(57)【要約】【課題】エッチングレートあるいは所望の加工形状をウエハ面内で均一に得ることのできるプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】真空処理容器内に処理ガスを供給するガス供給装置１１３と、前記真空処理容器内に試料を載置して保持する載置電極１１５と、前記載置電極に高周波バイアス電圧を供給する高周波バイアス電源１１７と、前記真空処理容器内を排気する排気装置と、前記真空処理容器内に磁界を形成する電磁コイル１０７，１０８，１０９と、前記真空処理容器に高周波エネルギーを供給して、前記磁界との相互作用によりプラズマを生成するプラズマ生成装置１０１とを備え、前記高周波バイアス電源は２ＭＨｚ以上の高周波であり、前記載置電極上の前記真空処理容器のプラズマ生成領域に対向する面に形成されたアース領域の高さ以下の領域の磁束密度は２０ｍＴ以下である。【選択図】図１
2012023098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空処理容器内に処理ガスを供給するガス供給装置と、
前記真空処理容器内に試料を載置して保持する載置電極と、
前記載置電極に高周波バイアス電圧を供給する高周波バイアス電源と、
前記真空処理容器内を排気する排気装置と、
前記真空処理容器内に一方向の磁界を形成する第１の電磁コイル、及び前記磁界と同方向および逆方向の磁界を切り替えて形成する第２の電磁コイルと、
前記真空処理容器に高周波エネルギーを供給して、前記磁界との相互作用によりプラズマを生成するプラズマ生成装置とを備え、
前記載置電極上の前記真空処理容器のプラズマ生成領域に対向する面に形成されたアース領域の高さ以下の領域の磁束密度は２０ｍＴ以下であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
真空処理容器内に処理ガスを供給するガス供給装置と、
前記真空処理容器内に試料を載置して保持する載置電極と、
前記載置電極に高周波バイアス電圧を供給する高周波バイアス電源と、
前記真空処理容器内を排気する排気装置と、
前記真空処理容器内に一方向の磁界を形成する第１の電磁コイル、及び前記磁界と同方向および逆方向の磁界を切り替えて形成する第２の電磁コイルと、
前記真空処理容器に高周波エネルギーを供給して、前記磁界との相互作用によりプラズマを生成するプラズマ生成装置とを備え、
前記高周波バイアス電源は２ＭＨｚ以上の高周波であり、前記載置電極上の前記真空処理容器のプラズマ生成領域に対向する面に形成されたアース領域の高さ以下の領域の磁束密度は２０ｍＴ以下であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１から２記載のプラズマ処理装置において、
前記第１の電磁コイルおよび第２の電磁コイルは前記真空処理容器の外周部および上面の外周部を覆う共通の孔明き円筒状のヨークを備え、前記ヨークの外周の径に対する前記孔径は０．２５ないし０．３であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記高周波バイアス電源はパルス波を出力する電源であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置にかかり、特に、均一な処理を実現することのできるプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル家電、パーソナルコンピュータ、携帯電話等に用いられるプロセッサ等に使用されるＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）については、高集積化、高速化、高機能化が継続的に行われている。このトレンドを継続するために素子寸法は年々微細化されるとともに新材料、新構造のゲート電極が検討されている。
【０００３】
例えば、３２ｎｍ以下で新構造のゲート電極を形成するためには、ドライエッチング工程において更なる下地選択性と形状垂直性の両立が必要となる。
【０００４】
