6018757 基板処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6018757

(24)【登録日】2016年10月7日

(45)【発行日】2016年11月2日

(54)【発明の名称】基板処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20161020BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20161020BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 101B

   H05H1/46 M

【請求項の数】8

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2012-8019(P2012-8019)

(22)【出願日】2012年1月18日

(65)【公開番号】特開2013-149722(P2013-149722A)

(43)【公開日】2013年8月1日

【審査請求日】2015年1月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100125254

【弁理士】

【氏名又は名称】別役 重尚

(74)【代理人】

【識別番号】100118278

【弁理士】

【氏名又は名称】村松 聡

(72)【発明者】

【氏名】横田 聡裕

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 悦治

(72)【発明者】

【氏名】檜森 慎司

【審査官】 鈴木 聡一郎

(56)【参考文献】

【文献】 実開平０１−０６５１３２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００２−３１３７８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０７１２９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３０３９３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３３５６３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３１８１６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１７４０２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１３９３８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−０８０３８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２００６９６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／３６５

Ｈ０１Ｌ ２１／４６１

Ｈ０１Ｌ ２１／４６９

Ｈ０１Ｌ ２１／８６

Ｈ０５Ｈ １／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高周波電力が供給される下部電極と、該下部電極と対向して配置される上部電極との間の処理空間において電界を生じさせ、該電界に起因して生じるプラズマを用いて前記下部電極に載置された基板にプラズマ処理を施す基板処理装置において、
前記上部電極において前記処理空間とは反対側の上面に配置される複数の電磁石を備え、
各前記電磁石は前記基板の中心に対向する前記上部電極の中心に関して放射状に配置され、
各前記電磁石は棒状のヨークを有し、各前記ヨークは端部が前記上部電極と当接して前記上部電極の前記上面から林立するように配置され、
前記複数の電磁石は複数の電磁石群に分けられ、前記電磁石群毎に、各前記電磁石が発生する磁界の強度及び／又は前記電磁石の磁極が制御され、
一の前記電磁石群の各前記電磁石の前記のヨークの直径は、他の前記電磁石群の各前記電磁石の前記のヨークの直径と異なることを特徴とする基板処理装置。

【請求項2】

各前記電磁石の前記ヨークの側面には銅線が巻回され、
一の前記電磁石群の各前記電磁石の前記のヨークにおける前記銅線の巻回数は、他の前記電磁石群の各前記電磁石の前記のヨークにおける前記銅線の巻回数と異なることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。

【請求項3】

各前記電磁石は各前記ヨークの軸方向が鉛直となるように配置されることを特徴とする請求項１又は２記載の基板処理装置。

【請求項4】

前記複数の電磁石は第１の電磁石群、第２の電磁石群及び第３の電磁石群に分けられ、前記第１の電磁石群は前記基板の中央部に対向する前記電磁石からなり、前記第２の電磁石群は前記基板の周縁部に対向する前記電磁石からなり、前記第３の電磁石群は前記基板と対向せず、前記上部電極の中心に関して前記第２の電磁石群よりも外側に配置される前記電磁石からなり、
前記第１の電磁石群の各前記電磁石における前記処理空間側の磁極は同じであり、前記第２の電磁石群の各前記電磁石における前記処理空間側の磁極は同じであり、前記第３の電磁石群の各前記電磁石における前記処理空間側の磁極は同じであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理装置。

【請求項5】

前記第３の電磁石群の各前記電磁石の前記のヨークの直径は、前記第１の電磁石群及び前記第２の電磁石群の各前記電磁石の前記のヨークの直径よりも大きく、
前記第３の電磁石群の各前記電磁石の前記のヨークにおける前記銅線の巻回数は、前記第１の電磁石群及び前記第２の電磁石群の各前記電磁石の前記のヨークにおける前記銅線の巻回数よりも多いことを特徴とする請求項４記載の基板処理装置。

【請求項6】

前記第１の電磁石群及び前記第２の電磁石群では各前記電磁石が互いに等間隔で配置され、前記第３の電磁石群では各前記電磁石が前記上部電極の中心を中心とする円環状に配置されることを特徴とする請求項４又は５記載の基板処理装置。

【請求項7】

前記第３の電磁石群における前記電磁石の各々が発生する全磁束は、前記第１の電磁石群及び前記第２の電磁石群における前記電磁石の各々が発生する全磁束の８〜１２倍であることを特徴とする請求項６記載の基板処理装置。

【請求項8】

前記基板に施される前記プラズマ処理の内容に応じて各前記電磁石が発生させる磁界の磁場強度及び／又は前記電磁石の磁極を変更することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の基板処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁界を用いてプラズマ密度の分布を制御する基板処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電界が存在する処理空間において磁界を発生させてプラズマ密度の分布を制御する基板処理装置が知られている。この基板処理装置では、処理ガスが導入された処理空間において、電界及び磁界に起因して生じるローレンツ力によって電子がドリフト運動を行って処理ガスの分子や原子と衝突し、結果としてプラズマが発生する。

【0003】

例えば、従来のマグネトロンプラズマ処理装置は、チャンバーの外側においてリング状に配置される複数の異方性セグメント柱状磁石からなるダイポールリング磁石を備え、これら複数の異方性セグメント柱状磁石による磁化の方向を少しずつずらして全体として図１１に示すような一様な水平磁界Ｂを形成する（例えば、特許文献１参照。）。なお、図１１は、従来のマグネトロンプラズマ処理装置を上から見た図（平面図）であり、磁場方向の基端側をＮ、先端側をＳ、これらから９０°の位置をＥおよびＷで示している。

【0004】

しかしながら、このようなダイポールリング磁石によって形成される水平磁界Ｂは、図においてＮからＳの一方向のみを向いている水平磁場であり、また、このマグネトロンプラズマ処理装置では電界が上から下に向かって形成されているため、電子はローレンツ力によってＥからＷに向かってドリフト運動を行って進み、その結果、Ｅ側ではプラズマ密度が低く、Ｗ側でプラズマ密度が高いという不均一なプラズマ密度の分布が生じる。

【0005】

これに対応して、ダイポールリング磁石を周方向に沿って回転させて電子のドリフト運動の向きを変化させるが、実際にはダイポール磁石の回転だけでは広範囲にプラズマ密度の分布を均一にすることはできない。

【0006】

また、図１２に示すような回転磁石を備えた従来のマグネトロンエッチング装置も知られている。

【0007】

このマグネトロンエッチング装置１２０は、処理室１２１と、該処理室１２１内において上下方向に対向配置される上部電極１２２及び下部電極１２３と、上部電極１２２の上方且つ外に回転可能に配設された略円板状の磁石１２４と、上部電極１２２及び下部電極１２３の間の空間に高周波電力を供給する高周波電源１２５とを備え、処理室１２１内にはウエハＷが配置される（例えば、特許文献２参照。）。

【0008】

上部電極１２２の上方且つ外に設けられる磁石１２４は、処理室１２１内においてウエハＷの表面に沿う磁界Ｂを形成する。磁石１２４はモータ等の駆動機構（図示しない）によってウエハＷの表面と平行な水平面内において所望の回転速度で回転され、これによって処理室１２１内の空間に印加される電界Ｅと交叉する磁界Ｂが発生する。

