JP4355157B2

JP4355157B2 - Plasma processing method, plasma processing apparatus, and magnetic field generator

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Publication number: JP4355157B2
Application number: JP2003094912A
Authority: JP
Inventors: 慎司檜森; 一也永関
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2023-03-31
Also published as: JP2004303939A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理基板にプラズマ処理を施す技術に係わり、特に処理空間内で電極間に高周波を印加してプラズマを生成する方式のプラズマ処理方法および装置ならびに処理空間内に磁場を形成するための磁場発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスやＦＰＤ（Flat Panel Display）の製造プロセスにおけるエッチング、堆積、酸化、スパッタリング等の処理では、処理ガスに比較的低温で良好な反応を行わせるためにプラズマが多く利用されている。従来より、枚葉式のプラズマ処理装置の中では、平行平板型プラズマ処理装置が主流になっている。
【０００３】
一般に、平行平板型プラズマ処理装置は、処理容器または反応室内に上部電極と下部電極とを平行に配置し、下部電極の上に被処理基板（半導体ウエハ、ガラス基板等）を載置し、下部電極および上部電極の少なくとも一方に整合器を介して高周波電圧を印加する。この高周波電圧によって生成された電界により電子が加速され、電子と処理ガスとの衝突電離によってプラズマが発生する。最近では、製造プロセスにおけるデザインルールの微細化につれてプラズマ処理に低圧下での高密度プラズマが要求されており、上記のような高周波放電方式のプラズマ処理装置では従来（一般に２７ＭＨｚ以下）よりも格段に高い高周波数領域（５０ＭＨｚ以上）の周波数を用いるようになってきている。
【０００４】
しかしながら、高周波放電の周波数が高くなると、高周波電源から給電棒を通って電極背面に印加される高周波が表皮効果により電極表面を伝わって電極下面（プラズマ接触面）の中心部に集中し、電極下面の中心部の電界強度が外周部の電界強度よりも高くなって、生成されるプラズマの密度も電極中心部の方が電極外周部よりも高くなる。さらに、プラズマが径方向で高密度空間から低密度空間へ拡散するため、プラズマ密度はますます電極中心部で相対的に高く電極周辺部で相対的に低い分布になってしまう。
【０００５】
この対策として、処理容器の側壁外周にマルチポール磁石を配置し、処理容器の側壁内側に両電極間の処理空間を取り囲むような磁場を形成する方式が知られている（たとえば特許文献１参照）。この技法は、処理空間から容器側壁に向って飛んでくる電子を側壁内側の磁場で捕捉して容器側壁への入射ないし消滅を抑制するものであり、磁場の強度を変えることによってプラズマ密度の空間分布を制御することも可能である。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−３３８９１２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、平行平板型プラズマ処理装置の処理容器は、一般に容器底部に排気口を設け、両電極間の処理空間と容器側壁との間には該排気口に通じる排気空間のスペースを設けている。このため、プラズマ密度分布を制御するうえで容器側壁からの磁場では距離がありすぎて効き目が薄いという問題がある。特に、大口径（たとえば３００ｍｍ）ウエハやＦＰＤ用のプラズマ処理装置では、処理容器の径も大きいことから、この問題が顕著に現れる。
【０００８】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、磁場を利用して処理空間におけるプラズマ密度の空間分布を効果的に制御できる平行平板型のプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置ならびに磁場発生装置を提供することを目的とする。
【０００９】
本発明の別の目的は、磁場を利用するプラズマ処理の品質を向上させる平行平板型のプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置ならびに磁場発生装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明のプラズマ処理方法は、減圧可能な処理空間の上部および下部にそれぞれ上部電極および下部電極を配置し、両電極間に高周波電界を形成するとともに処理ガスを流し込んで前記処理ガスのプラズマを生成し、前記プラズマの下で被処理基板に所望のプラズマ処理を施す平行平板型のプラズマ処理方法であって、前記上部電極の上で第１の円周上に所定の間隔を置いて多数配置された第１組のコイルに第１の励磁電流を供給して、前記処理空間内に前記被処理基板の被処理面と平行に右回りもしくは左回りに分布する第１の円状磁場を形成し、前記上部電極の上で前記第１の円周よりも半径方向外側の第２の円周上に所定の間隔を置いて多数配置された第２組のコイルに第２の励磁電流を供給して、前記処理空間内に前記被処理基板の被処理面と平行に右回りもしくは左回りに分布する第２の円状磁場を形成し、前記第１の円状磁場の一部または全部を前記被処理基板の外径よりも半径方向内側に位置させる。
【００１１】
本発明のプラズマ処理装置は、減圧された処理空間を形成するための処理容器と、被処理基板を載置するための上面を有し、前記処理空間の下部に配置される下部電極と、前記下部電極と対向して前記処理空間の上部に配置される上部電極と、前記処理空間に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、プラズマ生成用の高周波を前記下部電極および前記上部電極の少なくとも一方に印加する高周波給電部と、前記処理空間内に前記被処理基板の被処理面と平行に右回りもしくは左回りに分布する第１の円状磁場を形成するために、前記上部電極の上で第１の円周上に所定の間隔を置いて多数配置される第１組のコイルと、前記第１組のコイルに第１の励磁電流を供給する第１の励磁電源部と、前記処理空間内に前記被処理基板の被処理面と平行に右回りもしくは左回りに分布する第２の円状磁場を形成するために、前記上部電極の上で前記第１の円周よりも半径方向外側の第２の円周上に所定の間隔を置いて多数配置される第２組のコイルと、前記第２組のコイルに第２の励磁電流を供給する第２の励磁電源部とを有し、前記第１組のコイルの一部または全部が前記被処理基板の外径よりも半径方向内側に位置している。
【００１２】
また、本発明の磁場発生装置は、減圧可能な処理容器内で上部電極と下部電極とを所定の間隔を空けて平行に配置し、前記下部電極の上に被処理基板を載置し、前記上部電極と前記下部電極との間の処理空間に所望の処理ガスを供給し、前記上部電極または前記下部電極に高周波を印加して前記処理空間内で前記処理ガスのプラズマを生成し、前記プラズマの下で前記基板に所望のプラズマ処理を施す平行平板型プラズマ処理装置において、前記処理空間に磁場を形成するための磁場発生装置であって、前記処理空間内に前記基板の被処理面と平行に右回りもしくは左回りに分布する第１の円状磁場を形成するために、前記上部電極の上で第１の円周上に所定の間隔を置いて多数配置される第１組のコイルと、前記第１組のコイルに第１の励磁電流を供給する第１の励磁電源部と、前記処理空間内に前記基板の被処理面と平行に右回りもしくは左回りに分布する第２の円状磁場を形成するために、前記上部電極の上で前記第１の円周よりも半径方向外側の第２の円周上に所定の間隔を置いて多数配置される第２組のコイルと、前記第２組のコイルに第２の励磁電流を供給する第２の励磁電源部とを有し、前記第１組のコイルの一部または全部が前記被処理基板の外径よりも半径方向内側に位置している。
【００１３】
本発明では、上部電極と下部電極との間の処理空間内で処理ガスを高周波により放電させてプラズマを生成し、上部電極の上で第１および第２の円周上に配置した第１組および第２組のコイルを通電させて処理空間内に被処理基板の被処理面と平行に右回りもしくは左回りに分布する第１および第２の円状磁場をそれぞれ形成し、処理空間内の荷電粒子に電極または基板に対して垂直な電界と平行な第１および第２の円状磁場とによるローレンツ力を与えて、径方向で荷電粒子（電子、イオン）をドリフトさせる。そして、本発明では、第２の円周磁場よりも半径方向内側に形成される第１の円状磁場の一部または全部を基板の外径よりも半径方向内側に位置させているので、第１組および第２組のコイルにそれぞれ供給する第１および第２の励磁電流の設定または制御を通じて、第１および第２の円状磁場の強度だけでなく方向も任意に制御し、処理空間内の各位置で電子およびイオンの移動する方向および度合いを任意または多種多様に制御することが可能であり、これによってプラズマ密度の空間分布を効果的に制御することができる。
【００１４】
本発明において、好適には、第２の円状磁場の一部または全部を被処理基板の外径よりも半径方向外側に位置させてよく、装置的には、第２組のコイルの一部または全部を被処理基板の外径よりも半径方向外側に位置させてよい。また、プラズマ密度の空間分布あるいは磁場強度分布の制御を効率よく行えるように、第１および第２の励磁電流の少なくとも一方の電流値を可変制御するための制御部を備える構成、さらには第１組のコイルを流れる第１の励磁電流の方向を切り換えるための第１の切換回路を備える構成、さらには第２組のコイルを流れる第２の励磁電流の方向を切り換えるための第２の切換回路を備える構成が好適に採られる。
【００１５】
また、本発明の好適な一態様においては、第１組のコイルおよび／または第２組のコイルが電気的に直列に接続される。また、第１組のコイルおよび／または第２組のコイルが、上部電極の径方向と平行に延びる水平な下辺部を有し、通電により、下辺部の回りに前記処理空間を通り抜けるループ状の磁場を生成する。また、好適な一態様においては、各々のコイルの下辺部が上部電極の径方向内側に向って先細りに形成される構成や、各々のコイルの下辺部を除く部分の全部または一部が磁気的に遮蔽される構成が採られる。
【００１６】
また、本発明の一観点によれば、上記プラズマ処理装置において、処理空間内に第１および第２の円状磁場と交差するように径方向に分布する放射状磁場を形成するために、上部電極の上に配置されるリング状のコイルと、リング状コイルに第３の励磁電流を供給する第３の励磁電源部とを有する構成が採られる。
【００１７】
上記のようなリング状コイルおよび第３の励磁電源部を更に有する構成においては、第１および第２の円状合成磁場と放射状磁場とがベクトル的に重ね合わさって渦巻き放射状の合成磁場が形成され、処理空間において移動するプラズマ中の荷電粒子を渦巻き状に収束させ、もしくは渦巻き状に拡散させるようなローレンツ力を与えることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。
【００１９】
図１に、本発明の一実施形態によるプラズマ処理装置の構成を示す。このプラズマ処理装置は、ＲＩＥ型のプラズマエッチング装置として構成されており、たとえばアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属製の円筒型チャンバ（処理容器）１０を有している。チャンバ１０は保安接地されている。
【００２０】
チャンバ１０内には、被処理基板としてたとえば半導体ウエハＷを載置する円板状の下部電極またはサセプタ１２が設けられている。このサセプタ１２は、たとえばアルミニウムからなり、チャンバ１０の底から垂直上方に延びる筒状支持部１６に絶縁性の筒状保持部１４を介して支持されている。筒状保持部１４の上面には、サセプタ１２の上面を環状に囲むたとえば石英からなるフォーカスリング１８が配置されている。
【００２１】
チャンバ１０の側壁と筒状支持部１６との間には排気路２０が形成され、この排気路２０の入口または途中に環状のバッフル板２２が取り付けられるとともに底部に排気口２４が設けられている。この排気口２４に排気管２６を介して排気装置２８が接続されている。排気装置２８は、真空ポンプを有しており、チャンバ１０内の処理空間を所定の真空度まで減圧することができる。チャンバ１０の側壁には、半導体ウエハＷの搬入出口を開閉するゲートバルブ３０が取り付けられている。
【００２２】
サセプタ１２には、プラズマ生成およびＲＩＥ用の高周波電源３２が整合器３４および給電棒３６を介して電気的に接続されている。この高周波電源３２は、所定の高周波数たとえば６０ＭＨｚの高周波電力を下部電極つまりサセプタ１２に印加する。チャンバ１０の天井部には、後述するシャワーヘッド３８が接地電位の上部電極として設けられている。したがって、高周波電源３２からの高周波電圧はサセプタ１２とシャワーヘッド３８との間に容量的に印加される。
【００２３】
サセプタ１２の上面には半導体ウエハＷを静電吸着力で保持するための静電チャック４０が設けられている。この静電チャック４０は導電膜からなる電極４０ａを一対の絶縁膜４０ｂ，４０ｃの間に挟み込んだものであり、電極４０ａには直流電源４２がスイッチ４３を介して電気的に接続されている。直流電源４２からの直流電圧により、クーロン力で半導体ウエハＷをチャック上に吸着保持することができる。
【００２４】
サセプタ１２の内部には、たとえば円周方向に延びる冷媒室４４が設けられている。この冷媒室４４には、チラーユニット４６より配管４８，５０を介して所定温度の冷媒たとえば冷却水が循環供給される。冷媒の温度によって静電チャック４０上の半導体ウエハＷの処理温度を制御できる。さらに、伝熱ガス供給部５２からの伝熱ガスたとえばＨeガスが、ガス供給ライン５４を介して静電チャック４０の上面と半導体ウエハＷの裏面との間に供給される。
【００２５】
天井部のシャワーヘッド３８は、多数のガス通気孔５６ａを有する下面の電極板５６と、この電極板５６を着脱可能に支持する電極支持体５８とを有する。電極支持体５８の内部にバッファ室６０が設けられ、このバッファ室６０のガス導入口６０ａには処理ガス供給部６２からのガス供給配管６３が接続されている。
【００２６】
シャワーヘッド（上部電極）３８とサセプタ（下部電極）１２との間の処理空間ＰＳには、高周波電源３２からの高周波電界の印加により鉛直方向のＲＦ電界が形成され、両電極３８，１２間の高周波放電により処理空間ＰＳに高密度のプラズマが生成されるようになっている。
【００２７】
チャンバ１０の上には、チャンバ内の処理空間ＰＳにプラズマ密度分布制御用の磁場を形成するためのコイル装置６４が設けられている。図示の構成例によるコイル装置６４は、比較的小さな径の円周上に多数配置された第１組のコイルＣＬ_Aと、比較的大きな径の円周上の多数配置された第２組のコイルＣＬ_Bとを有している。励磁電源６６はコイル装置６４の各組のコイルＣＬ_A，ＣＬ_Bに個別の励磁電流Ｉ_A，Ｉ_Bを供給する。コイル装置６４および励磁電源６６の詳細な構成および作用は後述する。
【００２８】
制御部６８は、このプラズマエッチング装置内の各部たとえば排気装置２８、高周波電源３２、静電チャック用のスイッチ４３、チラーユニット４６、伝熱ガス供給部５２、処理ガス供給部６２およびコイル装置６４（特に励磁電源６６）等の動作を制御するもので、ホストコンピュータ（図示せず）等とも接続されている。
【００２９】
このプラズマエッチング装置において、エッチングを行なうには、先ずゲートバルブ３０を開状態にして加工対象の半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入して、静電チャック４０の上に水平に載置する。そして、処理ガス供給部６２よりエッチングガス（一般に混合ガス）を所定の流量および流量比でチャンバ１０内に導入し、排気装置２８によりチャンバ１０内の圧力を設定値にする。さらに、高周波電源３２より所定のパワーで高周波電力をサセプタ１２に供給する。また、直流電源４２より直流電圧を静電チャック４０の電極４０ａに印加して、半導体ウエハＷを静電チャック４０上に固定する。シャワーヘッド３８より吐出されたエッチングガスは両電極１２，３８間の処理空間ＰＳで高周波の放電によりプラズマ化し、このプラズマで生成されるラジカルやイオンによって半導体ウエハＷの主面がエッチングされる。
【００３０】
このプラズマエッチング装置では、サセプタ（下部電極）１２に対して従来（一般に２７ＭＨｚ以下）よりも格段に高い周波数領域（５０ＭＨｚ以上）の高周波を印加することにより、プラズマを好ましい解離状態で高密度化し、より低圧の条件下でも高密度プラズマを形成することができる。しかも、後述するようにコイル装置６４によってチャンバ１０内の処理空間ＰＳに形成される磁場の働きでプラズマ密度分布の制御が可能であり、ウエハ面内でプラズマ密度を均一化してエッチングレートの均一性を向上させることもできる。
【００３１】
次に、この実施形態におけるコイル装置６４の構成および作用を詳細に説明する。
【００３２】
図２に、コイル装置６４で用いるコイルＣＬ（ＣＬ_A，ＣＬ_B）の構成例を示す。このコイルＣＬは、導線を略長方形に螺旋状または筒状に巻いたものである。このコイルＣＬが通電すると、つまりコイルＣＬに励磁電流Ｉが流れると、コイルＣＬの四辺部つまり上辺部、下辺部、左辺部、右辺部の回りに楕円ループ状の磁場Ｂ_T，Ｂ_B，Ｂ_L，Ｂ_Rがそれぞれ形成される。各辺部の楕円ループ状磁場Ｂ_T，Ｂ_B，Ｂ_L，Ｂ_Rはコイルの内側では同じ方向で強め合うが、コイルの外側では対向するもの同士（上下同士、左右同士）が互いに逆方向で弱め合う。しかし、アンペールの法則にしたがい、ループの径が小さいほど磁場は強く、ループの径が大きいほど磁場は弱くなるので、コイルＣＬの上方では上辺部回りの磁場Ｂ_Tが支配的であり、コイルＣＬの下方では下辺部回りの磁場Ｂ_Bが支配的であり、コイルＣＬの左方では左辺部回りの磁場Ｂ_Lが支配的であり、コイルＣＬの右方では右辺部回りの磁場Ｂ_Rが支配的である。
【００３３】
この実施形態のコイル装置６４では、コイルＣＬより上下左右に分布するループ状磁場Ｂ_T，Ｂ_B，Ｂ_L，Ｂ_Rのうち下辺部回りの楕円ループ状磁場Ｂ_Bをプラズマエッチング装置に適用または有効利用する。すなわち、コイルＣＬを図１および図２に示すような姿勢でチャンバ１０（図１）の上面に配置する。これにより、コイルＣＬの下辺部回りの磁場Ｂ_Bが直下のチャンバ１０内の処理空間ＰＳを水平方向に通り抜ける。適当な配置パターンで多数のコイルを組み合わせて使用し、処理空間ＰＳ内で各コイル毎の磁場Ｂ_Bの水平方向成分を円周方向で継ぎ足しまたは重ね合せることによって、半導体ウエハＷの被処理面（上面）に平行な面内つまり水平面内で右回り方向（以下「水平右回り方向」と称する。）または左回り方向（以下「水平左回り方向」と称する。）の同心円状の磁場を形成することができる。
【００３４】
図３に、コイル装置６４におけるコイル配置構成の基本パターンを示す。図示のように、所望の径を有する円Ｆに沿って多数（たとえば８個）のコイルＣＬを等間隔（４５゜間隔）で配置し、各コイルＣＬの軸方向を円Ｆの接線方向に合わせる。電気的には、これらのコイルＣＬ，‥，ＣＬをケーブル７０を介して直列接続し、励磁電源６６より直流の励磁電流Ｉを供給する。各コイルＣＬにおいてはその下辺部回りのループ状磁場Ｂ_Bが直下のチャンバ１０の処理空間ＰＳを水平方向に（円Ｆの接線方向と平行な方向で）通り抜ける。全部のコイルＣＬ，‥，ＣＬについてみると、チャンバ１０の処理空間ＰＳで各コイル毎のループ状磁場Ｂ_Bの水平方向成分が円周方向で直列に継ぎ足しまたは重なり合って、水平右回り方向または水平左回り方向の同心円状の磁場［Ｂ］が形成される。コイルＣＬの数を多くするほど、この磁場［Ｂ］の水平右回り方向または水平左回り方向は円周方向に近似してくる。
【００３５】
図４に、図１のプラズマエッチング装置に適用されたコイル装置６４におけるコイル配置構成を示す。図４の（Ａ）は平面図、図４の（Ｂ）は略斜視図である。この実施形態では、チャンバ１０の天井の上に設定された半径の異なる２つの円の円周上にそれぞれ第１組（内側）のコイルＣＬ_Aと第２組（外側）のコイルＣＬ_Bが図３の基本パターンで配置される。励磁電源６６（図１）より、第１組（内側）の各コイルＣＬ_Aには励磁電流Ｉ_Aが供給され、第２組（外側）の各コイルＣＬ_Bには励磁電流Ｉ_Bが供給される。チャンバ１０内の処理空間ＰＳでは、第１組（内側）のコイルＣＬ_Aの直下付近に励磁電流Ｉ_Aに応じた水平右回り方向または水平左回り方向の同心円状の磁場［Ｂ_in］が形成されるとともに、第２組（外側）のコイルＣＬ_Bの直下付近に励磁電流Ｉ_Bに応じた水平右回り方向または水平左回り方向の同心円状の磁場［Ｂ_out］が形成され、各位置で両磁場［Ｂ_in］，［Ｂ_out］がベクトル的に重なり合った合成磁場［Ｂ］が形成される。各コイルＣＬ_A，ＣＬ_B毎の磁場［Ｂ_in］，［Ｂ_out］の向きおよび強度を可変制御することで、各位置における合成磁場［Ｂ］の向きおよび強度を任意に設定または調整できる。
