支持テーブル２の上方の外周には導電性
材料または絶縁性材料で形成されたフォーカスリング５
が設けられている。このフォーカスリング５としては、
ウエハＷの直径が２００ｍｍφの場合に２４０〜２８０
ｍｍφの直径のものが採用される。上記支持テーブル２
と支持台４は、ボールねじ７を含むボールねじ機構によ
り昇降可能となっており、支持台４の下方の駆動部分
は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）製のベローズ８で覆われて
いる。チャンバー１は接地されており、また支持テーブ
ル２の中には冷媒流路（図示せず）が設けられて冷却可
能となっている。また、ベローズ８の外側にはベローズ
カバー９が設けられている。
【００１９】支持テーブル２のほぼ中央には、高周波電
力を供給するための給電線１２が接続されており、この
給電線１２にはマッチングボックス１１および高周波電
源１０が接続されている。高周波電源１０からは１３．
５６〜１５０ＭＨｚの範囲、好ましくは１３．５６〜６
７．８ＭＨｚの範囲、例えば４０ＭＨｚの高周波電力が
支持テーブル２に供給されるようになっている。一方、
支持テーブル２に対向してその上方には後述するシャワ
ーヘッド１６が互いに平行に設けられており、このシャ
ワーヘッド１６は接地されている。したがって、支持テ
ーブル２およびシャワーヘッド１６これらは一対の電極
として機能する。
力を供給するための給電線１２が接続されており、この
給電線１２にはマッチングボックス１１および高周波電
源１０が接続されている。高周波電源１０からは１３．
５６〜１５０ＭＨｚの範囲、好ましくは１３．５６〜６
７．８ＭＨｚの範囲、例えば４０ＭＨｚの高周波電力が
支持テーブル２に供給されるようになっている。一方、
支持テーブル２に対向してその上方には後述するシャワ
ーヘッド１６が互いに平行に設けられており、このシャ
ワーヘッド１６は接地されている。したがって、支持テ
ーブル２およびシャワーヘッド１６これらは一対の電極
として機能する。
【００２０】支持テーブル２の表面上にはウエハＷを静
電吸着するための静電チャック６が設けられている。こ
の静電チャック６は絶縁体６ｂの間に電極６ａが介在さ
れて構成されており、電極６ａには直流電源１３が接続
されている。そして電極６ａに電源１３から電圧が印加
されることにより、例えばクーロン力によって半導体ウ
エハＷが吸着される。
電吸着するための静電チャック６が設けられている。こ
の静電チャック６は絶縁体６ｂの間に電極６ａが介在さ
れて構成されており、電極６ａには直流電源１３が接続
されている。そして電極６ａに電源１３から電圧が印加
されることにより、例えばクーロン力によって半導体ウ
エハＷが吸着される。
【００２１】支持テーブル２の内部には、図示しない冷
媒流路が形成されており、その中に適宜の冷媒を循環さ
せることによって、ウエハＷを所定の温度に制御可能と
なっている。また、冷媒からの冷熱を効率よくウエハＷ
に伝達するためにウエハＷの裏面にＨｅガスを供給する
ガス導入機構（図示せず）が設けられている。さらに、
フォーカスリング５の外側にはバッフル板１４が設けら
れている。バッフル板１４は支持台４、ベローズ８を通
してチャンバー１と導通している。
媒流路が形成されており、その中に適宜の冷媒を循環さ
せることによって、ウエハＷを所定の温度に制御可能と
なっている。また、冷媒からの冷熱を効率よくウエハＷ
に伝達するためにウエハＷの裏面にＨｅガスを供給する
ガス導入機構（図示せず）が設けられている。さらに、
フォーカスリング５の外側にはバッフル板１４が設けら
れている。バッフル板１４は支持台４、ベローズ８を通
してチャンバー１と導通している。
【００２２】上記シャワーヘッド１６は、チャンバー１
の天壁部分に支持テーブル２に対向するように設けられ
ている。シャワーヘッド１６は、その下面に多数のガス
吐出孔１８が設けられており、かつその上部にガス導入
部１６ａを有している。そして、その内部には空間１７
が形成されている。ガス導入部１６ａにはガス供給配管
１５ａが接続されており、このガス供給配管１５ａの他
端には、エッチング用の反応ガスおよび希釈ガスからな
る処理ガスを供給する処理ガス供給系１５が接続されて
