(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器内に処理ガスを導入すると共に、この処理ガスをプラズマ化して処理容器内の被処理基板に対して所定の処理を行う装置であって、
複数の異方性セグメント磁石を処理容器の外周に環状に配置したダイポールリング磁石を備えたプラズマ処理装置において、
前記複数の異方性セグメント磁石は、隣り合う異方性セグメント磁石の中心同士の間隔が、均等間隔に配置されていないことを特徴とする、プラズマ処理装置。
【請求項２】
処理容器内に処理ガスを導入すると共に、この処理ガスをプラズマ化して処理容器内の被処理基板に対して所定の処理を行う装置であって、複数の異方性セグメント磁石を処理容器の外周に環状に配置したダイポールリング磁石を備えたプラズマ処理装置において、
前記異方性セグメント磁石の配置を略楕円状にすると共に、当該略楕円の中心が被処理基板の中心から当該楕円の長軸方向に沿った方向に偏心しているように、これら異方性セグメント磁石を配置したことを特徴とする、プラズマ処理装置。
【請求項３】
異方性セグメント磁石相互間の間隔が、被処理基板の中心のある側が相対的に密、他側が相対的に疎となるように設定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】
前記ダイポールリング磁石の側面に磁性体を配置するとともに、この磁性体に、さらに磁場漏洩防止用の磁界発生手段を設けたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理基板に対して、エッチング処理を始めとする各種のプラズマ処理を施すためのプラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から半導体製造プロセスにおいては、エッチング処理を始めとして、スパッタリング処理やＣＶＤ処理などの処理に際し、処理容器内に処理ガスを導入すると共にこの処理ガスをプラズマ化して、該プラズマ雰囲気で、被処理基板、例えば半導体ウエハ（以下、「ウエハ」という）の表面に所定の処理を行うように構成されたプラズマ処理装置が用いられているが、今日ではデバイスの集積度が益々高くなり、またウエハも大口径化していることから、これらのプラズマ処理装置においては、微細な処理を高速かつ均一に実施できることがとりわけ重視されている。
【０００３】
例えばエッチング装置を例にとれば、高密度のプラズマを処理容器内に発生させて、微細な処理を可能としつつエッチングレートを向上させ、しかもウエハ面内でのエッチングレートの均一性が良好であることが望まれる。
【０００４】
この点に関し、例えば特開平６−５３１７７号公報においては、複数の異方性セグメント磁石を処理容器の外周に環状に配置して構成されるダイポールリング磁石（Dipole Ring Magnet）を備えたプラズマ生成装置が開示されている。この装置は、磁場の均一性の向上、特に被処理基板の被処理面における磁場の均一性を向上させて、従来のマグネトロンプラズマを利用した装置よりも均一なプラズマ密度を実現しようとするものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のダイポール磁石を形成する異方性セグメント磁石による磁場は、図１５、図１６に示すような状態で形成されていた。図１５において、横軸は被処理基板の中心からの距離を、縦軸は磁界の強度を示す。また図１５における曲線ａは、図１６に示したＮ−Ｓ方向の磁界強度分布を、曲線ｂは、Ｎ−Ｓ方向に直交する方向（Ｅ−Ｗ方向）の磁界強度分布を示す。図１６は、被処理基板の被処理面に平行な磁界分布を示し、横軸はＮ−Ｓ方向を、縦軸はＮ−Ｓ方向に直交する方向（Ｅ−Ｗ方向）を示す。なお縦軸と横軸との交点は、ウエハ等の被処理基板の被処理面の中心を示す。
【０００６】
これら図１５、図１６からわかるように、ダイポールリング磁石が作る被処理基板上の磁界の強度分布は、Ｎ−Ｓ方向が短径で、その直角方向、すなわちＥ−Ｗ方向が長径となる略楕円状の形状を呈していた。このためＮ−Ｓ方向と、これと直交する方向であるＥ−Ｗ方向とでは磁界強度が異なっており、被処理基板の全面に渡って高精度の均一な磁場を形成することができなかった。
【０００７】