【0009】

このマグネトロンエッチング装置１２０では、時間平均をとるとウエハＷの上方においてプラズマ密度が均一化されるが、瞬間毎ではプラズマ密度が依然として偏る。また、ローレンツ力に起因する荷電粒子、例えば、電子のドリフト運動により、ウエハＷの表面上のプラズマ密度及びエッチング速度（エッチングレート）は一方向に沿って減少し、電位（Ｖ_ＤＣ）は逆に増大する。つまり、プラズマ密度が不均一になると共に電位が不均一となって、ウエハＷの両端に各々正・負に分極した帯電領域が発生する（チャージアップ現象）。

【0010】

そこで、特許文献１や特許文献２におけるプラズマ密度の不均一を解消するために、処理空間においてウエハＷの中心に関して対称な磁界を発生させるプラズマ処理装置が本出願人によって提案されている。具体的には、図１３に示すように、プラズマ処理装置１３０では、ウエハＷに対向する処理室１３１の上面においてウエハＷの中心に関して多数の永久磁石１３２を複数の環状に配置し、各永久磁石１３２においてウエハＷに向かう磁極を調整して処理空間においてウエハＷの中心から放射状に分布する磁界Ｂを発生させる（例えば、特許文献３参照。）。これにより、電子はローレンツ力によってウエハＷの上方において該ウエハＷの中心に関して旋回するようにドリフト運動を行うため、一方向に沿ってプラズマ密度が単純に減少又は増加することがなく、プラズマはウエハＷの中心に関して対称に分布する。その結果、プラズマ密度の不均一が解消される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特許３３７５３０２号公報

【特許文献2】特許３０３７８４８号公報

【特許文献3】特許４１０７５１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

ところで、ウエハＷに施すプラズマ処理の条件を変更する際に、処理空間のプラズマ密度の分布が変化する場合がある。そのため、処理室内に発生する磁界の分布（磁束密度や磁束の向き）を変化させることで、プラズマ密度の偏りを補正する必要が生ずる場合もある。

【0013】

しかしながら、上記特許文献３に係るプラズマ処理装置では、磁界Ｂの発生に永久磁石１３２を用いるので、処理室内の磁束密度を変化させるためには、処理室に対する永久磁石１３２の位置の変更を必要とする。永久磁石１３２の位置の変更を行うには、例えば、磁石駆動機構の搭載等を行う必要があり、プラズマ処理装置の構成を複雑化させることとなる。また、処理室内の磁束の向きを変化させるためには、各磁石における処理室側の磁極の変更を必要とする。しかし、永久磁石１３２は自在に磁極を変更することができない。すなわち、上記特許文献３に係る永久磁石を用いた磁場を適用するプラズマ処理装置では、処理空間のプラズマ密度の分布の変化に対応した最適な磁場の分布を得ることが困難である。

【0014】

本発明の目的は、処理空間のプラズマ密度の分布が最適となるような磁界の分布を得ることができる基板処理装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0015】

上記目的を達成するために、請求項１記載の基板処理装置は、高周波電力が供給される下部電極と、該下部電極と対向して配置される上部電極との間の処理空間において電界を生じさせ、該電界に起因して生じるプラズマを用いて前記下部電極に載置された基板にプラズマ処理を施す基板処理装置において、前記上部電極において前記処理空間とは反対側の上面に配置される複数の電磁石を備え、各前記電磁石は前記基板の中心に対向する前記上部電極の中心に関して放射状に配置され、各前記電磁石は棒状のヨークを有し、各前記ヨークは端部が前記上部電極と当接して前記上部電極の前記上面から林立するように配置され、前記複数の電磁石は複数の電磁石群に分けられ、前記電磁石群毎に、各前記電磁石が発生する磁界の強度及び／又は前記電磁石の磁極が制御され、一の前記電磁石群の各前記電磁石の前記のヨークの直径は、他の前記電磁石群の各前記電磁石の前記のヨークの直径と異なることを特徴とする。
請求項２記載の基板処理装置は、請求項１記載の基板処理装置において、各前記電磁石の前記ヨークの側面には銅線が巻回され、一の前記電磁石群の各前記電磁石の前記のヨークにおける前記銅線の巻回数は、他の前記電磁石群の各前記電磁石の前記のヨークにおける前記銅線の巻回数と異なることを特徴とする。
請求項３記載の基板処理装置は、請求項１又は２記載の基板処理装置において、各前記電磁石は各前記ヨークの軸方向が鉛直となるように配置されることを特徴とする。

【0017】

請求項４記載の基板処理装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理装置において、前記複数の電磁石は第１の電磁石群、第２の電磁石群及び第３の電磁石群に分けられ、前記第１の電磁石群は前記基板の中央部に対向する前記電磁石からなり、前記第２の電磁石群は前記基板の周縁部に対向する前記電磁石からなり、前記第３の電磁石群は前記基板と対向せず、前記上部電極の中心に関して前記第２の電磁石群よりも外側に配置される前記電磁石からなり、前記第１の電磁石群の各前記電磁石における前記処理空間側の磁極は同じであり、前記第２の電磁石群の各前記電磁石における前記処理空間側の磁極は同じであり、前記第３の電磁石群の各前記電磁石における前記処理空間側の磁極は同じであることを特徴とする。
請求項５記載の基板処理装置は、請求項４記載の基板処理装置において、前記第３の電磁石群の各前記電磁石の前記のヨークの直径は、前記第１の電磁石群及び前記第２の電磁石群の各前記電磁石の前記のヨークの直径よりも大きく、前記第３の電磁石群の各前記電磁石の前記のヨークにおける前記銅線の巻回数は、前記第１の電磁石群及び前記第２の電磁石群の各前記電磁石の前記のヨークにおける前記銅線の巻回数よりも多いことを特徴とする。

【0018】

請求項６記載の基板処理装置は、請求項４又は５記載の基板処理装置において、前記第１の電磁石群及び前記第２の電磁石群では各前記電磁石が互いに等間隔で配置され、前記第３の電磁石群では各前記電磁石が前記上部電極の中心を中心とする円環状に配置されることを特徴とする。

【0019】

請求項７記載の基板処理装置は、請求項６記載の基板処理装置において、前記第３の電磁石群における前記電磁石の各々が発生する全磁束は、前記第１の電磁石群及び前記第２の電磁石群における前記電磁石の各々が発生する全磁束の８〜１２倍であることを特徴とする。

【0020】

請求項８記載の基板処理装置は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の基板処理装置において、前記基板に施される前記プラズマ処理の内容に応じて各前記電磁石が発生させる磁界の磁場強度及び／又は前記電磁石の磁極を変更することを特徴とする。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、基板処理装置の上部電極における処理空間とは反対側の上面に複数の電磁石が配置される。各電磁石は基板の中心に対向する上部電極の中心に関して放射状に配置されるので、処理空間において基板の中心から放射状に分布する磁界を発生させることができる。さらには、各電磁石へ流す電流の向きや大きさを制御することにより、発生させる磁界の磁場強度や磁束の向きを容易に制御することができる。その結果、処理空間のプラズマ密度の分布が最適となるような、磁界の分布を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の第１の実施の形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す図であり、図１（Ａ）は基板処理装置の断面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）中の白抜き矢印に沿って基板処理装置の上部電極を眺めた図である。