いる。反応ガスとしては、ハロゲン系のガスや、希釈ガ
スとしては、Ａｒガス、Ｈｅガス等、通常この分野で用
いられるガスを用いることができる。
の天壁部分に支持テーブル２に対向するように設けられ
ている。シャワーヘッド１６は、その下面に多数のガス
吐出孔１８が設けられており、かつその上部にガス導入
部１６ａを有している。そして、その内部には空間１７
が形成されている。ガス導入部１６ａにはガス供給配管
１５ａが接続されており、このガス供給配管１５ａの他
端には、エッチング用の反応ガスおよび希釈ガスからな
る処理ガスを供給する処理ガス供給系１５が接続されて
いる。反応ガスとしては、ハロゲン系のガスや、希釈ガ
スとしては、Ａｒガス、Ｈｅガス等、通常この分野で用
いられるガスを用いることができる。
【００２３】このような処理ガスが、処理ガス供給系１
５からガス供給配管１５ａ、ガス導入部１６ａを介して
シャワーヘッド１６の空間１７に至り、ガス吐出孔１８
から吐出され、ウエハＷに形成された膜のエッチングに
供される。
５からガス供給配管１５ａ、ガス導入部１６ａを介して
シャワーヘッド１６の空間１７に至り、ガス吐出孔１８
から吐出され、ウエハＷに形成された膜のエッチングに
供される。
【００２４】チャンバー１の下部１ｂの側壁には、排気
ポート１９が形成されており、この排気ポート１９には
排気系２０が接続されている。そして排気系２０に設け
られた真空ポンプを作動させることによりチャンバー１
内を所定の真空度まで減圧することができるようになっ
ている。一方、チャンバー１の下部１ｂの側壁上側に
は、ウエハＷの搬入出口を開閉するゲートバルブ２４が
設けられている。
ポート１９が形成されており、この排気ポート１９には
排気系２０が接続されている。そして排気系２０に設け
られた真空ポンプを作動させることによりチャンバー１
内を所定の真空度まで減圧することができるようになっ
ている。一方、チャンバー１の下部１ｂの側壁上側に
は、ウエハＷの搬入出口を開閉するゲートバルブ２４が
設けられている。
【００２５】一方、チャンバー１の上部１ａの周囲に
は、同心状に、リング磁石２１が配置されており、支持
テーブル２とシャワーヘッド１６との間の処理空間の周
囲に磁界を形成するようになっている。このリング磁石
２１は、回転機構２５により回転可能となっている。
は、同心状に、リング磁石２１が配置されており、支持
テーブル２とシャワーヘッド１６との間の処理空間の周
囲に磁界を形成するようになっている。このリング磁石
２１は、回転機構２５により回転可能となっている。
【００２６】リング磁石２１は、図２の水平断面図に示
すように、永久磁石からなる複数のセグメント磁石２２
が図示しない支持部材により支持された状態でリング状
に配置されて構成されている。この例では、１６個のセ
グメント磁石２２がリング状（同心円状）にマルチポー
ル状態で配置されている。すなわち、リング状磁石２１
においては、隣接する複数のセグメント磁石２２同士の
磁極の向きが互いに逆向きになるように配置されてお
り、したがって、磁力線が図示のように隣接するセグメ
ント磁石２２間に形成され、処理空間の周辺部のみに例
えば２００〜２０００Gauss（０．０２〜０．２Ｔ）の
磁場が形成され、ウエハ配置部分は実質的に無磁場状態
となる。
すように、永久磁石からなる複数のセグメント磁石２２
が図示しない支持部材により支持された状態でリング状
に配置されて構成されている。この例では、１６個のセ
グメント磁石２２がリング状（同心円状）にマルチポー
ル状態で配置されている。すなわち、リング状磁石２１
においては、隣接する複数のセグメント磁石２２同士の
磁極の向きが互いに逆向きになるように配置されてお
り、したがって、磁力線が図示のように隣接するセグメ
ント磁石２２間に形成され、処理空間の周辺部のみに例
えば２００〜２０００Gauss（０．０２〜０．２Ｔ）の
磁場が形成され、ウエハ配置部分は実質的に無磁場状態
となる。
【００２７】ここで実質的に無磁場とは、ウエハ配置部
分にエッチング処理に影響を与える磁場が形成されてい
ないことをいい、実質的にウエハ処理に影響を及ぼさな
い、例えば磁束密度１０Gauss（１０００μＴ）以下の
磁場がウエハ周辺部に存在していてもよい。図２に示す
