(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器内に配置され、基板を支持する支持部材と、前記反応容器内にプラズマを形成するプラズマ形成手段とを備えた半導体製造装置に設けられ、前記プラズマ形成手段による前記プラズマの形成を促進させるように前記反応容器内に磁気を生成する磁気発生装置であって、
前記支持部材の上面に対して略平行な磁場を形成するための複数の主電磁コイル部と、
前記各主電磁コイル部と略同一の軸上に配置され、前記主電磁コイル部により形成される磁場とは逆向きの磁場を形成するための複数の補助電磁コイル部とを備え、
前記主電磁コイル部の両端部には、前記反応容器側の反対側に曲げられた曲げ部が設けられている半導体製造装置における磁気発生装置。
【請求項２】
反応容器内に配置され、基板を支持する支持部材と、前記反応容器内にプラズマを形成するプラズマ形成手段とを備えた半導体製造装置に設けられ、前記プラズマ形成手段による前記プラズマの形成を促進させるように前記反応容器内に磁気を生成する磁気発生装置であって、
前記支持部材の上面に対して略平行な磁場を形成するための複数の主電磁コイル部と、
前記各主電磁コイル部と略同一の軸上に配置され、前記主電磁コイル部により形成される磁場とは逆向きの磁場を形成するための複数の補助電磁コイル部と、
前記主電磁コイル部に電流を供給するための第１電流源と、
前記補助電磁コイル部に電流を供給するための第２電流源と、
前記支持部材に支持された基板上の複数の部位におけるプロセス特性を検出するための複数の検出手段と、
前記各検出手段の検出データに基づいて前記第１電流源および前記第２電流源をそれぞれ制御する制御手段とを備える半導体製造装置における磁気発生装置。
【請求項３】
前記複数の検出手段は、前記反応容器の上部における前記基板の中心部に対応する部位と前記基板のエッジ部に対応する複数の部位とに設けられている請求項２記載の半導体製造装置における磁気発生装置。
【請求項４】
前記補助電磁コイル部の寸法が前記主電磁コイル部の寸法よりも小さい請求項１〜３のいずれか一項記載の半導体製造装置における磁気発生装置。
【請求項５】
前記補助電磁コイル部は、前記主電磁コイル部よりも前記支持部材に近い部位に配置されている請求項１〜４のいずれか一項記載の半導体製造装置における磁気発生装置。
【請求項６】
前記主電磁コイル部および前記補助電磁コイル部は、前記反応容器の周囲に配置されており、前記補助電磁コイル部の高さ寸法が前記主電磁コイル部の高さ寸法よりも小さい請求項４または５記載の半導体製造装置における磁気発生装置。
【請求項７】
前記補助電磁コイル部の両端部には、前記反応容器側に曲げられた曲げ部が設けられている請求項１〜６のいずれか一項記載の半導体製造装置における磁気発生装置。
【請求項８】
前記主電磁コイル部および前記補助電磁コイル部を冷却する冷却手段を更に備える請求項１〜７のいずれか一項記載の半導体製造装置における磁気発生装置。
【請求項９】
前記主電磁コイル部および前記補助電磁コイル部は枠体に設けられており、
前記冷却手段は、前記枠体に設けられ、冷却水または冷却空気が流れる冷却用通路を有する請求項８記載の半導体製造装置における磁気発生装置。
【請求項１０】
前記主電磁コイル部および前記補助電磁コイル部は４組設けられている請求項１〜９のいずれか一項記載の半導体製造装置における磁気発生装置。
【請求項１１】
反応容器内に配置され、基板を支持する支持部材と、
前記反応容器内にプラズマを形成するプラズマ形成手段と、
前記プラズマ形成手段による前記プラズマの形成を促進させるように前記反応容器内に磁気を生成する磁気発生手段とを備え、
前記磁気発生手段は、前記支持部材の上面に対して略平行な磁場を形成するための複数の主電磁コイル部と、前記各主電磁コイル部と略同一の軸上に配置され、前記主電磁コイル部により形成される磁場とは逆向きの磁場を形成するための複数の補助電磁コイル部とを有し、
前記主電磁コイル部の両端部には、前記反応容器側の反対側に曲げられた曲げ部が設けられている半導体製造装置。
【請求項１２】
反応容器内に配置され、基板を支持する支持部材と、
前記反応容器内にプラズマを形成するプラズマ形成手段と、
前記プラズマ形成手段による前記プラズマの形成を促進させるように前記反応容器内に磁気を生成する磁気発生手段とを備え、
前記磁気発生手段は、前記支持部材の上面に対して略平行な磁場を形成するための複数の主電磁コイル部と、前記各主電磁コイル部と略同一の軸上に配置され、前記主電磁コイル部により形成される磁場とは逆向きの磁場を形成するための複数の補助電磁コイル部と、前記主電磁コイル部に電流を供給するための第１電流源と、前記補助電磁コイル部に電流を供給するための第２電流源と、前記支持部材に支持された基板上の複数の部位におけるプロセス特性を検出するための複数の検出手段と、前記各検出手段の検出データに基づいて前記第１電流源および前記第２電流源をそれぞれ制御する制御手段とを有する半導体製造装置。
【請求項１３】
請求項１〜１０のいずれか一項記載の磁気発生装置を使用して、０ガウスを有する磁場を形成するように、前記複数の主電磁コイル部および前記複数の補助電磁コイル部に供給する電流をそれぞれ制御することにより、磁場の強度分布を制御する磁場強度制御方法。
【請求項１４】
請求項１〜１０のいずれか一項記載の磁気発生装置を使用して、前記複数の主電磁コイル部および前記複数の補助電磁コイル部に、時間に対するサイン関数またはコサイン関数に比例した電流をそれぞれ供給することにより、磁場の強度分布を制御する磁場強度制御方法。
【請求項１５】
前記主電磁コイル部および前記補助電磁コイル部として４組用い、
前記４つの主電磁コイル部に供給される電流がsin(at)、cos(at)、-sin(at)、-cos(at)、前記各主電磁コイル部に対応する前記４つの補助電磁コイル部に供給される電流がCF×(-sin(at))、CF×(-cos(at))、CF×sin(at)、CF×cos(at)となる（ａは定数、CＦは補正係数）ようにする請求項１４記載の磁場強度制御方法。
【請求項１６】
前記主電磁コイル部および前記補助電磁コイル部として４組用い、
前記４つの主電磁コイル部に供給される電流がsin(at)、cos(at)、-sin(at)、-cos(at)、前記各主電磁コイル部に対応する前記４つの補助電磁コイル部に供給される電流が(CF1(cos(2at)2＋CF2(sin(2at)2))×(-sin(at))、(CF1(cos(2at)2＋CF2(sin(2at)2))×(-cos(at))、(CF1(cos(2at)2＋CF2(sin(2at)2))×sin(at)、(CF1(cos(2at)2＋CF2(sin(2at)2))×cos(at)となる（ａは定数、CF1，CF2は補正係数）ようにする請求項１４記載の磁場強度制御方法。
【請求項１７】
前記主電磁コイル部および前記補助電磁コイル部として４組用い、
前記４つの主電磁コイル部に供給される電流がsin(at) ×CF1、cos(at) ×CF2、-sin(at)×CF3 、-cos(at)×CF4、前記各主電磁コイル部に対応する前記４つの補助電磁コイル部に供給される電流がCF×(-sin(at)) ×CF1、CF×(-cos(at))×CF2、CF×sin(at)×CF3、CF×cos(at)×CF4となる（ａは定数、CF1，CF2，CF3，CF4，CFは補正係数）ようにする請求項１４記載の磁場強度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマの形成を促進させるために反応容器内に磁気を生成する半導体製造装置における磁気発生装置、半導体製造装置および磁場強度制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ドライエッチング装置やＣＶＤ装置等の半導体製造装置には、反応容器内にプラズマを形成して半導体デバイスの製造を行うものがある。このような半導体製造装置においては、プラズマの生成を促進させるために、例えば反応容器の周囲に複数の電磁石を配置することにより、反応容器内に磁気を発生させる方式がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術においては、反応容器内に配置されたウェハの中心付近の磁場に比べてウェハのエッジ部の磁場が強くなる傾向にある。このため、上記の磁気生成方式をドライエッチング装置に適用した場合には、エッチング速度や選択性のウェハ面内分布が不均一になり、また上記の磁気生成方式をＣＶＤ装置に適用した場合には、成膜速度等のウェハ面内分布が不均一になる問題があった。さらに、プラズマ密度が不均一になるため、デバイスにチャージングダメージが生じるという問題もあった。