【００３６】
ここで、図５につき実施形態のプラズマエッチング装置におけるコイル装置６４の作用を説明する。
【００３７】
上記のように、コイル装置６４において第１組（内側）および第２組（外側）のコイルＣＬ_A，ＣＬ_Bを通電させることによって、チャンバ１０内の処理空間ＰＳに水平右回り方向または水平左回り方向の磁場［Ｂ］を形成することができる。図示の例では、第１組（内側）および第２組（外側）のコイルＣＬ_A，ＣＬ_Bに励磁電流Ｉ_A，Ｉ_Bを同じ向きで流し、チャンバ１０内の処理空間ＰＳに同じ水平右回り方向もしくは水平左回り方向の磁場［Ｂ］を形成している。一方、高周波電源３２からの高周波電力がサセプタ（下部電極）１２に供給されることで、サセプタ（下部電極）１２と上部電極３８との間の高周波放電によってエッチングガスのプラズマが生成する。そして、上部電極３８に沿うイオンシース内ではプラズマ側から電極３８に向って垂直方向の電界［Ｅ］が生ずる。
【００３８】
上記のような条件下の処理空間ＰＳにおいては、上部電極３８付近でプラズマ中の電子が電界［Ｅ］と磁場［Ｂ］とによるローレンツ力を受けて径方向にドリフトし、さらにはプラズマイオンが電子を追いかけるようにして同方向に移動する。図５の例では電子およびイオンが径方向外側に移動するが、各組のコイルＣＬ_A，ＣＬ_Bを流れる励磁電流Ｉ_A，Ｉ_Bの方向をそれぞれ逆にすると、電子およびイオンは径方向内側に移動する。このように磁場［Ｂ］の方向（水平右回り方向または水平左回り方向）および強度を制御することにより、そのようなプラズマ電子およびイオンの移動する方向および度合いを任意に制御することが可能であり、ひいては径方向におけるプラズマ密度の空間分布を任意に制御することができる。
【００３９】
この実施形態では、コイル装置６４の各組のコイルＣＬ_A，ＣＬ_Bがチャンバ１０の天井の上に配置されるため、チャンバ１０の径サイズに左右されることなく処理空間ＰＳとの近接した距離関係を確保し、処理空間ＰＳにプラズマ密度分布制御用の磁場［Ｂ］を効果的に与えることができる。また、処理空間ＰＳにおいて磁場［Ｂ］の強度は、上記のようにアンペールの法則にしたがい処理空間ＰＳの上部では（上部電極３８に近づくほど）大きく、処理空間ＰＳの下部では（サセプタ１２に近づくほど）小さい。このことによって、サセプタ１２上の半導体ウエハＷに対する磁場［Ｂ］の影響を無くし（または極力少なくし）、ウエハの被処理面を保護することができる。
【００４０】
図６に、この実施形態における励磁電源６６の構成例を示す。この励磁電源６６は、励磁電流Ｉとして直流電流を出力する直流電源７２と、コイルＣＬを流れる励磁電流Ｉの向きを切り換えるための切換スイッチ７４とを有している。直流電源７２は、たとえば制御部６８からの制御信号によって出力電流Ｉの電流値を可変制御できる定電流源回路を含んでいる。スイッチ７４は、直流電源７２の出力端子と両端のコイルＣＬ，ＣＬとの間に設けられ、制御部６８からの制御信号によって、直列接続されたコイル（ＣＬ，ＣＬ，‥‥ＣＬ）に励磁電流Ｉを第１の方向（正方向）に流す第１の位置（ａ）と第２の方向（逆方向）に流す第２の位置（ｂ）との間で切り換えられるようになっている。この実施形態のプラズマエッチング装置では、第１組および第２組のコイルＣＬ_A，ＣＬ_Bの各々に対して励磁電源６６に直流電源７２とスイッチ７４が設けられてよい。
【００４１】
図７に、この実施形態のプラズマエッチング装置におけるコイルＣＬ_A，ＣＬ_B間の配置関係と磁場強度の分布特性を示す。好ましい一実施例によれば、サセプタ１２上の半導体ウエハＷの外周を基準位置として、基準位置よりも径方向内側に第１組のコイルＣＬ_Aを配置し、基準位置よりも径方向外側に第２組のコイルＣＬ_Bを配置してよい。また、各コイルＣＬ_A，ＣＬ_Bの径方向サイズ（下辺部の長さ）をＷ_A，Ｗ_Bとすると、たとえば電極間ギャップＤ＝４０ｍｍ、半導体ウエハＷの半径Ｒ＝３００ｍｍに対しては、Ｗ_A＝８０ｍｍ、Ｗ_B＝８０ｍｍに設定してよい。
【００４２】
上記のように、チャンバ１０内の処理空間ＰＳでは、第１組（内側）のコイルＣＬ_Aの直下付近に励磁電流Ｉ_Aに応じた水平右回り方向または水平左回り方向の同心円状の磁場［Ｂ_in］が形成されるとともに、第２組（外側）のコイルＣＬ_Bの直下付近に励磁電流Ｉ_Bに応じた水平右回り方向または水平左回り方向の同心円状の磁場［Ｂ_out］が形成され、各位置で両磁場［Ｂ_in］，［Ｂ_out］がベクトル的に重なり合った合成磁場［Ｂ］が形成される。この合成磁場［Ｂ］の強度は、上部電極３８付近（Ｚ＝Ｄ）で最大で、サセプタ１２に近づくほど小さく、半導体ウエハＷの上面付近（Ｚ＝０）でほぼ零（無磁場）にすることができる。
【００４３】
また、各コイルＣＬ_A，ＣＬ_B毎の磁場［Ｂ_in］，［Ｂ_out］の向きおよび強度を可変制御することで、処理空間ＰＳ内の各位置における合成磁場［Ｂ］の向きおよび強度を任意に設定または調整できる。たとえば、図７の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）に示すように、コイル磁場［Ｂ_in］，［Ｂ_out］の強度比や方向を変えることによって種々の磁界強度分布を得ることができる。
【００４４】
より詳細には、［Ｂ_in］と［Ｂ_out］を同方向に設定し、［Ｂ_in］＞［Ｂ_out］にした場合は、上部電極３８付近（Ｚ＝Ｄ）で図７の（Ａ）のように中心部が最大で径方向外側に向って漸次的に減少するような磁界強度分布が得られる。［Ｂ_in］と［Ｂ_out］を同方向に設定し、［Ｂ_in］＝［Ｂ_out］にした場合は、上部電極３８付近（Ｚ＝Ｄ）で図７の（Ｂ）のように径方向でほぼ一様な磁界強度分布が得られる。［Ｂ_in］と［Ｂ_out］を同方向に設定し、［Ｂ_in］＜［Ｂ_out］とした場合は、上部電極３８付近（Ｚ＝Ｄ）で図７の（Ｃ）のように半導体ウエハＷの外側に極大点を有し径方向内側に向って減少するような磁界強度分布が得られる。また、［Ｂ_in］と［Ｂ_out］を互いに逆の方向に設定した場合は、上部電極３８付近（Ｚ＝Ｄ）で図７の（Ｄ）のように半導体ウエハＷの中心部と外側にそれぞれ極大点を有し、その間で極小点を有するような磁界強度分布が得られる。
【００４５】
このように、コイル磁場［Ｂ_in］，［Ｂ_out］の強度比や方向を変えることによって処理空間ＰＳ内の各位置における合成磁場［Ｂ］の向きおよび強度を任意に設定または調整し、ひいてはプラズマ密度の空間分布を任意自由に制御することができる。
【００４６】
図８および図９に、実施形態のプラズマエッチング装置におけるコイル配置構成の別の実施例を示す。図８の実施例では、第１組（内側）のコイルＣＬ_Aの数に比して第２組（外側）のコイルＣＬ_Bの数を多くする（たとえばＣＬ_A＝８個に対してＣＬ_B＝１６個とする）構成により、円周方向（θ方向）および径方向のいずれにおいても磁場強度の均一性を向上させることができる。なお、図８の（Ａ）はコイル配置構成の平面図であり、図８の（Ｂ）は円周方向（θ方向）における磁場の強度分布を示す図である。
【００４７】
図９の実施例では、第１組の各コイルＣＬ_Aを下辺部が径方向の中心部から周辺部まで放射状に延びるように配置し、周辺部で相隣接する第１組のコイルＣＬ_A，ＣＬ_Aの間に第２組のコイルＣＬ_Bを配置している。この配置構成によっても、図８と同様に円周方向および径方向のいずれにおいても磁場強度を均一化することができる。
【００４８】
また、上記のような第１組および第２組のコイルＣＬ_A，ＣＬ_Bに加えて同様の基本配置パターン（図３）を有する第３組のコイルＣＬ_C（図示せず）を設ける構成も可能であり、あるいは１組のコイルＣＬだけを設ける構成も可能である。
【００４９】
図１０および図１１に、実施形態におけるコイル構造の別の実施例を示す。図１０の実施例では、各コイルＣＬにおいて下辺部の円周方向の幅を径方向内側に向って先細り（たとえば１５゜のテーパ角）に形成する構成によって、処理空間ＰＳにおける磁場［Ｂ］の円周方向成分を高めている。もっとも、磁場［Ｂ］の径方向成分も併存する。なお、図１０の（Ａ），（Ｂ）はコイルＣＬの構成を模式的に示す側面図および平面図である。
【００５０】
図１１の実施例では、コイルＣＬにおいて下辺部よりも上の部分（点線部分）を適当なシールド部材（図示せず）で磁気的に遮蔽する構成とすることにより、処理空間ＰＳにおいて磁場［Ｂ］の径方向成分を少なくして円周方向成分を増強することができる。なお、図１１では図解の簡略化のためコイルＣＬ_A，ＣＬ_Bを各々１個だけ示しているが、実際には円周方向に多数（たとえば２４個）配置することができる。なお、図１１の（Ａ），（Ｂ）はコイルＣＬ_A，ＣＬ_Bの構成を模式的に示す側面図および平面図である。
【００５１】
図１２に、実施形態におけるコイル装置６４の別の実施例を示す。この実施例では、図１２の（Ａ）に示すように、図８の配置構成つまり図２、図１０または図１１の構成を有するコイルＣＬを半径の異なる２つの円周上にそれぞれ第１組（ＣＬ_A）および第２組（ＣＬ_B）に組分けして配置する構成に加えて（重ね合せて）、リング状のコイルＣＲを１つまたは複数（図示の例ではＣＲ_A，ＣＲ_Bの２つ）同心円状に配置する。各リング状コイルＣＲ_A，ＣＲ_Bにも励磁電源（図示せず）より独立した励磁電流が供給されてよい。
【００５２】
図１２の（Ｂ）に示すように、水平に配置されたリング状コイルＣＲに励磁電流Ｉを流すと、コイルＣＲと鎖交する垂直右回り方向または左回り方向のループ状の磁場がコイルＣＲの全周にわたって形成される。チャンバ１０の上面にリング状コイルＣＲが配置されると、コイルＣＲによって形成される上記垂直ループ状磁場はチャンバ１０内の処理空間ＰＳ（図示せず）を径方向に通り抜ける。
【００５３】
したがって、図１２の（Ｃ）に示すように、処理空間ＰＳ内では、第１組および第２組のコイルＣＬ_A，ＣＬ_Bによる円周方向の磁場成分Ｂ_in，Ｂ_outと両リング状コイルＣＲ_A，ＣＲ_Bによる径方向の磁場成分Ｂ_rとをベクトル的に重ね合わせた渦巻き放射状の合成磁場Ｂ_sが形成され、この合成磁場Ｂ_sと電界Ｅ（図示せず）とによるローレンツ力でプラズマ中の荷電粒子が渦巻き状に収束または拡散する方向（図示の例は収束する方向）にドリフトする。
【００５４】
上記実施形態のプラズマエッチング装置ではコイル装置６４のコイルＣＬ_A，ＣＬ_B，ＣＲ_A，ＣＲ_Bをチャンバ１０の外側に配置したが、コイルの全部または一部をチャンバ１０の内側に配置する構成も可能である。また、上記実施形態のプラズマエッチング装置は、プラズマ生成用の高周波電力をサセプタ１２に印加する方式であった。しかし、図示省略するが、本発明は上部電極３８側にプラズマ生成用の高周波電力を印加する方式のプラズマエッチング装置にも適用可能であり、さらにはプラズマ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、プリント基板等も可能である。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のプラズマ処理方法、プラズマ処理装置または磁場発生装置によれば、磁場を利用して処理空間におけるプラズマ密度の空間分布を効果的に制御することができるとともに、プラズマ処理の品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけ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】実施形態におけるコイルの構造を示す斜視図である。
【図３】実施形態におけるコイル配置構成の基本パターンを示す略平面図である。
【図４】実施形態のプラズマエッチング装置に適用したコイル装置のコイル配置構成と磁場形成を示す図である。
【図５】実施形態のプラズマエッチング装置におけるコイル装置の基本的作用を示す図である。
【図６】実施形態における励磁電源の回路図である。
【図７】実施形態のプラズマエッチング装置における各組コイル間の配置関係と磁場強度の分布特性を示す図である。
【図８】実施形態のプラズマエッチング装置におけるコイル配置構成の一実施例を示す略平面図である。
【図９】実施形態のプラズマエッチング装置におけるコイル配置構成の一実施例を示す略平面図である。
【図１０】一実施例によるコイルの構造と作用を示す図である。
【図１１】一実施例によるコイルの構造と作用を示す図である。
【図１２】一実施例によるコイル装置の構造と作用を示す図である。
【符号の説明】
１０チャンバ（処理容器）
１２サセプタ（下部電極）
２８排気装置
３２高周波電源
３８シャワーヘッド（上部電極）
５６電極板
６２処理ガス供給部
６４コイル装置
６６励磁電源
６８制御部
７０ケーブル
ＣＬ，ＣＬ_A，ＣＬ_B コイル
ＣＲ，ＣＲ_A，ＣＲ_B リング状コイル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique for performing plasma processing on a substrate to be processed, and more particularly to a plasma processing method and apparatus for generating plasma by applying a high frequency between electrodes in a processing space, and to form a magnetic field in the processing space. The present invention relates to a magnetic field generator.
[0002]
[Prior art]
In processes such as etching, deposition, oxidation, sputtering and the like in the manufacturing process of semiconductor devices and FPDs (Flat Panel Displays), plasma is often used in order to allow a process gas to react well at a relatively low temperature. Conventionally, a parallel plate type plasma processing apparatus has been the mainstream among single-wafer type plasma processing apparatuses.
[0003]
In general, in a parallel plate type plasma processing apparatus, an upper electrode and a lower electrode are arranged in parallel in a processing vessel or a reaction chamber, a substrate to be processed (semiconductor wafer, glass substrate, etc.) is placed on the lower electrode, A high frequency voltage is applied to at least one of the electrode and the upper electrode via a matching unit. Electrons are accelerated by the electric field generated by the high-frequency voltage, and plasma is generated by impact ionization between the electrons and the processing gas. Recently, with the miniaturization of design rules in the manufacturing process, high-density plasma under low pressure is required for plasma processing, and the above-described high-frequency discharge type plasma processing apparatus is much more than conventional (generally 27 MHz or less). A frequency in a high high frequency region (50 MHz or more) has been used.
[0004]
However, when the frequency of the high frequency discharge is increased, the high frequency applied from the high frequency power source through the power supply rod to the back surface of the electrode is transmitted to the center of the electrode bottom surface (plasma contact surface) by the skin effect and concentrated on the bottom surface of the electrode. The electric field strength at the center of the electrode becomes higher than the electric field strength at the outer periphery, and the density of the generated plasma is higher at the electrode center than at the electrode outer periphery. Further, since the plasma diffuses in the radial direction from the high-density space to the low-density space, the plasma density becomes increasingly higher in the center of the electrode and relatively lower in the periphery of the electrode.
[0005]
As a countermeasure against this, there is known a system in which a multipole magnet is arranged on the outer periphery of the side wall of the processing vessel and a magnetic field is formed inside the side wall of the processing vessel so as to surround the processing space between both electrodes (see, for example, Patent Document 1). . This technique captures electrons flying from the processing space toward the side wall of the container with a magnetic field inside the side wall to suppress the incidence or annihilation on the side wall of the container. It is also possible to control the distribution.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2001-338912 A