状態では、ウエハ周辺部に例えば磁束密度４．２Gauss
（４２０μＴ）以下の磁場が印加されており、これによ
りプラズマを閉じ込める機能が発揮される。
分にエッチング処理に影響を与える磁場が形成されてい
ないことをいい、実質的にウエハ処理に影響を及ぼさな
い、例えば磁束密度１０Gauss（１０００μＴ）以下の
磁場がウエハ周辺部に存在していてもよい。図２に示す
状態では、ウエハ周辺部に例えば磁束密度４．２Gauss
（４２０μＴ）以下の磁場が印加されており、これによ
りプラズマを閉じ込める機能が発揮される。
【００２８】なお、セグメント磁石の数はこの例に限定
されるものではない。また、その断面形状もこの例のよ
うに長方形に限らず、円、正方形、台形等、任意の形状
を採用することができる。セグメント磁石２２を構成す
る磁石材料も特に限定されるものではなく、例えば、希
土類系磁石、フェライト系磁石、アルニコ磁石等、公知
の磁石材料を適用することができる。
されるものではない。また、その断面形状もこの例のよ
うに長方形に限らず、円、正方形、台形等、任意の形状
を採用することができる。セグメント磁石２２を構成す
る磁石材料も特に限定されるものではなく、例えば、希
土類系磁石、フェライト系磁石、アルニコ磁石等、公知
の磁石材料を適用することができる。
【００２９】次に、このように構成されるプラズマエッ
チング装置における処理動作について説明する。まず、
ゲートバルブ２４を開にしてウエハＷがチャンバー１内
に搬入され、支持テーブル２に載置された後、支持テー
ブル２が図示の位置まで上昇され、排気系２０の真空ポ
ンプにより排気ポート１９を介してチャンバー１内が排
気される。
チング装置における処理動作について説明する。まず、
ゲートバルブ２４を開にしてウエハＷがチャンバー１内
に搬入され、支持テーブル２に載置された後、支持テー
ブル２が図示の位置まで上昇され、排気系２０の真空ポ
ンプにより排気ポート１９を介してチャンバー１内が排
気される。
【００３０】チャンバー１内が所定の真空度になった
後、チャンバー１内には処理ガス供給系１５から所定の
処理ガスが例えば１００〜１０００ｓｃｃｍ（０．１〜
１Ｌ／ｍｉｎ）導入され、チャンバー１内が所定の圧力
は、例えば１０〜１０００mTorr（１．３３〜１３３．
３Ｐａ）、好ましくは２０〜２００mTorr（２．６７〜
２６．６６Ｐａ）程度に保持され、この状態で高周波電
源１０から支持テーブル２に、周波数が１３．５６〜１
５０ＭＨｚ、例えば４０ＭＨｚ、パワーが１００〜３０
００Ｗの高周波電力が供給される。このとき、直流電源
１３から静電チャック６の電極６ａに所定の電圧が印加
され、ウエハＷは例えばクーロン力により吸着される。
後、チャンバー１内には処理ガス供給系１５から所定の
処理ガスが例えば１００〜１０００ｓｃｃｍ（０．１〜
１Ｌ／ｍｉｎ）導入され、チャンバー１内が所定の圧力
は、例えば１０〜１０００mTorr（１．３３〜１３３．
３Ｐａ）、好ましくは２０〜２００mTorr（２．６７〜
２６．６６Ｐａ）程度に保持され、この状態で高周波電
源１０から支持テーブル２に、周波数が１３．５６〜１
５０ＭＨｚ、例えば４０ＭＨｚ、パワーが１００〜３０
００Ｗの高周波電力が供給される。このとき、直流電源
１３から静電チャック６の電極６ａに所定の電圧が印加
され、ウエハＷは例えばクーロン力により吸着される。
【００３１】この場合に、上述のようにして下部電極で
ある支持テーブル２に高周波電力が印加されることによ
り、上部電極であるシャワーヘッド１６と下部電極であ
る支持テーブル２との間の処理空間には高周波電界が形
成され、これにより処理空間に供給された処理ガスがプ
ラズマ化されて、そのプラズマによりウエハＷ上の所定
の膜がエッチングされる。
ある支持テーブル２に高周波電力が印加されることによ
り、上部電極であるシャワーヘッド１６と下部電極であ
る支持テーブル２との間の処理空間には高周波電界が形
成され、これにより処理空間に供給された処理ガスがプ
ラズマ化されて、そのプラズマによりウエハＷ上の所定
の膜がエッチングされる。
【００３２】このエッチングの際には、マルチポール状
態のリング磁石２１により、処理空間の周囲に図２に示
すような磁場が形成されているが、この磁場は処理空間
