特開 2023-163625 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023163625

(43)【公開日】2023-11-10

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20231102BHJP

   H05H 1/46 20060101ALN20231102BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 101B

H05H1/46 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022074645

(22)【出願日】2022-04-28

(71)【出願人】

【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】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】南 祐太

(72)【発明者】

【氏名】広瀬 久

【テーマコード（参考）】

2G084

5F004

【Ｆターム（参考）】

2G084AA02

2G084BB11

2G084CC04

2G084CC05

2G084CC09

2G084CC12

2G084CC33

2G084DD02

2G084DD23

2G084DD24

2G084DD37

2G084DD38

2G084DD55

2G084FF15

2G084FF27

2G084FF29

2G084HH02

2G084HH06

2G084HH16

2G084HH19

2G084HH21

2G084HH30

2G084HH56

5F004BA04

5F004BB07

5F004BB12

5F004BB13

5F004BB22

5F004BB23

5F004BB28

5F004EA37

(57)【要約】

【課題】基板に形成される凹部の加工形状を制御するプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供する。
【解決手段】プラズマ処理チャンバと、基板支持部と、ガス供給部と、プラズマ生成部と、磁場生成部と、２以上の磁場設定条件により、前記磁場生成部を制御する制御部と、を備え、前記磁場生成部は、３以上の複数のコイルを有し、前記２以上の磁場設定条件のうち少なくとも１つは、前記基板支持部に支持された前記基板の中心部の電子密度に対して、前記基板の外周側の電子密度が高くなるように磁場を設定する条件であり、前記２以上の磁場設定条件のうち少なくとも他の１つは、前記基板支持部に支持された前記基板の中心部の電子密度に対して、前記基板の外周側の電子密度が低くなるように磁場を設定する条件であり、前記制御部は、プラズマ処理中に前記２以上の磁場設定条件を切り替えることが可能に構成される、プラズマ処理装置。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラズマ処理チャンバと、
前記プラズマ処理チャンバ内に設けられ、基板を支持する基板支持部と、
前記プラズマ処理チャンバ内に処理ガスを供給するガス供給部と、
前記プラズマ処理チャンバ内に前記処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と、
前記プラズマの密度分布を制御する磁場生成部と、
２以上の磁場設定条件により、前記磁場生成部を制御する制御部と、を備え、
前記磁場生成部は、３以上の複数のコイルを有し、
前記２以上の磁場設定条件のうち少なくとも１つは、前記基板支持部に支持された前記基板の中心部の電子密度に対して、前記基板の外周側の電子密度が高くなるように磁場を設定する条件であり、
前記２以上の磁場設定条件のうち少なくとも他の１つは、前記基板支持部に支持された前記基板の中心部の電子密度に対して、前記基板の外周側の電子密度が低くなるように磁場を設定する条件であり、
前記制御部は、
プラズマ処理中に前記２以上の磁場設定条件を切り替え可能である、
プラズマ処理装置。

【請求項2】

前記制御部は、
０．０１Ｈｚ以上１Ｈｚ以下の周期で前記２以上の磁場設定条件を切り替え可能である、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項3】

前記制御部は、
０．０５Ｈｚ以上０．５Ｈｚ以下の周期で前記２以上の磁場設定条件を切り替え可能である、
請求項２に記載のプラズマ処理装置。

【請求項4】

前記制御部は、
前記３以上の複数のコイルのうち１つ以上に流れる電流値を変えることにより、前記磁場設定条件を切り替え可能である、
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項5】