【図2】図１の基板処理装置において発生する電界及び磁界に起因する電子のドリフト運動を説明するための図であり、図２（Ａ）は図１の基板処理装置の断面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）中の白抜き矢印に沿って基板処理装置の上部電極を眺めた図である。

【図3】各電磁石の処理空間側の磁極と処理空間において発生する磁界の強度との関係を説明するための図である。

【図4】各電磁石の処理空間側の磁極と処理空間において発生する磁界の強度との関係を説明するための図である。

【図5】本発明の第２の実施の形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。

【図6】本実施の形態に係る基板処理装置がその一部を実行するＴＳＶ処理を説明するための工程図である。

【図7】本実施の形態に係る基板処理装置がその一部を実行するＴＳＶ処理を説明するための工程図である。

【図8】本発明の第３の実施の形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す図であり、図８（Ａ）は断面図であり、図８（Ｂ）は図８（Ａ）中の白抜き矢印に沿って基板処理装置の上部電極を眺めた図である。

【図9】図８の基板処理装置がウエハにエッチング処理を施した際のエッチレートを示すグラフであり、図９（Ａ）は処理空間において磁界を発生させない場合を示し、図９（Ｂ）は処理空間において放射状の磁界を発生させた場合を示す。

【図10】図８の基板処理装置において中央部対向群、周縁部対向群及び外側対向群における各電磁石の処理空間側の磁極を変更した場合の計算結果を説明するグラフであり、図１０（Ａ）はエッチレートの分布を示し、図１０（Ｂ）は磁束密度の分布を示す。

【図11】従来のマグネトロンプラズマ処理装置における水平磁場を示す図である。

【図12】従来のマグネトロンエッチング装置の構成を概略的に示す断面図である。

【図13】従来のプラズマ密度の不均一を解消するプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

【0026】

まず、本発明の第１の実施の形態に係る基板処理装置について説明する。

【0027】

図１は、本実施の形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す図であり、図１（Ａ）に基板処理装置の断面図を示す。図１（Ｂ）は図１（Ａ）中の白抜き矢印に沿って基板処理装置の上部電極を眺めた図である。本基板処理装置は、基板としての半導体デバイス用のウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）Ｗにプラズマ処理、例えば、ドライエッチング処理を施す。

【0028】

図１（Ａ）において、基板処理装置１０は、例えば、直径が３００ｍｍのウエハＷを収容する円筒状のチャンバ１１（処理室）を有し、該チャンバ１１内にはウエハＷを載置する円柱状のサセプタ１２（下部電極）が下方に配置され、該サセプタ１２に対向するチャンバ１１の天井部は上部電極１３を構成し、サセプタ１２及び上部電極１３は間に処理空間Ｓを構成する。

【0029】

基板処理装置１０では、不図示の排気装置によって減圧された処理空間Ｓにおいてプラズマを生じさせて該プラズマによってサセプタ１２に載置されたウエハＷにプラズマ処理を施す。

【0030】

チャンバ１１内のサセプタ１２には第１の高周波電源１４が第１の整合器１５を介して接続されるとともに第２の高周波電源１６が第２の整合器１７を介して接続され、第１の高周波電源１４は高い周波数、例えば、６０ＭＨｚの高周波電力をサセプタ１２に供給し、第２の高周波電源１６は低い周波数、例えば、３．２ＭＨｚの高周波電力をサセプタ１２に供給する。これにより、サセプタ１２は下部電極として機能する。また、第１の整合器１５及び第２の整合器１７はインピーダンスを調整して高周波電力のサセプタ１２への供給効率を最大にする。

【0031】

サセプタ１２の上部周縁部には、該サセプタ１２の中央部分が図中上方へ向けて突出するように、段差が形成される。該サセプタ１２の中央部分の先端には静電電極板を内部に有するセラミックスからなる静電チャック（図示しない）が配置されている。静電チャックはクーロン力又はジョンソン・ラーベック力によってウエハＷを吸着保持する。

【0032】

サセプタ１２の上部周縁部における段差には、静電チャックに吸着保持されたウエハＷを囲うように、フォーカスリング１８がサセプタ１２の段差へ載置される。フォーカスリング１８は珪素（Ｓｉ）又は炭化珪素（ＳｉＣ）からなり、処理空間Ｓにおけるプラズマの分布域をウエハＷ上だけでなく該フォーカスリング１８上まで拡大させることができる。サセプタ１２と処理空間Ｓを挟んで対向するチャンバ１１の天井部には処理ガス導入管１９が接続され、該処理ガス導入管１９は処理ガスを処理空間Ｓへ導入する。

【0033】

基板処理装置１０では、処理ガスが処理ガス導入管１９から処理空間Ｓへ導入され、第１及び第２の高周波電源１４、１６からサセプタ１２へ供給される高周波電力によって処理空間Ｓにおいて図中白抜き矢印方向、すなわち、サセプタ１２から上部電極１３へ向かう電界Ｅが発生する。電界Ｅは導入された処理ガスの分子や原子を励起してプラズマを生じさせる。このとき、プラズマ中のラジカルは浮遊してウエハＷへ移動し、プラズマ中の陽イオンは、第１及び第２の高周波電源１４、１６がサセプタ１２に供給する高周波電力によってウエハＷに向けて引きこまれ、該ウエハＷにプラズマ処理が施される。

【0034】

また、基板処理装置１０は、上部電極１３において処理空間Ｓとは反対側の上面１３ａにおいて略放射状に配置される多数の電磁石２０を備える。各電磁石２０は、鉄心からなる棒状のヨーク２０ａと、該ヨーク２０ａの側面に巻回されて両端が引き出される導線からなるコイル２０ｂとを有する。コントローラ（図示せず）によって電磁石２０のコイル２０ｂへ流す電流の値や電流の向きを制御して、該電磁石２０が発生する全磁束や磁束の向きを任意に変化させることができる。

【0035】

基板処理装置１０では、図１（Ｂ）に示すように、多数の電磁石２０は、ウエハＷの中心に対向する電磁石２０からなる中央部対向群２１（第１の電磁石群）と、ウエハＷの中心に対向する上部電極１３の中心Ｃ（以下、「上部電極中心Ｃ」という。）に関して円環状に配置され、且つウエハＷの周縁部に対向する複数の電磁石２０からなる周縁部対向群２２（第２の電磁石群）と、上部電極中心Ｃに関して円環状に配置され、且つ周縁部対向群２２よりも外側に配置されてウエハＷとは対向しない複数の電磁石２０からなる外側対向群２３（第３の電磁石群）とに分けられる。基板処理装置１０では、周縁部対向群２２の各電磁石２０における処理空間Ｓ側の磁極が全て同じとなるように各電磁石２０のコイル２０ｂへ流す電流の向きが制御され、外側対向群２３の各電磁石２０における処理空間Ｓ側の磁極が全て同じとなるように各電磁石２０のコイル２０ｂへ流す電流の向きが制御される。

