(57)【要約】【課題】低圧雰囲気においても，プラズマの電子温度の上昇を抑えつつ，プラズマ電子密度の均一性を制御し，被処理基板へのダメージのない，均一なプラズマ処理を行う。【解決手段】減圧可能な処理室１０２内に設けられた載置台に対向するように，板状絶縁部材で構成した天井壁１０５を介して誘導結合プラズマを生成するための高周波アンテナ１０６と環状の上部移動磁場形成部３００とを設けた。上部移動磁場形成部３００は，プラズマ生成空間の上部に，下方に向かって上方に戻る経路を形成する複数の磁力線が周方向に回転する移動磁場を形成する。これにより，高周波アンテナ１０６により形成された誘導結合プラズマの電子をプラズマ生成空間内に閉じ込めることができるので，プラズマの電子温度の上昇を抑えながら，プラズマ電子密度を高めることができる。【選択図】    図１３
2010087182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧された処理室内に処理ガスの誘導結合プラズマを生成することにより被処理基板に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって，
前記処理室内に設けられ，前記被処理基板を載置する載置台と，
前記処理室内に前記処理ガスを導入する処理ガス導入部と，
前記処理室内を排気して減圧する排気部と，
前記載置台に対向するように板状絶縁部材を介して配設された高周波アンテナと，
前記載置台と前記板状絶縁部材との間のプラズマ生成空間に前記誘導結合プラズマを生成するための高周波電力を前記高周波アンテナに印加する高周波電源と，
前記載置台に対向するように前記板状絶縁部材を介して配設され，前記プラズマ生成空間の上部に，下方に向かって上方に戻る経路を形成する複数の磁力線が周方向に回転する移動磁場を形成する環状の上部移動磁場形成部と，
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記上部移動磁場形成部は，
前記板状絶縁部材の上側に前記高周波アンテナとともに配設される環状コアと，
前記環状コアの下面に突出して形成され，前記環状コアの内側から外側に放射状に延びるように周方向に配列した複数のティース部と，
前記複数のティース部間に下方に向かって上方に戻る経路を形成する磁力線が前記環状コアの周方向全周に亘って複数発生するように前記複数のティース部間に巻回した複数の巻線からなるコイルと，を備え，
前記コイルの各巻線にそれぞれ位相の異なる交流電流を流して前記磁力線を時間的に変化させることで前記プラズマ生成空間の上部で周方向に回転する移動磁場を形成する交流電源を設けたことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記高周波アンテナは，前記環状コアの周りを囲うように配設された平面コイル状に形成した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】
前記コイルは３組の巻線からなり，前記各巻線にそれぞれ前記磁場形成用電源から三相交流電流を供給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５】
前記被処理基板の処理条件を記憶する記憶部と，前記記憶部に記憶された処理条件に応じて前記磁場形成用電源からの交流電流を制御することにより前記上部移動磁場形成部により形成される前記移動磁場を制御する制御部とを設けた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６】
前記制御部は，前記記憶部に記憶された処理条件のうち前記処理室内の圧力に基づいて前記磁場形成用電源からの交流電流を制御することにより前記上部移動磁場形成部により形成される前記移動磁場を制御す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】
前記プラズマ生成空間の周辺部を囲むように筒状絶縁部材を介して配設され，前記プラズマ生成空間の周辺部に，内側に向かって外側に戻る経路を形成する複数の磁力線が周方向に回転する移動磁場を形成する周辺部移動磁場形成部を備えたことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記周辺部移動磁場形成部は，
前記プラズマ生成空間を囲むように筒状絶縁部材を介して配設される環状コアと，
前記環状コアの内側面に突出して形成され，前記環状コアの上下方向に延びるように周方向に配列した複数のティース部と，
前記複数のティース部間に内側に向かって外側に戻る経路を形成する磁力線が前記環状コアの周方向全周に亘って複数発生するように前記複数のティース部間に巻回した複数の巻線からなるコイルと，
前記コイルの各巻線にそれぞれ位相の異なる交流電流を流して前記磁力線を時間的に変化させることで前記プラズマ生成空間の周辺部に周方向に回転する移動磁場を形成するための交流電源を設けた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】
処理室内に配設した載置台に対向して板状絶縁部材を介して設けた高周波アンテナを設け，所定の圧力に減圧された前記処理室内に処理ガスを導入して前記高周波アンテナに高周波電力を印加することにより，前記処理室内に処理ガスの誘導結合プラズマを生成して，前記載置台上の被処理基板に所定の処理を施すプラズマ処理装置のプラズマ処理方法であって，
前記載置台に対向するように前記板状絶縁部材を介して配設した環状の上部移動磁場形成部によって，この上部移動磁場形成部の下面に，この下面から前記プラズマ生成空間に向かいそのプラズマ生成空間の上部領域内でＵターンする複数の磁力線を発生させて，これらの磁力線が上部移動磁場形成部の下面に沿って回転する移動磁場を形成することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１０】
前記プラズマ生成空間の周辺部を囲むように筒状絶縁部材を介して配設した環状の周辺部移動磁場形成部によって，この周辺部移動磁場形成部の内側面に，その内側面から前記プラズマ生成空間に向かいそのプラズマ生成空間の周辺部領域でＵターンする複数の磁力線を発生させて，これらの磁力線が周辺部移動磁場形成部の内側面に沿って回転する移動磁場を形成することを特徴とする請求項９に記載のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，処理ガスのプラズマを形成して被処理基板に所定の処理を施すプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被処理基板例えば半導体ウエハ（以下，単に「ウエハ」とも称する）の超高集積化に伴い要求されるサブミクロン単位，さらにサブハーフミクロン単位の超微細加工のプロセスをプラズマ処理装置により実施するためには，例えば１００ｍＴｏｒｒ以下の低圧雰囲気において高密度のプラズマを高い精度で制御することが要求される。
【０００３】
このようなプラズマ処理装置として，例えば高周波アンテナを用いて高周波誘導プラズマを発生させることによりウエハの処理を行うものが知られている（例えば特許文献１参照）。この種のプラズマ処理装置は，例えばウエハを載置する載置台と対向する処理室の天井壁を石英ガラスなどの絶縁体で構成して，その外側に渦巻きコイルからなる高周波アンテナを取り付けて構成される。ウエハにプラズマ処理を行う際は，高周波アンテナに高周波電力を印加して処理室内に高周波電磁場を形成する。これにより，その電磁場空間内を流れる電子が処理ガスの中性粒子に衝突することにより処理ガスが電離してプラズマが生成され，ウエハ上に例えばプラズマエッチングなど所定の処理が行われる。
【０００４】
【特許文献１】特開平０７−１２２５４６号公報
【特許文献２】特開平０７−１６１６９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら，近年ではこのようなプラズマ処理装置でウエハを処理することにより，半導体デバイスを微細化しても，期待通りに性能が向上しないなど，微細化に伴う不具合が発生している。例えばＣＭＯＳデバイスのゲート絶縁膜などには従来よりＳｉＯ２膜が用いられてきたが，近年では動作速度の高速化，高集積化，薄膜化の更なる要請に伴ってゲート酸化膜の厚さも１〜２ｎｍ，或いはそれ以下の値が要求されている。このような非常に薄いゲート酸化膜ではトンネル電流が増大し，その結果ゲートリーク電流が増大してしまうという問題がある。
【０００６】