垂直加工の実現には、イオンのエネルギーが高いほど異方性が向上するため有利である。しかし、下地選択性を確保するためには低イオンエネルギーを使用せざるを得ない。低イオンエネルギーを使用する場合には、下地とゲート絶縁膜との界面付近には裾形状が形成されることがある。
【０００５】
このため、ドライエッチングにおいては、イオンエネルギー値の制御のほかに、高周波により時間変動するプラズマシースを通過することによって生じるイオンエネルギー分布(Ion Energy Distribution Function;IEDF)の制御が重要である。なお、ＩＥＤＦの制御に関しては、イオンがプラズマシースを通過する時間は、バイアスの周波数に依存して変化することが報告されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００６】
エッチング装置の一つであるマイクロ波プラズマエッチング装置では、イオンエネルギーを制御する手段として、４００ｋＨｚの比較的低周波のバイアス電源を使用している。このため、バイアス電源のピークツーピーク電圧Ｖｐｐに対応したピークと０Ｖ近辺にピークを持つブロードなイオンエネルギー分布となる。このため、０Ｖ付近のエネルギーを持つイオンの影響で裾部分にサイドエッチが入りやすい、あるいは逆に裾部分が広がりやすいという問題が生じる。
【０００７】
この問題を解決し、イオンエネルギー分布（ＩＥＤＦ）を制御する方法として、低周波と高周波のバイアスを混合した２周波混合バイアスを印加する方法が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００８】
しかし、マイクロ波プラズマエッチング装置において、２ＭＨｚ以上の高周波バイアスを使用する場合、処理条件によっては端高分布のエッチングレート（ＥＲ）となり均一性が極端に悪化する問題が生じる。これを低減する方法として、電極付近の磁束密度を３５ｍＴ以下とする方法が提案されている（たとえば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−２４４４２９号公報
【特許文献２】特開平１０−９２６００号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Journal of Vacuum Science and Technology A Volume 20 p.1759
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
有磁場マイクロ波エッチング装置において、特許文献１記載のように４００ｋＨｚと２ＭＨｚ以上（たとえば１３．５６ＭＨｚ）の周波数を混合した２周波混合バイアスを使用する場合、前記１３．５６ＭＨｚの高周波をウエハ上に均一に印加できないプロセス条件が存在する。これの対処法として、特許文献２に、逆電流磁場供給用のコイルあるいは永久磁石を試料台に設置し、あるいはウエハと磁石間の距離を離して、ウエハ上での磁束密度を３５ｍＴ以下とすることが開示されている。
【００１２】
しかし、特許文献２記載の方法だけでは、特に１Ｐａ以下の低圧力プラズマ領域において、ウエハ上に均一にバイアスを印加することができない。このためエッチングレート、あるいはエッチング形状にウエハ面内不均一が発生したり、ウエハ上に発生した電位分布により成膜された絶縁膜が損傷を受けたりすることがある。
【００１３】
さらに、特許文献２記載の方法では、ウエハの搬送方向で逆電流磁場供給コイルからの磁束に対して実効的な閉回路を軸対称で形成することができないため、プラズマ生成の均一性に問題が生じた。
【００１４】
本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたもので、エッチングレートあるいは所望の加工形状をウエハ面内で均一に得ることのできるプラズマ処理装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。
【００１６】