【０００４】
本発明の目的は、最適な磁場の強度分布を形成することができる半導体製造装置における磁気発生装置、半導体製造装置および磁場強度制御方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、反応容器内に配置され、基板を支持する支持部材と、反応容器内にプラズマを形成するプラズマ形成手段とを備えた半導体製造装置に設けられ、プラズマ形成手段によるプラズマの形成を促進させるように反応容器内に磁気を生成する磁気発生装置であって、支持部材の上面に対して略平行な磁場を形成するための複数の主電磁コイル部と、各主電磁コイル部と略同一の軸上に配置され、主電磁コイル部により形成される磁場とは逆向きの磁場を形成するための複数の補助電磁コイル部とを備え、主電磁コイル部の両端部には、反応容器側の反対側に曲げられた曲げ部が設けられていることを特徴とするものである。
【０００６】
このような本発明においては、主電磁コイル部によって形成される磁場と補助電磁コイル部によって形成される磁場とが逆向きとなるように、主電磁コイル部および補助電磁コイル部に電流を印可することにより、互いに逆極性の磁気が重ね合わされ、主電磁コイル部による磁場の強度と補助電磁コイル部による磁場の強度との差分が取り出される。このため、主電磁コイル部および補助電磁コイル部に印可する電流を調整することで、最適な磁場の強度分布を形成することが可能となる。例えば、補助電磁コイル部を設けない場合に比べて、支持部材上における磁場の強度分布の均一性を向上させることができる。従って、磁場の強度分布を適切に制御することで、エッチング速度や選択性、成膜速度等のプロセス特性の均一性を向上させることが可能となる。また、磁場の強度分布の均一性を良好にした場合には、反応容器内に形成されるプラズマ密度の均一性も良くなるため、プラズマの不均一に起因するチャージングダメージが低減される。さらに、補助電磁コイル部に印可する電流値を変えるだけで、磁場の強度を変化させることができるため、永久磁石を使用した場合と異なり、プロセス状況に応じて磁場の強度分布を調整することも可能となる。
さらに、本発明においては、補助電磁コイル部の両端部が主電磁コイル部の両端部よりも支持部材に近い部位に配置されることになる。このため、補助電磁コイル部によって得られる磁場の強度分布が、主電磁コイル部によって得られる磁場の強度分布よりも急峻な勾配をもつようになる。このような補助電磁コイル部による磁界によって主電磁コイル部による磁界が打ち消されるため、例えば磁場の強度分布の均一性をより向上させることができる。
また、本発明は、反応容器内に配置され、基板を支持する支持部材と、反応容器内にプラズマを形成するプラズマ形成手段とを備えた半導体製造装置に設けられ、プラズマ形成手段によるプラズマの形成を促進させるように反応容器内に磁気を生成する磁気発生装置であって、支持部材の上面に対して略平行な磁場を形成するための複数の主電磁コイル部と、各主電磁コイル部と略同一の軸上に配置され、主電磁コイル部により形成される磁場とは逆向きの磁場を形成するための複数の補助電磁コイル部と、主電磁コイル部に電流を供給するための第１電流源と、補助電磁コイル部に電流を供給するための第２電流源と、支持部材に支持された基板上の複数の部位におけるプロセス特性を検出するための複数の検出手段と、各検出手段の検出データに基づいて第１電流源および第２電流源をそれぞれ制御する制御手段とを備えることを特徴とするものである。
このような本発明においては、主電磁コイル部によって形成される磁場と補助電磁コイル部によって形成される磁場とが逆向きとなるように、主電磁コイル部および補助電磁コイル部に電流を印可することにより、互いに逆極性の磁気が重ね合わされ、主電磁コイル部による磁場の強度と補助電磁コイル部による磁場の強度との差分が取り出される。このため、主電磁コイル部および補助電磁コイル部に印可する電流を調整することで、最適な磁場の強度分布を形成することが可能となる。例えば、補助電磁コイル部を設けない場合に比べて、支持部材上における磁場の強度分布の均一性を向上させることができる。従って、磁場の強度分布を適切に制御することで、エッチング速度や選択性、成膜速度等のプロセス特性の均一性を向上させることが可能となる。また、磁場の強度分布の均一性を良好にした場合には、反応容器内に形成されるプラズマ密度の均一性も良くなるため、プラズマの不均一に起因するチャージングダメージが低減される。さらに、補助電磁コイル部に印可する電流値を変えるだけで、磁場の強度を変化させることができるため、永久磁石を使用した場合と異なり、プロセス状況に応じて磁場の強度分布を調整することも可能となる。
さらに、本発明においては、主電磁コイル部と補助電磁コイル部との寸法差や、主電磁コイル部を形成するコイルの巻数と補助電磁コイル部を形成するコイルの巻数との比率等に応じて、補助電磁コイル部に供給する電流値を変えることができる。また、基板上の複数の部位におけるプロセス特性が均一になるように、第１電流源および第２電流源を自動制御することができる。
この場合、好ましくは、複数の検出手段は、反応容器の上部における基板の中心部に対応する部位と基板のエッジ部に対応する複数の部位とに設けられている。これにより、基板の中心部とエッジ部とでプロセス特性を均一にすることができる。
【０００７】
好ましくは、補助電磁コイル部の寸法が主電磁コイル部の寸法よりも小さい構成とする。主電磁コイル部によって得られる磁場の強度分布としては、支持部材の中心部の磁場に比べて周縁部の磁場が強くなるような勾配をもった分布となる。ここで、補助電磁コイル部の寸法を主電磁コイル部の寸法よりも小さくすることにより、補助電磁コイル部によって得られる磁場の強度分布が、主電磁コイル部によって得られる磁場の強度分布よりも急峻な勾配をもつようになる。このような補助電磁コイル部による磁界によって主電磁コイル部による磁界が打ち消されるため、例えば磁場の強度分布の均一性をより向上させることができる。
【０００８】
また、補助電磁コイル部は、主電磁コイル部よりも支持部材に近い部位に配置されている構成としてもよい。上述したように、主電磁コイル部によって得られる磁場の強度分布としては、支持部材の中心部の磁場に比べて周縁部の磁場が強くなるような勾配をもった分布となる。ここで、補助電磁コイル部を主電磁コイル部よりも支持部材に近い部位に配置することにより、補助電磁コイル部によって得られる磁場の強度分布が、主電磁コイル部によって得られる磁場の強度分布よりも急峻な勾配をもつようになる。このような補助電磁コイル部による磁界によって主電磁コイル部による磁界が打ち消されるため、例えば磁場の強度分布の均一性をより向上させることができる。
【０００９】
また、好ましくは、主電磁コイル部および補助電磁コイル部は、反応容器の周囲に配置されており、補助電磁コイル部の高さ寸法が主電磁コイル部の高さ寸法よりも小さい構成とする。このように補助電磁コイル部の高さ寸法を小さくすることにより、反応容器の周囲といった限られたスペース内において主電磁コイル部および補助電磁コイル部を効率良く配置することができる。
【００１０】
さらに、好ましくは、補助電磁コイル部の両端部には、反応容器側に曲げられた曲げ部が設けられている。これにより、補助電磁コイル部の両端部が主電磁コイル部の両端部よりも支持部材に近い部位に配置されることになる。このため、補助電磁コイル部によって得られる磁場の強度分布が、主電磁コイル部によって得られる磁場の強度分布よりも急峻な勾配をもつようになる。このような補助電磁コイル部による磁界によって主電磁コイル部による磁界が打ち消されるため、例えば磁場の強度分布の均一性をより向上させることができる。
【００１５】
また、好ましくは、主電磁コイル部および補助電磁コイル部を冷却する冷却手段を更に備える。これにより、主電磁コイル部および補助電磁コイル部への供給電流の増大による各電磁コイル部の発熱量の増大を抑えることができる。
【００１６】
この場合、好ましくは、主電磁コイル部および補助電磁コイル部は枠体に設けられており、冷却手段は、枠体に設けられ、冷却水または冷却空気が流れる冷却用通路を有する。これにより、冷却手段を簡単な構成で実現できる。
【００１７】
さらに、好ましくは、主電磁コイル部および補助電磁コイル部は４組設けられている。これにより、最適な磁場の強度分布を確実に形成することができる。