このため，最近ではゲート酸化膜の材料としてこのような薄い絶縁膜をゲートリーク電流を増加させずに実現する材料として高誘電体材料，いわゆるＨｉｇｈ−ｋ材料が注目されている。このような高誘電体薄膜としては，例えばＨｆＯ２，ＨｆＳｉＯ２，ＺｒＯ２，ＺｒＳｉＯ４等の高融点金属材料の酸化物が挙げられる。これらの高融点金属材料をプラズマを用いてエッチング処理を行う場合には，通常，Ｃｌ，Ｂｒなどのハロゲン含有ガスを主に使用した処理ガス，例えばＢＣｌ３の単ガスやＢＣｌ３ガスとＯ２ガスの混合ガスなどが用いられる。
【０００７】
ところが，このような高融点金属材料のプラズマ処理を高圧雰囲気中で行うと，気相生成物（例えばＢ２Ｏ３など）が発生して処理室内に付着したり，揮発し難い表面反応副生成物（例えばＨｆＣｌ４，ＢＯＣｌなど）が発生してエッチングが進行しなかったりするなどの問題がある。従って，高融点金属材料のエッチング処理では，より低い圧力雰囲気，例えば十数ｍＴｏｒｒ以下若しくは数ｍＴｏｒｒ以下の極低圧雰囲気でのプラズマ処理が要求される。
【０００８】
しかしながら，上述したような従来の高周波アンテナを用いたプラズマ処理装置では，処理室内が例えば十数ｍＴｏｒｒ以下の極めて低い圧力範囲では，僅かの圧力変動でもプラズマの電子温度が急激に高くなってしまう（例えば特許文献２参照）。すなわち，処理室内の圧力が低いほど，プラズマ中の電子はほとんど他の粒子と衝突せずに加速され，例えば処理室の側壁などに衝突して消失する確率が高くなる。このため，プラズマ中の電子密度が低下して電子温度が高くなり，その結果プラズマ中のイオンが加速されて高いエネルギーでウエハ上に衝突するので，ウエハがダメージを受け易くなってしまうという問題がある。
【０００９】
また，従来の高周波アンテナを用いたプラズマ処理装置では，１００ｍＴｏｒｒ以下の低圧雰囲気においても，ウエハ上の中央部付近のプラズマ電子密度が周辺部付近のプラズマ電子密度より低くなる場合があり，ウエハの処理の均一性が低下する場合がある。従って，このようなプラズマ電子密度の均一性の改善も望まれる。
【００１０】
この点，プラズマ電子密度の均一性を改善させるために，例えば天井壁の中心部側にも別の高周波アンテナを設けて中心部側にもプラズマが生成されるようにすればよいとも考えられる。ところが，このようにすればプラズマが形成される空間の中心部側においても強力な電磁場エネルギーが投入されるので，プラズマ電子密度を高くすることはできるものの，プラズマ電子温度も上昇してしまう。
【００１１】
そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，低圧雰囲気中でプラズマを形成しても，プラズマ電子温度の上昇を抑えつつ，プラズマ電子密度の均一性も向上させることができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，減圧された処理室内に処理ガスの誘導結合プラズマを生成することにより被処理基板に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって，前記処理室内に設けられ，前記被処理基板を載置する載置台と，前記処理室内に前記処理ガスを導入する処理ガス導入部と，前記処理室内を排気して減圧する排気部と，前記載置台に対向するように板状絶縁部材を介して配設された高周波アンテナと，前記載置台と前記板状絶縁部材との間のプラズマ生成空間に前記誘導結合プラズマを生成するための高周波電力を前記高周波アンテナに印加する高周波電源と，前記載置台に対向するように前記板状絶縁部材を介して配設され，前記プラズマ生成空間の上部に，下方に向かって上方に戻る経路を形成する複数の磁力線が周方向に回転する移動磁場を形成する環状の上部移動磁場形成部とを備えたことを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
【００１３】
このような本発明によれば，排気部によって所定の圧力に減圧された処理室内に処理ガス導入部から処理ガスを導入して，高周波アンテナに高周波電力を印加することにより，処理室内のプラズマ生成空間に処理ガスの誘導結合プラズマが生成される。その際に上部移動磁場形成部によってプラズマ生成空間の上部領域で回転する移動磁場を形成することができる。この移動磁場のサイクロトロン共鳴効果によって，高周波アンテナにより生成された誘導結合プラズマの電子をプラズマ生成空間に閉じ込めることができるので，プラズマの電子温度の上昇を抑えることができるとともに，プラズマ電子密度の均一性を向上させることができる。これにより，例えば１００ｍＴｏｒｒ以下の低圧雰囲気中はもちろん，十数ｍＴｏｒｒ以下の極低圧雰囲気中であっても，被処理基板に対してダメージを与えることなく，被処理基板の面内においてより均一な処理を行うことができる。
【００１４】
この場合，上記上部移動磁場形成部は，例えば前記板状絶縁部材の上側に前記高周波アンテナとともに配設される環状コアと，前記環状コアの下面に突出して形成され，前記環状コアの内側から外側に放射状に延びるように周方向に配列した複数のティース部と，前記複数のティース部間に下方に向かって上方に戻る経路を形成する磁力線が前記環状コアの周方向全周に亘って複数発生するように前記複数のティース部間に巻回した複数の巻線からなるコイルとを備え，前記コイルの各巻線にそれぞれ位相の異なる交流電流を流して前記磁力線を時間的に変化させることで前記プラズマ生成空間の上部で周方向に回転する移動磁場を形成する交流電源を設けて構成される。例えば上記コイルは３組の巻線からなり，これら各巻線にそれぞれ前記磁場形成用電源から三相交流電流を供給する。
【００１５】
これによれば，上部磁場形成用電源からの交流電流をコイルに供給することにより，環状コアの下方には複数のティース部間に下方に向かって上方に戻る経路を形成する磁力線が発生するとともにこれらの磁力線が時間的に変化して，プラズマ生成空間の上部領域に周方向に回転する移動磁場を形成することができる。
【００１６】
また，上記高周波アンテナは，例えば前記環状コアの周りを囲うように配設された平面コイル状に形成する。これによれば，高周波アンテナで生成された誘導結合プラズマの中央プラズマ領域で移動磁場を形成することができるので，生成された誘導結合プラズマの電子をその内側の中央プラズマ領域で閉じ込めることができる。これにより，中央プラズマ領域のプラズマ電子密度を周辺プラズマ領域に比して制御できるので，プラズマ全域においてプラズマ電子密度の均一性をより高めることができ，被処理基板の処理の均一性を向上させることができる。
【００１７】
さらに，上記被処理基板の処理条件を記憶する記憶部と，前記記憶部に記憶された処理条件に応じて前記磁場形成用電源からの交流電流を制御することにより前記上部移動磁場形成部により形成される前記移動磁場を制御する制御部とを設けるようにしてもよい。これによれば，制御部により被処理基板の処理条件（例えば処理室内圧力）に応じて磁場形成用電源からコイルに流れる交流電流が制御されることにより，移動磁場の強さや回転速度などを容易に制御することができる。これにより，例えば処理室内圧力などの処理条件に応じて適切な移動磁場を形成できるので，プラズマ電子温度の上昇を効率よく抑えることができるとともに，プラズマ電子密度の分布を制御できる。
【００１８】
さらに，上記プラズマ生成空間の周辺部を囲むように筒状絶縁部材を介して配設され，前記プラズマ生成空間の周辺部に，内側に向かって外側に戻る経路を形成する複数の磁力線が周方向に回転する移動磁場を形成する周辺部移動磁場形成部を備えるようにしてもよい。この場合，上記周辺部移動磁場形成部は，例えば前記プラズマ生成空間を囲むように筒状絶縁部材を介して配設される環状コアと，前記環状コアの内側面に突出して形成され，前記環状コアの上下方向に延びるように周方向に配列した複数のティース部と，前記複数のティース部間に内側に向かって外側に戻る経路を形成する磁力線が前記環状コアの周方向全周に亘って複数発生するように前記複数のティース部間に巻回した複数の巻線からなるコイルと，前記コイルの各巻線にそれぞれ位相の異なる交流電流を流して前記磁力線を時間的に変化させることで前記プラズマ生成空間の周辺部に周方向に回転する移動磁場を形成するための交流電源を設けて構成される。
【００１９】
これによれば，上部移動磁場形成部によってプラズマ生成空間の上部領域で回転する移動磁場を形成できるとともに，周辺部移動磁場形成部によってプラズマ生成空間の周辺領域でも周方向に沿って回転する移動磁場を形成できる。このため，高周波アンテナによって生成されたプラズマの電子を，中央プラズマ領域の上部のみならず，周辺プラズマ領域でも閉じ込めることができる。これにより，プラズマの電子温度の上昇をより効果的に抑えることができるとともに，プラズマ電子密度の均一性をより向上させることができる。