の周囲に形成されるため、ウエハＷの存在位置は実質的
に無磁場状態となり、チャージアップダメージを生じさ
せることはない。そして、この磁場によりプラズマ閉じ
こめ効果が発揮され、ウエハＷのエッジ部のエッチング
レートを高くすることができるので、印加する高周波の
周波数が１３．５６〜１５０ＭＨｚ、好ましくは１３．
５６〜６７．８ＭＨｚと高い場合でも、ウエハＷのエッ
チングレートをそのエッジ部と中央部とでほぼ同等とす
ることができ、エッチングレートを均一化することがで
きる。
態のリング磁石２１により、処理空間の周囲に図２に示
すような磁場が形成されているが、この磁場は処理空間
の周囲に形成されるため、ウエハＷの存在位置は実質的
に無磁場状態となり、チャージアップダメージを生じさ
せることはない。そして、この磁場によりプラズマ閉じ
こめ効果が発揮され、ウエハＷのエッジ部のエッチング
レートを高くすることができるので、印加する高周波の
周波数が１３．５６〜１５０ＭＨｚ、好ましくは１３．
５６〜６７．８ＭＨｚと高い場合でも、ウエハＷのエッ
チングレートをそのエッジ部と中央部とでほぼ同等とす
ることができ、エッチングレートを均一化することがで
きる。
【００３３】ところで、このようなマルチポール状態の
リング磁石によって磁場を形成すると、チャンバー１の
壁部の磁極に対応する部分（例えば図２のＰで示す部
分）が局部的に削られる現象が生じるおそれがあるが、
回転機構２５によりリング磁石２１をチャンバー１の円
周方向に沿って回転させることにより、チャンバー壁に
対して局部的に磁極が当接することが回避され、チャン
バー壁が局部的に削られることが防止される。
リング磁石によって磁場を形成すると、チャンバー１の
壁部の磁極に対応する部分（例えば図２のＰで示す部
分）が局部的に削られる現象が生じるおそれがあるが、
回転機構２５によりリング磁石２１をチャンバー１の円
周方向に沿って回転させることにより、チャンバー壁に
対して局部的に磁極が当接することが回避され、チャン
バー壁が局部的に削られることが防止される。
【００３４】また、下部電極である支持テーブル２上の
ウエハＷの周囲に導電性または絶縁性のフォーカスリン
グ５を設けているので、プラズマ処理の均一化効果を一
層高めることができる。すなわち、フォーカスリング５
がシリコンやＳｉＣ等の導電性材料で形成されている場
合、フォーカスリング領域までが下部電極として機能す
るため、プラズマ形成領域がフォーカスリング５上まで
広がり、ウエハＷの周辺部におけるプラズマ処理が促進
されエッチングレートの均一性が向上する。またフォー
カスリング５が石英等の絶縁性材料の場合、フォーカス
リング５とプラズマ中の電子やイオンとの間で電荷の授
受を行えないので、プラズマを閉じこめる作用を増大さ
せることができエッチングレートの均一性が向上する。
ウエハＷの周囲に導電性または絶縁性のフォーカスリン
グ５を設けているので、プラズマ処理の均一化効果を一
層高めることができる。すなわち、フォーカスリング５
がシリコンやＳｉＣ等の導電性材料で形成されている場
合、フォーカスリング領域までが下部電極として機能す
るため、プラズマ形成領域がフォーカスリング５上まで
広がり、ウエハＷの周辺部におけるプラズマ処理が促進
されエッチングレートの均一性が向上する。またフォー
カスリング５が石英等の絶縁性材料の場合、フォーカス
リング５とプラズマ中の電子やイオンとの間で電荷の授
受を行えないので、プラズマを閉じこめる作用を増大さ
せることができエッチングレートの均一性が向上する。
【００３５】エッチングレートをさらに高くする観点か
らは、プラズマ生成用の高周波とプラズマ中のイオンを
引き込むための高周波とを重畳させることが好ましい。
具体的には、図３に示すように、プラズマ生成用の高周
波電源１０の他にイオン引き込み用の高周波電源２６を
マッチングボックス１１に接続し、これらを重畳させ
る。この場合に、イオン引き込み用の高周波電源２６と
しては、周波数が５００ｋＨｚ〜５ＭＨｚの範囲、例え
ば３．２ＭＨｚのものが用いられる。
らは、プラズマ生成用の高周波とプラズマ中のイオンを
引き込むための高周波とを重畳させることが好ましい。
具体的には、図３に示すように、プラズマ生成用の高周
