特許 6244518 プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置

(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】6244518

(24)【登録日】2017年11月24日

(45)【発行日】2017年12月13日

(54)【発明の名称】プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20171204BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20171204BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 101B

   H05H1/46 M

【請求項の数】7

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-80039(P2014-80039)

(22)【出願日】2014年4月9日

(65)【公開番号】特開2015-201558(P2015-201558A)

(43)【公開日】2015年11月12日

【審査請求日】2016年12月26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

(73)【特許権者】

【識別番号】317006041

【氏名又は名称】東芝メモリ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001092

【氏名又は名称】特許業務法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】安田 健太

(72)【発明者】

【氏名】久保田 徹

(72)【発明者】

【氏名】近藤 崇

(72)【発明者】

【氏名】石田 勝広

【審査官】 齊田 寛史

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２５８４１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３０３９３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平５−２６７２３７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０５Ｈ １／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被処理基板にプラズマを作用させて処理を行うプラズマ処理方法であって、
前記被処理基板を収容する処理チャンバーと、
前記処理チャンバー内に配設され、前記被処理基板が載置される下部電極と、
前記処理チャンバー内に配設され、前記下部電極と対向する上部電極と、
前記被処理基板の周囲を囲むように配設されたフォーカスリングと、
前記上部電極と前記下部電極との間に高周波電力を印加する高周波電源と、
前記処理チャンバーの上部に配設された環状の電磁石であって、前記被処理基板の中心と同心状の環状の形状とされ前記被処理基板の周縁部より外側に位置するように配設されたコイルを有する電磁石と、
を具備したプラズマ処理装置を用い、
前記コイルにのみ通電して磁界を発生させることにより、前記被処理基板の上部及び前記フォーカスリングの上部に形成されるプラズマシースの界面を平坦化する
ことを特徴とするプラズマ処理方法。

【請求項2】

請求項１記載のプラズマ処理方法であって、
前記被処理基板及び前記フォーカスリングの上部に形成されるプラズマシースの界面を平坦化することによって、プラズマエッチングによって形成されたパターンにチルティングが発生することを抑制することを特徴とするプラズマ処理方法。

【請求項3】

請求項１又は２記載のプラズマ処理方法であって、
前記コイルに通電することによって発生させた磁界は、その水平磁界成分の径方向の分布が前記被処理基板の外周縁部より外側の部分でピークを有することを特徴とするプラズマ処理方法。

【請求項4】

請求項１〜３いずれか１項記載のプラズマ処理方法であって、
前記フォーカスリングの消耗状態に応じて前記コイルに通電する電流を変化させることを特徴とするプラズマ処理方法。

【請求項5】

被処理基板にプラズマを作用させて処理を行うプラズマ処理装置であって、
前記被処理基板を収容する処理チャンバーと、
前記処理チャンバー内に配設され、前記被処理基板が載置される下部電極と、
前記処理チャンバー内に配設され、前記下部電極と対向する上部電極と、
前記被処理基板の周囲を囲むように配設されたフォーカスリングと、
前記上部電極と前記下部電極との間に高周波電力を印加する高周波電源と、
前記処理チャンバーの上部に配設された環状の電磁石であって、前記被処理基板の中心と同心状の環状の形状とされ前記被処理基板の周縁部より外側に位置するように配設されたコイルを有する電磁石と、
前記コイルにのみ通電して磁界を発生させることにより、前記被処理基板の上部及び前記フォーカスリングの上部に形成されるプラズマシースの界面を平坦化する制御部と、
を具備したことを特徴とするプラズマ処理装置。

【請求項6】

請求項５記載のプラズマ処理装置であって、
前記コイルに通電することによって発生させた磁界は、その水平磁界成分の径方向の分布が前記被処理基板の外周縁部より外側の部分でピークを有することを特徴とするプラズマ処理装置。

【請求項7】

請求項５又は６記載のプラズマ処理装置であって、
前記制御部は、前記フォーカスリングの消耗状態に応じて前記電磁石に通電する電流を変化させることを特徴とするプラズマ処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、半導体装置の製造工程等では、ガスをプラズマ化して被処理基板（例えば、半導体ウエハ）に作用させ、被処理基板にエッチング処理等を施すプラズマ処理装置が用いられている。また、このようなプラズマ処理装置としては、処理チャンバー内に上部電極と下部電極が対向するように配置され、これらの電極間に高周波電力を印加してプラズマを発生させる所謂容量結合型のプラズマ処理装置が知られており、さらに、このような構造のプラズマ処理装置において磁界を用いてプラズマ密度を制御するものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