真空処理容器内に処理ガスを供給するガス供給装置と、前記真空処理容器内に試料を載置して保持する載置電極と、前記載置電極に高周波バイアス電圧を供給する高周波バイアス電源と、前記真空処理容器内を排気する排気装置と、前記真空処理容器内に磁界を形成する電磁コイルと、前記真空処理容器に高周波エネルギーを供給して、前記磁界との相互作用によりプラズマを生成するプラズマ生成装置とを備え、前記高周波バイアス電源は２ＭＨｚ以上の高周波であり、前記載置電極上の前記真空処理容器のプラズマ生成領域に対向する面に形成されたアース領域の高さ以下の領域の磁束密度は２０ｍＴ以下である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、以上の構成を備えるため、エッチングレートあるいは所望の加工形状をウエハ面内で均一に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係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】エッチングレート分布と等磁束密度面を表す図である。
【図３】エッチングレート分布と等磁束密度面を表す図である。
【図４】エッチングレート分布と等磁束密度面を表す図である。
【図５】エッチングレート分布と等磁束密度面を表す図である。
【図６】電流変換機構を説明する図である。
【図７】バイポーラ直流電源を用いた電流変換機構を示す図である。
【図８】異なる寸法比を持つヨークを備える電磁石において、電磁石の電流を変化させた場合における磁束密度分布を表す模式図である。
【図９】電磁石の変形例を示す図である。
【図１０】ポリシリコンと酸化膜のエッチングレート比の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、実施形態を添付図面を参照しながら説明する。
【００２０】
［実施形態１］
図１は、本発明の第１の実施形態に係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１に示すプラズマエッチング装置は、真空容器の内部に配置されたプラズマ処理容器の内側にプラズマを形成し、生成したプラズマを用いてプラズマ処理容器内に配置された半導体ウエハ等の被エッチング材料である基板状の試料を処理する。
【００２１】
前記真空容器は、プラズマ処理室としてのエッチングチャンバー１１１、石英板１０５、シャワープレート１０６、ガス導入手段１１３、ベースフレーム１２１、および図示しない真空ポンプ及び圧力制御バルブを備えている。
【００２２】
被エッチング材料であるＳｉ（シリコン）ウエハ１１４を載置する下部電極１１５の上面のＳｉウエハ１１４が載せられる載置面の外周側及び側壁には、これらを覆ってリング形状のサセプタ１１９を配置する。
【００２３】
なお、下部電極１１５は、図示しない複数の温度制御手段を用いて、下部電極１１５の複数部分を異なる所定の温度に制御することが可能である。また、エッチング処理中は、２台の直流電源１１８、１１８’が発生する−２０００ないし＋２０００Ｖの互いに逆の直流電圧を印加してウエハ１１４を静電吸着する。このとき、Ｓｉウエハ１１４と下部電極１１５との間の隙間に熱伝達効率のよいＨｅを充填して圧力制御を行う。このような静電吸着技術を用いることによりエッチング中のＳｉウエハ１１４の温度を調節することができる。
【００２４】
また、直流電源１１８、１１８’と下部電極１１５の間には、高周波バイアスをカットする高周波フィルタユニット１２３を設置する。下部電極１１５と高周波フィルタユニット１２３との間に同軸ケーブルを介すると、同軸ケーブルの寄生容量あるいはインダクタンスとの間で共振を起こすことがあるため、前記フィルタユニットは下部電極の直近に設置することが必要である。
【００２５】
下部電極１１５には、ＲＦバイアス電源機構１１７、整合器１１６が接続されている。ＲＦバイアス電源機構１１７は、２つの異なる周波数（たとえば、４００ｋＨｚと１３．５６ＭＨｚ、または４００ｋＨｚと２７ＭＨｚ）の電源を用いて、プラズマ中のイオンをウエハ１１４に引き込むとともに、引き込むイオンのエネルギー分布を制御することができる。
【００２６】
ＲＦバイアス電源機構１１７は２つの異なる周波数の各バイアスパワーにより、入射イオンのエネルギーの最大値とエネルギー分布を制御する。ＲＦバイアス電源機構１１７の出力は、例えば、被処理物が、シリコン、窒化シリコン、ＴｉＮ，レジスト、反射防止膜等であり、１２インチ径の場合、１Ｗ程度から最大５００Ｗ程度の連続正弦波を供給し、ＭＥＭＳなどの高速加工が必要な工程では２ｋＷの連続正弦波を供給し、絶縁膜エッチングでは最大７ｋＷ程度の出力を供給する。