またプラズマにおける電子のＥ×Ｂドリフト運動の影響を考慮すれば、電子は図１６におけるＥ極側からＷ極側に動くため、電子がＷ極側に溜まってしまう。これを回避するためには、Ｅ極側からＷ極側に向かって磁場強度が減少する、いわゆる傾斜磁場を形成し、それによって電子のドリフト方向を変えてＷ極側に電子が溜まることを抑制する必要があるが、従来の技術ではかかる傾斜磁場を形成するためには、各異方性セグメント磁石ごとに磁石の容量を考慮する必要があり、困難であった。
【０００８】
従って、従来のダイポールリング磁石を備えた装置では、被処理基板に対してより均一なプラズマ処理を施すことが困難であった。さらに均一なプラズマ処理を行うにあたっては、ダイポールリング磁石を形成する異方性セグメント磁石が作る磁場が、被処理基板の被処理面からその上方のプラズマ空間に渡って、被処理基板に対して水平な磁場が形成されることが好ましいが、実際に形成される磁場は垂直成分をもち、上下に凸の湾曲磁場が形成されていた。
【０００９】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、前記した複数の異方性セグメント磁石を処理容器の外周に環状に配置したダイポールリング磁石を備えたプラズマ処理装置において、各異方性セグメント磁石により生じる磁場を補正し、処理容器内のプラズマの均一性をより向上させて、被処理基板に対して所望の均一なプラズマ処理を施すことを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１の発明は、処理容器内に処理ガスを導入すると共に、この処理ガスをプラズマ化して処理容器内の被処理基板に対して所定の処理を行う装置であって、複数の異方性セグメント磁石を処理容器の外周に環状に配置したダイポールリング磁石を備えたプラズマ処理装置において、前記複数の異方性セグメント磁石は、隣り合う異方性セグメント磁石の中心同士の間隔が、均等間隔に配置されていないことを特徴としている。
【００１５】
上記したように、請求項１の発明は、処理容器内に処理ガスを導入すると共に、この処理ガスをプラズマ化して処理容器内の被処理基板に対して所定の処理を行う装置であって、複数の異方性セグメント磁石を処理容器の外周に環状に配置したダイポールリング磁石を備えたプラズマ処理装置において、前記複数の異方性セグメント磁石は、隣り合う異方性セグメント磁石の中心同士の間隔が、均等間隔に配置されていない。すなわち隣り合う異方性セグメント磁石同士の中心の間隔が、必ずしもすべて同一の間隔ではないように配置されている。従って、例えば適度にいわゆる間引きされた配置なども含まれる。
【００１６】
複数の異方性セグメント磁石を単に楕円に配置した場合、長径が長くなるなど、結果的にダイポールリング磁石全体が大型化してしまう。この点、請求項１のように、例えば適当にいわゆる間引きするなどして、異方性セグメント磁石の個数を減少させることにより、処理容器内に所望の磁場を生じさせながらも、ダイポールリング磁石の楕円の長径を短くすることが可能となり、その結果プラズマ処理装置をコンパクトにできる。また、複数の異方性セグメント磁石を環状に配置する場合も、適宜配置間隔を調節することで、微細な磁場調整ができ、またセグメント磁石の数の減少に伴ってコストの低廉化も図れる。
【００１７】
さらにまた請求項２に記載したように、異方性セグメント磁石の配置を略楕円状にすると共に、当該略楕円の中心が被処理基板の中心から当該楕円の長軸方向に沿った方向に偏心しているように、これら異方性セグメント磁石を配置するように構成してもよい。この場合、長軸に沿ってずらせる方向は、プラズマ中の電子の集中を回避する方向、例えば図１６に即していえば、Ｗ極側である。なおここでいう略楕円状とは、楕円のみならず、例えば円柱を平坦面で斜めに切断した際の切断面の形状をも含むものである。かかる構成によって、従来困難であったＥ極側からＷ極側に向かって磁場強度が減少する傾斜磁場の形成が可能となり、それによって電子のドリフト方向を変えてＷ極側に電子が溜まることを抑制することが可能になる。
【００１８】
かかる場合、請求項３に記載したように、異方性セグメント磁石相互間の間隔が、被処理基板の中心のある側が相対的に密、他側が相対的に疎となるように設定すれば、さらにＷ極側に電子が溜まることを抑制することが可能になる。