【0036】

本実施の形態では、図中では中央部対向群２１が１つの電磁石２０からなるが、ウエハＷの中心に対向する上部電極中心Ｃに関して円環状に配置される複数の電磁石２０からなってもよい。

【0037】

なお、図１（Ａ）中の白抜き矢印に沿って基板処理装置１０の上部電極１３を処理空間Ｓ側から眺めた場合、上部電極１３は透過性を有さないため、本来であれば、上部電極１３の上面１３ａに配置される各電磁石２０を見ることはできないが、図中では各電磁石２０の配置の説明を容易にするために、本実施の形態では、上部電極１３が透過性を有するものとし、各電磁石２０の配置が上部電極１３を透して視認できるものとしており、後述する図２（Ｂ）や図８（Ｂ）においても同様である。

【0038】

図２は、図１の基板処理装置において発生する電界及び磁界に起因する電子のドリフト運動を説明するための図であり、図２（Ａ）は図１の基板処理装置の断面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）中の白抜き矢印に沿って基板処理装置の上部電極を眺めた図である。

【0039】

基板処理装置１０では、例えば、図２（Ａ）に示すように、中央部対向群２１における電磁石２０の処理空間Ｓ側の磁極をＮ極に設定し、周縁部対向群２２及び外側対向群２３における各電磁石２０の処理空間Ｓ側の磁極をＳ極に設定すると、中央部対向群２１から周縁部対向群２２や外側対向群２３に向けて放射状に磁界Ｂが発生する。このとき、上述したように、処理空間Ｓには電界Ｅが発生しているので、処理空間Ｓ中の電子は電界Ｅ及び磁界Ｂに起因するローレンツ力を受けてドリフトする。具体的には、図２（Ｂ）において手前から奥に向けて電界Ｅが発生し、且つ上部電極中心Ｃに関して放射状に磁界Ｂが発生するので、電子はフレミング左手の法則に従い、上部電極中心Ｃを中心とする円周の接線方向に加速度を受けて上部電極中心Ｃを中心に円状の電子軌跡Ｄに沿って旋回する。このとき、旋回する電子は処理空間Ｓ中の処理ガスの分子や原子と衝突してプラズマを生成する。その結果、円状の電子軌跡Ｄに沿って円環状のプラズマが発生する。

【0040】

ところで、電界及び磁界による電子のドリフト運動の速度ν_ｇＥ は下記式（１）で示される。
ν_ｇＥ ＝ Ｅ／Ｂ … （１）
上記式（１）によれば、電界Ｅの強さが一定であるとすると、磁界Ｂの強度（磁場強度）が大きいほど電子のドリフト運動の速度は低下する。電子のドリフト運動の速度は低下すると、電子が或る箇所に滞在する時間が長くなるため、当該箇所において電子密度が上昇する。その結果、電子と処理ガスの分子や原子との衝突機会が増加するため、当該箇所においてプラズマ密度が上昇する。すなわち、電磁石２０によって或る箇所の磁場強度を大きくすると、当該箇所のプラズマ密度を高くすることができる。

【0041】

したがって、中央部対向群２１、周縁部対向群２２及び外側対向群２３における各電磁石２０の処理空間Ｓ側の磁極を調整することにより、処理空間Ｓにおいて発生する磁界Ｂの形態を変化させて所望の箇所に磁場強度の大きい部分を作り出し、当該所望の箇所のプラズマ密度を高くすることができる。

【0042】

図３及び図４は、各電磁石の処理空間側の磁極と処理空間において発生する磁界の強度との関係を説明するための図である。

【0043】

図３（Ａ）は、中央部対向群２１における電磁石２０の処理空間Ｓ側の磁極をＮ極に設定し、周縁部対向群２２における各電磁石２０の処理空間Ｓ側の磁極をＳ極に設定し、且つ外側対向群２３における各電磁石２０のコイル２０ｂへ通電せずに磁束を発生させない場合を示す。

【0044】

この場合、磁界Ｂが中央部対向群２１から周縁部対向群２２へ向けて発生し、中央部対向群２１及び周縁部対向群２２の間において磁場強度が最大となるため、中央部対向群２１及び周縁部対向群２２の間においてプラズマ密度を高くすることができる。

【0045】

図３（Ｂ）は、中央部対向群２１における電磁石２０のコイル２０ｂへ通電せずに磁束を発生させず、周縁部対向群２２における各電磁石２０の処理空間Ｓ側の磁極をＳ極に設定し、且つ外側対向群２３における各電磁石２０の処理空間Ｓ側の磁極をＮ極に設定する場合を示す。

【0046】

この場合、磁界Ｂが外側対向群２３から周縁部対向群２２へ向けて発生し、外側対向群２３及び周縁部対向群２２の間において磁場強度が最大となるため、外側対向群２３及び周縁部対向群２２の間においてプラズマ密度を高くすることができる。

【0047】

図３（Ｃ）は、中央部対向群２１における電磁石２０の処理空間Ｓ側の磁極をＮ極に設定し、周縁部対向群２２における各電磁石２０の処理空間Ｓ側の磁極をＳ極に設定し、且つ外側対向群２３における各電磁石２０の処理空間Ｓ側の磁極をＮ極に設定する場合を示す。

【0048】

この場合、磁界Ｂが中央部対向群２１から周縁部対向群２２へ向けて発生するとともに外側対向群２３から周縁部対向群２２へ向けて発生し、中央部対向群２１及び周縁部対向群２２の間、並びに外側対向群２３及び周縁部対向群２２の間において磁場強度が比較的大きくなるため、中央部対向群２１及び周縁部対向群２２の間、並びに外側対向群２３及び周縁部対向群２２の間においてプラズマ密度を高くすることができる。

【0049】

図４（Ａ）は、中央部対向群２１における電磁石２０の処理空間Ｓ側の磁極をＮ極に設定し、周縁部対向群２２における各電磁石２０の処理空間Ｓ側の磁極をＳ極に設定し、且つ外側対向群２３における各電磁石２０の処理空間Ｓ側の磁極をＳ極に設定する場合を示す。

【0050】

この場合、磁界Ｂが中央部対向群２１から周縁部対向群２２や外側対向群２３へ向けて発生し、中央部対向群２１及び周縁部対向群２２の間において磁界Ｂが重畳されるために磁場強度が最大となるとともに、外側対向群２３及び周縁部対向群２２の間において磁場強度が比較的大きくなるため、中央部対向群２１及び周縁部対向群２２の間、並びに外側対向群２３及び周縁部対向群２２の間においてプラズマ密度を高くすることができる。なお、プラズマ密度は磁場強度に応じて変化するため、外側対向群２３及び周縁部対向群２２の間におけるプラズマ密度よりも中央部対向群２１及び周縁部対向群２２の間におけるプラズマ密度の方が高い。

【0051】

図４（Ｂ）は、中央部対向群２１における電磁石２０の処理空間Ｓ側の磁極をＮ極に設定し、周縁部対向群２２における各電磁石２０の処理空間Ｓ側の磁極をＮ極に設定し、且つ外側対向群２３における各電磁石２０の処理空間Ｓ側の磁極をＳ極に設定する場合を示す。