波電源１０の他にイオン引き込み用の高周波電源２６を
マッチングボックス１１に接続し、これらを重畳させ
る。この場合に、イオン引き込み用の高周波電源２６と
しては、周波数が５００ｋＨｚ〜５ＭＨｚの範囲、例え
ば３．２ＭＨｚのものが用いられる。
【００３６】次に、磁石を用いずにエッチングを行った
場合と本発明に従ってマルチポール磁石により処理空間
の周囲に磁場を形成してエッチングを行った場合とで比
較した結果について説明する。
場合と本発明に従ってマルチポール磁石により処理空間
の周囲に磁場を形成してエッチングを行った場合とで比
較した結果について説明する。
【００３７】ここでは、プラズマ生成用の高周波電源と
して周波数が４０ＭＨｚのもの、イオン引き込み用の高
周波電源として周波数が３．２ＭＨｚのものを用い、処
理ガスとしてＣ４Ｈ８、Ｏ２、Ａｒを２：１：１０の流
量比でトータル１３０ｓｃｃｍ（０．１３Ｌ／ｍｉｎ）
をチャンバー内に導入し、チャンバー内圧力を５０mTor
r（６．６７Ｐａ）にして、上記高周波電源から供給す
るパワーを変化させてエッチング処理を行った。その結
果を図４に示す。
して周波数が４０ＭＨｚのもの、イオン引き込み用の高
周波電源として周波数が３．２ＭＨｚのものを用い、処
理ガスとしてＣ４Ｈ８、Ｏ２、Ａｒを２：１：１０の流
量比でトータル１３０ｓｃｃｍ（０．１３Ｌ／ｍｉｎ）
をチャンバー内に導入し、チャンバー内圧力を５０mTor
r（６．６７Ｐａ）にして、上記高周波電源から供給す
るパワーを変化させてエッチング処理を行った。その結
果を図４に示す。
【００３８】図４の（ａ）に示すように、磁石を用いな
い場合にはウエハ中央部のエッチングレートが高く周辺
部では低くなってエッチングレートの均一性が悪いのに
対し、（ｂ）に示すように、本発明に基づいてマルチポ
ール磁石を用いて処理空間の周囲に磁場を形成した場合
には、いずれの条件でもエッチングレートの均一性が格
段に向上した。
い場合にはウエハ中央部のエッチングレートが高く周辺
部では低くなってエッチングレートの均一性が悪いのに
対し、（ｂ）に示すように、本発明に基づいてマルチポ
ール磁石を用いて処理空間の周囲に磁場を形成した場合
には、いずれの条件でもエッチングレートの均一性が格
段に向上した。
【００３９】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
ることなく種々変更可能である。例えば、上記実施形態
では、磁場形成手段として永久磁石からなる複数のセグ
メント磁石をチャンバーの周囲にリング状に配置してな
るマルチポール状態のリング磁石を用いたが、処理空間
の周囲に磁場を形成してプラズマを閉じこめることがで
きればこれに限定されるものではない。
ることなく種々変更可能である。例えば、上記実施形態
では、磁場形成手段として永久磁石からなる複数のセグ
メント磁石をチャンバーの周囲にリング状に配置してな
るマルチポール状態のリング磁石を用いたが、処理空間
の周囲に磁場を形成してプラズマを閉じこめることがで
きればこれに限定されるものではない。
【００４０】また、上記実施形態では被処理基板として
半導体ウエハを用いた場合について示したが、これに限
るものではない。さらに、上記実施の形態では、本発明
をプラズマエッチング装置に適用した例について示した
が、これに限らず他のプラズマ処理にも適用することが
できる。すなわち、処理ガスをエッチング用ガスから公
知のＣＶＤ用ガスに変えたプラズマＣＶＤ装置に適用す
ることもできるし、チャンバー内に被処理体と対峙する
ようにターゲットを配置したプラズマスパッタリング装
置に適用することもできる。
半導体ウエハを用いた場合について示したが、これに限
るものではない。さらに、上記実施の形態では、本発明
をプラズマエッチング装置に適用した例について示した
が、これに限らず他のプラズマ処理にも適用することが
できる。すなわち、処理ガスをエッチング用ガスから公
知のＣＶＤ用ガスに変えたプラズマＣＶＤ装置に適用す
ることもできるし、チャンバー内に被処理体と対峙する
ようにターゲットを配置したプラズマスパッタリング装
置に適用することもできる。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