【００１９】
なお請求項４の発明のように、前記ダイポールリング磁石の側面に磁性体を配置するとともに、この磁性体にさらに磁場漏洩防止用の磁界発生手段を設けることにより、当該装置の周囲に漏れ磁場がないようにすることが可能となり、周辺機器の磁気影響を防止するとともに、マルチチャンバタイプの半導体デバイス製造システムを構築するにあたり、設計の自由度及び磁場強度の均一性を向上させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をエッチング装置に適用した実施の形態について説明すると、図１は第１の実施の形態にかかるエッチング装置１の断面を模式的に示しており、このエッチング装置１における処理室２は、陽極酸化処理されたアルミニウムなどからなる円筒形状の処理容器３内に形成され、この処理室２は気密に閉塞自在に構成されている。また処理容器３自体は、例えば接地線４に接続されるなどして接地されている。
【００２１】
処理室２内の底部にはセラミックなどの絶縁支持板５が設けられており、この絶縁支持板５の上部に、被処理基板、例えば直径１２インチのウエハＰを載置するための略円柱状のサセプタ６が収容されている。このサセプタ６は、例えば陽極酸化処理されたアルミニウムからなっており、下部電極を構成する。
【００２２】
サセプタ６は、上下動自在な支持体７によって支持されており、処理容器３外に設置されているモータなどの駆動源８の作動により、図中の往復矢印に示したように、上下動自在である。なお図１は、エッチング時の位置を示しており、駆動源８によってサセプタ６は、処理容器の側部下方に設けられている搬入出用のゲートバルブ９まで下降自在である。また支持体７の外周には、気密性を確保するためのベローズ１０が配置されている。
【００２３】
サセプタ６上には、ウエハＰを吸着保持するための静電チャック（図示せず）が設けられており、ウエハＰはこの静電チャック上の所定位置に載置されるようになっている。またサセプタ６の上面外周縁には、導電性を有する環状のフォーカスリング１１が設けられている。このフォーカスリング１１は、ウエハＰ周辺のプラズマ密度の均一性を改善する機能を有している。
【００２４】
処理容器３の底部には、例えばターボ分子ポンプなどの真空引き手段１２に通ずる排気管１３が設けられており、真空引き手段１２の作動によって、処理容器３内は所定の減圧度、例えば１０ｍＴｏｒｒにまで、真空引きすることが可能である。なおこのような処理容器３内の排気、並びに真空引き手段１２の作動による処理容器３内の減圧度の維持は、処理容器３に設けた圧力センサ（図示せず）からの検出信号に基づいて自動的に制御されるようになっている。
【００２５】
前記処理室２の上部には、例えばアルミナからなる絶縁材２１を介して、上部電極２２が設けられている。この上部電極２２は、導電性の材質、例えば陽極酸化処理されたアルミニウムで構成されているが、少なくとも前記ウエハＰに対向する面２２ａは、高周波に対して導電性を有する他の材質、例えば単結晶シリコンで形成してもよい。またこの上部電極２２は、その内部に中空部２２ｂを有する中空構造であり、さらに上部電極２２の上部中央にはガス導入口２３が形成され、このガス導入口２３は前記中空部２２ｂと通じている。そしてウエハＰに対向する面２２ａには、ウエハＰの被処理面全面に均一に処理ガスを供給するため、多数の吐出口２２ｃが形成されている。
【００２６】
前記ガス導入口２３には、ガス導入管２４が接続され、さらにこのガス導入管２４には、バルブ２５、流量調節のためのマスフローコントローラ２６を介して、処理ガス供給源２７が接続されている。本実施の形態では、処理ガス供給源２７から所定の処理ガス、例えばＣＦ4ガスやＣ4Ｆ8ガスなどのＣＦ系のエッチングガス等が供給されるようになっており、このエッチングガスは、マスフローコントローラ２６で流量が調節されて、前記上部電極２２の吐出口２２ｃから、ウエハＰに対して均一に吐出される構成となっている。
【００２７】
次にこのエッチング装置１の高周波電力の供給系について説明すると、まず下部電極となるサセプタ６に対しては、周波数が数百ｋＨｚ程度、例えば８００ｋＨｚの高周波電力を出力する第１の高周波電源３１からの電力が、ブロッキングコンデンサなどを有する整合器３２を介して供給される構成となっている。一方上部電極２２に対しては、整合器３３を介して、周波数が前記第１の高周波電源３１よりも高い１ＭＨｚ以上の周波数、例えば２７．１２ＭＨｚの高周波電力を出力する第２の高周波電源３４からの電力が供給される構成となっている。