【００２７】
また、バイアス電源１１７はチャージアップダメージ（電子シェーディング）低減効果を得るため、１Ｈｚ〜１００ｋＨｚの範囲でｏｎ−ｏｆｆ変調を行う（時間変調（Time Modulate：以下、ＴＭと表記することがある）機能を備えている。このような２周波電源を備えたＲＦバイアス電源機構１１７を用いることにより、イオンエネルギーおよびイオンエネルギー分布をプロセス条件に適するように調整することができる。また、これにより、下地膜との選択性、エッチング形状の制御マージンの拡大、及びエッチングレートのウエハ面内分布の制御性を向上させることができる。
【００２８】
下部電極１１５に印加された高周波バイアスは、シースを介してエッチングチャンバー１１１の内壁に存在するグランドに設置されたアース部品１２０に向かってプラズマ内を伝播する。前記アース部品には、装置内汚染や異物の発生を低減するため、異物を発生し難い低汚染導電性材料、あるいは反応性が低く高周波を通過するような材料を溶射して被膜を形成した導電性材料を使用する。図１では、アース部品として低汚染導電性材料および石英内筒１２６を組み合わせて用いた。
【００２９】
また、図１に示すようにアース部品を側壁に配置する場合、高周波バイアスは磁場供給手段が形成した磁束を横切るようにプラズマ中を伝播することになる。高周波バイアスが磁束を横切る距離の長いウエハ中心部ではプラズマのインピーダンスが大きくなる。このため、ウエハ中心部では処理ウエハ上のシース電圧が小さくなり、エッチングレートや加工形状分布が端高になりやすい。
【００３０】
エッチング用のガスは、マスフローコントローラおよびストップバルブから構成されるガス導入手段１１３を通して混合された後、シャワープレート１０６からエッチングチャンバー１１１内に導入される。このように導入されたガスはプラズマ発生手段により照射された電磁波のエネルギーにより解離され、プラズマが生成、維持される。
【００３１】
図１記載のプラズマ生成手段は、２．４５ＧＨｚマイクロ波のソース用電源１０１、ソース電磁波用整合器１０２、空洞共振部１０４、電磁石Ａ１０７、電磁石Ｂ１０８、電磁石Ｃ１０８からなる磁場発生手段とを備える。すなわち、３つの電磁石を用いてマイクロ波と共振する条件、すなわちＥＣＲ(Electron cyclotron resonance)条件を満たす磁束密度をエッチングチャンバー内に形成することにより、プラズマ中の電子サイクロトロン周波数とマイクロ波の周波数とを共振させプラズマを生成し維持している。
【００３２】
このときのＥＣＲ条件を満たす電子サイクロトロン周波数ｆｃｅと磁束密度Ｂの関係は下記（１）式で示される。
【数１】
2012023098.tif 000003
【００３３】
ここで、ｑは電荷素量、ｍは電子質量である。したがって、２．４５ＧＨｚのマイクロ波のＥＣＲ共振磁束密度は、８７．５ｍＴとなる。図１の装置では、それぞれ異なる直流電源を持つ３つの電磁石を用いて、等ＥＣＲ共振磁束密度面の高さ、あるいはチャンバー内での空間分布を調整してウエハに入射するイオンやラジカルの入射フラックス量を制御している。
【００３４】
本実施形態では、逆方向磁場を形成する電磁石Ｃ１０９をウエハの搬送面より上部に設置し、順方向磁場を供給する電磁石Ａ１０７、Ｂ１０８とともにリターンヨーク１２５により一体化することで閉磁路を形成し、空間へ漏れる磁束を最小にした。さらに、電磁石Ｃ１０９と直流電源１２４の間に電流方向変換機構１１０を設置する。
【００３５】
これにより、従来における低周波側のバイアス電源使用時における順方向磁場条件を踏襲しつつ、高周波側のバイアス電源印加時に、エッチングレートの均一化に必要な２０ｍＴ以下の磁場をアース部品が存在する領域に形成することができる。
【００３６】
図２は、図１に示すプラズマ処理装置において、４ＭＨｚの高周波バイアスを印加する際に、電磁石Ａ１０７、電磁石Ｂ１０８、電磁石Ｃ１０９に、それぞれ１４Ａ、２０Ａ、０Ａの電流を供給し、下部電極上の磁束密度が３２．３ｍＴとなるようなコイル条件で８インチウエハをエッチングした場合における、ウエハ面内における酸化膜のエッチングレート分布２０１と等磁束密度面２０２を表す図である。