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the processing vessel of the parallel plate type plasma processing apparatus is generally provided with an exhaust port at the bottom of the vessel, and an exhaust space that communicates with the exhaust port is provided between the processing space between both electrodes and the side wall of the vessel. For this reason, in controlling the plasma density distribution, there is a problem that the magnetic field from the side wall of the container is too far away and the effect is thin. In particular, in a plasma processing apparatus for a large-diameter (for example, 300 mm) wafer or FPD, this problem appears remarkably because the diameter of the processing container is large.
[0008]
The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and a parallel plate type plasma processing method, plasma processing apparatus, and magnetic field capable of effectively controlling the spatial distribution of plasma density in a processing space using a magnetic field. An object is to provide a generator.
[0009]
Another object of the present invention is to provide a parallel plate type plasma processing method, a plasma processing apparatus, and a magnetic field generator that improve the quality of plasma processing using a magnetic field.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the plasma processing method of the present invention comprises:DepressurizedAn upper electrode and a lower electrode are disposed above and below the processing space, respectively, and a high-frequency electric field is formed between both electrodes and a processing gas is flown to generate plasma of the processing gas. Under the plasma, the substrate is processed. Apply the desired plasma treatmentParallel plateA plasma processing method comprising:A first exciting current is supplied to a first set of coils arranged at a predetermined interval on the first circumference on the upper electrode, and the substrate to be processed is placed in the processing space. A first circular magnetic field distributed clockwise or counterclockwise in parallel with the processing surface is formed, and a predetermined circle is formed on the upper electrode on a second circumference radially outward from the first circumference. A second exciting current is supplied to a second set of coils arranged at a large number of intervals, and the second exciting current is distributed clockwise or counterclockwise in parallel with the surface to be processed of the substrate to be processed in the processing space. The circular magnetic field is formed, and a part or all of the first circular magnetic field is positioned radially inward from the outer diameter of the substrate to be processed.
[0011]
  The plasma processing apparatus of the present invention comprises:A processing container for forming a decompressed processing space, an upper surface for placing a substrate to be processed, a lower electrode disposed at a lower portion of the processing space, and the processing facing the lower electrode An upper electrode disposed at an upper portion of the space; a processing gas supply unit for supplying a processing gas to the processing space;High frequencyAt least one of the lower electrode and the upper electrodeAppliedA high-frequency power supply unit,In order to form a first circular magnetic field distributed clockwise or counterclockwise in parallel with the surface to be processed of the substrate to be processed in the processing space, predetermined on the first circumference on the upper electrode A first set of coils arranged at a large number of intervals, a first excitation power supply for supplying a first excitation current to the first set of coils, and a substrate to be processed in the processing space. In order to form a second circular magnetic field distributed in a clockwise direction or a counterclockwise direction in parallel with the processing surface, on the second circumference radially outside the first circumference on the upper electrode. A second set of coils arranged in large numbers at a predetermined interval; and a second excitation power supply for supplying a second excitation current to the second set of coils;HavePart or all of the first set of coils is located radially inside the outer diameter of the substrate to be processed.
[0012]
  In the magnetic field generator of the present invention, the upper electrode and the lower electrode are arranged in parallel at a predetermined interval in a process container that can be depressurized, and a substrate to be processed is placed on the lower electrode, A desired processing gas is supplied to a processing space between the upper electrode and the lower electrode, a high frequency is applied to the upper electrode or the lower electrode to generate plasma of the processing gas in the processing space, and the plasma A parallel plate type plasma processing apparatus for performing desired plasma processing on the substrate under the magnetic field generator for forming a magnetic field in the processing space, wherein the processing space is parallel to the surface to be processed of the substrate. In order to form a first circular magnetic field distributed clockwise or counterclockwise, a first set of coils arranged in large numbers at predetermined intervals on the first circumference on the upper electrode; , A first excitation on the first set of coils. In order to form a first excitation power supply unit for supplying a current and a second circular magnetic field distributed in a clockwise direction or a counterclockwise direction in parallel with the processing surface of the substrate in the processing space, A second set of coils arranged at a predetermined interval on a second circumference radially outward from the first circumference, and a second excitation current in the second set of coils. And a part of or all of the first set of coils are located radially inward of the outer diameter of the substrate to be processed.
[0013]
  In the present invention, a plasma is generated by discharging a processing gas with a high frequency in a processing space between an upper electrode and a lower electrode, and the first set is arranged on the first and second circumferences on the upper electrode. And the second set of coils are energized to form first and second circular magnetic fields distributed clockwise or counterclockwise parallel to the surface of the substrate to be processed in the processing space, The charged particles (electrons, ions) are drifted in the radial direction by applying a Lorentz force to the charged particles by the first and second circular magnetic fields parallel to the electric field perpendicular to the electrode or the substrate. In the present invention, part or all of the first circular magnetic field formed radially inward of the second circumferential magnetic field is positioned radially inward of the outer diameter of the substrate. Through the setting or control of the first and second exciting currents supplied to the first and second sets of coils, respectively, not only the intensity of the first and second circular magnetic fields but also the direction can be arbitrarily controlled, and within the processing space It is possible to control the direction and degree of movement of electrons and ions arbitrarily or in various ways at each of the positions, thereby effectively controlling the spatial distribution of the plasma density.
[0014]
  In the present invention, preferably, a part or all of the second circular magnetic field may be located radially outside the outer diameter of the substrate to be processed. Alternatively, all of them may be located radially outside the outer diameter of the substrate to be processed. In addition, a configuration including a control unit for variably controlling the current value of at least one of the first and second excitation currents so that the spatial distribution of the plasma density or the magnetic field strength distribution can be efficiently controlled, and further the first A configuration comprising a first switching circuit for switching the direction of the first excitation current flowing through the set of coils, and further a second switching circuit for switching the direction of the second excitation current flowing through the second set of coils The structure provided with is suitably taken.
[0015]
  In a preferred aspect of the present invention, the first set of coils and / or the second set of coils are electrically connected in series. Further, the first set of coils and / or the second set of coils have a horizontal lower side extending in parallel with the radial direction of the upper electrode, and are energized to form a loop shape that passes through the processing space around the lower side. Generate a magnetic field. In a preferred embodiment, the lower side of each coil is tapered toward the inner side in the radial direction of the upper electrode, or all or part of the portion excluding the lower side of each coil is magnetic. The structure shielded by is adopted.