【0052】

この場合、磁界Ｂが中央部対向群２１や周縁部対向群２２から外側対向群２３へ向けて発生し、外側対向群２３及び周縁部対向群２２の間において磁界Ｂが重畳されるために磁場強度が最大となるとともに、中央部対向群２１及び周縁部対向群２２の間において磁場強度が比較的大きくなるため、中央部対向群２１及び周縁部対向群２２の間、並びに外側対向群２３及び周縁部対向群２２の間においてプラズマ密度を高くすることができる。なお、この場合では、中央部対向群２１及び周縁部対向群２２の間におけるプラズマ密度よりも外側対向群２３及び周縁部対向群２２の間におけるプラズマ密度の方が高い。

【0053】

図４（Ｃ）は、中央部対向群２１における電磁石２０の処理空間Ｓ側の磁極をＮ極に設定し、周縁部対向群２２における各電磁石２０のコイル２０ｂへ通電せずに磁束を発生させず、且つ外側対向群２３における各電磁石２０の処理空間Ｓ側の磁極をＳ極に設定する場合を示す。

【0054】

この場合、磁界Ｂが中央部対向群２１から外側対向群２３へ向けて発生し、中央部対向群２１及び外側対向群２３の間、具体的には周縁部対向群２２の対向部において磁場強度が最大となるため、周縁部対向群２２の対向部においてプラズマ密度を高くすることができる。

【0055】

本実施の形態に係る基板処理装置１０によれば、上部電極１３において処理空間Ｓとは反対側の上面１３ａにおいて略放射状に配置される複数の電磁石２０を備えるので、処理空間においてウエハＷの中心から放射状に分布する磁界Ｂを発生させることができるとともに、各電磁石２０へ流す電流の向きや大きさを変化させることにより、発生させる磁界Ｂの磁束密度や磁束の向きを容易に制御することができる。その結果、処理空間のプラズマ密度の分布が最適となるような磁界の分布を得ることができる。

【0056】

処理空間Ｓにおけるプラズマ密度の分布は、プラズマ処理の内容、例えば、処理ガスの種類や高周波電力のパワー、周波数に応じて変わるが、基板処理装置１０を用いることにより、所望のプラズマ密度の分布を実現することができる。例えば、処理空間Ｓにおいて均一なプラズマ密度の分布を実現したい場合において、電界Ｅのみによって発生するプラズマ密度の分布が処理空間Ｓの中央部においてプラズマ密度が高くなる分布であれば、上述した図３（Ｂ）や図４（Ｂ）の場合のように、外側対向群２３及び周縁部対向群２２の間において磁場強度を最大にして外側対向群２３及び周縁部対向群２２の間においてプラズマ密度を高くすればよい。これにより、電界Ｅのみによって発生するプラズマ密度の分布（処理空間Ｓの中央部で密）、及び磁界Ｂによって発生するプラズマ密度の分布（処理空間Ｓの周縁部で密）が重畳されて均一なプラズマ密度の分布を実現することができる。

【0057】

また、電界Ｅのみによって発生するプラズマ密度の分布が処理空間Ｓの周縁部においてプラズマ密度が高くなる分布であれば、上述した図３（Ａ）や図４（Ａ）の場合のように、中央部対向群２１及び周縁部対向群２２の間において磁場強度を最大にして中央部対向群２１及び周縁部対向群２２の間においてプラズマ密度を高くすればよい。これにより、電界Ｅのみによって発生するプラズマ密度の分布（処理空間Ｓの周縁部で密）、及び磁界Ｂによって発生するプラズマ密度の分布（処理空間Ｓの中央部で密）が重畳されて均一なプラズマ密度の分布を実現することができる。

【0058】

すなわち、基板処理装置１０では、ウエハＷに施されるプラズマ処理の条件に応じて各電磁石２０が発生させる磁界の磁場強度及び／又は電磁石２０の磁極を変更することにより、ウエハＷに施すプラズマ処理の条件を変更する際、磁界Ｂの発生条件を制御して変更前及び変更後のプラズマ処理条件のそれぞれに最適なプラズマ密度の分布を実現することができる。

【0059】

次に、本発明の第２の実施の形態に係る基板処理装置について説明する。

【0060】

本実施の形態は、その構成、作用が上述した第１の実施の形態と基本的に同じであるので、重複した構成、作用については説明を省略し、以下に異なる構成、作用についての説明を行う。

【0061】

図５は、本実施の形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。

【0062】

図５において、基板処理装置２４は、高周波電力を供給する３つの高周波電源を備える。具体的には、サセプタ１２に第１の高周波電源２５が第１の整合器２６を介して接続され、第２の高周波電源２７が第２の整合器２８を介して接続され、且つ第３の高周波電源２９が第３の整合器３０を介して接続され、第１の高周波電源２５は例えば、４０ＭＨｚの高周波電力をサセプタ１２に供給し、第２の高周波電源２７は例えば、１００ＭＨｚの高周波電力をサセプタ１２に供給し、且つ第３の高周波電源２９は例えば、３．２ＭＨｚの高周波電力をサセプタ１２に供給する。

【0063】

基板処理装置２４では、プラズマ処理の条件に応じて、第１の高周波電源２５、第２の高周波電源２７及び第３の高周波電源２９からサセプタ１２に高周波電力を供給する。なお、サセプタ１２へは３つの高周波電源２５、２７、２９から高周波電力が供給されなくてもよく、例えば、３つの高周波電源２５、２７、２９のうちから選択された１つ又は２つの高周波電源から高周波電力が供給されてもよい。本実施の形態では３つの高周波電源２５、２７、２９がサセプタ１２に接続されているが、サセプタ１２には４つ以上の高周波電源が接続されていてもよく、さらに、サセプタ１２に高周波電源が接続されることがなく、上部電極へ高周波電源が接続されて該上部電極から高周波電力が処理空間Ｓに供給されてもよい。

【0064】

ところで、例えば、特開２００７−２６６５３３号公報において開示されるように、サセプタ等の下部電極に高周波電力を供給して低圧下で高密度のプラズマを生成する際、近年の加工微細化要求に対応するために高周波電力の周波数が高くなると、当該高周波電力によって生じる高周波電流が上部電極や下部電極の中心部に集まり、処理空間に生成されるプラズマ密度も処理空間の中央部が処理空間の周縁部より高くなり、その結果、ウエハＷに施されるプラズマ処理の面内均一性が低下するという問題がクローズアップされてきている。

【0065】

本実施の形態では、上述の高周波電源の周波数が高くなる場合に生ずるプラズマ密度の不均一な分布に対応するために、サセプタ１２へ供給される高周波電力の周波数に応じて各電磁石２０を制御して発生させる磁界の磁場強度及び／又は電磁石２０の磁極を変化させる。