【００２０】
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，処理室内に配設した載置台に対向して板状絶縁部材を介して設けた高周波アンテナを設け，所定の圧力に減圧された前記処理室内に処理ガスを導入して前記高周波アンテナに高周波電力を印加することにより，前記処理室内に処理ガスの誘導結合プラズマを生成して，前記載置台上の被処理基板に所定の処理を施すプラズマ処理装置のプラズマ処理方法であって，前記載置台に対向するように前記板状絶縁部材を介して配設した環状の上部移動磁場形成部によって，この上部移動磁場形成部の下面に，この下面から前記プラズマ生成空間に向かいそのプラズマ生成空間の上部領域内でＵターンする複数の磁力線を発生させて，これらの磁力線が上部移動磁場形成部の下面に沿って回転する移動磁場を形成することを特徴とするプラズマ処理方法が提供される。
【００２１】
このような本発明によれば，所定の圧力に減圧された処理室内に処理ガスを導入して，高周波アンテナに高周波電力を印加することにより，処理室内のプラズマ生成空間に処理ガスの誘導結合プラズマが生成される。その際に上部移動磁場形成部によってプラズマ生成空間の上部領域で回転する移動磁場を形成することができる。この移動磁場のサイクロトロン共鳴効果によって，高周波アンテナにより生成された誘導結合プラズマの電子をプラズマ生成空間に閉じ込めることができるので，プラズマの電子温度の上昇を抑えることができるとともに，プラズマ電子密度の均一性を向上させることができる。これにより，例えば１００ｍＴｏｒｒ以下の低圧雰囲気中はもちろん，十数ｍＴｏｒｒ以下の極低圧雰囲気中であっても，被処理基板に対してダメージを与えることなく，被処理基板の面内においてより均一な処理を行うことができる。
【００２２】
この場合，上記プラズマ生成空間の周辺部を囲むように筒状絶縁部材を介して配設した環状の周辺部移動磁場形成部によって，この周辺部移動磁場形成部の内側面に，その内側面から前記プラズマ生成空間に向かいそのプラズマ生成空間の周辺部領域でＵターンする複数の磁力線を発生させて，これらの磁力線が周辺部移動磁場形成部の内側面に沿って回転する移動磁場を形成するようにしてもよい。これによれば，上部移動磁場形成部によってプラズマ生成空間の上部領域で回転する移動磁場を形成できるとともに，周辺部移動磁場形成部によってプラズマ生成空間の周辺領域でも周方向に沿って回転する移動磁場を形成できる。このため，高周波アンテナによって生成されたプラズマの電子を，中央プラズマ領域の上部のみならず，周辺プラズマ領域でも閉じ込めることができる。これにより，プラズマの電子温度の上昇をより効果的に抑えることができるとともに，プラズマ電子密度の均一性をより向上させることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば，低圧雰囲気中でプラズマを形成しても，プラズマ生成空間にプラズマの電子を閉じ込めることができるので，プラズマ電子温度の上昇を抑えることができるとともにプラズマ電子密度の均一性も向上させることができる。これにより，たとえ低圧雰囲気においても被処理基板へのダメージがなく，被処理基板の面内に均一なプラズマ処理を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２５】
（プラズマ処理装置の構成例）
先ず，本発明の第１実施形態にかかるプラズマ処理装置１００の構成例について図面を参照しながら説明する。図１は，プラズマ処理装置１００の概略構成を示している。このプラズマ処理装置１００は，被処理基板例えば半導体ウエハ（以下，単に「ウエハ」とも称する）Ｗにエッチング処理を施す誘導結合型のプラズマエッチング処理装置として構成されている。プラズマ処理装置１００は，金属製（例えば，アルミニウム製またはステンレス製）の円筒状又は矩形状に形成された処理室（チャンバ）１０２を備える。
【００２６】
処理室１０２の底部には，セラミックなどの絶縁板１０３を介して，ウエハＷを載置するための略円柱状の載置台１０４が収容されている。載置台１０４は，アルミニウムなどにより円柱状に成形されたサセプタ支持台１０４ａと，この上にボルト１０４ｂなどにより着脱自在に設けられたアルミニウムなどよりなるサセプタ１０４ｃとから主に構成されている。このようにサセプタ１０４ｃを着脱自在に構成することにより，メンテナンスなどを容易に実施することができる。
【００２７】
上記サセプタ支持台１０４ａには，温度調整手段の１例としての温調媒体流路１０９が設けられている。温調媒体流路１０９には図示しない温調媒体供給源からの温調媒体が導入管１１１を介して導入され，温調媒体流路１０９を循環して排出管１１２より排出される。温調媒体は，ウエハＷの調整温度に応じて選択される。例えばウエハＷを冷却する場合は水や冷媒が温調媒体として用い，ウエハＷを加熱する場合は加熱媒体を温調媒体として用いるようにしてもよい。ここでは，冷媒として例えばガルデンなどを用いる。このような冷媒が温調媒体流路１０９を流通することにより，サセプタ１０４ｃを介してウエハＷを所望の温度（ここでは例えば−５０℃ないし−１５０℃程度）に冷却することができる。
【００２８】
上記サセプタ１０４ｃ上面のウエハ載置部には，静電チャック１１３がウエハ面積と略同面積で形成されている。この静電チャック１１３は，例えば２枚の高分子ポリイミドフィルム間に銅箔などの導電膜１１３ａを絶縁状態で挟み込むことにより形成され，この導電膜１１３ａは可変直流高圧電源１１４に接続されている。したがってこの導電膜１１３ａに高電圧を印加することによって，静電チャック１１３の上面にウエハＷをクーロン力により吸着保持することができるように構成されている。
【００２９】
上記サセプタ支持台１０４ａおよびサセプタ１０４ｃには，これらを貫通してＨｅなどの伝熱用ガス（バッククーリングガス）を図示しない伝熱用ガス供給源からウエハＷの裏面やサセプタ１０４ｃを構成する各部材の接合部などに供給するためのガス通路１１６が形成されている。また上記サセプタ１０４ｃの上端周辺部には，ウエハＷを囲むように環状のフォーカスリング１１７が配置されている。
【００３０】
さらに上記サセプタ１０４ｃには，マッチング用コンデンサ１１８を介して高周波電源１１９が接続されており，処理時には例えば１〜１５ＭＨｚの周波数をサセプタ１０４ｃに印加することにより，プラズマとの間にバイアス電位を生じさせプラズマ流を被処理体の被処理面にダメージを生じさせることなく効果的に照射させることが可能である。
【００３１】
上記静電チャック１１３と温調媒体流路１０９との間のサセプタ１０４ｃの下部にはヒータ固定台１３１に収容された温調用ヒータ１３２が設けられている。この温調用ヒータ１３２へヒータ電源１３３より供給される電力を調整することにより，温調媒体流路１０９からの冷熱の伝導を制御して，ウエハＷの温度調節を行うことができるように構成されている。
【００３２】
載置台１０４の載置面とほぼ対向する処理室１０２の天井壁１０５は，例えば石英ガラスやセラミックなどの板状絶縁部材からなる。処理室１０２の天井壁１０５には，その略中央にガス導入口１２１が形成されており，ガス導入口１２１にはガス供給部１２０が接続されている。ガス供給部１２０は，エッチングガスなどの処理ガスを供給するガス供給源１２２を備える。ガス供給源１２２はガス供給配管１２３を介してガス導入口１２１に接続されている。ガス供給配管１２３の途中には処理ガスの流量を制御する流量制御器例えばマスフローコントローラ１２４が介在している。その他，ガス供給配管１２３には開閉バルブを設けるようにしてもよい。このようなガス供給部１２０によれば，ガス供給源１２２からの処理ガスは，マスフローコントローラ（ＭＦＣ）１２４により所定の流量に制御されて，ガス導入口１２１から処理室１０２内に供給される。
【００３３】
図１では説明を簡単にするため，ガス供給部１２０を一系統のガスラインで表現しているが，ガス供給部１２０は単一のガス種の処理ガスを供給する場合に限られるものではなく，複数のガス種を処理ガスとして供給するものであってもよい。この場合には，複数のガス供給源を設けて複数系統のガスラインで構成し，各ガスラインにマスフローコントローラを設けてもよい。
【００３４】
このようなガス供給部１２０により処理室１０２内に供給する処理ガスとしては，例えば酸化膜のエッチングでは，Ｃｌなどを含むハロゲン系ガスが用いられる。具体的にはＳｉＯ２膜などのシリコン酸化膜をエッチングする場合には，ＣＨＦ３ガスなどが処理ガスとして用いられる。また，ＨｆＯ２，ＨｆＳｉＯ２，ＺｒＯ２，ＺｒＳｉＯ４などの高誘電体薄膜をエッチングする場合には，ＢＣｌ３ガスを処理ガスとしたり，ＢＣｌ３ガスとＯ２ガスとの混合ガスを処理ガスとして用いられる。