【００１８】
本発明の半導体製造装置は、反応容器内に配置され、基板を支持する支持部材と、反応容器内にプラズマを形成するプラズマ形成手段と、プラズマ形成手段によるプラズマの形成を促進させるように反応容器内に磁気を生成する磁気発生手段とを備え、磁気発生手段は、支持部材の上面に対して略平行な磁場を形成するための複数の主電磁コイル部と、各主電磁コイル部と略同一の軸上に配置され、主電磁コイル部により形成される磁場とは逆向きの磁場を形成するための複数の補助電磁コイル部とを有し、主電磁コイル部の両端部には、反応容器側の反対側に曲げられた曲げ部が設けられていることを特徴とするものである。
【００１９】
このような本発明においては、主電磁コイル部によって形成される磁場と補助電磁コイル部によって形成される磁場とが逆向きとなるように、主電磁コイル部および補助電磁コイル部に電流を印可することにより、互いに逆極性の磁気が重ね合わされ、主電磁コイル部による磁場の強度と補助電磁コイル部による磁場の強度との差分が取り出される。このため、主電磁コイル部および補助電磁コイル部に印可する電流を調整することで、最適な磁場の強度分布を形成することが可能となる。例えば、補助電磁コイル部を設けない場合に比べて、支持部材上における磁場の強度分布の均一性を向上させることができる。従って、磁場の強度分布を適切に制御することで、エッチング速度や選択性、成膜速度等のプロセス特性の均一性を向上させることが可能となる。また、磁場の強度分布の均一性を良好にした場合には、反応容器内に形成されるプラズマ密度の均一性も良くなるため、プラズマの不均一に起因するチャージングダメージが低減される。さらに、補助電磁コイル部に印可する電流値を変えるだけで、磁場の強度を変化させることができるため、永久磁石を使用した場合と異なり、プロセス状況に応じて磁場の強度分布を調整することも可能となる。
さらに、本発明においては、補助電磁コイル部の両端部が主電磁コイル部の両端部よりも支持部材に近い部位に配置されることになる。このため、補助電磁コイル部によって得られる磁場の強度分布が、主電磁コイル部によって得られる磁場の強度分布よりも急峻な勾配をもつようになる。このような補助電磁コイル部による磁界によって主電磁コイル部による磁界が打ち消されるため、例えば磁場の強度分布の均一性をより向上させることができる。
また、本発明の半導体製造装置は、反応容器内に配置され、基板を支持する支持部材と、反応容器内にプラズマを形成するプラズマ形成手段と、プラズマ形成手段によるプラズマの形成を促進させるように反応容器内に磁気を生成する磁気発生手段とを備え、磁気発生手段は、支持部材の上面に対して略平行な磁場を形成するための複数の主電磁コイル部と、各主電磁コイル部と略同一の軸上に配置され、主電磁コイル部により形成される磁場とは逆向きの磁場を形成するための複数の補助電磁コイル部と、主電磁コイル部に電流を供給するための第１電流源と、補助電磁コイル部に電流を供給するための第２電流源と、支持部材に支持された基板上の複数の部位におけるプロセス特性を検出するための複数の検出手段と、各検出手段の検出データに基づいて第１電流源および第２電流源をそれぞれ制御する制御手段とを有するものである。
このような本発明においては、主電磁コイル部によって形成される磁場と補助電磁コイル部によって形成される磁場とが逆向きとなるように、主電磁コイル部および補助電磁コイル部に電流を印可することにより、互いに逆極性の磁気が重ね合わされ、主電磁コイル部による磁場の強度と補助電磁コイル部による磁場の強度との差分が取り出される。このため、主電磁コイル部および補助電磁コイル部に印可する電流を調整することで、最適な磁場の強度分布を形成することが可能となる。例えば、補助電磁コイル部を設けない場合に比べて、支持部材上における磁場の強度分布の均一性を向上させることができる。従って、磁場の強度分布を適切に制御することで、エッチング速度や選択性、成膜速度等のプロセス特性の均一性を向上させることが可能となる。また、磁場の強度分布の均一性を良好にした場合には、反応容器内に形成されるプラズマ密度の均一性も良くなるため、プラズマの不均一に起因するチャージングダメージが低減される。さらに、補助電磁コイル部に印可する電流値を変えるだけで、磁場の強度を変化させることができるため、永久磁石を使用した場合と異なり、プロセス状況に応じて磁場の強度分布を調整することも可能となる。
さらに、本発明においては、主電磁コイル部と補助電磁コイル部との寸法差や、主電磁コイル部を形成するコイルの巻数と補助電磁コイル部を形成するコイルの巻数との比率等に応じて、補助電磁コイル部に供給する電流値を変えることができる。また、基板上の複数の部位におけるプロセス特性が均一になるように、第１電流源および第２電流源を自動制御することができる。
【００２０】
本発明の磁場強度制御方法は、上記の磁気発生装置を使用して、０ガウスを有する磁場を形成するように、複数の主電磁コイル部および複数の補助電磁コイル部に供給する電流をそれぞれ制御することにより、磁場の強度分布を制御することを特徴とするものである。
【００２１】
このような本発明においては、各主電磁コイル部および各補助電磁コイル部に供給する電流を適切に調整することで、最適な磁場の強度分布を形成することができる。また、支持部材の中心部の磁場よりも周縁部の磁場が強い分布だけでなく、支持部材の周縁部の磁場よりも中心部の磁場が強い分布や、支持部材の中心部および周縁部の磁場が強い分布等といった多様な磁場の強度分布を形成できる。従って、磁場の強度分布を調整するだけで、基板上のプロセス特性の均一化を図ることが可能となる。
【００２３】
また、本発明の磁場強度制御方法は、上記の磁気発生装置を使用して、複数の主電磁コイル部および複数の補助電磁コイル部に、時間に対するサイン関数またはコサイン関数に比例した電流をそれぞれ供給することにより、磁場の強度分布を制御することを特徴とするものである。
このような本発明においては、各主電磁コイル部および各補助電磁コイル部に供給する電流を適切に調整することで、最適な磁場の強度分布を形成することができる。また、支持部材を中心に回転可能な磁場を形成することができる。
【００２４】
このとき、好ましくは、主電磁コイル部および補助電磁コイル部として４組用い、４つの主電磁コイル部に供給される電流がsin(at)、cos(at)、-sin(at)、-cos(at)、各主電磁コイル部に対応する４つの補助電磁コイル部に供給される電流がCF×(-sin(at))、CF×(-cos(at))、CF×sin(at)、CF×cos(at)となる（ａは定数、CFは補正係数）ようにする。この場合には、基板の中心部とエッジ部とで不均一なプロセス特性の改善に効果的である。
【００２５】
また、主電磁コイル部および補助電磁コイル部として４組用い、４つの主電磁コイル部に供給される電流がsin(at)、cos(at)、-sin(at)、-cos(at)、各主電磁コイル部に対応する４つの補助電磁コイル部に供給される電流が(CF1(cos(2at)2＋CF2(sin(2at)2))×(-sin(at))、(CF1(cos(2at)2＋CF2(sin(2at)2))×(-cos(at))、(CF1(cos(2at)2＋CF2(sin(2at)2))×sin(at)、(CF1(cos(2at)2＋CF2(sin(2at)2))×cos(at)となる（ａは定数、CF1，CF2は補正係数）ようにしてもよい。この場合には、基板の任意の方向を０度としたときに基板の０度、９０度、１８０度、２７０度の方向と４５度、１３５度、２２５度、３１５度の方向とで不均一なプロセス特性の改善に効果的である。
【００２６】
また、主電磁コイル部および補助電磁コイル部として４組用い、４つの主電磁コイル部に供給される電流がsin(at) ×CF1、cos(at) ×CF2、-sin(at)×CF3 、-cos(at)×CF4、各主電磁コイル部に対応する４つの補助電磁コイル部に供給される電流がCF×(-sin(at)) ×CF1、CF×(-cos(at)) ×CF2、CF×sin(at)×CF3、CF×cos(at)×CF4となる（ａは定数、CF1，CF2，CF3，CF4，CFは補正係数）ようにしてもよい。この場合には、基板の一部の領域と他の領域とで不均一（非対称）なプロセス特性の改善に効果的である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る半導体製造装置における磁気発生装置、半導体製造装置および磁場強度制御方法の好適な実施形態について図面を参照して説明する。