[0016]
  Also, according to one aspect of the present invention,In the plasma processing apparatus,In order to form a radial magnetic field distributed in the radial direction so as to intersect the first and second circular magnetic fields in the processing space, a ring-shaped coil disposed on the upper electrode, and a ring-shaped coil And a third excitation power supply unit that supplies three excitation currents.
[0017]
  In the configuration further including the ring-shaped coil and the third excitation power source as described above, the first and second circular synthetic magnetic fields and the radial magnetic field are superposed in vector to form a spiral radial synthetic magnetic field. The Lorentz force can be applied so that the charged particles in the plasma moving in the processing space converge in a spiral or diffuse in a spiral.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0019]
FIG. 1 shows the configuration of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention. This plasma processing apparatus is configured as an RIE type plasma etching apparatus, and has a cylindrical chamber (processing vessel) 10 made of metal such as aluminum or stainless steel. The chamber 10 is grounded for safety.
[0020]
In the chamber 10, for example, a disk-like lower electrode or susceptor 12 on which a semiconductor wafer W is placed is provided as a substrate to be processed. The susceptor 12 is made of, for example, aluminum, and is supported by a cylindrical support portion 16 that extends vertically upward from the bottom of the chamber 10 via an insulating cylindrical holding portion 14. On the upper surface of the cylindrical holding part 14, a focus ring 18 made of quartz, for example, surrounding the upper surface of the susceptor 12 in an annular shape is disposed.
[0021]
An exhaust passage 20 is formed between the side wall of the chamber 10 and the cylindrical support portion 16, and an annular baffle plate 22 is attached to the entrance or midway of the exhaust passage 20 and an exhaust port 24 is provided at the bottom. . An exhaust device 28 is connected to the exhaust port 24 via an exhaust pipe 26. The exhaust device 28 includes a vacuum pump, and can reduce the processing space in the chamber 10 to a predetermined degree of vacuum. A gate valve 30 that opens and closes the loading / unloading port of the semiconductor wafer W is attached to the side wall of the chamber 10.
[0022]
A high frequency power source 32 for plasma generation and RIE is electrically connected to the susceptor 12 via a matching unit 34 and a power feed rod 36. The high frequency power source 32 applies high frequency power of a predetermined high frequency, for example, 60 MHz, to the lower electrode, that is, the susceptor 12. A shower head 38, which will be described later, is provided on the ceiling of the chamber 10 as an upper electrode having a ground potential. Accordingly, the high frequency voltage from the high frequency power supply 32 is capacitively applied between the susceptor 12 and the shower head 38.
[0023]
An electrostatic chuck 40 is provided on the upper surface of the susceptor 12 to hold the semiconductor wafer W with an electrostatic attraction force. The electrostatic chuck 40 has an electrode 40a made of a conductive film sandwiched between a pair of insulating films 40b and 40c, and a DC power source 42 is electrically connected to the electrode 40a via a switch 43. The semiconductor wafer W can be adsorbed and held on the chuck by a Coulomb force by a DC voltage from the DC power source 42.
[0024]
Inside the susceptor 12, for example, a refrigerant chamber 44 extending in the circumferential direction is provided. A coolant having a predetermined temperature, for example, cooling water is circulated and supplied to the coolant chamber 44 from the chiller unit 46 through the pipes 48 and 50. The processing temperature of the semiconductor wafer W on the electrostatic chuck 40 can be controlled by the temperature of the coolant. Further, a heat transfer gas such as He gas from the heat transfer gas supply unit 52 is supplied between the upper surface of the electrostatic chuck 40 and the back surface of the semiconductor wafer W via the gas supply line 54.
[0025]
The shower head 38 at the ceiling includes an electrode plate 56 on the lower surface having a large number of gas vent holes 56a, and an electrode support 58 that detachably supports the electrode plate 56. A buffer chamber 60 is provided inside the electrode support 58, and a gas supply pipe 63 from the processing gas supply unit 62 is connected to a gas inlet 60 a of the buffer chamber 60.
[0026]
In the processing space PS between the shower head (upper electrode) 38 and the susceptor (lower electrode) 12, an RF electric field in the vertical direction is formed by applying a high frequency electric field from the high frequency power supply 32, and between the electrodes 38 and 12. High-density plasma is generated in the processing space PS by high-frequency discharge.
[0027]
A coil device 64 for forming a magnetic field for controlling the plasma density distribution in the processing space PS in the chamber is provided on the chamber 10. The coil device 64 according to the illustrated configuration example includes a first set of coils CL arranged on a circumference having a relatively small diameter._AAnd a second set of coils CL arranged in large numbers on the circumference of a relatively large diameter_BAnd have. The excitation power supply 66 is used for each set of coils CL of the coil device 64._A, CL_BIndividual excitation current I_A, I_BSupply. Detailed configurations and operations of the coil device 64 and the excitation power supply 66 will be described later.
[0028]
The control unit 68 includes various units in the plasma etching apparatus such as the exhaust unit 28, the high frequency power source 32, the electrostatic chuck switch 43, the chiller unit 46, the heat transfer gas supply unit 52, the processing gas supply unit 62, and the coil device 64 ( In particular, it controls the operation of the excitation power source 66) and the like, and is also connected to a host computer (not shown).
[0029]
In order to perform etching in this plasma etching apparatus, first, the gate valve 30 is opened, and the semiconductor wafer W to be processed is loaded into the chamber 10 and placed on the electrostatic chuck 40 horizontally. Then, an etching gas (generally a mixed gas) is introduced into the chamber 10 from the processing gas supply unit 62 at a predetermined flow rate and flow rate ratio, and the pressure in the chamber 10 is set to a set value by the exhaust device 28. Further, high frequency power is supplied from the high frequency power supply 32 to the susceptor 12 with a predetermined power. Further, a DC voltage is applied from the DC power source 42 to the electrode 40 a of the electrostatic chuck 40 to fix the semiconductor wafer W on the electrostatic chuck 40. The etching gas discharged from the shower head 38 is turned into plasma by high-frequency discharge in the processing space PS between the electrodes 12 and 38, and the main surface of the semiconductor wafer W is etched by radicals and ions generated by the plasma.
[0030]
In this plasma etching apparatus, by applying a high frequency in a frequency region (50 MHz or higher) much higher than the conventional (generally 27 MHz or lower) to the susceptor (lower electrode) 12, the plasma is densified in a preferable dissociated state, High density plasma can be formed even under lower pressure conditions. In addition, as will be described later, the plasma density distribution can be controlled by the action of the magnetic field formed in the processing space PS in the chamber 10 by the coil device 64, and the plasma density is made uniform in the wafer surface to make the etching rate uniform. Can also be improved.
[0031]
Next, the configuration and operation of the coil device 64 in this embodiment will be described in detail.
[0032]
FIG. 2 shows a coil CL (CL_A, CL_B) Shows a configuration example. The coil CL is obtained by winding a conducting wire in a substantially rectangular shape in a spiral or cylindrical shape. When the coil CL is energized, that is, when the exciting current I flows through the coil CL, an elliptical loop-shaped magnetic field B around the four sides of the coil CL, that is, the upper side, the lower side, the left side, and the right side._T, B_B, B_L, B_RAre formed respectively. Elliptical loop magnetic field B on each side_T, B_B, B_L, B_RAre strengthened in the same direction on the inside of the coil, but on the outside of the coil, the opposing ones (upper and lower, left and right) weaken in opposite directions. However, according to Ampere's law, the smaller the loop diameter, the stronger the magnetic field, and the larger the loop diameter, the weaker the magnetic field. Therefore, the magnetic field B around the upper side above the coil CL._TThe magnetic field B around the lower side is below the coil CL._BIs dominant, and the magnetic field B around the left side is on the left side of the coil CL._LIs dominant and the magnetic field B around the right side is on the right side of the coil CL._RIs dominant.