【0003】

上記のプラズマ処理装置では、被処理基板の外周縁部と、被処理基板より外側の部分とでは、その構造や材質が異なるため上部に形成されるプラズマシースの厚さに違いが生じ易い。そして、プラズマシースの厚さに違いが生じると、プラズマシースの界面（プラズマシースとプラズマとの界面）に凹凸が生じ、この凹部と凸部との境界ではプラズマシースの界面に傾斜した部分が生じる。このプラズマシースの界面が傾斜した部分において、イオンの入射角が斜めになり、エッチング状態に傾きが生じる所謂チルティング（Tilting）が生じてしまう。このため、被処理基板より外周部分を囲むように、Ｓｉ或いはＳｉＣ等からなるフォーカスリングを配置することによって、プラズマシースの界面を平坦化することが行われている。また、例えば、フォーカスリングの厚さや材質を変更したり、フォーカスリング自体に高周波バイアスを印加することによってプラズマシースの界面を平坦化し、チルティングの発生を抑制することが行われている（例えば、特許文献２参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３−１４９７２２号公報

【特許文献2】特開２０１０−１８６８４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記のように従来のプラズマ処理装置では、被処理基板の外側を囲むフォーカスリングを配設することによって、被処理基板の外周部分においてチルティングが生じることを抑制している。しかしながら、この場合、フォーカスリングが消耗してその厚さが変化するとチルティングが発生してしまうため、フォーカスリングを頻繁に交換する必要が生じ、メンテナンス時間の増大による生産効率の低下を招くとともに、生産コストの増大を招くという問題があった。

【0006】

本発明は、上記の事情に対処してなされたもので、従来に比べて生産効率の向上と生産コストの低減を図ることのできるプラズマ処理法及びプラズマ処理装置を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のプラズマ処理方法の一態様は、被処理基板にプラズマを作用させて処理を行うプラズマ処理方法であって、前記被処理基板を収容する処理チャンバーと、前記処理チャンバー内に配設され、前記被処理基板が載置される下部電極と、前記処理チャンバー内に配設され、前記下部電極と対向する上部電極と、前記被処理基板の周囲を囲むように配設されたフォーカスリングと、前記上部電極と前記下部電極との間に高周波電力を印加する高周波電源と、前記処理チャンバーの上部に配設された環状の電磁石であって、前記被処理基板の中心と同心状の環状の形状とされ前記被処理基板の周縁部より外側に位置するように配設されたコイルを有する電磁石と、を具備したプラズマ処理装置を用い、前記コイルにのみ通電して磁界を発生させることにより、前記被処理基板の上部及び前記フォーカスリングの上部に形成されるプラズマシースの界面を平坦化することを特徴とする。

【0008】

本発明のプラズマ処理装置の一態様は、被処理基板にプラズマを作用させて処理を行うプラズマ処理装置であって、前記被処理基板を収容する処理チャンバーと、前記処理チャンバー内に配設され、前記被処理基板が載置される下部電極と、前記処理チャンバー内に配設され、前記下部電極と対向する上部電極と、前記被処理基板の周囲を囲むように配設されたフォーカスリングと、前記上部電極と前記下部電極との間に高周波電力を印加する高周波電源と、前記処理チャンバーの上部に配設された環状の電磁石であって、前記被処理基板の中心と同心状の環状の形状とされ前記被処理基板の周縁部より外側に位置するように配設されたコイルを有する電磁石と、前記コイルにのみ通電して磁界を発生させることにより、前記被処理基板の上部及び前記フォーカスリングの上部に形成されるプラズマシースの界面を平坦化する制御部と、を具備したことを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、従来に比べて生産効率の向上と生産コストの低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態に係るプラズマエッチング装置の概略構成を模式的に示す図。