【００２９】
図１は、本発明に係る半導体製造装置の一実施形態としてドライエッチング装置を概略的に示したものである。同図において、エッチング装置１は反応容器２を有し、この反応容器２の内部はポンプ（図示せず）により減圧排気される。反応容器２の一部である蓋部２ａは上部電極として構成され、接地されている。この蓋部２ａには、エッチングガスを反応容器２内に供給するためのガス導入口２ｂが設けられている。反応容器２内には、ウェハＷを支持するための支持台３が配置されており、この支持台３は下部電極として構成されている。支持台３には、整合器４を介して高周波電源５が接続されており、この高周波電源５により支持台３に高周波（例えば13.56MHz）の電力を印可することで反応容器２内にプラズマを形成する。
【００３０】
このようなエッチング装置１において、エッチングプロセスを実施する場合、搬送ロボット（図示せず）によりウェハＷを反応容器２内に搬入して、支持台３上に載置する。そして、高周波電源５により支持台３に高周波電力を印可すると共に、ガス導入口２ｂからエッチングガスを反応容器２内に導入する。すると、支持台３と蓋部２ａとの間にプラズマ放電が起こり、エッチングガスが活性化し、ウェハＷの表面がエッチングされる。
【００３１】
以上のように構成したエッチング装置１には、上記のプラズマの形成を促進させるべく反応容器２内に磁気を生成する磁気発生装置６が設けられている。磁気発生装置６は、図１〜図３に示すように、反応容器２の周囲に配置され、支持台３の上面に対して略平行な磁場を形成するための複数（ここでは４つ）の主電磁コイル部７と、各主電磁コイル部７と略同一の軸Ｊ上に配置され、主電磁コイル部７により形成される磁場とは逆向きの磁場を形成するための４つの補助電磁コイル部８とを有している。
【００３２】
このような主電磁コイル部７および補助電磁コイル部８は、枠体９上にコイルを当該枠体９に沿って略矩形状に巻くことにより形成されている。なお、これらの電磁コイル部７，８においてはコイルが同方向に巻かれている。
【００３３】
補助電磁コイル部８は、主電磁コイル部７よりも小さな高さ寸法を有することで、主電磁コイル部７よりも小型になっている。ここで、補助電磁コイル部８を主電磁コイル部７よりも小さくするには、補助電磁コイル部８の縦寸法および横寸法を主電磁コイル部７に対して小さくしても良い。しかし、反応容器２の周囲にはロードロックチャンバや他のチャンバが配置されており、そのような限られたスペース内に主電磁コイル部７及び補助電磁コイル部８を配置するには、補助電磁コイル部８の高さ寸法のみを小さくするのが効率的である。
【００３４】
補助電磁コイル部８は、主電磁コイル部７よりも反応容器２に近い部位に配置されている。また、補助電磁コイル部８の両端部には、反応容器２側に曲げられた曲げ部８ａが設けられている。
【００３５】
各主電磁コイル部７には、主電磁コイル部７に電流を供給するための電流源１０が接続され、各補助電磁コイル部８には、補助電磁コイル部８に電流を供給するための電流源１１が接続されている。これにより、主電磁コイル部７及び補助電磁コイル部８に印可する電流を個別に設定できる。
【００３６】
このような電磁コイル部７，８が設けられる枠体９には冷却用通路（図示せず）が形成され、この冷却用通路には冷却用配管１２が接続されている。この冷却用配管１２に冷却水を流すことで、冷却水が枠体９の冷却用通路を通り、電磁コイル部７，８が冷却される。なお、冷却水の代わりに、冷却空気を使用してもよい。
【００３７】
また、磁気発生装置６は、反応容器２の蓋部２ａの上部に設けられた複数（ここでは５つ）の光センサ１３と、各光センサ１３と接続されたコントローラ１４とを有している。蓋部２ａにおいて、支持台３にウェハＷが支持された時にウェハＷの中心部に対応する部位とウェハＷのエッジ部に対応する複数の部位には、窓部１５が設けられている。そして、各窓部１５上に光センサ１３が配置されている。これらの光センサ１３は、ウェハＷ上の中心部と複数のエッジ部におけるプロセス特性を検出するためのセンサであり、ウェハＷの表面に向けて光を照射し、その時の反射光を受光し、この光強度を電気信号に変換してコントローラ１４に送出する。コントローラ１４は、光センサ１３の検出データからウェハＷ上の複数の部位におけるプロセス特性を検知し、この検知情報に応じて各電流源１０，１１を制御することにより、反応容器２内の磁場の強度分布を制御する。
【００３８】
以上のような磁気発生装置６において、支持台３上にウェハＷが載置されている状態で、各電流源１０，１１により４組の電磁コイル部７，８に所望の電流を印可することによって、ウェハＷに対して略平行な磁場が生じ、この磁場がウェハＷを中心にステップ動または回転するようになる。この時の磁場の角度方向および強度は、電磁コイル部７，８に印可する電流によって決まる。
【００３９】
このとき、磁気の方向を連続的に回転させる手段としては、４組の電磁コイル部７，８に、それぞれ時間に対するサイン関数またはコサイン関数に比例した電流を流すことが有効である。例えば、４組の電磁コイル部７，８に対して、以下の様な時間とともに変化する電流を印可する。
【００４０】
【表１】
0004009087.tif 000002
表１において、Ａ及びＢは定数であり、ｘは主電磁コイル部に対する補助電磁コイル部の補正係数であり、必要に応じて調整されるものである。
【００４１】
また、磁気を用いたドライエッチング装置では、磁力線と直交する方向に対して電子のドリフト現象が生じ、プラズマ密度やウェハの電位分布に勾配が生じることが知られている。特に、ウェハの電位分布は、チャージングダメージの一因と考えられており、できる限り均一にすることが望ましい。電子ドリフトの作用を打ち消して平坦な分布を得るには、磁場に人為的な勾配を設けることが有効である。この目的の為には、以下のような電流配分が有効である。
【００４２】
【表２】
0004009087.tif 000003
表２において、ｙは磁場の勾配の制御に関するパラメータである。その他のパラメータの意味は、表１のものと同じである。この場合、連続的に角度を回転することは困難であるため、Phase 1,2,3,4の状態をそれぞれ切り変えながらプロセスを行うことにより、均一な結果を得ることができる。
【００４３】
次に、以上のような磁気発生装置を備えたエッチング装置において、補助電磁コイル部を用いることによって磁場の強度分布を改善するという考え方について詳述する。
【００４４】
一般にエッチングプロセスにおいて、エッチング速度のウェハ面内の不均一を引き起こす大きな原因の一つとして、磁場の強度分布の不均一があげられる。図４は、１対の電磁コイルによってウェハ上に生成された磁場の強度分布の一例を模式的に示したものである。同図においては、電磁コイルの近くに位置するウェハのエッジ（Ｙ＝±１６ｃｍ）の磁場強度は、ウェハの中心の磁場強度に比べて約５０％高くなっている。磁場の強度分布は、図５に示すようにエッチング速度の分布と関連性をもっている。
【００４５】
図５は、アスペクト比の高いレシピ、具体的には、エッチングガスとしてＣ4Ｆ6，Ｏ2，Ａｒの混合ガスを用い、反応容器内の圧力を４０mtorr、磁場強度を１００Ｇ（ガウス）、支持台に印可する電力を１５００Ｗとしたときのエッチング速度の分布を模式的に示したものである。図４及び図５から分かるように、磁場強度およびエッチング速度は、電磁コイルに近いＹ軸の端部で大きくなっている。また、エッチング速度の分布は、Ｘ軸に沿って非対称な勾配を有している。これは、磁場の方向に対して直交する方向に生じる電子ドリフトによるものである。通常、実際のプロセスでは、磁場をサイン曲線で回転させるか、形を変えることができる磁界（ＣＭＦ）でスイッチングさせている。
【００４６】
エッチング速度の不均一は、上記磁場の回転またはスイッチングによってキャンセルすることができる。しかし、磁場強度の不均一は、対称的であるためキャンセルできない。高磁場において均一なエッチング速度の分布を達成するためには、磁場の強度分布を均一にすることが望まれる。
【００４７】
また、磁場は、自己バイアス電圧（Ｖdc）にも影響を与える。Ｖdcは、イオンによる正電流と電子による負電流とが互いにバランスされたウェハ電位として定義される。このＶdcがウェハ表面で均一でないと、ウェハにローカル電流が生じるおそれがある。このようなローカル電流は、ＭＯＳデバイスの絶縁ゲートにチャージングダメージを引き起こす。
【００４８】