磁場形成手段により処理空間の周囲に磁場を形成するの
で、被処理基板の存在位置を実質的に無磁場状態として
チャージアップダメージを防止しつつ、この磁場により
プラズマ閉じこめ効果を発揮させることができ、印加す
る高周波電力の周波数が高い場合でも、処理空間にある
被処理基板におけるプラズマ処理レート、例えばエッチ
ングレートを、被処理基板のエッジ部と中央部とでほぼ
同等とすることができ、処理レートを均一化することが
できる。
磁場形成手段により処理空間の周囲に磁場を形成するの
で、被処理基板の存在位置を実質的に無磁場状態として
チャージアップダメージを防止しつつ、この磁場により
プラズマ閉じこめ効果を発揮させることができ、印加す
る高周波電力の周波数が高い場合でも、処理空間にある
被処理基板におけるプラズマ処理レート、例えばエッチ
ングレートを、被処理基板のエッジ部と中央部とでほぼ
同等とすることができ、処理レートを均一化することが
できる。
【００４２】このような処理空間の周囲に磁場を形成す
るためには、永久磁石からなる複数のセグメント磁石を
前記チャンバーの周囲にリング状に配置してなるマルチ
ポール状態のリング磁石を用いることができるが、この
ようなマルチポール状態のリング磁石によって磁場を形
成すると、チャンバー壁がその磁極に対応する部分で削
られる現象が生じるおそれがある。これに対し、リング
磁石をチャンバーの円周方向に沿って回転させる回転手
段を設けることにより、このような不都合を解消するこ
とができる。
るためには、永久磁石からなる複数のセグメント磁石を
前記チャンバーの周囲にリング状に配置してなるマルチ
ポール状態のリング磁石を用いることができるが、この
ようなマルチポール状態のリング磁石によって磁場を形
成すると、チャンバー壁がその磁極に対応する部分で削
られる現象が生じるおそれがある。これに対し、リング
磁石をチャンバーの円周方向に沿って回転させる回転手
段を設けることにより、このような不都合を解消するこ
とができる。
【００４３】また、電極上の被処理基板の周囲に導電性
または絶縁性のフォーカスリングを設けることにより、
導電性の場合には被処理基板の周辺部におけるプラズマ
処理が促進されることによって、また絶縁性の場合には
プラズマを閉じこめる作用が増大することによって、プ
ラズマ処理の均一化効果を一層高めることができる。
または絶縁性のフォーカスリングを設けることにより、
導電性の場合には被処理基板の周辺部におけるプラズマ
処理が促進されることによって、また絶縁性の場合には
プラズマを閉じこめる作用が増大することによって、プ
ラズマ処理の均一化効果を一層高めることができる。
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマエッチング
装置を示す断面図。
装置を示す断面図。
【図２】図１の装置のチャンバーの周囲に配置されたリ
ング磁石を模式的に示す水平断面図。
ング磁石を模式的に示す水平断面図。
【図３】プラズマ生成用の高周波電源とイオン引き込み
用の高周波電源を備えたプラズマ処理装置を部分的に示
す概略断面図。
用の高周波電源を備えたプラズマ処理装置を部分的に示
す概略断面図。
【図４】磁石を用いずにエッチングを行った場合と本発
明に従ってマルチポール磁石により処理空間の周囲に磁
場を形成してエッチングを行った場合とでエッチングレ
ートの均一性を比較して示す図。
明に従ってマルチポール磁石により処理空間の周囲に磁
場を形成してエッチングを行った場合とでエッチングレ
ートの均一性を比較して示す図。
【図５】ダイポールリング磁石を用いた従来の装置を示
す模式図。
す模式図。
１；チャンバー ２；支持テーブル（第２の電極） ５；フォーカスリング １０，２６；高周波電源 １５；処理ガス供給系 １６；シャワーヘッド（第１の電極） ２０；排気系 ２１；リング磁石（磁場形成手段） ２２；セグメント磁石 ２５；回転機構 Ｗ；半導体ウエハ（被処理基板）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲沢 剛一郎 山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１ 東京エレクトロン山梨株式会社内 (72)発明者 末正 智希 山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１ 東京エレクトロン山梨株式会社内 Ｆターム(参考） 4K057 DA16 DB06 DD01 DE14 DE20 DM03 DM18 DM24 DN01 5F004 AA01 AA06 BA08 BB08 BB13 BB22 BB25 BD04 BD05 DA00 DA22 DA23 DA26