【0066】

例えば、第２の高周波電源２７が１００ＭＨｚの高周波電力をサセプタ１２に供給する場合、処理空間Ｓでは中央部で密なプラズマ密度分布が生じるが、これに対応して、例えば、上述した図３（Ｂ）や図４（Ｂ）の場合のように、周縁部対向群２２における各電磁石２０の処理空間Ｓ側の磁極をＳ極に設定し、且つ外側対向群２３における各電磁石２０の処理空間Ｓ側の磁極をＮ極に設定するか、若しくは、中央部対向群２１における電磁石２０の処理空間Ｓ側の磁極をＮ極に設定し、周縁部対向群２２における各電磁石２０の処理空間Ｓ側の磁極をＮ極に設定し、且つ外側対向群２３における各電磁石２０の処理空間Ｓ側の磁極をＳ極に設定する。これにより、外側対向群２３及び周縁部対向群２２の間において磁場強度が最大となる磁界Ｂを発生させることができ、該磁界Ｂによって処理空間Ｓの周縁部で密なプラズマ密度分布を生じさせることができる。

【0067】

その結果、処理空間Ｓにおいて中央部で密なプラズマ密度分布と、周縁部で密なプラズマ密度分布とを重畳することができ、処理空間Ｓにおいて均一なプラズマ密度の分布を実現することができる。

【0068】

第１の高周波電源２５が４０ＭＨｚの高周波電力をサセプタ１２に供給する場合、処理空間Ｓでは比較的均一なプラズマ密度分布が生じるため、該プラズマ密度分布を磁界Ｂによって乱さないように、中央部対向群２１、周縁部対向群２２及び外側対向群２３における全ての電磁石２０のコイル２０ｂに通電しないことによって磁界Ｂを生じさせない。

【0069】

本実施の形態に係る基板処理装置２４によれば、第２の高周波電源２７が１００ＭＨｚの高周波電力をサセプタ１２に供給する場合、外側対向群２３及び周縁部対向群２２の間において磁場強度が最大となる磁界Ｂを発生させ、第１の高周波電源２５が４０ＭＨｚの高周波電力をサセプタ１２に供給する場合、全ての電磁石２０のコイル２０ｂに通電しないことによって磁界Ｂを生じさせないので、サセプタ１２へ供給される高周波電力の周波数にかかわらず、処理空間Ｓにおいて均一なプラズマ密度分布を実現することができ、もって、プラズマ処理におけるウエハＷの面内均一性が低下するのを防止することができる。

【0070】

上述した基板処理装置２４では、第３の高周波電源２９は３．２ＭＨｚの高周波電力をサセプタ１２に供給したが、第３の高周波電源２９は１３ＭＨｚの高周波電力をサセプタ１２に供給してもよい。

【0071】

次に、本発明の第３の実施の形態に係る基板処理装置について説明する。

【0072】

本実施の形態は、その構成、作用が上述した第１の実施の形態と基本的に同じであるので、重複した構成、作用については説明を省略し、以下に異なる構成、作用についての説明を行う。

【0073】

図６及び図７は、本実施の形態に係る基板処理装置がその一部を実行するＴＳＶ（Through Silicon Via）処理を説明するための工程図である。ＴＳＶ処理とは、半導体デバイスを構成するために積層されるチップ間の電気的な接続を得るために、チップのシリコン層に貫通ビアを形成して、立体的な配線構造を得るための処理方法である。

【0074】

まず、ウエハＷの表面にトランジスタ３１を形成し、該トランジスタ３１が形成されたウエハＷ上にさらに層間絶縁膜３２を形成する（図６（Ａ））。

【0075】

次いで、層間絶縁膜３２上に配線構造３３を形成する。この配線構造３３では、層間絶縁膜３２上に配線層３４及び絶縁膜３５が交互に複数層に亘って積層されるとともに、絶縁膜３５を貫通して上下の配線層３４間を電気的に接続する配線を実現するためのビアホール３６が形成される（図６（Ｂ））。

【0076】

次いで、ウエハＷを上下反転させて光反応性の接着剤Ｇを介してサポートウエハＳＷと貼り合わせることによって貼り合わせウエハＬＷを構成する。サポートウエハＳＷは、ウエハＷの裏面Ｗｂを研削して薄化したときに、該薄化されたウエハＷを補強して反りを防ぐ支持体となる基板であり、例えば、厚さが数１０μｍのシリコン板又は石英ガラスからなる。さらに、貼り合わせウエハＬＷを、例えば、研削装置に備えられたサポートに支持させてウエハＷの裏面Ｗｂを、研削前の厚さＴ１が所定厚さＴ２、例えば、５０〜２００μｍになるまで研削する（図６（Ｃ））。

【0077】

次いで、ウエハＷの裏面Ｗｂにレジスト（図示しない）を塗布し、さらに露光・現像することによってビアホール形成用のレジストパターン（図示しない）を形成し、該貼り合わせウエハＬＷへ、後述する基板処理装置３９によってドライエッチング処理を施して、例えば、直径が１〜１０μｍのビアホールＶを形成する。さらに、貼り合わせウエハＬＷの裏面Ｗｂに残存するレジストを後述する基板処理装置３９が実行するアッシング処理によって除去する（図７（Ａ））。なお、ビアホールＶの深さは、ウエハＷの裏面Ｗｂを研削して薄化した後のウエハＷの基体自体の厚さに相当し、例えば、５０〜２００μｍである。

【0078】

次いで、ビアホールＶの内周面に、例えば、ポリイミドからなる絶縁膜３７を形成し、内周面が絶縁膜３７で被覆されたビアホールＶ内に、例えば、電解めっき法によって貫通電極３８を形成する（図７（Ｂ））。

【0079】

次いで、例えば、紫外光（ＵＶ光）を照射することによって接着剤Ｇの接着力を低下させた後、サポートウエハＳＷをウエハＷから剥がすことにより、薄化され且つ貫通電極３８が形成されたウエハＷからなるチップＰを得ることができる（図７（Ｃ））。

【0080】

図８は、本実施の形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す図であり、図８（Ａ）は断面図であり、図８（Ｂ）は図８（Ａ）中の白抜き矢印に沿って基板処理装置の上部電極を眺めた図である。本基板処理装置は、ウエハにプラズマ処理、例えば、上述した図６及び図７のＴＳＶ処理におけるドライエッチング処理やアッシング処理を施す。

【0081】

図８（Ａ）において、基板処理装置３９は、上部電極１３の上面１３ａに配置される２種類の多数の電磁石４０及び電磁石４１を備える。各電磁石４０は、円棒状のヨーク４０ａと、該ヨーク４０ａの側面に巻回されるコイル４０ｂとを有し、各電磁石４１も、電磁石４０と同様に、円棒状のヨーク４１ａと、該ヨーク４１ａの側面に巻回されるコイル４１ｂとを有する。

【0082】

電磁石４０において、ヨーク４０ａは直径が６．５〜７．５ｍｍの鉄心からなり、側面に銅線が１８０〜２００回ほど巻回されてコイル４０ｂが構成される。また、電磁石４１において、ヨーク４１ａは直径が２６〜２８ｍｍの鉄心からなり、側面に銅線が１３００〜１５００回ほど巻回されてコイル４１ｂが構成される。