プラズマ処理チャンバと、前記プラズマ処理チャンバ内に設けられ、基板を支持する基板支持部と、前記プラズマ処理チャンバ内に処理ガスを供給するガス供給部と、前記プラズマ処理チャンバ内に前記処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と、前記プラズマの密度分布を制御する磁場生成部と、を備えるプラズマ処理装置のプラズマ処理方法であって、
プラズマ処理中に、
前記基板支持部に支持された前記基板の中心部の電子密度に対して、前記基板の外周側の電子密度が高くなるように磁場を設定するステップと、
前記基板支持部に支持された前記基板の中心部の電子密度に対して、前記基板の外周側の電子密度が低くなるように磁場を設定するステップと、を繰り返す、
プラズマ処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、プラズマイオン密度分布を制御するために、シーリングの上方に内側コイルおよび外側コイルを有するプラズマリアクタが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２００５－５２７１１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一の側面では、本開示は、基板に形成される凹部の加工形状を制御するプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題を解決するために、一の態様によれば、プラズマ処理チャンバと、前記プラズマ処理チャンバ内に設けられ、基板を支持する基板支持部と、前記プラズマ処理チャンバ内に処理ガスを供給するガス供給部と、前記プラズマ処理チャンバ内に前記処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と、前記プラズマの密度分布を制御する磁場生成部と、２以上の磁場設定条件により、前記磁場生成部を制御する制御部と、を備え、前記磁場生成部は、３以上の複数のコイルを有し、前記２以上の磁場設定条件のうち少なくとも１つは、前記基板支持部に支持された前記基板の中心部の電子密度に対して、前記基板の外周側の電子密度が高くなるように磁場を設定する条件であり、前記２以上の磁場設定条件のうち少なくとも他の１つは、前記基板支持部に支持された前記基板の中心部の電子密度に対して、前記基板の外周側の電子密度が低くなるように磁場を設定する条件であり、前記制御部は、プラズマ処理中に前記２以上の磁場設定条件を切り替えることが可能に構成される、プラズマ処理装置を提供することができる。

【発明の効果】

【0006】

一の側面によれば、基板に形成される凹部の加工形状を制御するプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】容量結合型のプラズマ処理装置の構成例を説明するための図の一例。

【図2】コイルの配置を示す平面図の一例。

【図3】本実施形態に係るプラズマ処理方法を示すフローチャートの一例。

【図4A】参考例におけるエッチングレートのグラフの一例。

【図4B】参考例における凹部の角度を示すグラフの一例。

【図4C】第２の磁場設定条件におけるエッチングレートのグラフの一例。

【図4D】第２の磁場設定条件における凹部の角度を示すグラフの一例。

【図4E】第１の磁場設定条件におけるエッチングレートのグラフの一例。

【図4F】第１の磁場設定条件における凹部の角度を示すグラフの一例。

【図4G】本実施形態におけるエッチングレートのグラフの一例。

【図4H】本実施形態における凹部の角度を示すグラフの一例。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照して種々の例示的実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

【0009】

以下に、プラズマ処理システムの構成例について説明する。図１は、容量結合型のプラズマ処理装置の構成例を説明するための図の一例である。

【0010】

プラズマ処理システムは、容量結合型のプラズマ処理装置１及び制御部２を含む。容量結合型のプラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、ガス供給部２０、電源３０、排気システム４０及び磁場生成部５０を含む。また、プラズマ処理装置１は、基板支持部１１及びガス導入部を含む。ガス導入部は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理チャンバ１０内に導入するように構成される。ガス導入部は、シャワーヘッド１３を含む。基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０内に配置される。シャワーヘッド１３は、基板支持部１１の上方に配置される。一実施形態において、シャワーヘッド１３は、プラズマ処理チャンバ１０の天部（ｃｅｉｌｉｎｇ）の少なくとも一部を構成する。プラズマ処理チャンバ１０は、シャワーヘッド１３、プラズマ処理チャンバ１０の側壁１０ａ及び基板支持部１１により規定されたプラズマ処理空間１０ｓを有する。プラズマ処理チャンバ１０は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓに供給するための少なくとも１つのガス供給口と、プラズマ処理空間からガスを排出するための少なくとも１つのガス排出口とを有する。プラズマ処理チャンバ１０は接地される。シャワーヘッド１３及び基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０の筐体とは電気的に絶縁される。