【図2】図１のプラズマエッチング装置の要部概略構成を模式的に示す図。

【図3】電磁石によって形成される磁界の例を示す図。

【図4】チルティングの発生状態を説明するための図。

【図5】チルティング角度とプラズマシースの界面の形状とイオンの入射方向との関係を模式的に示す図。

【図6】１Ｇの磁界を発生させた場合のチルティング角度の測定値を示す図。

【図7】８Ｇの磁界を発生させた場合のチルティング角度の測定値を示す図。

【図8】１５Ｇの磁界を発生させた場合のチルティング角度の測定値を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、実施形態に係るプラズマ処理装置の概略断面構成を模式的に示す図である。図１に示すプラズマ処理装置１０は、気密に構成され、直径が例えば３００ｍｍの半導体ウエハＷを収容する円筒状の処理チャンバー１２を具備している。

【0012】

処理チャンバー１２内の下方には半導体ウエハＷを載置する円板形状の載置台１４が配設されている。載置台１４は、基台１４ａ及び静電チャック１４ｂを含んでいる。基台１４ａは、アルミニウム等の導電性の部材から構成されている。

【0013】

基台１４ａの上面の周縁の領域には、半導体ウエハＷの周囲を囲むように、環状のフォーカスリング２６が設けられている。また、基台１４ａの上面の中央の領域には、静電チャック１４ｂが設けられている。静電チャック１４ｂは、円板形状とされており、絶縁膜の内側に設けられた電極膜を有している。静電チャック１４ｂの電極膜には、直流電源（図示せず。）から直流電圧が供給され、静電力を発生して、被処理基板としての半導体ウエハＷを吸着する。

【0014】

静電チャック１４ｂ上に半導体ウエハＷが載置された状態では、半導体ウエハＷの中心を上下方向に通過する中心軸線Ｚは、基台１４ａ及び静電チャック１４ｂの中心軸線に略一致する。

【0015】

基台１４ａは、下部電極を構成している。この基台１４ａには、プラズマ生成用の高周波電力を発生する第１の高周波電源１８が、第１の整合器２２を介して接続されている。第１の高周波電源１８は、例えば、周波数１００ＭＨｚの高周波電力を発生する。また、第１の整合器２２は、当該第１の整合器２２の出力インピーダンスと負荷側（下部電極側）の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。

【0016】

本実施形態では、第１の高周波電源１８は、所望の周波数（例えば５０ｋＨｚ）及び所望のデューティー比（例えば、２０％）でプラズマ生成用の高周波電力をパルス状に印加することができるようになっている。これによって、プラズマ生成期間と、プラズマ非生成期間とを設け、半導体ウエハＷ上の特定の部位に電荷の蓄積が生じることを軽減できるようになっている。すなわち、プラズマ生成期間中は、プラズマ中の電子密度の不均一さによって電子密度の高い部分に電荷の蓄積が生じてしまうが、プラズマ非生成期間を設けることによって、この期間中に蓄積した電荷を周囲へ分散させることができ、電荷の蓄積を解消することができる。これによって絶縁膜の破壊等が生じることを防止することができる。

【0017】

また、基台１４ａには、イオン引き込み用の高周波バイアス電力を発生する第２の高周波電源２０が、第２の整合器２４を介して接続されている。第２の高周波電源２０は、第１の高周波電源１８よりも周波数の低い（例えば、周波数３．２ＭＨｚ）高周波電力を発生する。また、第２の整合器２４は、当該第２の整合器２４の出力インピーダンスと負荷側（下部電極側）の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。

【0018】

載置台（下部電極）１４の上方には、処理空間Ｓを介して載置台１４と対向するように、上部電極１６が配設されている。上部電極１６は、円板状とされており、処理空間Ｓをその上方から画成している。上部電極１６は、その中心軸線が、載置台１４の中心軸線と略一致するように配置されている。

【0019】

上部電極１６は、所定の処理ガスをシャワー状に処理空間Ｓに導入するシャワーヘッドの機能を兼ねている。本実施形態においては、上部電極１６には、バッファ室１６ａ、ガスライン１６ｂ、及び、複数のガス孔１６ｃが形成されている。バッファ室１６ａには、ガスライン１６ｂの一端が接続している。また、バッファ室１６ａには複数のガス孔１６ｃが接続しており、これらガス孔１６ｃは下方に延びて、処理空間Ｓに向けて開口している。一方、処理チャンバー１２の底部には、図示しないＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）及びＤＰ（Dry Pump）等の排気機構が接続されており、処理チャンバー１２内の圧力を所定の減圧雰囲気に維持できるようになっている。