【0083】

電磁石４０や電磁石４１ではコイル４０ｂ又はコイル４１ｂへ流す電流の値や電流の向きを制御することにより、電磁石４０や電磁石４１が発生する全磁束や磁束の向きを変化させることができる。

【0084】

一般に電磁石が発生させる全磁束は下記式（２）で示される。
全磁束 ＝ 起磁力／磁気抵抗 … （２）
全磁束は鉄心であるヨークの一端から生じる全ての磁力線の量であり、単位はＷｂ（ウェーバ）で示され、起磁力はいわゆる磁気回路において磁束を発生させる力であり、単位はＡＴ（アンペアターン）で示される。起磁力は、具体的にヨークに巻回されたコイルの巻回数と、該コイルに流れる電流の積で示される。したがって、コイルの巻回数が多くなり、該コイルに流れる電流の値が大きいほど、起磁力は大きくなる。また、磁気抵抗は磁気回路において磁束の流れにくさを表す指標であり、下記式（３）で示される。
磁気抵抗 ＝ 磁路長／（透磁率×磁路断面積） … （３）
磁路長はヨークの長さであり、透磁率はヨークの透磁率であり、磁路断面積はヨークの断面積である。したがって、ヨークが長くなり、ヨークの直径が小さくなるほど、磁気抵抗は大きくなる。

【0085】

電磁石４０及び電磁石４１に関し、ヨーク４０ａ及びヨーク４１ａの長さは同じであり、ヨーク４０ａ及びヨーク４１ａの透磁率は同じであり、コイル４０ｂ及びコイル４１ｂに流れる電流の値はほぼ同じ（コイル４０ｂにはピークで０．７８Ａの電流が流れ、コイル４１ｂにはピークで０．７０Ａの電流が流れる）であるが、コイル４１ｂの巻回数がコイル４０ｂの巻回数よりも多いので、電磁石４１の起磁力が電磁石４０の起磁力よりも大きく、ヨーク４１の直径がヨーク４０の直径よりも大きいので、電磁石４１の磁気抵抗が電磁石４０の磁気抵抗よりも小さくなる。したがって、電磁石４１が発生する全磁束は電磁石４０が発生する全磁束よりも大きくなり、具体的に、電磁石４１が発生する全磁束は電磁石４０が発生する全磁束の８〜１２倍となる。

【0086】

基板処理装置３９では、図８（Ｂ）に示すように、電磁石４０及び電磁石４１は、ウエハＷの中心に対向する複数の電磁石４０からなる中央部対向群４２（第１の電磁石群）と、該中央部対向群４２を囲むように配置される複数の電磁石４０からなる周縁部対向群４３（第２の電磁石群）と、上部電極中心Ｃに関して円環状に配置され、且つ周縁部対向群４３よりも外側に配置されてウエハＷとは対向しない複数の電磁石４１からなる外側対向群４４（第３の電磁石群）とに分けられる。中央部対向群４２及び周縁部対向群４３において、各電磁石４０は上部電極１３の半径方向及び周方向のそれぞれに関して互いに等間隔で配置され、且つ略放射状に配列される。また、外側対向群４４では各電磁石４１が上部電極１３の周方向に沿って一重環状に配列される。なお、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）において、中央部対向群４２の各電磁石４０を破線で示す。

【0087】

中央部対向群４２は上部電極中心Ｃからその中心までの距離が７４．４ｍｍ（図８（Ｂ）中にＬ_１で示す）以下の複数の電磁石４０から構成され、周縁部対向群４３は上部電極中心Ｃからその中心までの距離が７４．４ｍｍより大、且つ１４８．８ｍｍ（図８（Ｂ）中にＬ_２で示す）以下の複数の電磁石４０から構成され、外側対向群４４は上部電極中心Ｃからその中心までの距離Ｌ_３が１９０ｍｍ（図８（Ｂ）中にＬ_３で示す）の複数の電磁石４１から構成される。

【0088】

中央部対向群４２及び周縁部対向群４３では各電磁石４０における処理空間Ｓ側の磁極が全て同じとなるように各電磁石４０のコイル４０ｂへ流す電流の向きが設定され、外側対向群４４では各電磁石４１における処理空間Ｓ側の磁極が全て同じとなるように各電磁石４１のコイル４１ｂへ流す電流の向きが設定される。

【0089】

ところで、処理ガスとしてフッ素含有ガス及び酸素ガスの混合ガス、例えば、ＳＦ_６ガス及びＯ_２ガスの混合ガスを用い、該処理ガスからプラズマを発生させてＴＳＶ処理をウエハＷに施す場合、処理空間Ｓの中央部のプラズマ密度が処理空間Ｓの周縁部のプラズマ密度より高くなり、結果として、図９（Ａ）のグラフに示すように、ウエハＷの中央部のエッチレートがウエハＷの周縁部のエッチレートよりも高くなることが知られている。

【0090】

本実施の形態に係る基板処理装置３９では、これに対応して、中央部対向群４２における電磁石４０の処理空間Ｓ側の磁極をＮ極に設定し、周縁部対向群４３における各電磁石４０の処理空間Ｓ側の磁極及び外側対向群４４における各電磁石４０の処理空間Ｓ側の磁極をＳ極に設定する。

【0091】

この場合、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すように、中央部対向群４２から周縁部対向群４３や外側対向群４４に向けて放射状に磁界Ｂが発生する。発生する磁界Ｂとしては、上述したように、外側対向群４４における各電磁石４１が発生する全磁束が、中央部対向群４２や周縁部対向群４３における各電磁石４０が発生する全磁束よりも大きいため、処理空間Ｓの中央部の磁場強度よりも処理空間Ｓの周縁部の磁場強度が大きい磁界Ｂとなり、ほぼ外側対向群４４の近傍、すなわち、処理空間Ｓの周縁部で磁場強度が最大の磁界Ｂとなる（後述する図１０（Ｂ）参照。）。

【0092】

このとき、第１の高周波電源１４がサセプタ１２へ供給する高周波電力によって図８（Ｂ）において手前から奥に向けて電界Ｅが発生しているので、電子はフレミング左手の法則に従い、上部電極中心Ｃを中心に円状の電子軌跡Ｄに沿って旋回するが、処理空間Ｓの周縁部で磁場強度が最大となるため、処理空間Ｓの周縁部で数多くの電子が旋回し、結果として、処理空間Ｓの周縁部で多くのプラズマが生成されてプラズマ密度が高くなる。これにより、エッチング処理に付随して発生するプラズマ密度の分布（処理空間Ｓの中央部で密）、及び基板処理装置３９が発生させる磁界Ｂによって発生するプラズマ密度の分布（処理空間Ｓの周縁部で密）が重畳されて均一なプラズマ密度の分布を実現することができる。

【0093】

図９（Ｂ）は、図８の基板処理装置３９が磁界Ｂを発生させつつ、ウエハＷへエッチング処理を施した際のエッチングレート分布のグラフを示す。

【0094】

図９（Ｂ）のグラフが示すように、エッチング処理の際に基板処理装置３９が中央部対向群４２における電磁石４０の処理空間Ｓ側の磁極をＮ極に設定し、周縁部対向群４３における各電磁石４０の処理空間Ｓ側の磁極及び外側対向群４４における各電磁石４０の処理空間Ｓ側の磁極をＳ極に設定して磁界Ｂを発生させると、ウエハＷの前面においてほぼ均一なエッチレートを実現することができる。

