JP2001338911A - プラズマ処理装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】被処理物にチャージングダメージを与えたり、
被処理物に対するプラズマ処理の速度に面内不均一を生
じたりすることを防止できるプラズマ処理装置を提供す
る。また、プラズマ処理のむらやチャージングダメージ
の発生していない高品質な半導体装置を製造するための
方法を提供する。 【解決手段】プラズマエッチング装置は、処理チャンバ
１と、この処理チャンバ１内で上下方向に対向して配置
された下部電極２および上部電極３と、処理チャンバ１
の外周面に沿って配置されたマグネット４とを有してい
る。マグネット４は、下部電極２付近における電子のド
リフト方向であるＥ１×Ｂ方向の下流側の磁場強度が上
流側よりも弱くなった勾配磁場を形成している。エッチ
ング処理時には、上部電極３にも、上部高周波電源６か
ら高周波電力が印加されるようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体基板など
の被処理物にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置、お
よびプラズマ処理を用いた半導体装置の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程においては、たと
えば、ウエハの表面に形成した絶縁膜などの薄膜を微細
パターンに加工するために、エッチング処理が行われる
場合がある。このエッチング処理のための装置として
は、従来から種々のタイプのものが提案されているが、
その中でも、マグネトロン方式のプラズマエッチング装
置が注目されている。

【０００３】このマグネトロン方式のプラズマエッチン
グ装置は、たとえば、処理室内に対向配置された一対の
上部電極および下部電極を有しており、下部電極上にウ
エハを載置できるようになっている。このウエハが載置
される下部電極には、高周波電力を印加するための高周
波電力源が接続されている。処理室内にエッチングガス
が導入された後、ウエハが載置された下部電極に高周波
電力が印加されると、一対の電極間に電界が形成され、
この電界によりエッチングガスのプラズマが発生する。
また、ウエハが載置されている下部電極に負の自己バイ
アス電圧が生じ、これによって、処理室内に発生したプ
ラズマ中のイオンが下部電極に向けて引き寄せられる。
そして、その引き寄せられたイオンがウエハ表面に衝突
することにより、ウエハ表面に形成されている薄膜がエ
ッチングされていく。

【０００４】イオンがウエハ表面（ウエハ自身の表面ま
たはその上に形成されている薄膜の表面を指す。）に衝
突すると、ウエハ表面から２次電子が放出される。この
放出された２次電子は、下部電極に負の自己バイアス電
圧が生じているために、ウエハから離間する方向に加速
されてプラズマ中を移動する。そして、プラズマ中を移
動する過程において中性原子・分子に衝突し、中性原子
や中性分子のイオン化を引き起こす。したがって、プラ
ズマ中における２次電子の移動距離が長いほど、２次電
子と中性原子・分子との衝突頻度が高くなるので、プラ
ズマの高密度化を図ることができる。

【０００５】このことに着目して、マグネトロン方式の
プラズマエッチング装置では、処理室の外周に沿って、
一対の電極間に電界と直交する方向の平行磁場を形成す
るためのマグネットが配置されている。これによれば、
イオンのウエハ表面への衝突によって発生した２次電子
が、一対の電極間に形成されている電界および平行磁場
によるローレンツ力を受けて、この電界の方向および平
行磁場の方向を含む面に直交する方向（Ｅ×Ｂ方向）に
サイクロイド運動しながら移動（Ｅ×Ｂドリフト）す
る。その結果、プラズマ中における２次電子の移動距離
が長くなり、プラズマの高密度化が達成される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、２次電子が
Ｅ×Ｂドリフトすると、Ｅ×Ｂ方向の下流側ほど電子密
度が高くなるため、下部電極に生じる自己バイアス電圧
が面内不均一になってしまう。下部電極に生じる自己バ
イアス電圧が面内不均一になると、下部電極上に載置さ
れたウエハ表面に面内電位差が生じ、これにより、ウエ
ハ表面に電流が流れてゲート酸化膜などが破壊されると
いったチャージングダメージをウエハに与えるおそれが
ある。また、２次電子のＥ×Ｂドリフトは、ウエハ表面
に入射するイオン密度の面内不均一を招き、結果とし
て、ウエハ表面に対するエッチング処理の速度の面内不
均一を招くおそれがある。