図６（ａ）は、電磁コイルにサイン曲線の電流を供給したときに、磁場の方向がある電磁コイルに対して４５度となる瞬間の磁場の強度分布を模式的に示したものである。なお、この時のＣＭＦは１．０であり、磁場に人為的な勾配は設けられていない。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す磁場の強度分布に対応するΔＶdc分布を模式的に示したものである。図６から分かるように、磁場強度は対角線方向に対称であるが、ΔＶdcは図中の右側から左側に向かって高くなっている。この方向は、磁場においてドリフトが起きる方向である。このとき、リーク電流によってウェハにチャージングダメージが生じる。しかし、磁場をサイン曲線で回転させる場合には、磁場の回転は例えば２０ｒｐｍと遅すぎるため、ΔＶdcの不均一をキャンセルしてチャージングダメージを回避することができない。このため、前述のＣＭＦが用いられる。
【００４９】
図７（ａ）は、ＣＭＦを０．３とした磁場構成における磁場の強度分布を模式的に示したものであり、図７（ｂ）は、その時のΔＶdc分布を模式的に示したものである。図７から分かるように、磁場強度は対称ではないが、ΔＶdcは対称に近づいている。これは、ＣＭＦが不均一な磁場によってドリフト効果を補正するからである。しかし、ΔＶdc分布は、ＣＭＦによる補正後においても、ウェハの中心とエッジとで不均一となっている。この原因は、磁場の強度分布が直線的ではなく曲線的な勾配を有しているからである。
【００５０】
上記のように、１つの電磁コイルによって形成される磁場は勾配を有している。電磁コイルに近い位置における磁場は、電磁コイルから遠い位置における磁場よりも強い。磁場の均一性を改善するための簡単な方法の一つとして、電磁コイルの寸法を大きくすることがある。しかし、電磁コイルのＸ，Ｙ，Ｚ方向の全ての寸法を２５％増加させても、磁場の不均一は５５％から３５％に改善されるに過ぎない。このため、１つの電磁コイルで磁場の均一性を改善することは実用的でない。
【００５１】
そこで、前述したような補助電磁コイルを用いることが考え出された。補助電磁コイルの概念を図８に示す。同図において、補助電磁コイルの寸法は、主電磁コイルの寸法よりも小さくなっている。また、補助電磁コイルによって形成される磁場の方向は、主電磁コイルによって形成される磁場に対して逆向きとなっている。
【００５２】
図９は、主電磁コイル及び補助電磁コイルを用いた時に形成される磁場の強度分布の一例を示したものである。図９において、主電磁コイルの高さ寸法は３２０ｍｍ、補助電磁コイルの高さ寸法は２００ｍｍとなっている。図９の横軸は基準値からの距離を示し、図９の縦軸は磁場の強度の相対値を示している。また、Ｐは主電磁コイルによる磁場の強度分布を示し、Ｑは補助電磁コイルによる磁場の強度分布を示し、Ｒは主電磁コイルによる磁気と補助電磁コイルによる磁気とを重ね合わせた時のトータル的な磁場の強度分布を示している。
【００５３】
図９から分かるように、主電磁コイル及び補助電磁コイルのいずれについても、ウェハの中心付近の磁場に比べてウェハのエッジ部の磁場が強くなるような勾配をもった磁場の強度分布が形成される。このとき、補助電磁コイルの寸法が主電磁コイルの寸法よりも小さいため、補助電磁コイルによる磁場の強度分布の勾配が、主電磁コイルによる磁場の強度分布の勾配よりも急峻になる。そして、主電磁コイルによる磁気と補助電磁コイルによる磁気とを重ね合わせることで、補助電磁コイルを設けない場合に比べて、磁場の強度分布が均一になる。
【００５４】
図１０は、ある瞬間におけるウェハ各部位の磁場強度を模式的に示したモデル図と、このモデルのウェハ各部位において補助電磁コイルに印可する電流を変えた時の磁場の強度変化を示したグラフである。
【００５５】
図１０のモデルにおいて、Ｓ９０は、電磁コイルにサイン曲線の電流を供給したときに、磁場の方向がある主電磁コイルに対して垂直（９０度）となる瞬間（サイン９０度という）の磁場強度を示したものであり、Ｓ４５は、磁場の方向がある主電磁コイルに対して４５度となる瞬間（サイン４５度という）の磁場強度を示したものである。図１０のグラフの横軸は、主電磁コイルに印可する電流値を１とした時の補助電磁コイルに印可する電流の相対値を示し、グラフの縦軸は、磁場の強度を示している。また、ウェハ各部位のＸ，Ｙ座標としては、ウェハ中心に対応する（０，０）、及びウェハのエッジ部に対応する（１２，１２）、（０，１５）、（１２，−１２）、（１５，０）の５つのポイントを使用した。
【００５６】
図１０から分かるように、補助電磁コイルに印可する電流の相対値が０、つまり補助電磁コイルに電流を印可しないときは、各ポイントで磁場強度にばらつきが見られる。一方、補助電磁コイルに印可する電流の相対値を大きくするに従って各ポイントでの磁場強度のばらつきが小さくなり、補助電磁コイルに印可する電流の相対値を０．７にすると、各ポイントでの磁場強度がほぼ一致する。
【００５７】
以上のシミュレーション結果より、補助電磁コイルに印可する電流を制御することによって、均一な磁場の強度分布が得られることが分かる。このとき、主電磁コイルと補助電磁コイルとの寸法差や、主電磁コイルを形成するコイルの巻数と補助電磁コイルを形成するコイルの巻数との比率等に応じて、主電磁コイルに対する補助電磁コイルの最適な電流比を選ぶことで、磁場の強度分布の均一性を改善できる。
【００５８】
続いて、電磁コイルの原理および寸法について説明する。補助電磁コイルに印可する最適な電流は、主電磁コイルに対する補助電磁コイルのサイズを小さくするに従って小さくなる。しかし、反応容器のサイズ、スリットバルブのスペース、近傍のチャンバ等によって、電磁コイルのスペースが制限される。
【００５９】
図１１は、実際の反応容器に適した補助電磁コイルの簡単なデザイン例を示したものである。矩形状の電磁コイルによって形成される磁場については、（Ｙ軸に沿った）バー部分と（Ｚ軸に沿った）ポール部分とに分けて解析するのが便利である。
【００６０】
図１２は、直線状の電磁コイルにより生じる磁場を示したものである。同図において、ある位置での磁場強度は、次式に示すように電磁コイルからの距離の関数として表される。この方程式によって、補助電磁コイルのバー部分およびポール部分による磁界分布と補助電磁コイルの効果を評価することができる。
【００６１】
【数１】
0004009087.tif 000004
図１３は、電磁コイルによる磁場のバー成分を示したものである。同図において、ＸＹＺ座標の中心はウェハの中心である。頂部バーによる磁場と底部バーによる磁場とは互いにキャンセルされるので、磁場のＺ成分は０である。また、電流の流れる方向はＹ軸方向であるため、磁場のＹ成分も０である。そこで、磁場のＸ成分のみについて考える。電磁コイルによる磁場のバー成分は、電磁コイルによる全磁場の２／３程度である。磁場のバー成分は、Ｘ軸方向の磁場強度の不均一を引き起こす。
【００６２】
図１４は、１つの電磁コイルを用いたときのＸ軸方向に沿ったウェハ上の磁場のバー成分を示したものである。なお、Ｘ0は２２０ｍｍ、Ｙ0は１７０ｍｍ、Ｚ0は１３５ｍｍである。図１４から分かるように、磁場強度は、直線的ではなく曲線的に減少している。
【００６３】
図１５は、１組の主電磁コイル及び補助電磁コイルを用いたときのウェハ上の磁場のバー成分を示したものである。なお、主電磁コイルの寸法については、Ｘ0が２２０ｍｍ、Ｙ0が１７０ｍｍ、Ｚ0が１３５ｍｍであり、補助電磁コイルの寸法については、Ｘ0が２００ｍｍ、Ｙ0が１７０ｍｍ、Ｚ0が７５ｍｍである。また、図１５のボックス内のパラメータ数（０〜１．０）は、主電磁コイルの電流に対する補助電磁コイルの電流である。図１５から分かるように、磁場の強度分布は、主電磁コイルに対する補助電磁コイルの電流比が０．５の時に最も直線に近くなる。
【００６４】
図１６は、２組の主電磁コイル及び補助電磁コイルを用いたときの状態を示したものであり、図１７は、その時に形成される磁場のバー成分を示したものである。図１７から分かるように、図１５における補助電磁コイルの電流比が０．５の時の直線的な勾配がキャンセルされ、磁場のバー成分がかなり均一（３ｓ／ａｖｅ＝３．７％）になっている。また、ウェハ中心での磁場強度は、補助電磁コイルを用いない場合の約半分である。
【００６５】