【００３５】
天井壁１０５の外側面（上側面）には，処理室１０２内に上記処理ガスのプラズマを生成するための高周波アンテナ１０６が配置されている。高周波アンテナ１０６は，例えば銅板，アルミニウム，ステンレスなどの導体を渦巻きコイル状に形成される。高周波アンテナ１０６の両端子（内側端子１０６ａおよび外側端子１０６ｂ）間には，プラズマ生成用の高周波電源１０７より整合器１０８を介して，例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加可能に構成されている。
【００３６】
また，天井壁１０５の外側面の上記高周波アンテナ１０６の内側には，高周波アンテナ１０６によって生成されたプラズマ中の電荷（主に電子）を閉じ込めるための上部移動磁場形成部３００が配設されている。上部移動磁場形成部３００は，例えばガス導入口１２１を囲む環状（例えば同心状）に形成される。上部移動磁場形成部３００は，交流電源（上部移動磁場形成用交流電源）３０２からの交流電流の供給により中央プラズマ領域で回転する移動磁場を形成する。これら上部移動磁場形成部３００と交流電源３０２とは移動磁場形成手段を構成する。なお，このような上部移動磁場形成部３００の具体的構成とその作用効果の詳細については後述する。
【００３７】
上記処理室１０２の底部壁には排気管１３０が接続されて，この処理室１０２内の雰囲気を真空ポンプなどにより構成される排気部１４０により排出し得るように構成される。処理室１０２の側壁にはウエハ搬出入口が形成され，ウエハ搬出入口にはゲートバルブ１３７が設けられている。例えばウエハＷの搬入する際には，ゲートバルブ１３７を開いて図示しない搬送アームなどの搬送機構によってウエハＷを処理室１０２内のサセプタ１０４ｃ上に載置し，ゲートバルブ１３７を閉じてウエハＷの処理を行う。
【００３８】
なお，上記処理室１０２の側壁には，処理室１０２内に発生する発光スペクトルに関する信号を検出する光学センサ１３６を設けてもよい。具体的には例えば処理室１０２の側壁に石英ガラスなどの透明な材料から構成される透過窓１３４を設け，この透過窓１３４を透過する処理室１０２内の光を光学系１３５を介して光学センサ１３６に送り，処理室１０２内から発生する発光スペクトルに関する信号を後述の制御部２００に送ることができるように構成される。また，処理室１０２には処理室１０２内の圧力などを検出するための圧力センサ１３８を取り付け，処理室１０２内の圧力などに関する信号を制御部２００に送ることができるようになっている。
【００３９】
プラズマ処理装置１００には，装置全体の動作を制御する制御部２００が設けられている。制御部２００は，所定のプログラムにより所定の処理条件に基づいて各部を制御することにより，例えばエッチングなどの処理室内での所定の処理を行うようになっている。
【００４０】
（制御部の構成例）
このような制御部２００の具体的な構成例について図面を参照しながら説明する。制御部２００は，図２に示すように，制御部本体を構成するＣＰＵ（中央処理装置）２１０，ＣＰＵ２１０が各部を制御するデータなどを格納するＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）２２０，ＣＰＵ２１０が行う各種データ処理のために使用されるメモリエリア等を設けたＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）２３０，操作画面や選択画面などを表示する液晶ディスプレイなどで構成される表示部２４０，オペレータによる各種の操作や情報の入力などを行うことができる操作パネル２５０，例えばブザーのような警報器等で構成される報知部２６０を備える。
【００４１】
また，制御部２００は，プラズマ処理装置１００の各部を制御するための各種コントローラ２７０を備える。各種コントローラ２７０には，高周波電源１０７，１１９，ヒータ電源１３３，マスフローコントローラ１２４，交流電源３０２，排気部１４０の他，冷媒源，伝熱用ガス供給源などを制御するコントローラが含まれる。
【００４２】
さらに，制御部２００は，プラズマ処理装置１００の処理を行うプログラムデータを格納するプログラムデータ記憶部２８０，およびプログラムデータに基づく処理を実行するときに使用するレシピデータなどの各種処理条件を記憶する処理条件記憶部２９０を備える。ここでいう処理条件としては，例えば処理ガスの種類，処理ガスの流量，高周波電力，処理室内圧力などが含まれる。プログラムデータ記憶部２８０と処理条件記憶部２９０は，例えばフラッシュメモリ，ハードディスク，ＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で構成され，必要に応じてＣＰＵ２１０によってデータが読み出される。
【００４３】
これらＣＰＵ２１０と，ＲＯＭ２２０，ＲＡＭ２３０，表示部２４０，操作パネル２５０，報知部２６０，各種コントローラ２７０，プログラムデータ記憶部２８０，処理条件記憶部２９０とは，制御バス，システムバス，データバス等のバスラインによって電気的に接続されている。
【００４４】
制御部２００は，プログラムデータ記憶部２８０から読み出した所定のプログラムにより，処理条件記憶部２９０から読み出した所定の処理条件に基づいて，各部を制御することにより，例えばエッチングなどの処理室１０２内での所定の処理を行うようになっている。このとき，例えば上記光学センサ１３６，圧力センサ１３８などの各種センサからのフィードバック信号あるいは予め設定された設定値に基づいて制御信号を送って各部を制御する。これにより，プラズマ処理装置１００の動作環境を最適に調整することができる。
【００４５】
このように構成されたプラズマ処理装置１００において，処理室１０２内でウエハＷのエッチング処理を行う際には，先ず，先ずゲートバルブ１３７を開いて図示しない搬送アームによりウエハＷを処理室１０２内に搬入し，載置台１０４に載置し，ゲートバルブ１３７を閉じる。このとき，ウエハＷを静電チャック１１３により静電保持させて，ウエハＷの裏面に向けて伝熱用ガスを供給しながら，温調媒体流路１０９に例えば冷媒を供給し，ウエハＷを所望の温度（例えば−５０℃ないし−１５０℃）に調整する。
【００４６】
その後，排気部１４０により真空排気して所定の圧力に減圧しながら，ガス供給部１２０から所定の処理ガスを所定の流量で処理室１０２内に導入する。そして，高周波電源１０７から整合器１０８を介して高周波アンテナ１０６に例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加し，必要に応じて載置台１０４に１〜１５ＭＨｚの周波数のバイアス電位をかける。こうして，高周波アンテナ１０６からの高周波によって処理室１０２内に誘導電磁界が発生し，プラズマ生成空間Ｓに処理ガスの誘導結合プラズマが励起される。このプラズマ中のラジカルやイオンによってウエハＷの表面が物理的または化学的にエッチングされる。
【００４７】
なお，ここでのプラズマ生成空間Ｓは，主として処理室１０２内の天井壁１０５とサセプタ１０４ｃとの間のプラズマが生成される空間であるが，サセプタ１０４ｃに載置されるウエハＷ上の空間に限定されるものではなく，それよりも半径方向外側の空間に広がって処理室１０２の内壁または側壁近傍まで延在するものである。ここでは，プラズマ生成空間Ｓのうち，上部移動磁場形成部３００の直下であるウエハＷの中心側の中央部領域上の空間を「中央プラズマ領域」と称し，その周りの空間（ウエハＷのエッジ側の周辺部領域上の空間及びその外側の処理室１０２の内壁または側壁近傍までの空間）を「周辺プラズマ領域」と称する。
【００４８】
このようなエッチング処理が完了すると，ゲートバルブ１３７を開いてその処理済みのウエハＷを処理室１０２から搬出する。こうして，１ロット（例えば２５枚）のウエハＷに対するエッチング処理を一枚ずつ連続して行った後，一連の処理を完了する。
【００４９】
第１実施形態にかかるプラズマ処理装置１００では，このように高周波アンテナ１０６によってプラズマを形成する際に，上部移動磁場形成部３００を駆動させることで，プラズマ生成空間Ｓの上部領域で回転する移動磁場を形成させることができる。この移動磁場によって，高周波アンテナ１０６により生成されたプラズマ中の電荷（主に電子）をプラズマ生成空間Ｓの上部領域で閉じ込めることができる。これにより，プラズマの電子温度の上昇を抑えることができるとともに，プラズマ電子密度の均一性を向上させることができる。これにより，例えば１００ｍＴｏｒｒ以下の低圧雰囲気中はもちろん，十数ｍＴｏｒｒ以下の極低圧雰囲気中であっても，ウエハＷに対してダメージを与えることなく，ウエハＷの面内においてより均一な処理を行うことができる。