【００３７】
図２に示すように、特許文献２記載の３５ｍＴ以下の磁束密度分布であるのにもかかわらず、エッチングレートの不均一性は、端高±３２％、Rangeは１０ｎｍ／ｍｉｎである。ここでの不均一性の定義およびレンジは、ウエハ面内の３２点の最大値と最小値を用いて、（２）式、（３）式で表している。
【数２】
2012023098.tif 000004
【数３】
2012023098.tif 000005
【００３８】
次に、本発明を適用し、電磁石Ａ１０７、Ｂ１０８、Ｃ１０９にそれぞれ、０Ａ、６Ａ、３Ａの比較的弱い電流を流し、中心部の磁束密度を１５．７ｍＴに設定した。また、アース部品１２０の高さを図３に示すようにアース領域２０５（ウエハ表面から５６−１４３ｍｍ）に設定し、更に磁束密度を、それが２０ｍＴ以下となる面が中高の分布になるように設定し、８インチウエハ上に形成した酸化膜をエッチングした。エッチングの結果と磁束密度分布の様子を図３に示す。図３に示すように、エッチングレートの不均一性は±１６．４％、Range５．９ｎｍ／ｍｉｎであり、均一なエッチングレートが実現できた。
【００３９】
しかし、このような比較的弱い磁束密度の場合は、ＥＣＲ共振磁束密度はチャンバー外に存在することになる。このため、プラズマ放電が不安定になりやすく、ガス種や圧力によっては、エッチングに使用できる領域が磁場やマグネトロンパワーの領域に対して狭い場合があった。
【００４０】
そこで、電磁石Ｃ１０９の電流をそれぞれ−８Ａ、−１０Ａとし、ウエハ中心部での磁束密度をそれぞれ７．３ｍＴ、１．１ｍＴとし、かつＥＣＲ共振磁束密度である８７．５ｍＴの面をエッチングチャンバー上端面２０３より低くなるよう設定した。すなわち電磁石Ｃ１０９の電流を逆方向に設定し、磁束密度（等磁束密度となる面）が均一および中高となる条件でエッチングしたところ、放電が安定する領域（ガス種、圧力、マグネトロンパワー）が拡大した上に、図４、図５に示すような、不均一性は中高±１７．１％、中高±２２．９％の酸化膜のエッチングレート分布が得られた。
【００４１】
以上説明したように、リターンヨーク一体型逆方向磁場機能付きの電磁石を用いたプラズマ処理装置において、アース面の高さ以下の領域で磁束密度が２０ｍＴ以下となるように電磁石を配置し、磁束密度分布を従来の端高分布から中高分布に変化させるとともに、２ＭＨｚ以上の高周波バイアスを印加することにより、エッチングレート分布を端高分布だけでなく、均一分布、中高分布に制御することができる。
【００４２】
これらの効果は、２周波バイアス電源を用いた場合だけでなく、２ＭＨｚ以上の高周波電源を単一で用いた場合、高周波成分の重ね合わせであるパルス波形をもつバイアスを用いた場合でも同様に得ることができる。
【００４３】
また、アース部品は石英内筒とこれを接地点に接続する導電性アース部品の組み合わせの他に、溶射被膜でコーティングした全面アース部品を用いることができる。
【００４４】
溶射被膜でコーティングした前記全面アース部品の場合には、４５０ｍｍ径など、ウエハが大口径化した場合でもアース面積を十分とることができ、本実施形態に示す磁場条件を実現することが容易となる。アース面積が不足している場合は、プラズマ電位がバイアスの電位に追随するためプラズマシースでのイオン加速が妨げられる。このような場合はアース部品１２０の高さを高くする、あるいは新たなアース部品を付加することで対処することができる。
【００４５】
なお、ガス圧力、ガス種、ソースパワー等のプラズマ条件によって変化する実効アース面積が、処理するウエハの面積より十分に大きい場合は、図３のように２０ｍＴ以下の磁束密度面のすべてがアース領域に接していなくてもよい。
【００４６】
［実施形態２］
前述のように、実施形態１は、下地選択性と垂直加工性の両立が必要となるゲートエッチングにおけるオーバーエッチング工程、レジストマスク損傷防止と形状垂直性との両立が必要となる素子分離のシャロートレンチ形成工程、あるいはＭＥＭＳなどのディープトレンチ工程など高周波バイアスが有利なステップに適用できる。
【００４７】