【００２８】
そして前記処理容器３の外周には、磁場発生手段として、本実施の形態にかかる、いわゆるダイポールリング磁石４１が配置されている。このダイポールリング磁石４１は、円環状の回転ステージ４２の上に、図２にも示したように、楕円状に配列された４０個の円柱形のセグメント磁石Ｍ１〜Ｍ４０を有している。これらセグメント磁石Ｍ１〜Ｍ４０は、異方性セグメント磁石を構成する。またこれら各セグメント磁石Ｍ１〜Ｍ４０は、同形同大であるが、回転ステージ４２に配置されるときは、後述のようにその着磁方向が異なった方向に向くように配置されている。そして前記回転ステージ４２自体は、図１に示したように、モータなどの駆動手段４３及びギヤなどの伝達機構４４によって、処理容器３の外周を同心円状に回転するように構成されている。なお回転する方向は、図１中の回転矢印Ｒで示した。
【００２９】
前記したように各セグメント磁石Ｍ１〜Ｍ４０は同形同大であるから、例えばセグメント磁石Ｍ１について説明すると、このセグメント磁石Ｍ１は、全体として円柱形であり、例えば磁化させて磁石とするための同形同大の円柱形の磁石材料５１及び５２が、上下方向に密着するようにして構成されている。これら磁石材料５１、５２は、最初から一体的に形成されていてもよい。また磁石材料５１、５２間にスリットを設けてもよく、後述のように非磁性体を介在させてもよい。そしてこのように構成された素材を磁化して、例えば図３の矢印に示したような方向で磁石材料５１及び５２を着磁させることによって、セグメント磁石Ｍ１は構成されている（矢印の先がＮ極を示している）。なお磁石材料５１、５２の着磁方向は全く同一である。
【００３０】
他のセグメント磁石Ｍ２〜Ｍ４０は、このセグメント磁石Ｍ１と全く同一構成である。そしてこの４０個の同一の着磁方向を持ったセグメント磁石を、回転ステージ４２上に配置するにあたり、図２に示したように、回転ステージ４２上を１８０゜ずれると（半周すると）、セグメント磁石の着磁方向が元の方向に戻る（一周する）ように、各セグメント磁石Ｍ１〜Ｍ４０の着磁方向が異なるように設定されている。例えば図２に即して言うと、セグメント磁石Ｍ１とセグメント磁石Ｍ２１とは、同一の着磁方向であり、またセグメント磁石Ｍ２０とセグメント磁石Ｍ４０とは、同一の着磁方向であり、本実施形態においては、セグメント磁石Ｍ１〜Ｍ４０は、等角度ずつ着磁方向がずれるように設定されている。以上のようなセグメント磁石Ｍ１〜Ｍ４０の配置により、処理容器３内の磁場ベクトルは、図２の太矢印に示した方向に向いている。
【００３１】
さらに詳述すれば、セグメント磁石Ｍ１〜Ｍ４０は、図２に示すように、ＮＳ方向、すなわち、合成ベクトルＣの方向を長軸とし、これに直交する方向を短軸とする楕円軌跡上に配設されている。この楕円軌跡の長軸と短軸との長さは、磁界を構成する種々のパラメータ、例えば、セグメント磁石Ｍ１〜Ｍ４０の磁力、セグメント磁石Ｍ１〜Ｍ４０の数、セグメント磁石Ｍ１〜Ｍ４０相互間のピッチなどにより定められ、図１６に示した磁界のＮ−Ｓ方向とこれに直交する方向（Ｅ−Ｗ方向）との不均一をなくして、円形の磁力線を有する磁界を形成するように設定されている。
【００３２】
本実施の形態にかかるエッチング装置１の主要部は以上のように構成されており、前記したようなダイポールリング磁石４１の配置により、ウエハＰを側面からＹ軸方向に向かってみると、図４に示したように、ダイポールリング磁石４１が静止している状態においては、ウエハＰを含む平面に対して、略平行な磁場が形成されている。
【００３３】
また同じくダイポールリング磁石４１が静止している状態においては、即ち回転ステージ４２が停止している状態では、図５に示したように、Ｎ−Ｓ方向の磁界強度分布（曲線ａ）と、Ｎ−Ｓ方向に直交する方向（Ｅ−Ｗ方向）の磁界強度分布（曲線ｂ）とはほぼ一致している。そして図１６と対応する図６に示したように、磁場の等強度位置を結んだ線は、被処理基板であるウエハＰの中心を中心とする同心円を形成している。
【００３４】