【0095】

図１０は、基板処理装置３９において中央部対向群４２、周縁部対向群４３及び外側対向群４４における各電磁石４０、電磁石４１の処理空間Ｓ側の磁極を変更した場合の計算結果を説明するグラフであり、図１０（Ａ）はエッチレートの分布を示し、図１０（Ｂ）は磁束密度の分布を示す。

【0096】

細破線は全ての電磁石４０、電磁石４１が磁束を発生しない場合を示す（比較例１）。細実線は、中央部対向群４２の各電磁石４０の処理空間Ｓ側の磁極をＮ極に設定し、周縁部対向群４３の各電磁石４０の処理空間Ｓ側の磁極をＳ極に設定し、且つ外側対向群４４の各電磁石４１が磁束を発生しない場合を示す（比較例２）。太破線は、中央部対向群４２の各電磁石４０の処理空間Ｓ側の磁極をＮ極に設定し、周縁部対向群４３の各電磁石４０は磁束を発生せず、且つ外側対向群４４の各電磁石４１の処理空間Ｓ側の磁極をＳ極に設定した場合を示す（実施例１）。太実線は、中央部対向群４２の各電磁石４０の処理空間Ｓ側の磁極をＮ極に設定し、周縁部対向群４３の各電磁石４０の処理空間Ｓ側の磁極をＳ極に設定し、且つ外側対向群４４の各電磁石４１の処理空間Ｓ側の磁極をＳ極に設定した場合を示す（実施例２）。

【0097】

図１０（Ｂ）のグラフにおける実施例１及び実施例２より、中央部対向群４２の各電磁石４０の処理空間Ｓ側の磁極をＮ極に設定し、且つ外側対向群４４の各電磁石４１の処理空間Ｓ側の磁極をＳ極に設定すれば、処理空間Ｓの周縁部、具体的には、ウエハＷのやや外側であるウエハＷの中心から１５０〜１６０ｍｍの範囲で磁場強度（各グラフでは磁束密度で代用して示す）が最大となる磁界Ｂを得られることが分かった。

【0098】

また、実施例１及び実施例２に示すように、ウエハＷの面内においてほぼ均一なエッチレートを実現することができたのは、外側対向群４４をウエハＷと対向しない場所、具体的には、ウエハＷの外側に設けたので、ウエハＷのやや外側で磁場強度が最大となる磁界Ｂを得ることができ、もって、処理空間ＳにおけるウエハＷの対向する部分の全域に亘ってプラズマ密度をほぼ均一にすることできたためと推察された。

【0099】

また、実施例２において磁場強度が、処理空間Ｓの中心（ウエハＷの中心）から処理空間Ｓの周縁部（ウエハＷの中心から１５０〜１６０ｍｍの範囲）にかけて滑らかに立ち上がらず、特に周縁部対向群４３に対向する部分（ウエハＷの中心から７０〜１００ｍｍの範囲）において段差を形成するのは、周縁部対向群４３の各電磁石４０の処理空間Ｓ側の磁極と、外側対向群４４の各電磁石４１の処理空間Ｓ側の磁極とが同じＳ極であり、周縁部対向群４３の各電磁石４０から発生する磁束と外側対向群４４の各電磁石４１から発生する磁束が打ち消しあったためであると推察された。

【0100】

本実施の形態に係る基板処理装置３９によれば、上部電極１３の上面１３ａに配置される２種類の多数の電磁石４０及び電磁石４１は、ウエハＷの中心に対向する中央部対向群４２と、該中央部対向群４２を囲む周縁部対向群４３と、周縁部対向群４３よりも外側に配置されてウエハＷとは対向しない外側対向群４４とに分けられ、処理空間Ｓの中央部の磁場強度よりも処理空間Ｓの周縁部の磁場強度が大きい磁界Ｂを発生するので、ＴＳＶ処理で発生する処理空間Ｓの中央部が処理空間Ｓの周縁部よりも高くなるプラズマ密度の分布を改善することができる。

【0101】

上述した基板処理装置３９では、中央部対向群４２の各電磁石４０の処理空間Ｓ側の磁極をＮ極に設定し、且つ外側対向群４４の各電磁石４１の処理空間Ｓ側の磁極をＳ極に設定したが、中央部対向群４２の各電磁石４０の処理空間Ｓ側の磁極と外側対向群４４の各電磁石４１の処理空間Ｓ側の磁極とが反対であれば、処理空間Ｓの中央部の磁場強度よりも処理空間Ｓの周縁部の磁場強度が大きい磁界Ｂを発生することができるので、中央部対向群４２の各電磁石４０の処理空間Ｓ側の磁極をＳ極に設定し、且つ外側対向群４４の各電磁石４１の処理空間Ｓ側の磁極をＮ極に設定してもよい。

【0102】

上述した基板処理装置３９では、図９（Ａ）のグラフに示す、ウエハＷの中心から約７５ｍｍ近傍に位置するエッチレートの変曲点に合わせるように、中央部対向群４２が電極中心Ｃからその中心までの距離が７４．４ｍｍまでの電磁石４０で構成され、周縁部対向群４３が電極中心Ｃからその中心までの距離が７４．４ｍｍより大きい電磁石４０で構成される。すなわち、中央部対向群４２及び周縁部対向群４３の境界は電極中心Ｃから７４．４ｍｍに設定されるが、中央部対向群４２及び周縁部対向群４３の境界は変更可能であり、処理空間Ｓのプラズマ密度の分布が最適となるような磁界Ｂの分布を得るために、当該境界は変更されてもよい。

【0103】

また、複数の電磁石４０は中央部対向群４２及び周縁部対向群４３のみに分けられる必要はなく、エッチング処理に付随して発生するプラズマ密度の分布を磁界Ｂによって発生するプラズマ密度の分布で補完して均一なプラズマ密度の分布を実現すべく、複数の電磁石４０を１つ又は３つ以上の電磁石群に分け、処理空間Ｓのプラズマ密度の分布が最適となるような磁界Ｂの分布を得てもよい。

【0104】

なお、中央部対向群４２及び周縁部対向群４３の境界の変更や、電磁石群の数の変更は、コントローラによって各電磁石４０のコイル４０ｂへ流す電流の値や電流の向きを制御して各電磁石４０が発生する磁界Ｂの強度及び／又は各電磁石４０の磁極を変更することによって行う。

【0105】

以上、本発明について、上記各実施の形態を用いて説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではない。

【符号の説明】

【0106】

Ｂ 磁界
Ｄ 電子軌跡
Ｅ 電界
Ｓ 処理空間
Ｗ ウエハ
１０，２４，３９ 基板処理装置
１１ チャンバ
１２ サセプタ
１３ 上部電極
１４ 第１の高周波電源
１６ 第２の高周波電源
２０，４０，４１ 電磁石
２１，４２ 中央部対向群
２２，４３ 周縁部対向群
２３，４４ 外側対向群

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】