【０００７】そこで、Ｅ×Ｂ方向下流側ほど磁場強度が
弱くなる勾配磁場が形成されるようにマグネットを設計
して、Ｅ×Ｂドリフトによる自己バイアス電圧の面内不
均一を補償するとともに、そのマグネットを回転させる
ことにより、エッチング処理速度の均一性を確保する技
術が提案されている。この技術を採用した装置は、ＤＲ
Ｍ(Dipole Ring Magnet)プラズマエッチング装置と呼ば
れている。しかしながら、このＤＲＭプラズマエッチン
グ装置では、自己バイアス電圧が面内均一になるような
磁場強度勾配の最適値が得られるまで、マグネットの設
計を何度も変更しなければならず、装置開発のためのコ
ストが高くついてしまう。また、処理室内の気圧や下部
電極に印加される高周波電力量などのプロセス条件が変
更されると、その度にマグネットを設計し直さなければ
ならないといった問題もある。さらには、ウエハ表面に
入射するイオンの密度は必ずしも面内均一ではないの
で、エッチング処理速度の均一性を確保するためにマグ
ネットを回転させるための構成が不可欠であり、装置構
成が複雑になるといった問題もある。

【０００８】また、その他の技術として、半導体ウエハ
が載置される下部電極に対向した上部電極にも一定の高
周波電力を印加し、この上部電極付近において、下部電
極付近における２次電子のＥ×Ｂドリフトの方向と逆方
向に２次電子をＥ×Ｂドリフトさせることにより、プラ
ズマ密度の面内均一化を図る技術が提案されている。こ
の技術を採用した装置は、ＢＥＤ(Balanced Electron D
rift)プラズマエッチング装置と呼ばれている。

【０００９】このＢＥＤプラズマエッチング装置は、Ｄ
ＲＭプラズマエッチング装置と比較して簡単に設計で
き、マグネットを回転させるための構成も不要であると
いった利点を有している。しかし、ＢＥＤプラズマエッ
チング装置では、上部電極と下部電極との間隔を広くす
ることができない。なぜなら、上部電極と下部電極との
間隔を広くすると、下部電極付近をドリフトする２次電
子が上部電極に向けて移動（拡散）できなくなり、プラ
ズマ密度の面内均一化を図ることができないからであ
る。上部電極と下部電極との間隔を広げることができれ
ば、ウエハ表面における面内圧力差を小さくすることが
でき、エッチング処理速度の均一性をより向上させるこ
とができる。また、プラズマ電位を低くすることができ
るから、プラズマが処理室の内壁に与える損傷を少なく
することができる。

【００１０】そこで、この発明の第１の目的は、被処理
物にチャージングダメージを与えたり、被処理物に対す
るプラズマ処理の速度に面内不均一を生じたりすること
を防止できるプラズマ処理装置を提供することである。
また、この発明の第２の目的は、開発に要する手間およ
びコストを低減できるプラズマ処理装置を提供すること
である。さらに、この発明の第３の目的は、第１電極と
第２電極との間隔を大きく設計することができるプラズ
マ処理装置を提供することである。

【００１１】さらにまた、この発明の第４の目的は、プ
ラズマ処理のむらやチャージングダメージの発生してい
ない高品質な半導体装置を製造するための方法を提供す
ることである。

【００１２】

【課題を解決するための手段および発明の効果】上記の
目的を達成するための請求項１記載の発明は、被処理物
にプラズマによる処理を施すプラズマ処理装置であっ
て、被処理物を載置するための載置面を有する第１の電
極と、この第１の電極の載置面に対向して配置された第
２の電極と、前記第１の電極に一定の高周波電力を供給
して、前記第１および第２の電極間にプラズマを発生さ
せるプラズマ発生手段と、前記第１および第２の電極間
に発生するプラズマ中の電子をＥ×Ｂドリフトさせるた
めの磁場を、前記第１の電極側のＥ×Ｂドリフト方向下
流側の磁場強度がＥ×Ｂドリフト方向上流側よりも弱く
なるような強度勾配をつけて形成する磁場形成手段と、
前記第２の電極に高周波電力を供給して、前記第１の電
極およびプラズマ間に形成される電界とは逆方向の電界
を前記第２の電極およびプラズマ間に発生させることに
より、前記載置面上におけるプラズマ密度の面内分布を
調整するプラズマ密度調整手段とを含むことを特徴とす
るプラズマ処理装置である。