[0033]
In the coil device 64 of this embodiment, a loop magnetic field B distributed vertically and horizontally from the coil CL._T, B_B, B_L, B_RElliptic loop magnetic field B around the lower side_BIs applied to or effectively used in a plasma etching apparatus. That is, the coil CL is disposed on the upper surface of the chamber 10 (FIG. 1) in the posture shown in FIGS. Thereby, the magnetic field B around the lower side of the coil CL._BPasses through the processing space PS in the chamber 10 immediately below in the horizontal direction. A number of coils are used in combination with an appropriate arrangement pattern, and a magnetic field B for each coil in the processing space PS._BAre added or overlapped in the circumferential direction in a clockwise direction in a plane parallel to the surface to be processed (upper surface) of the semiconductor wafer W, that is, in a horizontal plane (hereinafter referred to as “horizontal clockwise direction”). Alternatively, a concentric magnetic field in the counterclockwise direction (hereinafter referred to as “horizontal counterclockwise direction”) can be formed.
[0034]
FIG. 3 shows a basic pattern of a coil arrangement configuration in the coil device 64. As shown in the drawing, a large number (for example, eight) of coils CL are arranged at equal intervals (45 ° intervals) along a circle F having a desired diameter, and the axial direction of each coil CL is aligned with the tangential direction of the circle F. . Electrically, these coils CL,..., CL are connected in series via a cable 70, and a direct current excitation current I is supplied from an excitation power source 66. Each coil CL has a loop magnetic field B around its lower side._BPasses through the processing space PS of the chamber 10 immediately below in the horizontal direction (in a direction parallel to the tangential direction of the circle F). Looking at all the coils CL,..., CL, a loop magnetic field B for each coil in the processing space PS of the chamber 10 is obtained._BAre added or overlapped in series in the circumferential direction to form a concentric magnetic field [B] in the horizontal clockwise direction or the horizontal counterclockwise direction. As the number of coils CL increases, the horizontal clockwise direction or horizontal counterclockwise direction of the magnetic field [B] approximates the circumferential direction.
[0035]
FIG. 4 shows a coil arrangement configuration in the coil apparatus 64 applied to the plasma etching apparatus of FIG. 4A is a plan view, and FIG. 4B is a schematic perspective view. In this embodiment, the first set (inner side) coils CL are respectively provided on the circumferences of two circles having different radii set on the ceiling of the chamber 10._AAnd second set (outside) coil CL_BAre arranged in the basic pattern of FIG. Each coil CL of the first set (inside) from the excitation power supply 66 (FIG. 1)_AHas excitation current I_AIs supplied, and each coil CL of the second set (outside)_BHas excitation current I_BIs supplied. In the processing space PS in the chamber 10, the first set (inner side) of the coil CL._ANear the excitation current I_AConcentric magnetic field [B_in] And the second set (outside) coil CL_BNear the excitation current I_BConcentric magnetic field [B_out] Are formed, and both magnetic fields [B_in], [B_out] Is formed as a combined magnetic field [B] overlapping in vector. Each coil CL_A, CL_BMagnetic field [B_in], [B_out] Can be variably controlled to arbitrarily set or adjust the direction and intensity of the synthetic magnetic field [B] at each position.
[0036]
Here, the operation of the coil device 64 in the plasma etching apparatus of the embodiment will be described with reference to FIG.
[0037]
As described above, in the coil device 64, the first set (inner side) and the second set (outer side) of the coil CL._A, CL_B, The magnetic field [B] in the horizontal clockwise direction or the horizontal counterclockwise direction can be formed in the processing space PS in the chamber 10. In the illustrated example, the first set (inner side) and the second set (outer side) coils CL._A, CL_BExcitation current I_A, I_BIn the same direction to form the same horizontal clockwise direction or horizontal counterclockwise magnetic field [B] in the processing space PS in the chamber 10. On the other hand, when high frequency power from the high frequency power supply 32 is supplied to the susceptor (lower electrode) 12, plasma of an etching gas is generated by high frequency discharge between the susceptor (lower electrode) 12 and the upper electrode 38. In the ion sheath along the upper electrode 38, a vertical electric field [E] is generated from the plasma side toward the electrode 38.
[0038]
In the processing space PS under the above conditions, electrons in the plasma drift in the radial direction near the upper electrode 38 due to the Lorentz force due to the electric field [E] and the magnetic field [B], and further plasma ions are Move in the same direction as chasing electrons. In the example of FIG. 5, electrons and ions move radially outward, but each set of coils CL_A, CL_BCurrent I flowing through_A, I_BWhen the directions are reversed, electrons and ions move radially inward. Thus, by controlling the direction (horizontal clockwise direction or horizontal counterclockwise direction) and intensity of the magnetic field [B], it is possible to arbitrarily control the direction and degree of movement of such plasma electrons and ions. In other words, the spatial distribution of the plasma density in the radial direction can be arbitrarily controlled.
[0039]
In this embodiment, each set of coils CL of the coil device 64_A, CL_BIs disposed on the ceiling of the chamber 10, so that a close distance relationship with the processing space PS is ensured regardless of the diameter size of the chamber 10, and a magnetic field [B for controlling the plasma density distribution in the processing space PS [B]. ] Can be effectively provided. In addition, the intensity of the magnetic field [B] in the processing space PS is larger in the upper part of the processing space PS (as approaching the upper electrode 38) according to Ampere's law as described above, and in the lower part of the processing space PS (closer to the susceptor 12). Small) As a result, the influence of the magnetic field [B] on the semiconductor wafer W on the susceptor 12 can be eliminated (or reduced as much as possible), and the surface to be processed of the wafer can be protected.
[0040]
FIG. 6 shows a configuration example of the excitation power supply 66 in this embodiment. The excitation power supply 66 includes a DC power supply 72 that outputs a DC current as the excitation current I, and a changeover switch 74 for switching the direction of the excitation current I flowing through the coil CL. DC power supply 72 includes a constant current source circuit capable of variably controlling the current value of output current I by a control signal from control unit 68, for example. The switch 74 is provided between the output terminal of the DC power source 72 and the coils CL and CL at both ends, and an excitation current is applied to the coils (CL, CL,... CL) connected in series by a control signal from the control unit 68. It can be switched between a first position (a) for flowing I in the first direction (forward direction) and a second position (b) for flowing I in the second direction (reverse direction). In the plasma etching apparatus of this embodiment, the first set and the second set of coils CL_A, CL_BFor each of these, a DC power supply 72 and a switch 74 may be provided in the excitation power supply 66.
[0041]
FIG. 7 shows a coil CL in the plasma etching apparatus of this embodiment._A, CL_BThe arrangement relationship between the two and the distribution characteristics of the magnetic field strength are shown. According to a preferred embodiment, the first set of coils CL is located radially inward of the reference position with the outer periphery of the semiconductor wafer W on the susceptor 12 as the reference position._AAnd the second set of coils CL on the radially outer side than the reference position_BMay be arranged. Each coil CL_A, CL_BThe radial size (length of the lower side) of W_A, W_BThen, for example, for the gap D between electrodes D = 40 mm and the radius R of the semiconductor wafer W = 300 mm, W_A= 80mm, W_B= 80 mm may be set.
[0042]
As described above, in the processing space PS in the chamber 10, the first set (inner side) of the coil CL._ANear the excitation current I_AConcentric magnetic field [B_in] And the second set (outside) coil CL_BNear the excitation current I_BConcentric magnetic field [B_out] Are formed, and both magnetic fields [B_in], [B_out] Is formed as a combined magnetic field [B] overlapping in vector. The intensity of the synthetic magnetic field [B] is maximum near the upper electrode 38 (Z = D), decreases as it approaches the susceptor 12, and becomes almost zero (no magnetic field) near the upper surface of the semiconductor wafer W (Z = 0). be able to.