また、バイアス電源として２周波電源を用いると、低周波（たとえば、４００ｋＨｚ）と高周波（たとえば１３．５６ＭＨｚ）との混合周波数を印加して使用することにより、低周波でも高エネルギーが必要なマスクエッチング工程における均一性をコントロールすることができる。
【００４８】
このようにバイアス電源として、ステップ毎に異なる周波数の電源を使用し、あるいは、二つの周波数が混在する電源を使用することが望まれる。このような場合には電磁石Ｃに供給する励磁電流の向きを変更することが必要となる。
【００４９】
また、電磁石Ｃ１０９の電流を負にすることで、ＥＣＲ共振磁束密度面での磁束密度勾配を大きくすることが可能となるため、プラズマ生成領域を狭化でき、かつ、生成されたプラズマの荷電粒子のＳｉウェハ基板上への拡散する量を制御することが可能となる。図１０に基板バイアス４００ｋＨｚ時で電磁石Ｃ１０９電流を負側に変化させた場合のポリシリコンと酸化膜エッチングレート比(対酸化膜選択比)の変化を示めすグラフである。電磁石Ｃ１０９電流を負側に大きくするに従い、酸化膜レートがー１８Ａを境に低下し、対酸化膜選択比が増加している。この結果は、電磁石Ｃ１０９を負電流とすることで磁力線がＳｉウェハ上以外の空間へ広がることに対応して、Ｓｉウェハへのイオンフラックスのみを低減することができ、選択比に影響あるＳｉウェハへ入射するラジカル／イオン比を増加できた効果である。すなわち、電磁石Ｃ１０９の励磁電流の向きを変更できる機構をそなえることで、均一性のみならず、対酸化膜選択性をより向上できるプロセスを提供することが可能である。
【００５０】
図６は、電流変換機構を説明する図である。図６に示すように、従来のモノポーラ直流電源部６０１と電源保護回路部６０２からなる電磁石の励磁回路に、電流切替スイッチ部６０３を挿入した。なお、電源保護回路６０２は、磁束の変化を打ち消す方向に生じる逆起電力が電源部６０１に印加されるのを抑制するための回路である。
【００５１】
ここで、電流切替スイッチ６０３を高周波バイアス印加ステップの直前に切替える場合、電源部６０１を保護するため、電流の切替えをコイルからの逆起電力が０になってから実施し、その後電磁石に逆電流を流す必要がある。これを実現する方法として、電流方向変換機構１１０内に、電圧検出部６０４を設置し、検出した電圧が閾値電圧以下になったとき切り替えがきるようにインターロック機能を設けた。なお、電流を切り替える際に発生する逆起電力が低減する時間は１ないし２ｓ程度であるため、エッチングシーケンスに固定タイマにより切り替え不可時間を設定しておくことにより対応することができる。この場合には、切替不可時間を、放電を一旦停止してから次のエッチングステップにおけるガス導入および圧力調整を実施する時間内に設定することにより対応することができる。
【００５２】
さらに、電流変換機構は、モノポーラの直流電源１２４に変えて、図７に示すようなバイポーラ直流電源部７０１と保護回路を用いて実施することができる。
【００５３】
図７は、バイポーラ直流電源を用いた電流切り換え機構を示す図である。図７に示すように、バイポーラ直流電源７０１の電流切替スイッチ部７０３の負荷側にバイポーラ用の電流検出部７０４を配置し、電流切替スイッチ部による電流の切替えをコイルからの逆起電力が０になってから実施する。なお、図６，７において切替スイッチ部からは、スイッチの切替状態を表す信号Ｓを送出できるように設定しておくことが望ましい。
【００５４】
［実施形態３］
図８は、異なる寸法比（Ｂ／Ａ値、Ａはヨークの外径、Ｂはヨーク上部の最小内径（図１参照））を持つヨークを備える電磁石において、電磁石Ｃ１０９の電流を変化させた場合における磁束密度分布を表す模式図である。図８に示すように、Ｂ／Ａ＝０．４の場合では、磁束密度が２０ｍＴ以下にならないのに対し、Ｂ／Ａ＝０．２５、および０．３では２０ｍＴ以下まで低下させることができる。したがって、Ｂ／Ａは０．３より小さくする必要があることが分かる。
【００５５】
なお、図４におけるエッチングレートＥＲの測定に使用した磁場供給手段は寸法比Ｂ／Ａ＝０．２５のものであるが、エッチングレートＥＲが若干のＭ字型分布になっている。しかし、磁束密度分布４０２がＭ字型になっていることはＢ／Ａを大きくすることで対応することができる。すなわち、０．２５＜Ｂ／Ａ＜０．３に設定することで、２ＭＨｚ以上の高周波バイアスを使用してより高均一なエッチングレートおよび形状分布を実現することが可能となる。