【００１３】この発明によれば、第１および第２の電極
間に形成される磁場の強度に勾配がつけられていること
により、Ｅ×Ｂドリフトによって第１の電極に生じる自
己バイアス電圧の面内不均一がある程度は補償されるの
で、被処理物にチャージングダメージを与えることを抑
制できる。また、プラズマ密度調整手段によってプラズ
マ密度の面内分布を調整することにより、前記載置面上
におけるプラズマ密度を面内均一にすることができる。
その結果、第１の電極に生じる自己バイアス電圧を面内
均一にすることができ、自己バイアス電圧の面内不均一
による被処理物へのチャージングダメージを一層抑制す
ることができる。

【００１４】さらに、プラズマ密度を面内均一にできる
から、被処理物に対するプラズマ処理の速度を面内均一
にすることができる。ゆえに、プラズマ処理速度の均一
性を確保するためにマグネットを回転させる必要がな
く、ＤＲＭプラズマ処理装置と比較して装置構成を簡素
化することができる。さらには、上記したように磁場強
度に勾配をつけることによって自己バイアス電圧の面内
不均一を適度に補償しておけば、第２の電極への供給電
力を調整することによって自己バイアス電圧を均一にす
ることができるから、磁場形成手段を厳密に設計する必
要がない。ゆえに、ＤＲＭプラズマ処理装置と比較し
て、装置の開発に要する手間およびコストを低減でき
る。

【００１５】しかも、Ｅ×Ｂドリフト方向下流側の磁場
強度がＥ×Ｂドリフト方向上流側よりも弱められている
ので、第１の電極付近をドリフトする電子は、Ｅ×Ｂド
リフト方向の最下流側までドリフトした後、第１の電極
付近から第２の電極に向けて良好に移動することができ
る。したがって、ＢＥＤプラズマ処理装置に比べて、第
１の電極と第２の電極との間隔を広く設計することがで
きる。ゆえに、被処理物の表面における面内圧力差を小
さくすることができ、プラズマ処理速度の均一性をより
向上させることができる。また、プラズマ電位を低くで
きるから、プラズマが第１および第２の電極を収容した
処理室の内壁などに与える損傷を少なくすることができ
る。

【００１６】なお、請求項２に記載のように、前記磁場
形成手段は、互いに隣接するマグネットエレメントの磁
化方向が所定角度をなし、かつ、前記処理室の中心に関
してほぼ対称な位置にあるマグネットエレメントの磁化
方向がほぼ同方向となるように前記処理室の外周に沿っ
て配置された複数個のマグネットエレメントの中から、
所定のマグネットエレメントを除去することにより構成
されてもよい。より具体的には、請求項３に記載のよう
に、前記磁場形成手段は、当該磁場形成手段が形成する
磁場の方向をＮ−Ｓ方向とし、これに直交する方向をＥ
−Ｗ方向としたときに、複数個のマグネットエレメント
の中からＮＷ側およびＳＷ側に位置する所定個数のマグ
ネットエレメントを除去し、Ｗ側の所定個数のマグネッ
トエレメントを残しておくことにより構成されてもよ
い。

【００１７】請求項４記載の発明は、半導体基板の表面
にプラズマによる処理を施して半導体装置を製造する方
法であって、第１の電極の基板載置面上に半導体基板を
載置する基板載置工程と、前記第１の電極に一定の高周
波電力を供給して、前記第１の電極および前記基板載置
面に対向して配置された第２の電極間にプラズマを発生
させるプラズマ発生工程と、前記第１および第２の電極
間に発生するプラズマ中の電子をＥ×Ｂドリフトさせる
ための磁場を、前記第１の電極側のＥ×Ｂドリフト方向
下流側の磁場強度がＥ×Ｂドリフト方向上流側よりも弱
くなるような強度勾配をつけて形成する磁場形成工程
と、前記第２の電極に高周波電力を供給して、前記第１
の電極およびプラズマ間に形成される電界とは逆方向の
電界を前記第２の電極およびプラズマ間に発生させるこ
とにより、前記載置面上におけるプラズマ密度の面内分
布を調整するプラズマ密度調整工程とを含むことを特徴
とする半導体装置の製造方法である。