【0020】

上部電極１６の上部には、電磁石３０が配設されている。電磁石３０は、コア部材５０、及び、コイル６１〜６４を備えている。コア部材５０は、柱状部５１、複数の円筒部５２〜５５、及びベース部５６が一体形成された構造を有しており、磁性材料から構成されている。ベース部５６は、略円板形状を有しており、その中心軸線は中心軸線Ｚに沿うように設けられている。ベース部５６の下面からは、柱状部５１、複数の円筒部５２〜５５が下方に突出するように配設されている。柱状部５１は、略円柱形状を有しており、その中心軸線が中心軸線Ｚに沿うように設けられている。この柱状部５１の半径Ｌ１（図２参照。）は、例えば、３０ｍｍである。

【0021】

円筒部５２〜５５の各々は、軸線Ｚ方向に延びる円筒形状を有している。図２に示すように、円筒部５２〜５５はそれぞれ、中心軸線Ｚを中心とする複数の同心円Ｃ２〜Ｃ５に沿って設けられている。具体的には、円筒部５２は、半径Ｌ１よりも大きい半径Ｌ２の同心円Ｃ２に沿って配設されており、円筒部５３は、半径Ｌ２よりも大きい半径Ｌ３の同心円Ｃ３に沿って配設されており、円筒部５４は、半径Ｌ３よりも大きい半径Ｌ４の同心円Ｃ４に沿って配設されており、円筒部５５は、半径Ｌ４よりも大きい半径Ｌ５の同心円Ｃ５に沿って配設されている。

【0022】

一例においては、半径Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５はそれぞれ、７６ｍｍ、１２７ｍｍ、１７８ｍｍ、２２９ｍｍである。また、コイル６１，６２，６３，６４の中心の位置は、夫々中心軸線Ｚから略５０ｍｍ，１００ｍｍ，１５０ｍｍ，２００ｍｍとなっている。

【0023】

柱状部５１と円筒部５２の間には、溝が画成されている。図１に示すように、この溝には、柱状部５１の外周面に沿って巻回されたコイル６１が収容されている。円筒部５２と円筒部５３の間にも溝が画成されており、当該溝には、円筒部５２の外周面に沿って巻回されたコイル６２が収容されている。また、円筒部５３と円筒部５４の間にも溝が画成されており、当該溝には、円筒部５３の外周面に沿って巻回されたコイル６３が収容されている。さらに、円筒部５４と円筒部５５の間にも溝が画成されており、当該溝には、円筒部５４の外周面に沿って巻回されたコイル６４が収容されている。これらコイル６１〜６４の各々の両端は、図示しない電源に接続されている。コイル６１〜６４のそれぞれに対する電流の供給及び供給停止、並びに、電流の値は、制御部Ｃｎｔからの制御信号によって制御される。

【0024】

ここで、電磁石３０において、上記したとおり半径Ｌ４，Ｌ５は半導体ウエハＷの半径１５０ｍｍよりも大きい。したがって、図１に示すように、コイル６４は、半導体ウエハＷの外周縁部より外側に位置し、少なくともその一部がフォーカスリング２６の上方に位置するよう配設されている。また、コイル６１，６２は、半導体ウエハＷの上方に位置するよう配設されており、コイル６３は、半導体ウエハＷの上方と外側とに跨るように配設されている。

【0025】

上記構成の電磁石３０によれば、コイル６１〜６４のうち１つ以上のコイルに電流を供給することにより、中心軸線Ｚに対して径方向に沿った水平磁界成分Ｂ_Ｈを有する磁界Ｂを処理空間Ｓにおいて形成することができる。図３に電磁石３０によって形成される磁界の例を示す。

【0026】

図３（ａ）には、中心軸線Ｚに対して半平面内における電磁石３０の断面及びコイル６２に電流が供給されたときの磁界Ｂが示されおり、図３（ｂ）には、コイル６２に電流が供給されたときの水平磁界成分Ｂ_Ｈの強度分布が示されている。

【0027】

また、図３（ｃ）には、中心軸線Ｚに対して半平面内における電磁石３０の断面及びコイル６４に電流が供給されたときの磁界Ｂが示されおり、図３（ｄ）には、コイル６４に電流が供給されたときの水平磁界成分Ｂ_Ｈの強度分布が示されている。図３（ｂ）及び図３（ｄ）に示すグラフにおいては、横軸は中心軸線Ｚの位置を０ｍｍとしたときの径方向の位置を示しており、縦軸は水平磁界成分Ｂ_Ｈの強度（磁束密度）を示している。