図１８（ａ）は、補助電磁コイルの寸法と最適な電流比との関係を示すテーブルであり、図１８（ｂ）は、補助電磁コイルの寸法と（１００ｍｍ×１００ｍｍのエリア内の３σ／ａｖｅでの）磁場の均一性との関係を示すテーブルであり、図１８（ｃ）は、補助電磁コイルの寸法とウェハ中心の磁場強度（補助電磁コイルが無い時のウェハ中心の磁場に対する相対値）との関係を示すテーブルである。これらのテーブルは、補助電磁コイルを設計するためのガイダンスとして使用される。なお、主電磁コイルの寸法については、Ｘ0が２２０ｍｍ、Ｙ0が１７０ｍｍ、Ｚ0が１３５ｍｍと固定されている。また、磁場の均一性は、２００ｍｍ×２００ｍｍのエリアで計算されたものである。
【００６６】
上記のテーブルは、補助電磁コイルの寸法を小さくするほど、主電磁コイルの電流に対する補助電磁コイルの電流が小さくなり、磁場強度が高くなることを示している。また、磁場強度は、補助電磁コイルの寸法が増大するに従って均一になる。しかし、補助電磁コイルの寸法が最も小さい（Ｘ0＝２００ｍｍ、Ｚ0＝７５ｍｍ）ときでさえ、磁場の均一性（３．７％）は、補助電磁コイルが無いとき（５３％）に比べてはるかに良くなっている。
【００６７】
図１９は、電磁コイルによる磁場のポール成分を示したものである。電磁コイルによる磁場のポール成分は、電磁コイルによる全磁場の３３％程度である。磁場のポール成分は、対角線方向、特にサイン４５度（前述）の構成およびＣＭＦ構成における磁場強度の不均一を引き起こす。
【００６８】
図２０は、補助電磁コイルが無いときに対角線方向に生じるポール成分の磁場強度の分布を示したものである。なお、同図のグラフには、Ｘ軸方向の磁場強度ＢXとＹ軸方向の磁場強度ＢYが示されている。
【００６９】
図２１は、補助電磁コイルを用いたときに対角線方向に生じるポール成分の磁場強度の分布を示したものである。なお、この時の補助電磁コイルの電流比は１．０８である。また、主電磁コイルの寸法については、Ｘ0が２２０ｍｍ、Ｙ0が１７０ｍｍ、Ｚ0が１３５ｍｍであり、補助電磁コイルの寸法については、Ｘ0が２００ｍｍ、Ｙ0が１７０ｍｍ、Ｚ0が７５ｍｍである。図２１から分かるように、補助電磁コイルを用いることで、磁場強度の分布がほとんど直線的な勾配となる。しかし、この時の補助電磁コイルの電流比１．０８は、前述したバー成分に対する補助電磁コイルの最適な電流比０．５３とは一致していない。
【００７０】
そこで、このような不具合を解決すべく、補助電磁コイルの高さＺ0を最適化すると共に、図２２に示すように補助電磁コイルの両端部に曲げ部を設けることとした。なお、Ｘ1は、曲げ部の先端のＸ座標値である。
【００７１】
図２３は、ポール成分において補助電磁コイルの寸法と最適な電流比、磁場の均一性、相対的な磁場強度との関係をそれぞれ示すテーブルである。図２３（ａ）から分かるように、最適な電流比は、補助電磁コイルの曲げ部を大きくする（Ｘ1を小さくする）ことや補助電磁コイルの高さＺ0を大きくすることによって減少する。
【００７２】
上記の図１８及び図２３のテーブルは、バー成分とポール成分の両方をもった補助電磁コイルの設計に役立つ。補助電磁コイルの寸法を決定するための方法を図２４に示す。図２４（ａ）は、補助電磁コイルのバー成分における最適な電流比を示し、図２４（ｂ）は、補助電磁コイルのポール成分における最適な電流比を示している。
【００７３】
Ｘ0が２２０ｍｍ、Ｚ0が９０ｍｍのときは、図２４（ａ）から補助電磁コイルのバー成分における最適な電流比は０．７３となる。このとき、補助電磁コイルのポール成分において同じ電流比を得るには、図２４（ｂ）からＸ1が１８５ｍｍとなる。これにより、補助電磁コイルの最適な寸法の一つとしては、図２５に示すようにＸ0が２２０ｍｍ、Ｚ0が９０ｍｍ、Ｘ1が１８５ｍｍといったものが考えられる。
【００７４】
次に、上記のように構成した主電磁コイル及び補助電磁コイルに供給する電流を制御して、磁場の強度分布を制御する具体的な方法について述べる。
【００７５】
主電磁コイル及び補助電磁コイルへの電流の流し方としては、主に、磁場を回転させるようにサイン関数またはコサイン関数に比例した電流を流すサインモードと、磁場に勾配を設けて磁場をスイッチングさせるように電流を流すＣＭＦモードとがある。
【００７６】
図２６は、主電磁コイル部７及び補助電磁コイル部８にサインモードの電流を供給した場合において磁場の方向がサイン０度の状態を示したものである。同図において、Ｐ1はウェハＷの中心位置を示し、Ｐ2はウェハＷの任意のエッジ位置を示している。
【００７７】
この状態においてウェハＷ上に形成される磁場の強度を測定した結果を図２７に示す。図２７の横軸は補助電磁コイル部８に供給される電流値であり、図２７の縦軸は主電磁コイル部７に供給される電流値である。同図において、実線がウェハＷの中心位置Ｐ1における磁場強度（０〜４０Ｇ）を示し、破線がウェハＷのエッジ位置Ｐ2における磁場強度（０〜４０Ｇ）を示している。ここで、実線と破線がクロスする（図中の黒点位置）ように主電磁コイル部７及び補助電磁コイル部８への供給電流を選択すると、ウェハＷの中心位置Ｐ1とエッジ位置Ｐ2における磁場強度が等しくなる。
【００７８】
図２８は、主電磁コイル部７及び補助電磁コイル部８にＣＭＦモードの電流を供給した場合の状態を示したものである。同図において、Ｐ1はウェハＷの中心位置を示し、Ｐ2はウェハＷの任意のエッジ位置を示し、Ｐ3はウェハ中心に対してＰ2と点対称なウェハＷのエッジ位置を示している。なお、主電磁コイル部７のＣＭＦ補正値と補助電磁コイル部８のＣＭＦ補正値とは、必ずしも一致させる必要はない。
【００７９】
この状態においてウェハＷ上に形成される磁場の強度を測定した結果を図２９に示す。図２９の横軸および縦軸は、図２７と同様である。同図において、実線がウェハＷの中心位置Ｐ1における磁場強度（０〜３０Ｇ）を示し、破線がウェハＷのエッジ位置Ｐ2における磁場強度（０〜４０Ｇ）を示し、１点鎖線がウェハＷのエッジ位置Ｐ3における磁場強度（０〜４０Ｇ）を示している。ここで、ウェハＷの位置Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3における磁場強度をそれぞれＢ（Ｐ1）、Ｂ（Ｐ2）、Ｂ（Ｐ3）としたときに、
Ｂ（Ｐ1）＝（Ｂ（Ｐ2）＋Ｂ（Ｐ3））／２
となるように主電磁コイル部７及び補助電磁コイル部８への供給電流を選択するのが望ましい。
【００８０】
図３０は、上記の図２７においてウェハＷの中心位置Ｐ1とエッジ位置Ｐ2における磁場強度が０Ｇとなるときの特性を示したものである。同図において、主電磁コイル部７及び補助電磁コイル部８への供給電流をＡ1，Ａ2のように設定した場合は、ウェハＷの中心が０Ｇとなり、ウェハＷのエッジが０Ｇよりも強くなるような磁場の強度分布が形成される。また、主電磁コイル部７及び補助電磁コイル部８への供給電流をＡ3，Ａ4のように設定した場合は、ウェハＷのエッジが０Ｇとなり、ウェハＷの中心が０Ｇよりも強くなるような磁場の強度分布が形成される。また、主電磁コイル部７及び補助電磁コイル部８への供給電流を図中の斜線内のいずれかになるように設定すると、ウェハＷの中心およびエッジ以外の部分が０ＧとなるようなＷ形の磁場の強度分布を形成することもできる。
【００８１】
ところで、磁場の強度分布とエッチング速度分布とは必ずしも一致せず、磁場の強度分布が均一であっても、支持台３に供給される電力分布やエッチングガスの流速分布等といった他の要因によってエッチング速度分布は不均一になることがある。本実施形態では、上記のように０Ｇを有する磁場を形成するように各主電磁コイル部７及び各補助電磁コイル部８に電流を供給することにより、多種多様な磁場の強度分布を形成することが可能となる。従って、エッチング速度分布に応じて磁場の強度分布を調整することによって、均一なエッチング速度分布を得ることができる。
【００８２】
図３１は、上記の図２７においてウェハＷの中心位置Ｐ1とエッジ位置Ｐ2における磁場強度が２０Ｇとなるときの特性を示したものである。同図において、主電磁コイル部７への供給電流をＢ1のように設定し、補助電磁コイル部８に電流を供給しない場合は、ウェハＷの中心が２０Ｇとなり、ウェハＷのエッジが２０Ｇよりも強くなるような磁場の強度分布が形成される。主電磁コイル部７及び補助電磁コイル部８への供給電流をＢ2のように設定した場合は、ウェハＷの中心が２０Ｇのままであり、ウェハＷのエッジがＢ1時よりも弱くなるような磁場の強度分布が形成される。主電磁コイル部７及び補助電磁コイル部８への供給電流をＢ3のように設定した場合は、ウェハＷの中心およびエッジが共に２０Ｇとなるような磁場の強度分布が形成される。主電磁コイル部７及び補助電磁コイル部８への供給電流をＢ4のように設定した場合は、ウェハＷの中心が２０Ｇとなり、ウェハＷのエッジが２０Ｇよりも弱くなるような磁場の強度分布が形成される。
【００８３】