【００１８】この発明によれば、請求項１に関連して述
べた効果と同様な効果を奏することができ、半導体基板
にチャージングダメージを与えることなく、面内均一な
プラズマ処理を施すことができる。ゆえに、プラズマ処
理のむらやチャージングダメージの発生していない高品
質な半導体装置を製造することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下では、この発明の実施の形態
を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、この
発明の一実施形態に係るプラズマエッチング装置の構成
を示す図解的な断面図である。このプラズマエッチング
装置は、たとえば、被処理物としての半導体ウエハＷａ
の表面（半導体ウエハＷａ上の露出面。半導体ウエハＷ
ａ自身の表面またはその上に形成された薄膜の表面）に
エッチング処理を施して、半導体ウエハＷａの表面に形
成されている絶縁膜などの薄膜を微細パターンに加工す
るために用いられるものであり、処理チャンバ１と、こ
の処理チャンバ１内で上下方向に対向して配置された下
部電極２および上部電極３と、処理チャンバ１の外周面
に沿って配置されたマグネット４とを有している。

【００２０】下部電極２は、処理チャンバ１の底面を貫
通して設けられた電極本体部２１と、この電極本体部２
１の上面に固定されたウエハ載置電極板２２とで構成さ
れている。電極本体部２１には、下部高周波電源５が接
続されており、この下部高周波電源５から所定周波数
（たとえば、１３．５６ＭＨｚ）の高周波電力が印加さ
れるようになっている。また、ウエハ載置電極板２２の
上面は、被処理物としての半導体ウエハＷａを載置する
ための載置面となっている。

【００２１】上部電極３は、たとえば、下部電極２の上
面から２７ｍｍだけ離れた位置に配置されている。上部
電極３には、処理チャンバ１の天面を貫通して設けられ
た電極中央部３１と、この電極中央部３１の周囲に設け
られたリング状の電極外周部３２とが備えられている。
電極外周部３２は、絶縁物３２１を介して処理チャンバ
１の天面に貫通して設けられている。電極中央部３１の
下面には、複数個のガス供給口３３が開口して形成され
ている。電極中央部３１の内部には、ガス供給口３３と
連通したガス供給路３４が形成されており、このガス供
給路３４には、図示しないガス供給源から処理ガスとし
てのエッチングガスが供給されるようになっている。エ
ッチングガスとしては、たとえば、Ａｒ／Ｃ₄Ｆ₈／ＣＯ
／Ｏ₂などを用いることができる。

【００２２】電極中央部３１は、アース接続されてお
り、常にグランド電位に保たれている。一方、電極外周
部３２は、上記したように絶縁物３２１を介して処理チ
ャンバ１の天面に取り付けられていることによって電極
中央部３１（アース）から絶縁されている、また、電極
外周部３２には、上部高周波電源６が接続されており、
この上部高周波電源６から所定周波数（たとえば、１０
０ＭＨｚ）の高周波電力が印加されるようになってい
る。

【００２３】マグネット４は、下部電極２と上部電極３
との間に、下部電極２（ウエハ載置電極板２２）の上面
とほぼ平行な一方向の磁場Ｂを形成するためのものであ
る。このマグネット４は、図２に示すように、たとえば
２８個のマグネットエレメント４１で構成されており、
磁場Ｂの方向をＮ−Ｓ方向としたときに、Ｗ（ウエス
ト）側の磁場強度がＥ（イースト）側の磁場強度よりも
弱くなった勾配磁場を形成している。このようなマグネ
ット４は、たとえば、磁場強度分布がほぼ面内均一であ
るＮ−Ｓ方向の平行磁場が形成されるように処理チャン
バ１の中心を通る軸線Ｏを中心とする円周上にほぼ等間
隔に配置された３２個のマグネットエレメントの中か
ら、Ｗ側に配置された４個のマグネットエレメント（図
２に破線で示す。）を除去することにより構成すること
ができる。なお、軸線Ｏに関して対称な位置にあるマグ
ネットエレメント４１は、互いに同じ方向の磁界を形成
するように着磁されている。