【0028】

電磁石３０のコイル６２に電流を供給すると、図３（ａ）に示すような磁界Ｂが形成される。すなわち、柱状部５１及び円筒部５２の処理空間Ｓ側の端部から円筒部５３〜５５の処理空間Ｓ側の端部に向かう磁界Ｂが形成される。このような磁界Ｂの水平磁界成分Ｂ_Ｈの径方向の強度分布は、図３（ｂ）に示すように、コイル６２の中心の下方においてピークを有する強度分布となる。一例においては、コイル６２の中心の位置は、軸線Ｚから約１００ｍｍの位置であり、直径３００ｍｍのウエハＷが処理される場合には、径方向においてウエハＷの中心とエッジの中間位置である。

【0029】

また、電磁石３０のコイル６４に電流を供給すると、図３（ｃ）に示すような磁界Ｂが形成される。すなわち、柱状部５１及び円筒部５２〜５４の処理空間Ｓ側の端部から円筒部５５の処理空間Ｓ側の端部に向かう磁界Ｂが形成される。このような磁界Ｂの水平磁界成分Ｂ_Ｈの径方向の強度分布は、図３（ｄ）に示すように、コイル６４の中心の下方においてピークを有する強度分布となる。一例においては、コイル６４の中心の位置は、軸線Ｚから約２００ｍｍの位置であり、直径３００ｍｍ（半径１５０ｍｍ）のウエハＷが処理される場合には、径方向においてウエハＷのエッジの外側、つまりフォーカスリング２６の位置である。

【0030】

プラズマ処理装置１０では、ガス供給系からの処理ガスを、シャワーヘッドを構成する上部電極１６から処理空間Ｓに供給し、第１の高周波電源１８からの高周波電力を下部電極としての載置台１４に与えて上部電極１６と載置台１４との間に高周波電界を発生させる。これにより、処理空間Ｓにおいて処理ガスのプラズマが生成される。そして、プラズマ中で解離した処理ガスを構成する分子又は原子の活性種により、半導体ウエハＷを処理することができる。また、第２の高周波電源２０から下部電極としての載置台１４に与える高周波バイアス電力を調整することにより、イオンの引き込みの程度を調整することが可能である。

【0031】

また、プラズマ処理装置１０は、制御部Ｃｎｔを有する。制御部Ｃｎｔは、プログラム可能なコンピュータ装置等から構成されている。第１の高周波電源１８が発生する高周波電力、第２の高周波電源２０が発生する高周波電力、排気装置の排気量、ガス供給系から供給するガス及び当該ガスの流量、並びに、電磁石３０のコイル６１〜６４に供給する電流の値及び電流の方向を制御する。そのために、制御部Ｃｎｔは、そのメモリに格納されるか、又は、入力装置によって入力されるレシピに従って、第１の高周波電源１８、第２の高周波電源２０、排気装置、ガス供給系の各構成要素、電磁石３０に接続された電流源に対して制御信号を送出する。また、本実施形態において、制御部Ｃｎｔは、プラズマ処理に際し、コイル６４に通電して磁界を発生させることにより、半導体ウエハＷの上部及びフォーカスリング２６の上部に形成されるプラズマシースの界面（プラズマシースとプラズマとの界面）を、半導体ウエハＷの表面と水平な平面となるように平坦化する。

【0032】

上記構成のプラズマ処理装置１０では、半導体ウエハＷの周囲にフォーカスリング２６を配置することにより、半導体ウエハＷの外周部におけるプラズマの状態を、半導体ウエハＷの上部と同様にし、半導体ウエハＷの面内における処理の均一性を向上させている。しかしながら、半導体ウエハＷの上部及びフォーカスリング２６の上部に形成されるプラズマシースの界面に凹凸が生じると、プラズマシースの界面が傾斜している部分において、イオンの入射角が斜めになり、エッチング状態に傾きが生じる所謂チルティングが生じてしまう。

【0033】

図４に、半導体ウエハＷにプラズマエッチングによりホールやライン形状を形成した場合の径方向に沿った断面の拡大図の例を模式的に示す。なお、図４において、左側が半導体ウエハＷの中心方向、右側がフォーカスリング（半導体ウエハＷの周縁部）の方向となっている。