このように２０Ｇを有する磁場を形成するように各主電磁コイル部７及び各補助電磁コイル部８に電流を供給する場合には、ウェハＷのエッジの磁場が中心の磁場よりも高くなる磁場の強度分布だけでなく、ウェハＷの中心の磁場がエッジの磁場よりも高くなる磁場の強度分布や、ウェハＷの中心の磁場とエッジの磁場とが等しくなる磁場の強度分布を形成することができる。
【００８４】
続いて、実際に４組の主電磁コイル部７および補助電磁コイル部８に供給する電流の幾つかのパターンについて述べる。第１の電流パターンとしては、各主電磁コイル部７及び各補助電磁コイル部８に対して、以下の様な時間とともに変化する電流を印可する。
【００８５】
【表３】
0004009087.tif 000005
表３において、ａは定数であり、ＣＦは主電磁コイル部７に対する補助電磁コイル部８の補正係数であり、必要に応じて調整される。このようなパターンにおいて、１組の主電磁コイル部７及び補助電磁コイル部８に供給される電流のみを図３２に示し、４組の主電磁コイル部７及び補助電磁コイル部８に供給される電流を図３３に示す。
【００８６】
このようなパターンの電流を用いることにより、ウェハＷの中心部とエッジ部とでエッチング速度が不均一な場合であっても、補正係数ＣＦを変えることで、エッチング速度の分布が均一になるように調整することができる。
【００８７】
第２の電流パターンとしては、各主電磁コイル部７及び各補助電磁コイル部８に対して、以下の様な時間とともに変化する電流を印可する。
【００８８】
【表４】
0004009087.tif 000006
表４において、ａは定数であり、ＣＦ1，ＣＦ2は主電磁コイル部７に対する補助電磁コイル部８の補正係数であり、必要に応じて調整される。なお、ＣＦ1は、０度、９０度、１８０度、２７０度の方向における補正係数であり、ＣＦ2は、４５度、１３５度、２２５度、３１５度の方向における補正係数である。このようなパターンにおいて、１組の主電磁コイル部７及び補助電磁コイル部８に供給される電流のみを図３４に示す。
【００８９】
このようなパターンの電流を用いることにより、ウェハＷのある方向を０度とした時のウェハＷの０度、９０度、１８０度、２７０度の方向と４５度、１３５度、２２５度、３１５度の方向とでエッチング速度が不均一な場合であっても、補正係数ＣＦ1，ＣＦ2を変えることで、エッチング速度の分布が均一になるように調整することができる。
【００９０】
第３の電流パターンとしては、各主電磁コイル部７及び各補助電磁コイル部８に対して、以下の様な時間とともに変化する電流を印可する。
【００９１】
【表５】
0004009087.tif 000007
表５において、ａは定数であり、ＣＦ1，ＣＦ2，ＣＦ3，ＣＦ4は補正係数であり、ＣＦは主電磁コイル部７に対する補助電磁コイル部８の補正係数である。なお、ＣＦ1〜ＣＦ4、ＣＦは必要に応じて調整される。このようなパターンにおいて、例えばＣＦ1＝ＣＦ2＝１、ＣＦ3＝ＣＦ4≠１とした場合に、４組の主電磁コイル部７及び補助電磁コイル部８に供給される電流を図３５に示す。
【００９２】
このようなパターンの電流を用いることにより、ウェハＷの一部領域と他の領域とでエッチング速度が不均一（非対称）な場合であっても、補正係数ＣＦ1〜ＣＦ4を変えることで、エッチング速度の分布が均一になるように調整することができる。
【００９３】
ここで、実際にウェハＷ上のエッチング速度の分布を調整する場合は、コントローラ１４において、反応容器２上に設けた各光センサ１３の検出信号に基づいてウェハＷ上のエッチング速度をその場で抽出し、その結果から、エッチング速度の分布が均一になるような電流パターンを選択すると共に補正係数を決定する。そして、そのようにして得た電流が各主電磁コイル部７及び各補助電磁コイル部８に供給されるように各電流源１０，１１を制御する。これにより、ウェハＷ上のエッチング速度の分布が均一になるように、ウェハＷ上の磁場の強度分布が自動制御される。なお、測定はエッチング後のウェハに対して行い、その後のウェハにフィードバックしてもよい。
【００９４】
ウェハ上のエッチング速度分布の均一性に係る測定結果の一例を図３６に示す。図３６の横軸は、ウェハＷの中心の磁場強度とウェハＷのエッジの磁場強度との比を示し、縦軸はエッチング速度分布の均一性を示している。同図は、４組の主電磁コイル部および補助電磁コイル部にサインモードの電流を供給したときの測定結果であり、図中の黒点が実際に測定したものである。この結果から、ウェハＷの中心の磁場強度とウェハＷのエッジの磁場強度との比を１．２５とすると、エッチング速度分布の均一性がほぼ０％になると推定される。
【００９５】
以上のように本実施形態の磁気発生装置６においては、主電磁コイル部７に加えて補助電磁コイル部８を設け、主電磁コイル部７とは逆方向の電流を補助電磁コイル部８に印可し、主電磁コイル部７によって形成される磁場と補助電磁コイル部８によって形成される磁場とが逆向きとなるようにする。この場合には、互いに逆極性の磁界が重ね合わされ、主電磁コイル部７による磁場の強度と補助電磁コイル部８による磁場の強度との差分がウェハＷ上に形成される磁場の強度となる。
【００９６】
このとき、補助電磁コイル部８の寸法が主電磁コイル部７の寸法よりも小さいため、補助電磁コイル部８による磁場の強度分布の勾配が、主電磁コイル部７による磁場の強度分布の勾配よりも急峻になる。また、補助電磁コイル部８が主電磁コイル部７よりもウェハＷに近い部位に配置され、しかも補助電磁コイル部８の両端部には曲げ部８ａが設けられているため、補助電磁コイル部８による磁場の強度分布の勾配が、主電磁コイル部７による磁場の強度分布の勾配よりも更に急峻になる。従って、このような急峻な勾配を有する補助電磁コイル部８による磁場の強度分布によって主電磁コイル部７による磁場の強度分布を打ち消すことにより、補助電磁コイル部８を設けない場合に比べて、均一な強度分布をもった磁場をウェハＷ上に形成することができる。
【００９７】
このように磁場の強度分布を均一化した場合には、プラズマ密度の均一性が改善されるため、プラズマの不均一に起因するチャージングダメージが低減される。その結果、エッチング装置１により製造された半導体デバイスの歩留まりと信頼性が向上する。
【００９８】
また、主電磁コイル部７に加えて補助電磁コイル部８を設けることにより、磁場の強度分布を均一にするだけでなく、ウェハＷのエッジ部の磁場が中心部の磁場よりも強い分布や、ウェハＷの中心部の磁場がエッジ部の磁場よりも強い分布等といった多種多様な磁場の強度分布を形成することができる。従って、エッチング速度や選択比等のプロセス特性の均一性が最良となるように、磁場の強度分布を調整することが可能となる。
【００９９】
また、補助電磁コイル部８の両端部に曲げ部８ａを設けたので、補助電磁コイル部８においてバー成分（水平方向成分）による磁場とポール成分（垂直方向成分）による磁場とのバランスをとることができる。
【０１００】
さらに、補助電磁コイル部８に印可する電流を変えるだけで、磁場の強度分布を変えることができるため、上記のようにエッチング速度等の均一性が最良となるように磁場の強度分布を調整することに加え、チャージングダメージが最も抑制されるように磁場の強度分布を調整するといったことも可能となる。つまり、磁気発生装置６を電磁コイル部（電磁石）７，８で構成することにより、永久磁石を用いる場合と異なり、磁気発生装置６の用途が広がる。
【０１０１】
また、枠体９に冷却水等を供給することで、主電磁コイル部７及び補助電磁コイル部８を冷却するようにしたので、以下の作用効果が得られる。即ち、上記のように電磁コイル部７による磁場と補助電磁コイル部８による磁場は互いに打ち消し合うため、例えば電磁コイル部７と補助電磁コイル部８に供給する電流値を同一とした場合には、トータル的な磁場の強度は小さくなる。このため、所望な磁場の強度を得るには、電磁コイル部７，８に供給する電流値を増大させる必要があるが、これは電磁コイル部７，８での発熱や電力の消耗につながる。しかし、電磁コイル部７，８を冷却することにより、そのような電磁コイル部７，８における発熱等の増大が抑えられるため、電磁コイル部７，８の耐久性が向上する。
【０１０２】
本発明に係る磁気発生装置の他の実施形態を図３７により説明する。図中、上述した実施形態と同一または同等の部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１０３】