【００５０】
（移動磁場形成部の具体的構成例）
このような上部移動磁場形成部３００の具体的構成例について図面を参照しながら説明する。図３は，上部移動磁場形成部３００の外観を示す図であり，図４は，上部移動磁場形成部３００の内部構成の一部を示す図である。なお，説明を簡単にするために，図３ではコイルを省略しており，図４ではコイルを環状コアの内周面で切断している。
【００５１】
図３，図４に示すように，上部移動磁場形成部３００は，コイル３２０を巻回した環状コア３１０をケーシング３３０で覆って構成される。環状コア３１０は金属系，フェライト系，セラミック系などの磁性体で構成される。ここでは，環状コア３１０を環状鉄芯で構成した場合を例に挙げる。ケーシング３３０は，環状コア３１０の下面に発生する磁力線が透過するように，例えばセラミックスや石英で構成される。また，ケーシング３３０の材質は上記のものに限られるものではなく，例えばケーシング３３０の下面だけをセラミックスや石英で構成し，その他の部分はステンレスで構成してもよい。ケーシング３３０の下面は周方向に渡って開口していてもよい。
【００５２】
環状コア３１０は，その下面に周方向に一定の間隔を置いて複数のティース部３１２が形成されている。各ティース部３１２の間は溝部３１４が形成されており，コイル３２０は溝部３１４に挿通して各ティース部３１２に巻き付けられる。コイル３２０は，例えば図４に示すように複数のティース部３１２間にこれらの下面から下方に向かって上方に戻る経路を形成するＵ字状の磁力線が環状コア３１０の周方向全周に亘って複数発生するように巻回される。このようなコイル３２０の巻回状態の具体例を図５，図６に示す。図５は，環状コア３１０を下方から見た図であり，説明を簡単にするためにコイル３２０は直線で模式的に示している。図５は，コイルの巻回状態の全体を示す結線図であり，図６は，コイルの巻回状態の一部を示す結線図である。図６では下方が環状コア３１０の内側であり，上方が環状コア３１０の外側である。
【００５３】
図５に示すように，コイル３２０は，３つの巻線３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃからなる。環状コア３１０の溝部３１４には巻線３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃのうちのいずれかがそれぞれ１本ずつ挿通され，各溝部３１４に巻線３２０Ａ，３２０Ｃ，３２０Ｂの順に環状コア３１０の内側から外側，外側から内側というように方向を変えて巻回されている。すなわち，図６に示すように環状コア３１０の溝部３１４を左から順に第１番目〜第６番目とすると，巻線３２０Ａは第１番目，第４番目の溝部３１４にそれぞれ内側から外側，外側から内側に挿通するように巻かれている。巻線３２０Ｂは第３番目，第６番目の溝部３１４にそれぞれ内側から外側，外側から内側に挿通するように巻かれている。巻線３２０Ｃは第２番目，第５番目の溝部３１４にそれぞれ外側から内側，内側から外側に挿通するように巻かれている。
【００５４】
コイル３２０の各巻線３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃはそれぞれが閉ループになっている。このような各巻線３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃにそれぞれ，交流電源３０２から例えば図７に示すように１２０度ずつ位相をずらした三相交流電流Ａ，Ｂ，Ｃを図５，図６に示す矢印のように流すことにより，ティース部３１２に合成磁界を発生させることができる。
【００５５】
例えば三相交流電流Ａ，Ｂ，Ｃをそれぞれ，Ｉ０ｃｏｓωｔ，Ｉ０ｃｏｓ（ωｔ−２／３π），Ｉ０ｃｏｓ（ωｔ−４／３π）とする。このとき，各溝部３１４に挿通された各巻線３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃにおいて，図６に示すように環状コア３１０の内側から外側に向かって流れる電流をａ，ｂ，ｃとし，外側から内側に向かって流れる電流を−ａ，−ｂ，−ｃとすれば，電流ａ，ｂ，ｃはそれぞれ，Ｉ０ｃｏｓωｔ，Ｉ０ｃｏｓ（ωｔ−２／３π），Ｉ０ｃｏｓ（ωｔ−４／３π）となり，電流−ａ，−ｂ，−ｃはそれぞれ，−Ｉ０ｃｏｓωｔ，−Ｉ０ｃｏｓ（ωｔ−２／３π），−Ｉ０ｃｏｓ（ωｔ−４／３π）となる。
【００５６】
この場合，図６に示す環状コア３１０を外側から見ると，各溝部３１４に挿通された各巻線３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃに流れる電流は図８に示すように左から順にａ，−ｃ，ｂ，−ａ，ｃ，−ｂとなる。このとき，流れる電流の方向と大きさに応じて各巻線３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃの周り（溝部３１４周り）に磁界が発生するため，例えばある瞬間においては図８に矢印で示すような磁界が発生すると，各ティース部３１２には図９に示すような合成磁界が発生する。このため，全体としては図１０に示すように，あるティース部３１２の下面から下方に向かい，Ｕターンして別のティース部３１２の下面に戻る経路を形成するＵ字状の磁力線が周方向に沿って複数発生する。
【００５７】
三相交流電流Ａ，Ｂ，Ｃは図７に示すように時間経過に連れてそれぞれ大きさが連続して変わるため，環状コア３１０の下面に発生する磁力線の強さも連続して変わることになる。これにより，上部移動磁場形成部３００の直下の中央プラズマ領域には，環状コア３１０の下面に沿って周方向に回転する移動磁場が形成される。
【００５８】
このような移動磁場であれば，プラズマ生成空間Ｓの上部のみに作用し，その下方までには作用しない。これにより，載置台１０４上のウエハＷに磁界が作用してウエハＷ上のデバイスにダメージやストレスを与える可能性を回避または低減することができる。ここで，ウエハＷ上のデバイスにダメージやストレスを与えないような無磁場状態は，磁界強度の面で好ましくは地磁気レベル（たとえば０．５Ｇ）以下の状態であるが，５Ｇ程度でも支障ない（実質的な無磁場状態といえる）場合がある。
【００５９】
第１実施形態にかかる上部移動磁場形成部３００では，制御部２００によって交流電源３０２を制御して，コイル３２０に流す三相交流電流Ａ，Ｂ，Ｃの大きさ（Ｉ０），周波数，位相などを変えることにより，容易に移動磁場の強さや回転速度を変えることができる。例えば移動磁場の強さは，三相交流電流Ａ，Ｂ，Ｃの大きさ，周波数などを変えることにより可変可能である。また，移動磁場の回転速度は，三相交流電流Ａ，Ｂ，Ｃの周波数などを変えることにより可変可能である。このため，例えば磁場の強さなどを変える際に，従来のようにセグメント磁石などを用いる場合のような磁石の交換を不要にできるとともに，またセグメント磁石を回転させるときに発生し易い振動もなくすことができる。
【００６０】
なお，移動磁場の強さや回転速度は，各ティース部３１２間のピッチやティース部３１２の数によっても変わるので，例えばプラズマ処理装置１００ごとに各ティース部３１２間のピッチやティース部３１２の数を妥当に設計した上で取り付け，その後は制御部２００によって交流電源３０２を制御することで容易に移動磁場の強さや回転速度を調整できる。
【００６１】
このような上部移動磁場形成部３００の配置例を図１１に示す。第１実施形態にかかるプラズマ処理装置１００では，上部移動磁場形成部３００を天井壁１０５の外側面（上側面）に設けた場合を例に挙げている。例えば図１１に示すように上部移動磁場形成部３００を渦巻きコイル状に形成した高周波アンテナ１０６の内側に配置する。
【００６２】
次に，このように配置した上部移動磁場形成部３００について，移動磁場を形成した場合を形成しない場合と比較しながら，その作用についてより詳細に説明する。図１２，図１３は上部移動磁場形成部３００による移動磁場の作用を説明するための図であり，移動磁場の作用を分かり易く説明するため，図１に示すプラズマ処理装置の構成をより簡略化している。図１２は移動磁場を形成しない場合を示し，図１３は移動磁場を形成した場合を示しており，それぞれの場合に形成されるプラズマを模式的に表している。
【００６３】