【0034】

図４に示すように、プラズマエッチングによりホールやライン形状を形成した場合、イオンが半導体ウエハＷに対して斜めに入射し、エッチング状態に半導体ウエハＷに対して傾きが生じると、形成されたホールやライン形状の上端部における空間の中心の位置（上端部空間中心）と、底部における空間の中心の位置（底部空間中心）とに径方向にずれが生じ、これらを結んだ線Ａ１が、上端部空間中心から下した垂線Ａ２に対して傾いた状態となる。

【0035】

このような状態が、チルティングが発生した状態であり、この線Ａ１と垂線Ａ２とのなす角度（以下、チルティング角度という。）を測定することによって、チルティングの発生状態を定量的に評価することができる。このようなチルティングは、微細化の進展や例えば３次元ＮＡＮＤにおける多層化の進展において大きな課題となっており、チルティング角度は±１．０°未満程度とすることが好ましい。

【0036】

また、図５は、上記したチルティング角度と、プラズマシースの界面の形状と、イオンの入射方向との関係を模式的に示したものである。図５は、コイル６４に電流を流して１５Ｇの磁界を形成した場合のチルティング角度を、半導体ウエハＷの中心から０ｍｍ、３０ｍｍ、６０ｍｍ、８０ｍｍ、１００ｍｍ、１２５ｍｍ、１４５ｍｍの位置で測定した結果を示している。夫々の位置におけるチルティング角度は、０．０，０．１，０．１，−０．５，−０．１，−０．６、−１．８度（ｄｅｇ）であった。この場合の予想されるシース界面形状及びイオンの入射角を図５の上部に示す。

【0037】

図５に示すように、コイル６４に電流を流して磁界を形成することにより、プラズマシースの界面の形状を制御できることが分かる。この場合、磁界を形成した部位における電子の滞在時間が長くなりプラズマ密度が高くなるため、プラズマシースの厚さが薄くなりプラズマシースの界面の位置が低くなる。また、プラズマシースの界面に凹凸が生じるとプラズマシースの界面が傾斜している部分でイオンの入射角（図５中矢印で示す。）が斜めになり、この部分でチルティングが発生する。

【0038】

図５に示す結果から分かるように、通常の場合、半導体ウエハＷの中央部では、磁界の印加がない場合に、プラズマシースの界面が半導体ウエハＷの面と平行な平坦な面になるように設定されており、半導体ウエハＷの周縁部においてプラズマシースの界面に凹凸が生じる可能性が高い。すなわち、半導体ウエハＷとその周囲の構造物との材質や構造の違いにより、その上部に形成されるプラズマの状態が影響を受けプラズマシースの界面に凹凸が生じ易い。このような現象を抑制するために、半導体ウエハＷの周囲にフォーカスリング２６を配設するが、フォーカスリング２６の消耗等による厚さの変化によって、フォーカスリング２６の上部のプラズマシースの界面の高さも変化する。

【0039】

一方、図５に示すように、半導体ウエハＷの外周縁部より外側に位置し、その一部がフォーカスリング２６の上方に位置するように配設されたコイル６４のみに電流を流し、磁界を形成することによって、特にフォーカスリング２６の上部のプラズマシースの厚さを変化させプラズマシースの界面の高さを変化させることができる。なお、この場合、コイル６４のみに電流を流して形成した磁界の水平磁界成分Ｂ_Ｈの径方向の強度分布は、図３（ｄ）に示したように、コイル６４の中心の下方（半導体ウエハＷの周縁部より外側）においてピークを有する強度分布となる。本実施形態では、コイル６４のみに電流を流し、磁界を形成することによって、半導体ウエハＷの周縁部におけるチルティングの発生を抑制する。

【0040】

また、フォーカスリング２６が消耗し、フォーカスリング２６の厚さが変化することによって、フォーカスリング２６上のプラズマの状態が変化し、プラズマシースの界面の高さにも変化が生じるが、本実施形態では、コイル６４に流す電流を調整し、磁界の強度を変化させることによって、フォーカスリング２６が消耗した場合においても、プラズマシースの界面を、半導体ウエハＷの表面と平行な平面となるように平坦化し、チルティングの発生を抑制する。

【0041】

図６〜８は、コイル６４のみに電流を流し、磁界を形成した状態で、半導体ウエハＷの被エッチング層のプラズマエッチングを行い、形成されたパターンのチルティング角度を、半導体ウエハＷの中心から０ｍｍ、３０ｍｍ、６０ｍｍ、８０ｍｍ、１００ｍｍ、１２５ｍｍ、１４５ｍｍの位置で測定した結果を示している。図６は、１Ｇの磁界を形成した場合、図７は、８Ｇの磁界を形成した場合、図８は、１５Ｇの磁界を形成した場合である。