同図において、本実施形態の磁気発生装置１６は、反応容器２の周囲に配置され、支持台３の上面に対して略平行な磁場を形成するための４つの主電磁コイル部１７と、各主電磁コイル部１７と略同一の軸上に配置され、主電磁コイル部１７により形成される磁場とは逆向きの磁場を形成するための４つの補助電磁コイル部８とを有している。各主電磁コイル部１７の両端部には、反応容器２側の反対側に曲げられた曲げ部１７ａが設けられている。
【０１０４】
このように主電磁コイル部１７の両端部に曲げ部１７ａを設けることにより、支持台３と主電磁コイル部１７の両端部との距離と、支持台３と補助電磁コイル部８の両端部との距離との差が増大する。このため、補助電磁コイル部８による磁場の強度分布の勾配が、主電磁コイル部１７による磁場の強度分布の勾配よりも更に急峻になる。従って、補助電磁コイル部８による磁場の強度分布によって主電磁コイル部１７による磁場の強度分布を更に打ち消すことにより、より均一な強度分布をもった磁場をウェハＷ上に形成することができる。
【０１０５】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、補助電磁コイル部の寸法を主電磁コイル部の寸法よりも小さくすると共に、補助電磁コイル部を主電磁コイル部よりも支持台３に近くなるように配置する構成としたが、特にこれには限定されない。具体的には、補助電磁コイル部の寸法を主電磁コイル部の寸法よりも小さくするだけでも良いし、あるいは補助電磁コイル部を主電磁コイル部よりも支持台３に近くなるように配置するだけでも良い。
【０１０６】
また、上記実施形態では、主電磁コイル部及び補助電磁コイル部への電流の供給を別個の電流源１０，１１で行うものとしたが、電流源を共通化して主電磁コイル部及び補助電磁コイル部に供給する電流値を同じとし、主電磁コイル部及び補助電磁コイル部を形成するコイルの巻数の比率を可変にしてもよい。この場合には、１組の主電磁コイル部及び補助電磁コイル部に対して電流源も１個で済むため、コスト的に有利である。また、これ以外にも、例えば最も均一な磁場の強度分布が得られるように、主電磁コイル部及び補助電磁コイル部に供給する電流値の比率と、主電磁コイル部及び補助電磁コイル部を形成するコイルの巻数の比率とを固定させても良い。
【０１０７】
さらに、上記実施形態では、反応容器２の外側に主電磁コイル部及び補助電磁コイル部を配置するものとしたが、可能であれば、これらの電磁コイル部を反応容器２内に配置しても良い。
【０１０８】
また、上記実施形態では、主電磁コイル部及び補助電磁コイル部を別々に形成するものとしたが、これらの電磁コイル部を一体成形してもよい。この場合には、磁気発生装置の組み立てやメンテナンスが容易に行える。
【０１０９】
さらに、上記実施形態の半導体製造装置はドライエッチング装置であるが、本発明は、電磁石を用いてプラズマの形成を促進する他の半導体製造装置（例えばＣＶＤ装置等）にも適用できることは言うまでもない。
【０１１０】
【発明の効果】
本発明によれば、複数の主電磁コイル部と略同一の軸上に、主電磁コイル部により形成される磁場とは逆向きの磁場を形成するための補助電磁コイル部をそれぞれ配置したので、最適な磁場の強度分布を形成することができる。これにより、プロセス特性の均一性の向上およびデバイスダメージの低減を図ることができる。
【０１１１】
また、本発明によれば、そのような複数の主電磁コイル部および複数の補助電磁コイル部に供給する電流をそれぞれ制御することにより、磁場の強度分布を制御するようにしたので、最適な磁場の強度分布を形成することができる。これにより、プロセス特性の均一性の向上およびデバイスダメージの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体製造装置の一実施形態としてドライエッチング装置を示す概略構成図である。
【図２】図１に示す磁気発生装置の構成を示す図である。
【図３】図２に示す主電磁コイル部および補助電磁コイル部の側面図である。
【図４】１対の電磁コイルによって生成される磁場の強度分布の一例を模式的に示す図である。
【図５】エッチング速度の分布の一例を模式的に示す図である。
【図６】電磁コイルにサイン曲線の電流を供給した時のある瞬間の磁場の強度分布とΔＶdc分布とを模式的に示す図である。
【図７】ＣＭＦ構成とした時の磁場の強度分布とΔＶdc分布を模式的に示す図である。
【図８】主電磁コイル部および補助電磁コイル部を模式的に示す図である。
【図９】主電磁コイル部および補助電磁コイル部を用いた場合に形成される磁場の強度分布の一例を示す図である。
【図１０】主電磁コイル部および補助電磁コイル部にサイン曲線の電流を供給した時のある瞬間の磁場の強度分布を模式的に示す図と、このモデルにおいて補助電磁コイル部に印可する電流を変えた時の磁場の強度変化を示す図である。
【図１１】実際の反応容器に適した補助電磁コイルの簡単なデザイン例を示す図である。
【図１２】直線状の電磁コイルにより生じる磁場を示す図である。
【図１３】電磁コイルによる磁場のバー成分を示す図である。
【図１４】１つの電磁コイルを用いたときの磁場のバー成分を示す図である。
【図１５】１組の主電磁コイル及び補助電磁コイルを用いたときの磁場のバー成分を示す図である。
【図１６】２組の主電磁コイル及び補助電磁コイルを用いたときの状態を示す図である。
【図１７】２組の主電磁コイル及び補助電磁コイルを用いたときの磁場のバー成分を示す図である。
【図１８】補助電磁コイルの寸法と、バー成分における最適な電流比、磁場の均一性、相対的なウェハ中心の磁場強度との間の関係を示すテーブルである。
【図１９】電磁コイルによる磁場のポール成分を示す図である。
【図２０】補助電磁コイルが無いときに対角線方向に生じるポール成分の磁場強度の分布を示す図である。
【図２１】補助電磁コイルを用いたときに対角線方向に生じるポール成分の磁場強度の分布を示す図である。
【図２２】最適な補助電磁コイルの構造を示す図である。
【図２３】補助電磁コイルの寸法と、ポール成分における最適な電流比、磁場の均一性、相対的なウェハ中心の磁場強度との間の関係を示すテーブルである。
【図２４】補助電磁コイルの寸法を決定するための方法を示す図である。
【図２５】図２４に示す方法で決定した補助電磁コイルの寸法の一例を示す図である。
【図２６】主電磁コイル部及び補助電磁コイル部にサインモードの電流を供給した場合のある瞬間の状態を示す図である。
【図２７】図２６に示す状態においてウェハ上に形成される磁場の強度特性を示す図である。
【図２８】主電磁コイル部及び補助電磁コイル部にＣＭＦモードの電流を供給した場合の状態を示す図である。
【図２９】図２８に示す状態においてウェハ上に形成される磁場の強度特性を示す図である。
【図３０】図２７に示す磁場の強度特性において、ウェハの中心位置とエッジ位置における磁場強度が０Ｇとなるときの特性を示す図である。
【図３１】図２７に示す磁場強度の特性において、ウェハの中心位置とエッジ位置における磁場強度が２０Ｇとなるときの特性を示す図である。
【図３２】表３に示す電流パターンにおいて、１組の主電磁コイル部および補助電磁コイル部に供給される電流のみを示す図である。
【図３３】表３に示す電流パターンにおいて、４組の主電磁コイル部および補助電磁コイル部に供給される電流を示す図である。
【図３４】表４に示す電流パターンにおいて、１組の主電磁コイル部および補助電磁コイル部に供給される電流のみを示す図である。
【図３５】表５に示す電流パターンにおいて、４組の主電磁コイル部および補助電磁コイル部に供給される電流を示す図である。
【図３６】ウェハ上のエッチング速度分布の均一性に係る測定結果の一例を示す図である。
【図３７】本発明に係る磁気発生装置の他の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１…ドライエッチング装置（半導体製造装置）、２…反応容器、２ａ…蓋部（プラズマ形成手段）、３…支持台（支持部材、プラズマ形成手段）、４…整合器（プラズマ形成手段）、５…高周波電源（プラズマ形成手段）、６…磁気発生装置（磁気発生手段）、７…主電磁コイル部、８…補助電磁コイル部、８ａ…曲げ部、９…枠体、１０…電流源（第１電流源）、１１…電流源（第２電流源）、１２…冷却用配管（冷却手段）、１３…光センサ（検出手段）１４…コントローラ（制御手段）、１６…磁気発生装置（磁気発生手段）、１７…主電磁コイル部、１７ａ…曲げ部、Ｗ…ウェハ（基板）。
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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