次に本実施の形態にかかるエッチング装置１を用いて、例えばシリコンのウエハＰの酸化膜（ＳｉＯ2）をエッチングする場合のプロセス、作用等について説明すると、このエッチング装置１の側面には、ゲートバルブ９を介して、搬送アームなどのウエハ搬送手段等が収容されているロードロック室（図示せず）が並設されており、被処理基板であるウエハＰの処理容器３内への搬入出時においては、駆動源８の作動により、サセプタ６が所定の受け渡し位置まで降下する。
【００３５】
そして前記ロードロック室（図示せず）からウエハＰが処理室２内に搬入され、静電チャック等の保持手段によってサセプタ６上の所定位置に該ウエハＰがセットされる。次いで駆動源８の作動により、サセプタ６が所定のエッチング処理位置（図１に示された位置）まで上昇する。同時に処理室２内が、真空引き手段１２によって真空引きされていき、所定の減圧度になった後、処理ガス供給源２７から所定の処理ガス、例えばＣＦ4が所定の流量で供給され、処理室２の圧力が所定の減圧度、例えば２０ｍＴｏｒｒに設定、維持される。
【００３６】
次いで上部電極２２に対して第２の高周波電源３４から周波数が２７．１２ＭＨｚ、パワーが２ｋＷの高周波電力が供給されると、処理室２内のエッチングガス、即ちＣＦ4ガスのガス分子が解離してプラズマ化される。また同時にサセプタ６に対して第１の高周波電源３１から周波数が８００ｋＨｚ、パワーが１ｋＷの高周波電力が供給される。
【００３７】
さらに駆動手段４３の作動によって回転ステージ４２が回転し、それによってダイポールリング磁石４１が処理容器３外周を回転すると、ウエハＰ上にこのウエハＰと平行かつ均一な磁場、即ち前記した高周波電源によって形成された電界と直交する方向に平行磁場が形成される。
【００３８】
それによってプラズマ中の電子がＥ×Ｂドリフト運動を起こし、その結果、中性分子との衝突によってさらに解離が起こって、処理容器３内のプラズマの密度は極めて高いものとなる。また例えばＥ×Ｂドリフト運動を起こさない、バルク中の電子であっても、前記磁場によってその拡散が抑えられる。従って、かかる点からもプラズマ密度は高くなっている。
【００３９】
このようなプラズマ雰囲気の下で、それによって生じた高密度のエッチャントイオンが、第１の高周波電源３１からサセプタ６側に供給された相対的に低い周波数の高周波（８００ｋＨｚ）によってその入射エネルギーが、前記プラズマの生成過程とは独立に制御されつつ、ウエハＰ表面のシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）をエッチングしていく。従って、ウエハＰにダメージを与えることなく、所定のエッチング処理を行うことが可能である。また高速のエッチングレートと面内均一性の高いエッチング処理がウエハＰに対してなされる。
【００４０】
そしてこのエッチング装置１においては、既述したように、ダイポールリング磁石４１において、複数のセグメント磁石Ｍ１〜Ｍ４０が楕円状に配置されているので、処理室２内に形成される磁場が補正され、その結果、処理室２内の磁場は被処理面やその外周周縁部、及び被処理面から少なくともその上方のプラズマが発生する空間までは均一となり、被処理基板に対して所望の均一なプラズマ処理を施すことができる。
【００４１】
また、セグメント磁石Ｍ１〜Ｍ４０は、同一の部材から構成されるため、今後予想される被処理基板の大型化に伴ってプラズマ処理装置が大型されても、同一種類のセグメント磁石Ｍを使用することができるため、セグメント磁石Ｍの生産コスト等を低下させることができる。
【００４２】
次に、本発明をエッチング装置に適用した第２の実施形態について説明する。なお下記の説明において、前記した実施の形態と同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付することにより、重複した説明を省略することとする。
【００４３】
図７はこの第２の実施の形態にかかるエッチング装置１００の断面を模式的に示している。前記処理容器３の外周には、磁場発生手段としてダイポールリング磁石１０１が配置されている。このダイポールリング磁石１０１は、円環状の回転ステージ４２の上に、図８にも示したように、円環状に配列された３６個の円柱形のセグメント磁石Ｍｇ１〜Ｍｇ３６を有している。これら各セグメント磁石Ｍｇ１〜Ｍｇ３６は同形同大であるが、回転ステージ４２に配置されるときは、後述のように、その着磁方向が異なった方向に向くように配置されている。