【0042】

プラズマエッチングは、処理ガスに、Ｃ_４Ｆ_８＋Ｃ_４Ｆ_６＋Ａｒ＋Ｏ_２を含むガスを用いて、一例として以下の条件により行った。
処理チャンバー内圧力：５．３２Ｐａ（４０ｍＴｏｒｒ）
第１の高周波：周波数１００ＭＨｚ、３００Ｗ
第２の高周波：周波数３．２ＭＨｚ、１００００Ｗ
処理時間：１分
なお、プラズマエッチング条件は、上記に限定されるものではなく、処理ガスの流量を、Ｃ_４Ｆ_８＋Ｃ_４Ｆ_６＝１０〜３００ｓｃｃｍ、Ａｒ＝５０〜８００ｓｃｃｍ、Ｏ_２＝５〜１５０ｓｃｃｍから任意に選択することにより、圧力を１．３３〜５．３２Ｐａ（１０〜４０ｍＴｏｒｒ）に設定することが可能である。

【0043】

図６に示すように、コイル６４に電流を流して１Ｇの磁界を形成した場合、半導体ウエハＷの中心から１２５ｍｍの位置におけるチルティング角度が＋１．１度となり、チルティング角度が１．０度以上の部位があった。

【0044】

図７に示すように、コイル６４に電流を流して８Ｇの磁界を形成した場合、全ての位置におけるチルティング角度が±１．０度未満となり、チルティング角度が１．０度以上の部位は発生しなかった。

【0045】

図８に示すように、コイル６４に電流を流して１５Ｇの磁界を形成した場合、半導体ウエハＷの中心から１４５ｍｍの位置におけるチルティング角度が−１．８度となり、チルティング角度が１．０度以上の部位があった。

【0046】

上記の図６〜８の結果から分かるように、半導体ウエハＷの周縁部より外側に位置するコイル６４にのみ電流を流して磁界を形成し、その磁界の強度を電流の大きさで調整することにより、半導体ウエハＷの周縁部におけるチルティングの状態を制御することができ、各部のチルティング角度を±１．０度未満の良好な状態とすることができる。

【0047】

また、図６に示す結果では、半導体ウエハＷの中心から１２５ｍｍの位置におけるチルティング角度が＋１．１度、１４５ｍｍの位置におけるチルティング角度が＋０．６度である。これに対して、図８に示す結果では、半導体ウエハＷの中心から１２５ｍｍの位置におけるチルティング角度が−０．６度、１４５ｍｍの位置におけるチルティング角度が−１．８度であるので、磁界の強度を上げることによって、プラズマシースの厚さを薄くしてプラズマシースの界面の高さを低くし、イオンの入射角を反転させ、チルティング角度をプラス方向からマイナス方向に変化させることができる。

【0048】

フォーカスリング２６が消耗してその厚さが減少すると、フォーカスリング２６の上部に形成されるプラズマシースの界面の高さが変化し、プラズマシースの界面に凹凸が生じるため、チルティングが発生する。このような場合、従来はフォーカスリング２６を交換することによって対応する必要があった。

【0049】

これに対して、本実施形態によれば、フォーカスリング２６の消耗状態によってコイル６４に流す電流を調整し、磁界の強度を制御することによってプラズマシースの界面を平坦な状態に維持することができ、チルティングが発生することを抑制することができる。これによって、フォーカスリング２６の交換時期を遅らせることができ、フォーカスリング２６の寿命の長期化を図ることができ、メンテナンス周期も長期化することができるので、生産性の向上と生産コストの低減を図ることができる。

【0050】

なお、本発明は上記の実施形態及び実施例に限定されるものではなく、各種の変形が可能であることは、勿論である。

【符号の説明】

【0051】

１０……プラズマエッチング装置、１２……処理チャンバー、１４……載置台、１６……上部電極、１８……第１の高周波電源、２０……第２の高周波電源、２２……第１の整合器、２４……第２の整合器、２６……フォーカスリング、３０……電磁石、６１〜６４……コイル、Ｃｎｔ……制御部、Ｓ……処理空間、Ｗ……半導体ウエハ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】