Claims (9)
- 【請求項１】 真空に保持可能なチャンバーと、 前記チャンバー内に互いに対向して設けられた一対の電
極と、 これら一対の電極の間に高周波電界を形成する電界形成
手段と、 前記チャンバー内に処理ガスを供給する処理ガス供給手
段と、 前記チャンバーの周囲に設けられ、前記一対の電極の間
に形成される処理空間の周囲に磁場を形成する磁場形成
手段とを具備し、前記電極のうち一方に被処理基板が支
持され、かつ前記磁場形成手段により前記処理空間の周
囲に磁場が形成された状態で、前記一対の電極間に形成
された高周波電界により処理ガスのプラズマが形成さ
れ、被処理基板にプラズマ処理が施されることを特徴と
するプラズマ処理装置。 - 【請求項２】 真空に保持可能なチャンバーと、 前記チャンバー内に相対向するように設けられた第１お
よび第２の電極と、 前記第２の電極に高周波を印加して前記第１および第２
の電極の間に電界を形成する高周波印加手段と、 前記チャンバー内に処理ガスを供給する処理ガス供給手
段と、 前記チャンバーの周囲に設けられ、前記第１および第２
の電極の間に形成される処理空間の周囲に磁場を形成す
る磁場形成手段とを具備し、前記第２の電極に被処理基
板が支持され、かつ前記磁場形成手段により前記処理空
間の周囲に磁場が形成された状態で、前記第１および第
２の電極間に形成された高周波電界により処理ガスのプ
ラズマが形成され、被処理基板にプラズマ処理が施され
ることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項３】 前記第２の電極上の被処理基板の周囲に
設けられた導電性または絶縁性のフォーカスリングをさ
らに具備することを特徴とする請求項２に記載のプラズ
マ処理装置。 - 【請求項４】 前記高周波印加手段は、周波数が１３．
５６〜１５０ＭＨｚの高周波電力を印加することを特徴
とする請求項２または請求項３に記載のプラズマ処理装
置。 - 【請求項５】 前記高周波印加手段は、プラズマ形成用
の高周波を印加する第１の高周波電源と、イオン引き込
み用の高周波を印加する第２の高周波電源とを有するこ
とを特徴とする請求項２または請求項３に記載のプラズ
マ処理装置。 - 【請求項６】 前記第１の高周波電源の周波数が１３．
５６〜１５０ＭＨｚであり、前記第２の高周波電源の周
波数が５００ｋＨｚ〜５ＭＨｚであることを特徴とする
請求項５に記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項７】 前記磁場形成手段は、永久磁石からなる
複数のセグメント磁石を前記チャンバーの周囲にリング
状に配置してなるマルチポール状態のリング磁石を有す
ることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１
項に記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項８】 前記リング磁石を前記チャンバーの円周
方向に沿って回転させる回転手段をさらに具備すること
を特徴とする請求項７に記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項９】 チャンバー内に一対の電極を配置し、い
ずれかの電極に被処理基板を支持させて、前記一対の電
極間に電界を形成するとともに、前記一対の電極の間に
形成される処理空間の周囲に磁場を形成し、その状態で
前記一対の電極間に形成された高周波電界により処理ガ
スのプラズマを形成し、被処理基板にプラズマ処理を施
すことを特徴とするプラズマ処理方法。
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