図１４は移動磁場を形成しない場合におけるプラズマ電子温度（ｅＶ）とプラズマ電子密度（Ｎｅ）の面内均一性との処理室内圧力依存性についての傾向をグラフに示した図である。図１４は，ウエハＷ上のＳｉＯ２膜をＣＨＦ３ガスのプラズマによってエッチングした場合の実験結果である。図１４のプラズマ電子温度（ｅＶ）については，処理室１０２内にプラズマを生成して処理室１０２内の圧力を変化させながら，その都度処理室１０２内の電子温度をラングミュアプローブで測定してグラフにしたものである。プラズマ電子密度（Ｎｅ）の面内均一性については，プラズマの中心付近の電子密度Ｎｅｃｅｎｔｅｒとプラズマのエッジ付近の電子密度Ｎｅｅｄｇｅを測定して面内均一性を求めてグラフにしたものである。
【００６４】
先ず，上部移動磁場形成部３００による移動磁場を形成せずに，高周波アンテナ１０６によりプラズマを生成した場合には，図１２に示すようにウエハエッジ側の周辺プラズマ領域に対してウエハ中心側の中央プラズマ領域の方が相対的にプラズマ電子密度が低くなる傾向がある。これを処理室１０２内の圧力との関係で見ると，図１４に示すように１００ｍＴｏｒｒ以下の低圧雰囲気において，処理室１０２内の圧力が比較的低い範囲（例えば２０〜１０ｍＴｏｒｒ以下）では処理室１０２内の圧力が低くなるほど，僅かの圧力変動で電子温度が大きく変動するので，ウエハＷに対するダメージを与える可能性が高くなる。
【００６５】
これに対して，処理室１０２内の圧力が２０〜１０ｍＴｏｒｒより高い範囲（同図では５０ｍＴｏｒｒまで示した）では圧力が上昇しても電子温度が４ｅＶ〜２ｅＶまで緩やかに低下し，この範囲では圧力が高いほどプラズマ電子温度が安定しているので，安定したプラズマを得ることができ，ウエハＷにダメージを与える可能性も低いことがわかる。ところが，処理室１０２内の圧力が比較的高い範囲（例えば７０〜８０ｍＴｏｒｒ以上）ではプラズマ電子密度の均一性が大きく低下するので，ウエハＷに対する処理の面内均一性が低下する可能性が高くなってしまう。
【００６６】
これは処理室１０２内の圧力が低いほど，プラズマ中の電子はほとんど他の粒子と衝突せずに加速され，例えば処理室の側壁などに衝突して消失する確率が高くなるからである。この場合には，プラズマ中の電子密度が低下して電子温度が高くなり，その結果プラズマ中のイオンが加速されて高いエネルギーでウエハ上に衝突するので，ウエハがダメージを受け易くなる。また，処理室１０２内の圧力が高いほどプラズマ中の電子の加速も大きくなり，中心部にとどまることなく，その周辺部からさらにその外側に向けて拡散する可能性が高くなる。このため，プラズマ電子密度もウエハエッジ側に比してウエハ中心側が相対的に低下するので，ウエハＷに対する処理の面内均一性が低下する。
【００６７】
この点，上部移動磁場形成部３００による移動磁場を形成しながら，高周波アンテナ１０６によりプラズマを生成した場合には，図１３に示すように上部移動磁場形成部３００の直下の中央プラズマ領域には，上部移動磁場形成部３００の下面からプラズマ領域に向かいそのプラズマ領域の上部の領域内でＵターンする磁力線が周方向に複数発生する。これらの磁力線の強さが大きくなったり小さくなったりしながら，全体的には上部移動磁場形成部３００の下面に沿って周方向の一方向に回転する移動磁場ＧＣが形成される。
【００６８】
これにより，プラズマ中において高周波電界下でドリフト運動する電荷（主に電子）が中央プラズマ領域において移動磁場によって力（ローレンツ力）を受けることで，サイクロトロン共鳴効果により閉じ込められ，中央プラズマ領域から天井壁１０５や側壁に加速して拡散してしまうことを防止できる。これにより，プラズマの拡散や消滅による急激なプラズマの電子密度の低下を防止でき，プラズマの電子温度の上昇を抑えることができる。例えば図１４に示す場合には，プラズマの電子温度が緩やかに安定したプラズマを得ることができる範囲（例えば４ｅＶ〜２ｅＶ程度の範囲）まで抑えることができる。この程度の範囲まで抑えられればウエハＷにダメージを与える可能性は低くなる。
【００６９】
しかも，第１実施形態における上部移動磁場形成部３００は，中央プラズマ領域上に配置されるので，その直下の中央プラズマ領域にプラズマ中の電荷（主に電子）を閉じ込めることができるので，その領域のプラズマ電子密度の分布を制御でき，これによってプラズマの全体領域の分布を制御できる。
【００７０】
従って，例えば１００ｍＴｏｒｒ以下の低圧雰囲気において上部移動磁場形成部３００による移動磁場を形成することにより，例えば図１４に示す矢印のように処理室１０２内の圧力が比較的低い十数ｍＴｏｒｒ以下〜数ｍＴｏｒｒ以下の極低圧雰囲気で問題となる電子温度の上昇を防止できるとともに，処理室内圧力が比較的高い数十ｍＴｏｒｒ以上の圧力雰囲気において問題となる電子密度の面内均一性の低下を防止できる。これにより，１００ｍＴｏｒｒ以下のどの圧力範囲内でもウエハＷにダメージを与えることなく，しかもウエハＷの面内において均一な処理を行うことができる。
【００７１】
このように，本実施形態によれば上部移動磁場形成部３００による移動磁場を形成することで，十数ｍＴｏｒｒ以下〜数ｍＴｏｒｒ以下の極低圧雰囲気において電子温度の上昇を効果的に防止できるので，ゲート酸化膜の材料として従来から用いられているＳｉＯ２膜のみならず，近年注目されている高融点金属材料のエッチングに対しても大きな効果を発揮する。すなわち，ＨｆＯ２，ＨｆＳｉＯ２，ＺｒＯ２，ＺｒＳｉＯ４等の高融点金属材料をエッチングする場合には，プラズマ電子温度が上昇し易い極低圧雰囲気でのプラズマ処理が要求される。
【００７２】
例えば図１５，図１６は，ＨｆＯ２膜又はＳｉＯ２膜をエッチングしたときのエッチングレートの圧力依存性をグラフに示した図であって，図１５はＢＣｌ３ガスのプラズマによってエッチングした場合であり，図１６はＢＣｌ３ガスとＯ２ガスの混合ガスのプラズマによってエッチングした場合である。図１７は本実施形態における移動磁場を形成しない場合のＢＣｌ３ガスを用いたプラズマの電子温度と圧力の関係を示している。
【００７３】
これによれば，ＨｆＯ２膜をエッチングする場合にエッチングを有効に進行させるには，ＢＣｌ３ガスのプラズマでは図１５に示すように６〜１２ｍＴｏｒｒ程度の圧力範囲が好ましく，またＢＣｌ３ガスとＯ２ガスの混合ガスのプラズマでは図１６に示すように１２ｍＴｏｒｒ以下の圧力範囲が好ましい。しかも，ＢＣｌ３ガスのプラズマに比してＢＣｌ３ガスとＯ２ガスの混合ガスのプラズマの方がエッチングレートが高い。ところが，このようなＢＣｌ３ガスを用いたプラズマにおいて用いられる圧力範囲（例えば１２ｍＴｏｒｒ以下の極低圧雰囲気）では図１７に示すようにプラズマ電子温度が急激に高くなってしまうことがわかる。
【００７４】
従って，このような所謂難エッチング特性を有する高融点金属材料をエッチングする場合のように極低圧雰囲気でのプラズマ処理を行う際に，上部移動磁場形成部３００による移動磁場を形成することで，プラズマ生成空間にプラズマの電子を閉じ込めることができるので，プラズマ電子温度の上昇を抑えることができるとともにプラズマ電子密度の均一性も向上させることができる。これにより，ウエハＷへのダメージがなく，ウエハ面内に均一なプラズマ処理を行うことができる。また，ウエハＷへのダメージの虞がないため，より低圧にしてエッチングを行うこともできる。これにより，ウエハＷへのダメージを与えずに，高融点金属材料のエッチングレートを従来以上に高めることができる。
【００７５】
なお，ＳｉＯ２膜については，図１５に示すようにＢＣｌ３ガスのプラズマではほとんどエッチングが進行しないが，図１６に示すようにＢＣｌ３ガスとＯ２ガスの混合ガスのプラズマでは１２ｍＴｏｒｒ以下の極低圧雰囲気では圧力を低くするほどエッチングレートが高くなる。従って，この場合も，上部移動磁場形成部３００による移動磁場を形成することで，ウエハＷへのダメージがなく，ウエハ面内に均一なプラズマ処理を行うことができる。
【００７６】
また，図１４，図１７に示すように圧力が低くなるほどプラズマ電子温度の上昇率も大きくなる傾向があることがわかる。従って，制御部２００によって，ウエハＷのプラズマ処理を行う際の処理室１０２内の圧力に応じて，交流電源３０２から上部移動磁場形成部３００のコイル３２０に流す交流電流を制御することで移動磁場の強さを大きくしたり，回転速度を速くするようにしてもよい。このように，圧力に応じて最適な移動磁場を形成することによって効果的にプラズマ電子温度の上昇を抑えることができる。
【００７７】