[0043]
Each coil CL_A, CL_BMagnetic field [B_in], [B_out] Can be variably controlled to arbitrarily set or adjust the direction and intensity of the combined magnetic field [B] at each position in the processing space PS. For example, as shown in (A), (B), (C), and (D) of FIG._in], [B_out] By changing the intensity ratio and direction, various magnetic field intensity distributions can be obtained.
[0044]
More specifically, [B_in] And [B_out] In the same direction and [B_in]> [B_out], A magnetic field strength distribution is obtained in the vicinity of the upper electrode 38 (Z = D) such that the central portion gradually decreases toward the outside in the radial direction as shown in FIG. 7A. [B_in] And [B_out] In the same direction and [B_in] = [B_out], A substantially uniform magnetic field strength distribution in the radial direction can be obtained near the upper electrode 38 (Z = D) as shown in FIG. [B_in] And [B_out] In the same direction and [B_in] <[B_out], The magnetic field intensity distribution is such that near the upper electrode 38 (Z = D), there is a maximum point on the outside of the semiconductor wafer W as shown in FIG. can get. In addition, [B_in] And [B_out] Are set in directions opposite to each other, there are local maximum points near the upper electrode 38 (Z = D) at the center and outside of the semiconductor wafer W as shown in FIG. A magnetic field strength distribution having points is obtained.
[0045]
Thus, the coil magnetic field [B_in], [B_out], The direction and intensity of the combined magnetic field [B] at each position in the processing space PS can be arbitrarily set or adjusted, and the spatial distribution of the plasma density can be arbitrarily controlled. .
[0046]
8 and 9 show another example of the coil arrangement configuration in the plasma etching apparatus of the embodiment. In the embodiment of FIG. 8, the first set (inner side) coil CL_ACoil CL of the second set (outside) compared to the number of_B(E.g. CL_A= CL for 8_B= 16), the uniformity of the magnetic field strength can be improved both in the circumferential direction (θ direction) and in the radial direction. 8A is a plan view of the coil arrangement configuration, and FIG. 8B is a diagram showing the magnetic field intensity distribution in the circumferential direction (θ direction).
[0047]
In the embodiment of FIG. 9, the first set of coils CL_AIs arranged such that the lower side extends radially from the center to the periphery in the radial direction, and the first set of coils CL adjacent to each other in the periphery_A, CL_ABetween the second set of coils CL_BIs arranged. Also with this arrangement configuration, the magnetic field strength can be made uniform in both the circumferential direction and the radial direction as in FIG.
[0048]
Also, the first and second sets of coils CL as described above_A, CL_BAnd a third set of coils CL having the same basic arrangement pattern (FIG. 3)_C(Not shown) may be provided, or only one set of coils CL may be provided.
[0049]
10 and 11 show another example of the coil structure in the embodiment. In the embodiment of FIG. 10, the magnetic field [B] in the processing space PS is formed by the configuration in which the circumferential width of the lower side portion of each coil CL is tapered toward the radially inner side (for example, a taper angle of 15 °). The circumferential component is increased. However, the radial component of the magnetic field [B] is also present. 10A and 10B are a side view and a plan view schematically showing the configuration of the coil CL.
[0050]
In the embodiment of FIG. 11, the coil CL is configured such that a portion (dotted line portion) above the lower side portion is magnetically shielded by an appropriate shield member (not shown), so that the magnetic field [B ] Can be reduced and the circumferential component can be enhanced. In FIG. 11, the coil CL is shown for simplicity of illustration._A, CL_BAlthough only one of each is shown, actually (for example, 24) can be arranged in the circumferential direction. 11A and 11B show the coil CL._A, CL_BIt is the side view and top view which show typically the structure of these.
[0051]
FIG. 12 shows another example of the coil device 64 in the embodiment. In this embodiment, as shown in FIG. 12A, the coils CL having the arrangement shown in FIG. 8, that is, the structure shown in FIG. 2, FIG. 10, or FIG. (CL_A) And second set (CL_BIn addition to the configuration in which they are arranged separately (overlaid), one or a plurality of ring-shaped coils CR (in the illustrated example, CR)_A, CR_B2) It arranges concentrically. Each ring coil CR_A, CR_BAlso, an excitation current independent from an excitation power source (not shown) may be supplied.
[0052]
As shown in FIG. 12B, when an exciting current I is passed through a ring coil CR arranged horizontally, a loop-like magnetic field in the vertical clockwise direction or the counterclockwise direction linked to the coil CR is generated in the coil CR. Formed over the entire circumference. When the ring-shaped coil CR is disposed on the upper surface of the chamber 10, the vertical loop-shaped magnetic field formed by the coil CR passes through the processing space PS (not shown) in the chamber 10 in the radial direction.
[0053]
Therefore, as shown in FIG. 12C, in the processing space PS, the first set and the second set of coils CL._A, CL_BMagnetic field component B in the circumferential direction by_in, B_outAnd ring coil CR_A, CR_BRadial magnetic field component B due to_rVortex radial synthetic magnetic field B_sIs formed, and this synthetic magnetic field B_sAnd the Lorentz force generated by the electric field E (not shown) cause the charged particles in the plasma to drift in the direction of converging or diffusing in a spiral shape (in the example shown, the direction of convergence).
[0054]
In the plasma etching apparatus of the above embodiment, the coil CL of the coil apparatus 64 is used._A, CL_B, CR_A, CR_BHowever, a configuration in which all or part of the coil is disposed inside the chamber 10 is also possible. In the plasma etching apparatus of the above embodiment, a high frequency power for generating plasma is applied to the susceptor 12. However, although not shown in the drawings, the present invention can also be applied to a plasma etching apparatus that applies high-frequency power for plasma generation to the upper electrode 38 side, and further includes plasma CVD, plasma oxidation, plasma nitridation, sputtering, etc. The present invention can also be applied to other plasma processing apparatuses. Further, the substrate to be processed in the present invention is not limited to a semiconductor wafer, and various substrates for flat panel displays, photomasks, CD substrates, printed substrates, and the like are also possible.
[0055]
【The invention's effect】
As described above, according to the plasma processing method, the plasma processing apparatus, or the magnetic field generation apparatus of the present invention, the spatial distribution of the plasma density in the processing space can be effectively controlled using the magnetic field, and the plasma processing Can improve the quality.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a plasma etching apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a structure of a coil in the embodiment.
FIG. 3 is a schematic plan view showing a basic pattern of a coil arrangement configuration in the embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing a coil arrangement configuration and magnetic field formation of a coil device applied to the plasma etching apparatus of the embodiment.
FIG. 5 is a view showing a basic operation of a coil device in the plasma etching apparatus of the embodiment.
FIG. 6 is a circuit diagram of an excitation power source in the embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing an arrangement relationship between each set coil and a magnetic field strength distribution characteristic in the plasma etching apparatus of the embodiment.
FIG. 8 is a schematic plan view showing an example of a coil arrangement configuration in the plasma etching apparatus of the embodiment.
FIG. 9 is a schematic plan view showing an example of a coil arrangement configuration in the plasma etching apparatus of the embodiment.
FIG. 10 is a diagram showing the structure and operation of a coil according to an embodiment.
FIG. 11 is a diagram showing the structure and operation of a coil according to an embodiment.
FIG. 12 is a diagram showing the structure and operation of a coil device according to an embodiment.
[Explanation of symbols]
10 chamber (processing vessel)
12 Susceptor (lower electrode)
28 Exhaust system
32 High frequency power supply
38 Shower head (upper electrode)
56 Electrode plate
62 Process gas supply unit
64 coil system
66 Excitation power supply
68 Control unit
70 cable
CL, CL_A, CL_B    coil
CR, CR_A, CR_B    Ring coil