【００２４】なお、磁場Ｂを形成する磁場形成手段とし
てのマグネットは、図２に示す構成に限らず、Ｗ（ウエ
スト）側の磁場強度がＥ（イースト）側の磁場強度より
も弱くなった勾配磁場を形成することができる他の構成
であってもよい。半導体ウエハＷａの表面にエッチング
処理を施す際には、まず、半導体ウエハＷａが、その表
面を上方に向けた状態で、下部電極２のウエハ載置電極
板２２上に載置される。次いで、図示しない排気機構に
よって処理チャンバ１内の雰囲気が排気され、処理チャ
ンバ１内がほぼ真空状態にされた後、この処理チャンバ
１内にガス供給路３４およびガス供給口３３からエッチ
ングガスが導入される。その後、処理チャンバ１内に処
理ガスが充満した状態で、たとえば、下部高周波電源５
から下部電極２に約１５００Ｗの高周波電力が印加され
るとともに、上部高周波電源６から上部電極３に約３０
０Ｗの高周波電力が印加される。これにより、処理チャ
ンバ１内にエッチングガスのプラズマが発生する。

【００２５】こうして発生したプラズマ中の電子は、下
部電極２および上部電極３に引き寄せられて、それぞれ
下部電極２上の半導体ウエハＷａおよび上部電極３に入
射することにより、下部電極２および上部電極３に負の
自己バイアス電圧を生じさせる。その結果、半導体ウエ
ハＷａとプラズマとの間に電位差が生じ、この電位差に
よる電界（下部自己バイアス電界）Ｅ１が半導体ウエハ
Ｗａの表面付近に生じる。この下部自己バイアス電界Ｅ
１によって、プラズマ中のイオンが半導体ウエハＷａに
向けて加速され、半導体ウエハＷａの表面に衝突するこ
とにより、半導体ウエハＷａの表面に形成されている薄
膜がエッチングされていく。

【００２６】イオンが半導体ウエハＷａの表面に衝突す
ると、半導体ウエハＷａの表面から２次電子が放出され
る。この放出された２次電子は、下部自己バイアス電界
Ｅ１およびマグネット４によって形成されている磁場Ｂ
によるローレンツ力を受け、この下部自己バイアス電界
Ｅ１の方向および磁場Ｂの方向を含む面に直交する方向
（Ｅ１×Ｂ方向）にサイクロイド運動しながらドリフト
する。これにより、２次電子をプラズマ中で長い距離を
ドリフトさせることができるから、２次電子と中性原子
・分子との衝突頻度を高めることができ、プラズマの高
密度化を図ることができる。

【００２７】また、この実施形態では、マグネット４に
よって形成される磁場Ｂに、下部電極２付近における電
子のドリフト方向であるＥ１×Ｂ方向の下流側（図２に
示すＷ側）ほど磁場強度が弱くなるような勾配がつけら
れている。これにより、電子のドリフトによって下部電
極２に生じる自己バイアス電圧の面内不均一がある程度
は補償されるので、この自己バイアス電圧の面内不均一
によるチャージングダメージを半導体ウエハＷａに与え
ることを抑制できる。

【００２８】一方、上部電極３に負の自己バイアス電圧
が生じることにより、上部電極３とプラズマとの間にも
電位差が生じ、この電位差による電界（上部自己バイア
ス電界）Ｅ２が上部電極３の下面付近に生じる。そのた
め、上部電極３の下面付近においては、プラズマ中の電
子が上部自己バイアス電界Ｅ２およびマグネット４によ
って形成されている磁場Ｂによるローレンツ力を受け、
この上部自己バイアス電界Ｅ２の方向および磁場Ｂの方
向を含む面に直交する方向（Ｅ２×Ｂ方向）にサイクロ
イド運動しながらドリフトする。この電子のドリフト方
向（Ｅ２×Ｂ方向）は、半導体ウエハＷａの表面付近に
おける２次電子のドリフト方向（Ｅ１×Ｂ方向）と逆方
向となる。したがって、適当な強さの上部自己バイアス
電界Ｅ２が生じるように、上部電極３に印加する高周波
電力の大きさを設定しておけば、プラズマ中の電子をほ
ぼ均一に分散させることができ、半導体ウエハＷａ上に
おけるプラズマの密度分布を面内均一にすることができ
る。ゆえに、半導体ウエハＷａに均一なプラズマエッチ
ング処理を施すことができる。