また，例えばプラズマ処理の種類や処理条件（例えば処理ガスの種類や流量，処理室内圧力など）に応じて移動磁場の強さや回転速度を制御することでプラズマ処理の均一性を制御することもできる。例えば処理ガスの種類，処理室１０２内の圧力，処理ガスの流量，高周波電力，のうちのいずれか１つ又は２つ以上の任意の組合せに着目し，着目した項目の値が変わる処理条件の場合にはその処理条件に応じて移動磁場の強さや回転速度を微調整する。これらの処理条件が変わることでプラズマ分布が変化したとしても，交流電源３０２からコイル３２０に流す交流電流を制御することにより，常に最適なプラズマ分布になるように制御することができる。
【００７８】
このような処理条件の中で，ウエハＷの中心側の中央部領域とウエハＷのエッジ側の周辺部領域とのプラズマ分布に影響を与え易いのは，処理ガスの種類，処理室１０２内の圧力，処理ガスの流量，高周波電力の順であり，高周波電力については周波数が高いほど影響を与え易い傾向にある。このため，ウエハ中心側とウエハエッジ側とのプラズマ分布を調整する場合には，少なくとも処理ガスの種類に応じて制御部２００によって交流電源３０２を制御することが好ましい。また，プラズマ分布に影響を与え易い処理ガスの種類，処理室１０２内の圧力，処理ガスの流量のいずれかが変わればそれに応じて制御部２００によって交流電源３０２を制御することで，より細かくプラズマ分布を制御することができる。
【００７９】
ところで，このようなプラズマ電子密度の均一性を改善させるためには，上部移動磁場形成部３００の代わりに，例えば天井壁の中心部側にも別の高周波アンテナを設けて中心部側にもプラズマが生成されるようにすることも考えられる。ところが，このようにすればプラズマが形成される空間の中心部側においても強力な電磁場エネルギーが投入されるので，プラズマ電子密度を高くすることはできるものの，プラズマ電子温度も例えば１０〜２０ｅＶ以上に高くなってしまう。このため，ウエハＷにダメージを与える可能性が高くなってしまう。
【００８０】
これに対して，本実施形態のような上部移動磁場形成部３００によって移動磁場を形成する場合には，その直下にプラズマを形成するわけではなく，別の場所で形成されたプラズマの電子が移動磁場により引きつけられて弱い磁場で閉じ込められるだけなので，プラズマ電子温度を例えば２〜４ｅＶ以下に低く抑えながら，プラズマ電子密度を高くすることができる。これにより，ウエハＷへのダメージを抑えながら，均一なプラズマ処理を行うことができる。
【００８１】
なお，上記第１実施形態では，上部移動磁場形成部３００を高周波アンテナ１０６の内側に配置して，中央プラズマ領域の上部領域に移動磁場を形成するように構成した場合について説明したが，上部移動磁場形成部３００の配置はこれに限定されるものではない。例えば，図１８に示すように上部移動磁場形成部３００を高周波アンテナ１０６の外側に配置して，周辺プラズマ領域の上部領域に移動磁場を形成するように構成してもよい。
【００８２】
これによれば，交流電源３０２から上述した三相交流電流を上部移動磁場形成部３００に供給すると，図１８に模式的に示すように，上部移動磁場形成部３００の直下の周辺プラズマ領域には，上部移動磁場形成部３００の下面からプラズマ領域に向かいそのプラズマ領域の上部の領域内でＵターンする磁力線が周方向に複数発生する。これらの磁力線の強さが大きくなったり小さくなったりしながら，全体的には上部移動磁場形成部３００の下面に沿って周方向の一方向に回転する移動磁場ＧＣが形成される。
【００８３】
すなわち，周辺プラズマ領域のうちウエハＷの周辺部領域近傍からその外側の領域で，カーテンのように回転しながら取り囲む鉛直型の磁場（プラズマの拡散方向に直交する磁場）を形成することができる。これにより，例えば高周波電源１０７から高周波電力を高周波アンテナ１０６に印加してプラズマを形成する際に，さらに上部移動磁場形成部３００を駆動させてその直下に移動磁場を形成することにより，形成されたプラズマ中において高周波電界下でドリフト運動する電荷（主に電子）が周辺プラズマ領域において上記移動磁場によって力（ローレンツ力）を受けることで，サイクロトロン共鳴効果により閉じ込められ，それよりも外側に加速して拡散してしまうことを防止できる。これにより，プラズマの拡散や消滅による急激なプラズマの電子密度の低下を防止でき，プラズマの電子温度の上昇を抑えることができる。
【００８４】
しかも，図１８に示す上部移動磁場形成部３００は，周辺プラズマ領域上に配置されるので，その直下の周辺プラズマ領域にプラズマ中の電荷（主に電子）を閉じ込めることができるので，その領域のプラズマ電子密度の分布を制御でき，これによってプラズマの全体領域の分布を制御できる。
【００８５】
次に，本発明の第２実施形態にかかるプラズマ処理装置について図面を参照しながら説明する。図１９は，第２実施形態にかかるプラズマ処理装置の概略構成図である。図１９では，移動磁場の作用を分かり易くするため，処理室１０２の構成を簡略化している。図２０は，周辺部移動磁場形成部３４０の外観を示す図である。
【００８６】
第２実施形態では，第１実施形態の構成（例えば処理室１０２の天井壁１０５の外側に設けた上部移動磁場形成部３００）に加えて，処理室１０２の側壁の外側にもその周りを囲むように周辺部移動磁場形成部３４０を設けた場合を例に挙げる。なお，第２実施形態では，処理室１０２の天井壁１０５のみならず，処理室１０２の側壁についても例えば石英などの絶縁部材で構成するようにしてもよい。この場合，図１９に示すように，側壁全体のうち周辺部移動磁場形成部３４０に囲まれる部分を筒状絶縁部材３４４として石英などで構成してもよく，また処理室１０２の側壁全体を筒状絶縁部材として石英などで構成してもよい。
【００８７】
図１９に示す周辺部移動磁場形成部３４０は，その内側面に，その内側面からプラズマ生成空間Ｓに向かいそのプラズマ生成空間Ｓの周辺部領域でＵターンする複数の磁力線を発生させて，これらの磁力線が周辺部移動磁場形成部３４０の内側面に沿って回転する移動磁場を形成するものである。
【００８８】
具体的には図２０に示すように，周辺部移動磁場形成部３４０はその内面が図３に示す上部移動磁場形成部３００の下面に相当するように構成される。すなわち，周辺部移動磁場形成部３４０はプラズマ生成空間Ｓを囲むように筒状絶縁部材３４４を介して配設された環状コア３１０を有する。環状コア３１０には図示省略のコイル３２０が巻回されケーシング３３０で覆われている。
【００８９】
環状コア３１０は，その内側面に周方向に一定の間隔を置いて複数のティース部３１２が形成されている。各ティース部３１２の間は溝部３１４が形成されている。コイル３２０は溝部３１４に挿通して各ティース部３１２に巻き付けられる。コイル３２０は複数のティース部３１２間に内側に向かって外側に戻る経路を形成する磁力線が環状コア３１０の周方向全周に亘って複数発生するように複数のティース部３１２間に巻回された複数の巻線からなる。具体的には例えば図４〜図６に示すのと同様に巻回される。第２実施形態の場合には，周辺部移動磁場形成部３４０はその内面が図３に示す上部移動磁場形成部３００の下面に相当するので，図４〜図６において上部移動磁場形成部３００の外側と内側は，周辺部移動磁場形成部３４０の上側と下側に相当する。従って，周辺部移動磁場形成部３４０のコイル３２０も，例えば図６と同様の３つの巻線３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃにより構成される。すなわち，図６を周辺部移動磁場形成部３４０の内側から見た図と考えた場合のコイル３２０の巻き方とほぼ同様である。
【００９０】
コイル３２０の各巻線３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃにそれぞれ，交流電源（周辺部移動磁場形成用交流電源）３４２から例えば図７に示すように１２０度ずつ位相をずらした三相交流電流Ａ，Ｂ，Ｃを図６に示す矢印のように流すことにより，ティース部３１２に合成磁界を発生させることができる。周辺部移動磁場形成部３４０の交流電源３４２は，上部移動磁場形成部３００の交流電源３０２と別系統で設けることにより，別々に制御することができる。
【００９１】
このように構成された第２実施形態にかかるプラズマ処理装置においては，高周波アンテナ１０６により処理ガスの誘導結合プラズマを生成してウエハＷに処理を施す際に，交流電源３０２，３４２からの所定の三相交流電流をそれぞれ，上部移動磁場形成部３００と周辺部移動磁場形成部３４０に供給する。これにより，図１９に示すように，プラズマ領域の上部領域に移動磁場ＧＣが形成されるとともに，プラズマ領域の周辺領域を囲むように移動磁場ＧＥが形成される。
【００９２】