【００５６】
このような電磁石Ｃ１０９を用いることによる制御性マージンの向上は、上部ヨークの内径比Ｂ／Ａを０．３より小さくする外に、電磁石Ｃ１０９のコイル巻き数を大きくすること、図９に示すように電磁石Ａを電磁石Ａ’９０１、電磁石Ａ”９０２に分割すること、あるいはこれらを組み合わせることにより、４５０ｍｍ径ウエハに対しても均一に高周波バイアスを印加することが可能となる。
【００５７】
なお、逆電流による磁場を用いる場合においては、順方向磁場を形成する電磁石Ａ１０７および電磁石Ｂ１０８によりＥＣＲ条件を満たす磁束密度面（８７．５ｍＴ、２．４５ＧＨｚ）をエッチングチャンバー１１１内の、下部電極上の１００ないし２５０ｍｍの範囲内に形成できるように設定することが望ましい。
【００５８】
また、前記電磁石の仕様は、ソース電源周波数によっても変化する。例えばソース周波数として、工業用周波数の９１５ＭＨｚのマグネトロンを使用する場合は、ＥＣＲ共振磁束密度は３２．７ｍＴとなる。同様に、ソース周波数として４５０ＭＨｚのＵＨＦ波を用いる場合は、ＥＣＲ共振磁束密度は１６．１ｍＴとさらに小さくなる。
【００５９】
このように、より低周波のプラズマソースを使用することにより、アース高さ以下の領域で２０ｍＴ以下の磁束密度を実現し、さらに共振磁束密度面の高さ２５０ｍｍ以下を実現するうえで電磁石に要求される励磁電流値、あるいは巻き数を小さくすることが可能となる。したがって、同じ性能のエッチングをより低消費電力で行うことができ、且つ低コストで電磁石を作成することができる。
【００６０】
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、高周波バイアスを印加する下部電極のアース面の高さ以下の領域の磁束密度を２０ｍＴ以下とする。また磁束密度を端高分布および中高分布に変更できる。このため有磁場マイクロ波プラズマエッチング装置に基板バイアスとして少なくとも２ＭＨｚ以上の周波数を含むバイアスを用いた場合において、エッチングレート分布、エッチング形状を処理ウエハ内で均一に保持することができる。また、低周波バイアスを用いるプロセスと両立させることができる。また、漏洩する磁束を抑制することが可能であり、周辺への磁場による影響を低減することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１０１：ソース用電源                
１０２：ソース電磁波用整合器
１０３：プラズマ分布制御機構          
１０４：空洞共振部
１０５：石英板                        
１０６：シャワープレート
１０７：電磁石Ａ                      
１０８：電磁石Ｂ
１０９：電磁石Ｃ                      
１１０：電流方向変換機構
１１１：エッチングチャンバー          
１１２：ヒータ
１１３：ガス導入手段                  
１１４：Ｓｉウエハ
１１５：下部電極                      
１１６：ＲＦバイアス整合器
１１７：ＲＦバイアス電源機構          
１１８：ＥＳＣ用直流電源
１１９：サセプタ                      
１２０：アース部品
１２１:ベースフレーム                
１２２:プラズマ発光受光部
１２３：高周波フィルタユニット      
１２４:電磁石用直流電源
１２５：リターンヨーク              
１２６：石英内筒
６０１:モノポーラ直流電源部          
６０２：保護用回路
６０３：電流切替スイッチ部          
６０４：電圧検出部
７０１：バイポーラ直流電源部        
７０２：保護回路部  
７０３：電流切替スイッチ部          
９０１：電磁石Ａ’                  
９０２：電磁石Ａ”  
【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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