Claims

減圧可能な処理空間の上部および下部にそれぞれ上部電極および下部電極を配置し、両電極間に高周波電界を形成するとともに処理ガスを流し込んで前記処理ガスのプラズマを生成し、前記プラズマの下で被処理基板に所望のプラズマ処理を施す平行平板型のプラズマ処理方法であって、
前記上部電極の上で第１の円周上に所定の間隔を置いて多数配置された第１組のコイルに第１の励磁電流を供給して、前記処理空間内に前記被処理基板の被処理面と平行に右回りもしくは左回りに分布する第１の円状磁場を形成し、
前記上部電極の上で前記第１の円周よりも半径方向外側の第２の円周上に所定の間隔を置いて多数配置された第２組のコイルに第２の励磁電流を供給して、前記処理空間内に前記被処理基板の被処理面と平行に右回りもしくは左回りに分布する第２の円状磁場を形成し、
前記第１の円状磁場の一部または全部を前記被処理基板の外径よりも半径方向内側に位置させるプラズマ処理方法。 An upper electrode and a lower electrode are disposed above and below the process space where pressure can be reduced , respectively, and a high-frequency electric field is formed between both electrodes and a process gas is flown to generate plasma of the process gas. A parallel plate type plasma processing method for performing desired plasma processing on a processing substrate,
A first exciting current is supplied to a first set of coils arranged at a predetermined interval on the first circumference on the upper electrode, and the substrate to be processed is placed in the processing space. Forming a first circular magnetic field distributed in a clockwise or counterclockwise direction parallel to the processing surface;
A second exciting current is supplied to a second set of coils arranged at a predetermined interval on a second circumference radially outward from the first circumference on the upper electrode. Forming a second circular magnetic field distributed in the clockwise or counterclockwise direction parallel to the surface of the substrate to be processed in the processing space;
A plasma processing method , wherein a part or all of the first circular magnetic field is positioned radially inside the outer diameter of the substrate to be processed .

前記第２の円状磁場の一部または全部を前記被処理基板の外径よりも半径方向外側に位置させる請求項１に記載のプラズマ処理方法。 2. The plasma processing method according to claim 1, wherein a part or all of the second circular magnetic field is positioned radially outside the outer diameter of the substrate to be processed .

前記処理空間の径方向において所望のプラズマ密度空間分布が得られるように、前記第１および第２の励磁電流の少なくとも一方の電流値を可変制御する請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理方法。 3. The plasma processing according to claim 1, wherein at least one of the first and second exciting currents is variably controlled so that a desired plasma density spatial distribution is obtained in a radial direction of the processing space. Method.

前記上部電極付近の径方向において所望の磁界強度分布が得られるように、前記第１および第２の励磁電流の少なくとも一方の電流値を可変制御する請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理方法。 3. The plasma processing according to claim 1, wherein at least one of the first and second exciting currents is variably controlled so that a desired magnetic field strength distribution is obtained in a radial direction in the vicinity of the upper electrode. Method.

前記第１組および第２組のコイルをそれぞれ流れる前記第１および第２の励磁電流の少なくとも一方の方向を切換可能とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。 5. The plasma processing method according to claim 1, wherein the direction of at least one of the first and second exciting currents flowing through the first set and the second set of coils can be switched .

前記下部電極上に前記被処理基板を載置し、電極間の各位置で前記上部電極に近づくほど前記第１および第２の円状磁場の強度を大きくし、前記下部電極に近づくほど前記第１および第２の合成磁場の強度を小さくする請求項１〜５のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。 The substrate to be processed is placed on the lower electrode, and the strength of the first and second circular magnetic fields is increased as the upper electrode is approached at each position between the electrodes, and the closer to the lower electrode, the first The plasma processing method according to claim 1, wherein the strength of the first and second synthetic magnetic fields is reduced.