【００２９】図３は、この実施形態に係るプラズマエッ
チング装置において下部電極２に生じる自己バイアス電
圧Ｖdcの面内分布を示す図であり、図４は、従来のＢＥ
Ｄプラズマエッチング装置において下部電極に生じる自
己バイアス電圧Ｖdcの面内分布を示す図である。従来の
ＢＥＤプラズマエッチング装置は、「発明が解決しよう
とする課題」の項で説明したような装置であり、一様な
磁場強度分布を有する平行磁場を下部電極および上部電
極間に形成するためのマグネットを備えたものである。
また、下部電極と上部電極との間隔は、この実施形態に
係る装置と同様に２７ｍｍに設定されている。

【００３０】図３および図４には、下部電極に１３．５
６ＭＨｚ、８００Ｗの高周波電力を供給し、上部電極に
は高周波電力を供給しない場合に下部電極に生じる自己
バイアス電圧Ｖdcの面内分布を表す曲線Ｃ１と、下部電
極に１３．５６ＭＨｚ、８００Ｗの高周波電力を供給
し、上部電極に１００ＭＨｚ、１００Ｗの高周波電力を
供給した場合に下部電極に生じる自己バイアス電圧Ｖdc
の面内分布を表す曲線Ｃ２とが描かれている。なお、図
３および図４において、横軸には下部電極上におけるＷ
−Ｅ方向の位置をとり、縦軸には下部電極に生じる自己
バイアス電圧Ｖdcの絶対値をとっている。

【００３１】図３および図４の比較から、従来のＢＥＤ
プラズマエッチング装置では、上部電極に高周波電力を
印加しないと、下部電極に生じる自己バイアス電圧Ｖdc
が大きくばらつくのに対して、マグネット４によって形
成される磁場Ｂに勾配がつけられている本実施形態によ
れば、上部電極３に高周波電力を印加しなくても、下部
電極２に生じる自己バイアス電圧Ｖdcのばらつきが小さ
いことが理解される。また、図３の曲線Ｃ１と曲線Ｃ２
との比較から、上部電極３に高周波電力を印加した場合
には、下部電極２に生じる自己バイアス電圧Ｖdcのばら
つきが一層抑制されることが理解される。ゆえに、この
実施形態によれば、下部電極２に生じる自己バイアス電
圧Ｖdcをほぼ面内均一にすることができ、自己バイアス
電圧Ｖdcの面内不均一による被処理物へのチャージング
ダメージを一層抑制することができる。また、磁場強度
に勾配をつけることによって自己バイアス電圧Ｖdcの面
内不均一が適度に補償されていれば、上部電極３に高周
波電力を印加することにより自己バイアス電圧Ｖdcをほ
ぼ均一にすることができるから、マグネット４を厳密に
設計する必要がなく、装置の開発に要する手間およびコ
ストを低減することができる。

【００３２】図５は、この実施形態に係るプラズマエッ
チング装置における下部電極２上でのイオン電流密度Ｊ
ionの面内分布を示す図であり、図６は、従来のＢＥＤ
プラズマエッチング装置における下部電極上でのイオン
電流密度Ｊionの面内分布を示す図である。図５および
図６には、下部電極に１３．５６ＭＨｚ、１５００Ｗの
高周波電力を供給し、上部電極には高周波電力を供給し
ない場合のイオン電流密度Ｊionの面内分布を表す曲線
Ｃ３と、下部電極に１３．５６ＭＨｚ、８００Ｗの高周
波電力を供給し、上部電極に１００ＭＨｚ、１００Ｗの
高周波電力を供給した場合のイオン電流密度Ｊionの面
内分布を表す曲線Ｃ４とが描かれている。なお、図５お
よび図６において、横軸には下部電極上におけるＷ−Ｅ
方向の位置をとり、縦軸にはイオン電流密度Ｊionの値
をとっている。

【００３３】図５および図６の比較から、従来のＢＥＤ
プラズマエッチング装置では、下部電極と上部電極との
間隔が２７ｍｍに設定されていると、上部電極への高周
波電力の供給の有無にかかわらず、下部電極上でのイオ
ン電流密度Ｊionの面内分布にばらつきが生じているの
に対して、本実施形態に係るプラズマエッチング装置で
は、上部電極３に高周波電力を印加した場合には、下部
電極２上でのイオン電流密度Ｊionの面内分布のばらつ
きが小さいことが理解される。このように下部電極２と
上部電極３との間隔を比較的大きく設定しても、イオン
電流密度Ｊionの面内分布をほぼ均一にすることができ
るのは、下部電極２付近における電子のドリフト方向で
あるＥ１×Ｂ方向の下流側の磁場強度が上流側よりも弱
められていることにより、下部電極２付近をドリフトす
る電子が第１の電極付近から第２の電極に向けて良好に
移動できるからである。