【００４４】
また回転ステージ４２上には、さらに前記ダイポールリング磁石１０１の外周を囲むように、円環状の磁性体からなるシールドリング１０２が設けられており、ダイポールリング磁石１０１と共に同期して回転する。
【００４５】
前記したように各セグメント磁石Ｍｇ１〜Ｍｇ３６は同形同大であるから、例えばセグメント磁石Ｍｇ１について説明すると、このセグメント磁石Ｍｇ１は、全体として円柱形であり、例えば磁化させて磁石とするための同形同大の円柱形の磁石材料１０３、１０４の間に、例えば同径のアルミニウム材からなる非磁性体１０５を配置してこれを挟み込んだ構造を有している。そしてこのように構成された素材を磁化して、例えば図８の矢印Ａに示したような方向で磁石材料１０３、１０４を着磁させることによって、セグメント磁石Ｍｇ１は構成されている（矢印Ａの先がＮ極を示している）。なお磁石材料１０３、１０４の着磁方向は全く同一である。
【００４６】
さらにセグメント磁石Ｍｇ１の上端部及び下端部には、図９に示したように、例えば同径の永久磁石からなる補助磁石１０６、１０７が固定されており、その補助磁石１０６、１０７の磁場方向は、同図中矢印Ｂ1、Ｂ2で示したように、各々セグメント磁石Ｍｇ１の垂直方向に沿って中心に向かうようになっている。これによってセグメント磁石Ｍｇによって形成される磁場について、垂直方向の磁場成分を少なくすることができる。
【００４７】
従って、処理室２内で形成される、セグメント磁石Ｍｇの磁場の垂直方向の成分（図９中の矢印Ｓ1、Ｓ2）を、補助磁石１０６、１０７により形成される磁場（同図中矢印Ｂ1、Ｂ2）によって、補正して、処理室２内に均一な磁場が形成される。
【００４８】
なお他のセグメント磁石Ｍｇ２〜Ｍｇ３６は、このセグメント磁石Ｍｇ１と全く同一構成であり、各々の上端、下端に、前記した補助磁石１０６、１０７が固定されている。またこれらセグメント磁石Ｍｇ１〜Ｍｇ３６から構成されるダイポールリング磁石１０１の回転については、前記ダイポールリング磁石４１と同一であるため、説明は省略する。なおダイポールリング磁石１０１により、処理室２内のに形成される磁場ベクトルＣは、Ｎ−Ｓ方向に沿って図１０の太矢印に示した方向に向いている。
【００４９】
そしてシールドリング１０２の外周方向の所定の箇所には、図８に示したような磁場漏洩防止用の磁界発生手段となるカウンター磁石１０８が取り付けられている。このカウンター磁石１０８は、全体として略直方体の形状を成し、当該形状の磁石材料を、例えば図１１中の矢印方向に着磁するように磁化したものである。
【００５０】
かかる構成のカウンター磁石１０８を、本実施の形態においては、図８、図１０に示したように、前記磁場ベクトルＣの方向に沿った位置、すなわちセグメント磁石Ｍｇ３５〜Ｍｇ２、及びセグメント磁石Ｍｇ１７〜Ｍｇ２０の外方に位置するように、各々上下二段にしてシールドリング１０２の外周に、計１６個取り付けられている。従って、セグメント磁石Ｍｇ３５〜Ｍｇ２側のカウンター磁石群と、セグメント磁石Ｍｇ１７〜Ｍｇ２０側のカウンター磁石群とは、磁場ベクトルの方向に沿って対向した位置関係を有している。なおシールドリング１０２に取り付ける際の各カウンター磁石１０８群の磁極については、セグメント磁石Ｍｇ３５〜Ｍｇ２側については、Ｎ極が外側に位置するように、セグメント磁石Ｍｇ１７〜Ｍｇ２０側についてはＮ極が内側に位置するように取り付けられている。
【００５１】
第２の実施の形態にかかるエッチング装置１００の主要部は以上のように構成されており、セグメント磁石Ｍｇ１〜Ｍｇ３６によって生じる磁場の垂直成分を、適宜この補助磁石１０６、１０７で補正することで、従来生じていた上下に凸の湾曲状の磁場を是正することができる。従って、被処理面やその外周周縁部、及び被処理面から少なくともその上方のプラズマ発生空間では、被処理基板であるウエハＰに対して水平な磁場が形成され、被処理基板に対して所望のプラズマ処理を施すことができる。
【００５２】