減圧された処理空間を形成するための処理容器と、
被処理基板を載置するための上面を有し、前記処理空間の下部に配置される下部電極と、
前記下部電極と対向して前記処理空間の上部に配置される上部電極と、
前記処理空間に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
プラズマ生成用の高周波を前記下部電極および前記上部電極の少なくとも一方に印加する高周波給電部と、
前記処理空間内に前記被処理基板の被処理面と平行に右回りもしくは左回りに分布する第１の円状磁場を形成するために、前記上部電極の上で第１の円周上に所定の間隔を置いて多数配置される第１組のコイルと、
前記第１組のコイルに第１の励磁電流を供給する第１の励磁電源部と、
前記処理空間内に前記被処理基板の被処理面と平行に右回りもしくは左回りに分布する第２の円状磁場を形成するために、前記上部電極の上で前記第１の円周よりも半径方向外側の第２の円周上に所定の間隔を置いて多数配置される第２組のコイルと、
前記第２組のコイルに第２の励磁電流を供給する第２の励磁電源部と
を有し、
前記第１組のコイルの一部または全部が前記被処理基板の外径よりも半径方向内側に位置している、平行平板型のプラズマ処理装置。A processing vessel for forming a reduced processing space;
A lower electrode disposed on a lower portion of the processing space, having an upper surface for placing a substrate to be processed;
An upper electrode disposed on the processing space opposite to the lower electrode;
A processing gas supply unit for supplying a processing gas to the processing space;
A high-frequency power feeding section for applying a high frequency for plasma generation to at least one of the lower electrode and the upper electrode;
In order to form a first circular magnetic field distributed clockwise or counterclockwise in parallel with the surface to be processed of the substrate to be processed in the processing space, predetermined on the first circumference on the upper electrode A first set of coils arranged at a number of intervals,
A first excitation power supply for supplying a first excitation current to the first set of coils;
In order to form a second circular magnetic field distributed clockwise or counterclockwise in parallel with the surface to be processed of the substrate to be processed in the processing space, the upper circumference of the upper electrode is more than the first circumference. A second set of coils arranged in large numbers at predetermined intervals on a second outer circumference in the radial direction;
A second excitation power supply for supplying a second excitation current to the second set of coils ,
A parallel plate type plasma processing apparatus, wherein a part or all of the first set of coils is located radially inside the outer diameter of the substrate to be processed .

前記第２組のコイルの一部または全部が、前記被処理基板の外径よりも半径方向外側に位置している、請求項７に記載のプラズマ処理装置。 8. The plasma processing apparatus according to claim 7 , wherein a part or all of the second set of coils is located radially outside the outer diameter of the substrate to be processed .

前記第１および第２の励磁電流の少なくとも一方の電流値を可変制御するための制御部を有する請求項７または請求項８に記載のプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to claim 7, further comprising a control unit configured to variably control a current value of at least one of the first and second excitation currents.

前記第１組のコイルが電気的に直列に接続される、請求項７〜９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to claim 7 , wherein the first set of coils are electrically connected in series .

前記第１組のコイルを流れる前記第１の励磁電流の方向を切り換えるための第１の切換回路を有する請求項７〜１０のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to any one of claims 7 to 10 , further comprising a first switching circuit for switching a direction of the first exciting current flowing through the first set of coils .

前記第２組のコイルが電気的に直列に接続される、請求項７〜１１のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to claim 7 , wherein the second set of coils are electrically connected in series .

前記第２組のコイルを流れる前記第２の励磁電流の方向を切り換えるための第２の切換回路を有する請求項７〜１２のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to any one of claims 7 to 12 , further comprising a second switching circuit for switching a direction of the second exciting current flowing through the second set of coils .

前記第１組のコイルが、前記上部電極の径方向と平行に延びる水平な下辺部を有し、通電により、前記下辺部の回りに前記処理空間を通り抜けるループ状の磁場を生成する請求項７〜１３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。Wherein the first set of coils, said has a horizontal lower side portion extending in parallel to the radial direction of the upper electrode, by energization, claim 7 to produce a loop-shaped magnetic field passing through the processing space around the lower portion The plasma processing apparatus as described in any one of -13 .

前記第２組のコイルが、前記上部電極の径方向と平行に延びる水平な下辺部を有し、通電により、前記下辺部の回りに前記処理空間を通り抜けるループ状の磁場を生成する請求項７〜１４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。Said second set of coils, it said has a horizontal lower side portion extending in parallel to the radial direction of the upper electrode, by energization, claim 7 to produce a loop-shaped magnetic field passing through the processing space around the lower portion The plasma processing apparatus as described in any one of -14 .

各々の前記コイルの下辺部が前記上部電極の径方向内側に向って先細りに形成される請求項１４または請求項１５に記載のプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to claim 14 or 15 , wherein a lower side portion of each of the coils is tapered toward a radially inner side of the upper electrode.

各々の前記コイルの下辺部を除く部分の全部または一部が磁気的に遮蔽される請求項１４〜１６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to any one of claims 14 to 16 , wherein all or a part of a portion other than a lower side portion of each coil is magnetically shielded.

前記処理空間内に前記第１および第２の円状磁場と交差するように径方向に分布する放射状磁場を形成するために、前記上部電極の上に配置されるリング状のコイルと、
前記リング状コイルに第３の励磁電流を供給する第３の励磁電源部と
を有する請求項７〜１７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。 A ring-shaped coil disposed on the upper electrode to form a radial magnetic field distributed in a radial direction so as to intersect the first and second circular magnetic fields in the processing space;
The plasma processing apparatus according to claim 7 , further comprising a third excitation power supply unit that supplies a third excitation current to the ring-shaped coil .

前記下部電極に前記高周波電圧を印加し、前記上部電極をグランド電位に接続する請求項７〜１８のいずれか一項に記載の平行平板型プラズマ処理装置。The parallel plate type plasma processing apparatus according to any one of claims 7 to 18 , wherein the high-frequency voltage is applied to the lower electrode, and the upper electrode is connected to a ground potential.

減圧可能な処理容器内で上部電極と下部電極とを所定の間隔を空けて平行に配置し、前記下部電極の上に被処理基板を載置し、前記上部電極と前記下部電極との間の処理空間に所望の処理ガスを供給し、前記上部電極または前記下部電極に高周波を印加して前記処理空間内で前記処理ガスのプラズマを生成し、前記プラズマの下で前記基板に所望のプラズマ処理を施す平行平板型プラズマ処理装置において、前記処理空間に磁場を形成するための磁場発生装置であって、
前記処理空間内に前記基板の被処理面と平行に右回りもしくは左回りに分布する第１の円状磁場を形成するために、前記上部電極の上で第１の円周上に所定の間隔を置いて多数配置される第１組のコイルと、
前記第１組のコイルに第１の励磁電流を供給する第１の励磁電源部と、
前記処理空間内に前記基板の被処理面と平行に右回りもしくは左回りに分布する第２の円状磁場を形成するために、前記上部電極の上で前記第１の円周よりも半径方向外側の第２の円周上に所定の間隔を置いて多数配置される第２組のコイルと、
前記第２組のコイルに第２の励磁電流を供給する第２の励磁電源部と
を有し、
前記第１組のコイルの一部または全部が前記被処理基板の外径よりも半径方向内側に位置している、磁場発生装置。 An upper electrode and a lower electrode are arranged in parallel at a predetermined interval in a depressurizable processing container, a substrate to be processed is placed on the lower electrode, and the upper electrode and the lower electrode are placed between the upper electrode and the lower electrode. A desired processing gas is supplied to the processing space, a high frequency is applied to the upper electrode or the lower electrode to generate plasma of the processing gas in the processing space, and a desired plasma processing is performed on the substrate under the plasma In a parallel plate type plasma processing apparatus for applying a magnetic field, a magnetic field generator for forming a magnetic field in the processing space ,
In order to form a first circular magnetic field distributed clockwise or counterclockwise in parallel with the processing surface of the substrate in the processing space, a predetermined interval is formed on the first circumference on the upper electrode. A first set of coils arranged in large numbers,
A first excitation power supply for supplying a first excitation current to the first set of coils;
In order to form a second circular magnetic field distributed clockwise or counterclockwise in parallel with the surface to be processed of the substrate in the processing space, the radial direction is higher than the first circumference on the upper electrode. A second set of coils arranged in a large number at predetermined intervals on the outer second circumference;
A second excitation power supply for supplying a second excitation current to the second set of coils;
Have
A magnetic field generation apparatus in which a part or all of the first set of coils is located radially inside the outer diameter of the substrate to be processed .

前記第２組のコイルの一部または全部が、前記被処理基板の外径よりも半径方向外側に位置している、請求項２０に記載の磁場発生装置。 21. The magnetic field generator according to claim 20 , wherein a part or all of the second set of coils is located radially outside the outer diameter of the substrate to be processed .

前記第１および第２の励磁電流の少なくとも一方の電流値を制御するための制御部を有する請求項２０または請求項２１に記載の磁場発生装置。 The magnetic field generator according to claim 20 or 21, further comprising a control unit for controlling a current value of at least one of the first and second exciting currents .

前記第１組のコイルが電気的に直列に接続される、請求項２０〜２２のいずれか一項に記載の磁場発生装置。The magnetic field generator according to any one of claims 20 to 22 , wherein the first set of coils are electrically connected in series .

前記第１組のコイルを流れる前記第１の励磁電流の方向を切り換えるための第１の切換回路を有する請求項２０〜２３のいずれか一項に記載の磁場発生装置。The magnetic field generator according to any one of claims 20 to 23 , further comprising a first switching circuit for switching a direction of the first exciting current flowing through the first set of coils .

前記第２組のコイルが電気的に直列に接続される、請求項２０〜２４のいずれか一項に記載の磁場発生装置。The magnetic field generator according to any one of claims 20 to 24 , wherein the second set of coils are electrically connected in series .

前記第２組のコイルを流れる前記第２の励磁電流の方向を切り換えるための第２の切換回路を有する請求項２２〜２５のいずれか一項に記載の磁場発生装置。The magnetic field generation device according to any one of claims 22 to 25 , further comprising a second switching circuit for switching a direction of the second exciting current flowing through the second set of coils .

前記第１組のコイルが、前記上部電極の径方向と平行に延びる水平な下辺部を有し、通電により、前記下辺部の回りに前記処理空間を通り抜けるループ状の磁場を生成する請求項２０〜２６のいずれか一項に記載の磁場発生装置。 Wherein the first set of coils, said has a horizontal lower side portion extending in parallel to the radial direction of the upper electrode, by energization, claim 20 of producing a loop-shaped magnetic field passing through the processing space around the lower portion The magnetic field generator as described in any one of -26 .

前記第２組のコイルが、前記上部電極の径方向と平行に延びる水平な下辺部を有し、通電により、前記下辺部の回りに前記処理空間を通り抜けるループ状の磁場を生成する請求項２０〜２７のいずれか一項に記載の磁場発生装置。 Said second set of coils, it said has a horizontal lower side portion extending in parallel to the radial direction of the upper electrode, by energization, claim 20 of producing a loop-shaped magnetic field passing through the processing space around the lower portion The magnetic field generator as described in any one of -27 .