【００３４】この実施形態によれば、従来のＢＥＤプラ
ズマ処理装置に比べて、下部電極２と上部電極３との間
隔を広く設計することができるから、被処理物の表面に
おける面内圧力差を小さくすることができ、プラズマ処
理速度の均一性をより向上させることができる。また、
プラズマ電位を低くできるから、プラズマが処理チャン
バ１の内壁などに与える損傷を少なくすることができ
る。図７は、この実施形態に係るプラズマエッチング装
置において、半導体ウエハＷａの表面に形成されたＳｉ
Ｏ₂のエッチング処理を行った場合のエッチング処理速
度の面内分布を示す図であり、図８は、従来のＢＥＤプ
ラズマエッチング装置において、半導体ウエハＷａの表
面に形成されたＳｉＯ₂のエッチング処理を行った場合
のエッチング処理速度の面内分布を示す図である。

【００３５】図７および図８には、Ｗ−Ｅ方向のエッチ
ング処理速度の面内分布を示す曲線Ｃ５と、Ｎ−Ｓ方向
のエッチング処理速度の面内分布を示す曲線Ｃ６とが描
かれている。なお、図７および図８において、横軸には
半導体ウエハＷａの表面上における位置をとり、縦軸に
はエッチング処理速度（Etch Rate）の値をとってい
る。図７および図８の比較から、従来のＢＥＤプラズマ
エッチング装置では、エッチング処理速度のばらつきが
大きいのに対して、本実施形態に係るプラズマエッチン
グ装置では、エッチング処理速度がほぼ面内均一である
ことが理解できる。ゆえに、この実施形態に係るプラズ
マエッチング装置では、エッチング処理速度の均一性を
確保するためにマグネット４を回転させる必要がなく、
ＤＲＭプラズマ処理装置と比較して装置構成を簡素化す
ることができる。

【００３６】なお、この実施形態では、マグネット４の
回転については触れていないが、マグネット４は、処理
チャンバ１の中心を通る軸線Ｏを中心として回転させて
もよいし、回転しないように固定配置されていてもよ
い。ただし、マグネット４を回転させることにより、エ
ッチング処理速度の面内分布をより均一化することがで
きる。また、この発明は他の形態で実施することもでき
る。たとえば、上述の実施形態では、プラズマエッチン
グ装置を例にとって説明したが、このプラズマエッチン
グ装置に限定されず、たとえばプラズマアッシング装置
やプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置
など、被処理物にプラズマによる処理を施す装置に本発
明を広く適用することができる。

【００３７】その他、特許請求の範囲に記載された事項
の範囲で種々の変更を施すことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態に係るプラズマエッチン
グ装置の構成を示す図解的な断面図である。

【図２】マグネットの構成を説明するための図解的な平
面図である。

【図３】この実施形態に係るプラズマエッチング装置に
おいて下部電極に生じる自己バイアス電圧の面内分布を
示す図である。

【図４】従来のＢＥＤプラズマエッチング装置において
下部電極に生じる自己バイアス電圧の面内分布を示す図
である。

【図５】この実施形態に係るプラズマエッチング装置に
おける下部電極上でのイオン電流密度の面内分布を示す
図である。

【図６】従来のＢＥＤプラズマエッチング装置における
下部電極上でのイオン電流密度の面内分布を示す図であ
る。

【図７】この実施形態に係るプラズマエッチング装置に
おいて、半導体ウエハの表面に形成されたＳｉＯ₂のエ
ッチング処理を行った場合のエッチング処理速度の面内
分布を示す図である。

【図８】従来のＢＥＤプラズマエッチング装置におい
て、半導体ウエハの表面に形成されたＳｉＯ₂のエッチ
ング処理を行った場合のエッチング処理速度の面内分布
を示す図である。