また当該装置に設けたシールドリング１０２及びカウンター磁石１０８により、ダイポールリング磁石１０１から生じる磁場の漏洩を防止して、周辺機器の磁気影響を防止することができる。すなわちダイポールリング磁石１０１によって発生した磁場は、処理容器３外周の全方向に渡って漏洩しようとするが、ダイポールリング磁石１０１の側面外周には、磁性体のシールドリング１０２が配置されているので、近接した場所に対する磁場の漏洩は防止されている。しかもこのシールドリング１０２の外周には、さらにカウンター磁石１０８が配置されているので、遠方に対する磁場漏れも防止されている。
【００５３】
従ってエッチング装置１００と同一の装置を相互に接近した場所に設置しても、相互に磁場の干渉はなく、所期の高速かつ均一なエッチング処理が実施できる。また遠方に対する磁場漏れも防止されるので、周辺機器に対する磁気的影響も防止することができる。そのうえシールドリング１０２は、ダイポールリング磁石１０１と共に回転するので、シールドリング１０２の一部にカウンター磁石１０８を取り付けても、全周囲に渡って遠方の磁場漏れを防止することができる。なお、シールドリング１０２及びカウンター磁石１０８等から成る磁場漏洩防止手段は、前記した第１の実施形態にかかるエッチング装置１についても実施可能であることは言うまでもない。
【００５４】
以上の各実施の形態において説明したように、ダイポールリング磁石４１、１０１を構成した異方性セグメント磁石であるセグメント磁石Ｍ１〜Ｍ４０、Ｍｇ１〜Ｍｇ３６は、それぞれ同一の構成であるため、それぞれについて１種類のセグメントを多数製造して、その配置を変えることで所期のダイポールリング磁石４１または１０１を構成することができる。従って、配置状態を変えるだけで容易に所望の着磁方向の異方性セグメント磁石を得ることができ、また製造コストも低廉である。
【００５５】
なおプラズマ中の電子は、Ｅ×Ｂドリフト運動を起こし、Ｅ極側からＷ極側へ移動するため、Ｗ極側の方がＥ極側に比べ、プラズマ密度が大きくなる。したがって、このＥ×Ｂドリフト運動の影響を考慮した磁場強度分布を形成すれば、よりプラズマ密度の均一性を向上させることができる。具体的には、図１２、図１３（図１２、図１３は、各々図１５、図１６にそれぞれに対応する図である）に示したように、Ｅ極側からＷ極側へ次第に弱くなる傾斜磁場を形成すれば、Ｅ×Ｂドリフト運動をおこした電子に対する拡散抑制効果は弱められ、結果的にＷ極側における電子の集中は回避され、ウェハ上のプラズマ密度の均一性は良好なものとなる。
【００５６】
このような傾斜磁場を形成するためには、図１４に示すように、ダイポールリング磁石２０１を形成する異方性セグメント磁石Ｍ１〜Ｍｎを略楕円状に配置し、その楕円中心Ｚを、ウエハＰの中心より、Ｗ極側にずらした位置にすればよい。なおダイポールリング磁石２０１を形成する異方性セグメント磁石Ｍ１〜Ｍｎの各着磁方向の設定は、前記第１、第２の実施形態の場合と同様、ウエハＰの周囲を半周すると、着磁方向が元の方向に戻るように、各異方性セグメント磁石Ｍ１〜Ｍｎの各着磁方向は、ずれて設定されている。
【００５７】
前記実施の形態において用いたダイポールリング磁石４１、１０１は、各々４０個のセグメント磁石Ｍ１〜Ｍ４０、３６個のセグメント磁石Ｍｇ１〜Ｍｇ３６によって構成されていたが、もちろんセグメント磁石の数は必要に応じて任意に選択したものであってもよい。従って、例えばダイポールリング磁石４１に設けたセグメント磁石Ｍ１〜Ｍ４０の個数を減らす、いわゆる間引きを行った場合、処理室２内に所望の磁場を生じさせながらも、ダイポールリング磁石４１の楕円の長径を短くすることが可能となり、エッチング装置１の大きさを減少させることができる。さらに例えばダイポールリング磁石１０１に設けたセグメント磁石Ｍｇ１〜Ｍｇ３６について間引きを行った場合には、処理室２内に生じる磁場の微調整が、さらに容易になる。
【００５８】
なお前記した実施の形態は、エッチング装置として構成した例であったが、これに限らず、本発明は他のプラズマ処理装置、例えばアッシング装置、スパッタリング装置、ＣＶＤ装置としても具体化できる。さらに被処理基板も、ウエハに限らず、ＬＣＤ基板であってもよい。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、プラズマ処理装置に複数の異方性セグメント磁石を処理容器の外周に楕円状に配置したダイポールリング磁石、あるいは補助磁石を備えた複数の異方性セグメント磁石を処理容器の外周に環状に配置したダイポールリング磁石を備えたことで、処理容器内に形成される磁場の均一性を従来より向上させることができる。