すなわち，周辺部移動磁場形成部３４０の内側面にはその内側面からプラズマ領域に向けて周辺プラズマ領域内でＵターンする磁力線が周方向に複数発生し，これらの磁力線の強さが大きくなったり小さくなったりしながら，全体的には周辺部移動磁場形成部３４０の内周面に沿って周方向の一方向に回転する移動磁場ＧＥが形成される。
【００９３】
これによれば，高周波アンテナ１０６によって生成されたプラズマの電子を，中央プラズマ領域の上部のみならず，周辺プラズマ領域でも閉じ込めることができる。しかも，周辺部移動磁場形成部３４０によって処理室１０２の側壁近傍にその周囲を回転する移動磁場を形成するので，処理室１０２の側壁近傍におけるプラズマの拡散や消滅をより効果的に抑制できる。これにより，プラズマの電子温度の上昇をより効果的に抑えることができるとともに，プラズマ電子密度の均一性をより向上させることができる。
【００９４】
なお，上述した第１及び第２実施形態においては，主に１００ｍＴｏｒｒ以下の低圧雰囲気でのウエハＷのプラズマ処理を行う場合を例に挙げて説明したが，１００ｍＴｏｒｒを超える圧力範囲でウエハＷのプラズマ処理を行う場合であっても，上部移動磁場形成部３００による移動磁場を形成することで，中心側と周辺側とのプラズマ電子密度の均一性を制御することができる。
【００９５】
上記第１及び第２実施形態により詳述した本発明については，複数の機器から構成されるシステムに適用しても，１つの機器からなる装置に適用してもよい。上述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムを記憶した記憶媒体等の媒体をシステムあるいは装置に供給し，そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体等の媒体に格納されたプログラムを読み出して実行することによっても，本発明が達成され得る。
【００９６】
この場合，記憶媒体等の媒体から読み出されたプログラム自体が上述した実施形態の機能を実現することになり，そのプログラムを記憶した記憶媒体等の媒体は本発明を構成することになる。プログラムを供給するための記憶媒体等の媒体としては，例えば，フロッピー（登録商標）ディスク，ハードディスク，光ディスク，光磁気ディスク，ＣＤ−ＲＯＭ，ＣＤ−Ｒ，ＣＤ−ＲＷ，ＤＶＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−ＲＡＭ，ＤＶＤ−ＲＷ，ＤＶＤ＋ＲＷ，磁気テープ，不揮発性のメモリカード，ＲＯＭなどが挙げられる。また，媒体に対してプログラムを，ネットワークを介してダウンロードして提供することも可能である。
【００９７】
なお，コンピュータが読み出したプログラムを実行することにより，上述した実施形態の機能が実現されるだけでなく，そのプログラムの指示に基づき，コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが実際の処理の一部または全部を行い，その処理によって上述した実施形態の機能が実現される場合も，本発明に含まれる。
【００９８】
さらに，記憶媒体等の媒体から読み出されたプログラムが，コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後，そのプログラムの指示に基づき，その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い，その処理によって上述した実施形態の機能が実現される場合も，本発明に含まれる。
【００９９】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１００】
例えば，本発明はプラズマ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られるものではなく，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，プリント基板等であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明は，処理ガスのプラズマを形成して被処理基板に所定の処理を施すプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるプラズマ処理装置の構成例を示す断面図である。
【図２】図１に示す制御部の構成例を示すブロック図である。
【図３】同実施形態における上部移動磁場形成部の概略外観構成を示す斜視図である。
【図４】同実施形態における上部移動磁場形成部の概略内部構成の一部を示す斜視図である。
【図５】同実施形態におけるコイルの巻回状態の全体を示す結線図である。
【図６】同実施形態におけるコイルの巻回状態の一部を示す結線図である。
【図７】同実施形態におけるコイルに流す三相交流電流を示す波形図である。
【図８】同実施形態におけるコイルの周りに発生する磁界を模式的に示す図である。
【図９】同実施形態におけるティース部の表面に発生する磁界の向きを模式的に示す図である。
【図１０】同実施形態におけるティース部の表面に発生する磁力線を模式的に示す図である。
【図１１】高周波アンテナと上部移動磁場形成部の配置例を示す上面図である。
【図１２】同実施形態におけるプラズマ処理装置の概略構成図であって，移動磁場を形成しない場合の作用を説明するための図である。
【図１３】同実施形態におけるプラズマ処理装置の概略構成図であって，移動磁場を形成した場合の作用を説明するための図である。
【図１４】移動磁場を形成しない場合おけるプラズマ電子温度とプラズマ電子密度の均一性についての圧力依存性をグラフに示した図である。
【図１５】ＢＣｌ３ガスのプラズマエッチングによるエッチングレートの圧力依存性をグラフに示した図である。
【図１６】ＢＣｌ３ガスとＯ２ガスの混合ガスのプラズマエッチングによるエッチングレートの圧力依存性をグラフに示した図である。
【図１７】ＢＣｌ３ガスを用いたプラズマにおけるプラズマ電子温度の圧力依存性をグラフに示した図である。
【図１８】同実施形態にかかるプラズマ処理装置の変形例を示す概略構成図である。
【図１９】本発明の第２実施形態にかかるプラズマ処理装置の概略構成図である。
【図２０】同実施形態における周辺部移動磁場形成部の概略外観構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１００      プラズマ処理装置
１０２      処理室
１０３      絶縁板
１０４      載置台
１０４ａ    サセプタ支持台
１０４ｂ    ボルト
１０４ｃ    サセプタ
１０５      天井壁（板状絶縁部材）
１０６      高周波アンテナ
１０６ａ    内側端子
１０６ｂ    外側端子
１０７，１１９      高周波電源
１０８      整合器
１０９      温調媒体流路
１１１      導入管
１１２      排出管
１１３      静電チャック
１１３ａ    導電膜
１１４      可変直流高圧電源
１１６      ガス通路
１１７      フォーカスリング
１１８      マッチング用コンデンサ
１１９      高周波電源
１２０      ガス供給部
１２１      ガス導入口
１２２      ガス供給源
１２３      ガス供給配管
１２４      マスフローコントローラ
１３０      排気管
１３１      ヒータ固定台
１３２      温調用ヒータ
１３３      ヒータ電源
１３４      透過窓
１３５      光学系
１３６      光学センサ
１３７      ゲートバルブ
１３８      圧力センサ
１４０      排気部
２００      制御部
２１０      ＣＰＵ
２２０      ＲＯＭ
２３０      ＲＡＭ
２４０      表示部
２５０      操作パネル
２６０      報知部
２７０      各種コントローラ
２８０      プログラムデータ記憶部
２９０      処理条件記憶部
３００      上部移動磁場形成部
３０２，３４２      交流電源
３１０      環状コア
３１２      ティース部
３１４      溝部
３２０      コイル
３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃ      巻線
３３０      ケーシング
３４０      周辺部移動磁場形成部
３４４      筒状絶縁部材
Ｗ        ウエハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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