【符号の説明】

１ 処理チャンバ ２ 下部電極（第１の電極） ３ 上部電極（第２の電極） ４ マグネット（磁場形成手段） ４１ マグネットエレメント ５ 下部高周波電源（プラズマ発生手段） ６ 上部高周波電源（プラズマ密度調整手段） Ｂ 磁場 Ｅ１×Ｂ ドリフト方向（Ｅ×Ｂドリフト方向） Ｅ１ 下部自己バイアス電界（第１の電極およびプラズ
マ間に形成される電界） Ｅ２ 上部自己バイアス電界（第２の電極およびプラズ
マ間に形成される電界） Ｗａ 半導体ウエハ（被処理物）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 海原 竜 宮城県仙台市青葉区荒巻字青葉05 東北大 学工学部電子工学科内 (72)発明者 伊野 和英 京都市右京区西院溝崎町21番地 ローム株 式会社内 (72)発明者 大秦 久和 京都市右京区西院溝崎町21番地 ローム株 式会社内 Ｆターム(参考） 4K030 CA04 FA03 HA06 JA07 KA30 KA32 KA34 LA15 4K057 DA16 DB06 DD01 DE06 DE14 DE20 DM03 DM16 DM24 DN01 5F004 AA01 AA06 BA08 BA09 BB07 BB13 BD01 BD04 CA03 CA06 DA00 DA23 DA26 DB03

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被処理物にプラズマによる処理を施すプラ
   ズマ処理装置であって、 被処理物を載置するための載置面を有する第１の電極
   と、 この第１の電極の載置面に対向して配置された第２の電
   極と、 前記第１の電極に一定の高周波電力を供給して、前記第
   １および第２の電極間にプラズマを発生させるプラズマ
   発生手段と、 前記第１および第２の電極間に発生するプラズマ中の電
   子をＥ×Ｂドリフトさせるための磁場を、前記第１の電
   極側のＥ×Ｂドリフト方向下流側の磁場強度がＥ×Ｂド
   リフト方向上流側よりも弱くなるような強度勾配をつけ
   て形成する磁場形成手段と、 前記第２の電極に高周波電力を供給して、前記第１の電
   極およびプラズマ間に形成される電界とは逆方向の電界
   を前記第２の電極およびプラズマ間に発生させることに
   より、前記載置面上におけるプラズマ密度の面内分布を
   調整するプラズマ密度調整手段とを含むことを特徴とす
   るプラズマ処理装置。
2. 【請求項２】前記磁場形成手段は、互いに隣接するマグ
   ネットエレメントの磁化方向が所定角度をなし、かつ、
   前記処理室の中心に関してほぼ対称な位置にあるマグネ
   ットエレメントの磁化方向がほぼ同方向となるように前
   記処理室の外周に沿って配置された複数個のマグネット
   エレメントの中から、所定のマグネットエレメントを除
   去することにより構成されたものであることを特徴とす
   る請求項１記載のプラズマ処理装置。
3. 【請求項３】前記磁場形成手段は、当該磁場形成手段が
   形成する磁場の方向をＮ−Ｓ方向とし、これに直交する
   方向をＥ−Ｗ方向としたときに、複数個のマグネットエ
   レメントの中からＮＷ側およびＳＷ側に位置する所定個
   数のマグネットエレメントを除去し、Ｗ側の所定個数の
   マグネットエレメントを残しておくことにより構成され
   たものであることを特徴とする請求項２記載のプラズマ
   処理装置。
4. 【請求項４】半導体基板の表面にプラズマによる処理を
   施して半導体装置を製造する方法であって、 第１の電極の基板載置面上に半導体基板を載置する基板
   載置工程と、 前記第１の電極に一定の高周波電力を供給して、前記第
   １の電極および前記基板載置面に対向して配置された第
   ２の電極間にプラズマを発生させるプラズマ発生工程
   と、 前記第１および第２の電極間に発生するプラズマ中の電
   子をＥ×Ｂドリフトさせるための磁場を、前記第１の電
   極側のＥ×Ｂドリフト方向下流側の磁場強度がＥ×Ｂド
   リフト方向上流側よりも弱くなるような強度勾配をつけ
   て形成する磁場形成工程と、 前記第２の電極に高周波電力を供給して、前記第１の電
   極およびプラズマ間に形成される電界とは逆方向の電界
   を前記第２の電極およびプラズマ間に発生させることに
   より、前記載置面上におけるプラズマ密度の面内分布を
   調整するプラズマ密度調整工程とを含むことを特徴とす
   る半導体装置の製造方法。