従って、被処理基板に対して従来より均一なプラズマ処理を施すことができる。さらにそれぞれのダイポールリング磁石は、それぞれ同一の異方性セグメント磁石により形成されるため、被処理基板の大型化に伴ってプラズマ処理装置が大型されても、各々略同一の異方性セグメント磁石を使用することができ、異方性セグメント磁石の生産コスト等を低下させることができる。なおダイポールリング磁石の外周に磁場漏洩防止用の磁界発生手段を設ければ、装置の周囲への漏れ磁場の発生を防止でき、周辺機器の磁気影響を防止するとともに、マルチチャンバタイプの半導体デバイス製造システムを構築するに当たり、設計の自由度及び磁場強度の均一性を向上させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかるエッチング装置の断面説明図である。
【図２】図１にエッチング装置に用いたダイポールリング磁石の各セグメント磁石の着磁方向を示す平面図である。
【図３】図２のダイポールリング磁石に用いたセグメント磁石の斜視図である。
【図４】図１のエッチング装置における処理室内の磁場の様子を示す側面からみた説明図である。
【図５】図１のエッチング装置におけるウエハ上の磁場勾配の様子を示す側面からみた説明図である。
【図６】図１のエッチング装置におけるウエハ上の等強度位置を結んだ曲線（等強度線）の様子を示す平面からみた説明図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態にかかるエッチング装置の断面説明図である。
【図８】図７のエッチング装置に用いたダイポールリング磁石の斜視図である。
【図９】図７のダイポールリング磁石に用いたセグメント磁石の斜視図である。
【図１０】図７のダイポールリング磁石の各セグメント磁石の着磁方向を示す平面図である。
【図１１】図７のダイポールリング磁石のシールドリングに取り付けたカウンター磁石の斜視図である。
【図１２】電子のＥ×Ｂドリフト運動を考慮してプラズマ密度の均一性を向上させる際の磁場強度分布を示す、ウエハ側面からの説明図である。
【図１３】電子のＥ×Ｂドリフト運動を考慮してプラズマ密度の均一性を向上させる際の磁場強度分布を示す、ウエハ平面からの説明図である。
【図１４】図１２、図１３の磁場強度分布を形成するための異方性セグメントの配置例を示す説明図である。
【図１５】従来技術での磁場強度分布を示す、ウエハ側面からの説明図である。
【図１６】従来技術での磁場強度分布を示す、ウエハ平面からの説明図である。
【符号の説明】
１、１００    エッチング装置
２            処理室
３            処理容器
６            サセプタ
１２            真空引き手段
２２            上部電極
２７            処理ガス供給源
３１            第１の高周波電源
３４            第２の高周波電源
４１、１０１    ダイポールリング磁石
４２            回転ステージ
１０２          シールドリング
１０６、１０７  補助磁石
１０８          カウンター磁石
Ｍ１〜Ｍ４０、Ｍｇ１〜Ｍｇ３６  セグメント磁石
Ｐ            ウエハ
【図１】
0003725968.tif 000002
【図２】
0003725968.tif 000003
【図３】
0003725968.tif 000004
【図４】
0003725968.tif 000005
【図５】
0003725968.tif 000006
【図６】
0003725968.tif 000007
【図７】
0003725968.tif 000008
【図８】
0003725968.tif 000009
【図９】
0003725968.tif 000010
【図１０】
0003725968.tif 000011
【図１１】
0003725968.tif 000012
【図１２】
0003725968.tif 000013
【図１３】
0003725968.tif 000014
【図１４】
0003725968.tif 000015
【図１５】
0003725968.tif 000016
【図１６】
0003725968.tif 000017