【0011】

基板支持部１１は、本体部１１１及びリングアセンブリ１１２を含む。本体部１１１は、基板Ｗを支持するための中央領域１１１ａと、リングアセンブリ１１２を支持するための環状領域１１１ｂとを有する。ウェハは基板Ｗの一例である。本体部１１１の環状領域１１１ｂは、平面視で本体部１１１の中央領域１１１ａを囲んでいる。基板Ｗは、本体部１１１の中央領域１１１ａ上に配置され、リングアセンブリ１１２は、本体部１１１の中央領域１１１ａ上の基板Ｗを囲むように本体部１１１の環状領域１１１ｂ上に配置される。従って、中央領域１１１ａは、基板Ｗを支持するための基板支持面とも呼ばれ、環状領域１１１ｂは、リングアセンブリ１１２を支持するためのリング支持面とも呼ばれる。

【0012】

一実施形態において、本体部１１１は、基台１１１０及び静電チャック１１１１を含む。基台１１１０は、導電性部材を含む。基台１１１０の導電性部材は下部電極として機能し得る。静電チャック１１１１は、基台１１１０の上に配置される。静電チャック１１１１は、セラミック部材１１１１ａとセラミック部材１１１１ａ内に配置される静電電極１１１１ｂとを含む。セラミック部材１１１１ａは、中央領域１１１ａを有する。一実施形態において、セラミック部材１１１１ａは、環状領域１１１ｂも有する。なお、環状静電チャックや環状絶縁部材のような、静電チャック１１１１を囲む他の部材が環状領域１１１ｂを有してもよい。この場合、リングアセンブリ１１２は、環状静電チャック又は環状絶縁部材の上に配置されてもよく、静電チャック１１１１と環状絶縁部材の両方の上に配置されてもよい。また、後述するＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電源３１及び／又はＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）電源３２に結合される少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極がセラミック部材１１１１ａ内に配置されてもよい。この場合、少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極が下部電極として機能する。後述するバイアスＲＦ信号及び／又はＤＣ信号が少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極に供給される場合、ＲＦ／ＤＣ電極はバイアス電極とも呼ばれる。なお、基台１１１０の導電性部材と少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極とが複数の下部電極として機能してもよい。また、静電電極１１１１ｂが下部電極として機能してもよい。従って、基板支持部１１は、少なくとも１つの下部電極を含む。

【0013】

リングアセンブリ１１２は、１又は複数の環状部材を含む。一実施形態において、１又は複数の環状部材は、１又は複数のエッジリングと少なくとも１つのカバーリングとを含む。エッジリングは、導電性材料又は絶縁材料で形成され、カバーリングは、絶縁材料で形成される。

【0014】

また、基板支持部１１は、静電チャック１１１１、リングアセンブリ１１２及び基板のうち少なくとも１つをターゲット温度に調節するように構成される温調モジュールを含んでもよい。温調モジュールは、ヒータ、伝熱媒体、流路１１１０ａ、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路１１１０ａには、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。一実施形態において、流路１１１０ａが基台１１１０内に形成され、１又は複数のヒータが静電チャック１１１１のセラミック部材１１１１ａ内に配置される。また、基板支持部１１は、基板Ｗの裏面と中央領域１１１ａとの間の間隙に伝熱ガスを供給するように構成された伝熱ガス供給部を含んでもよい。

【0015】

シャワーヘッド１３は、ガス供給部２０からの少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓ内に導入するように構成される。シャワーヘッド１３は、少なくとも１つのガス供給口１３ａ、少なくとも１つのガス拡散室１３ｂ、及び複数のガス導入口１３ｃを有する。ガス供給口１３ａに供給された処理ガスは、ガス拡散室１３ｂを通過して複数のガス導入口１３ｃからプラズマ処理空間１０ｓ内に導入される。また、シャワーヘッド１３は、少なくとも１つの上部電極を含む。なお、ガス導入部は、シャワーヘッド１３に加えて、側壁１０ａに形成された１又は複数の開口部に取り付けられる１又は複数のサイドガス注入部（ＳＧＩ：Ｓｉｄｅ Ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）を含んでもよい。

【0016】

ガス供給部２０は、少なくとも１つのガスソース２１及び少なくとも１つの流量制御器２２を含んでもよい。一実施形態において、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスを、それぞれに対応のガスソース２１からそれぞれに対応の流量制御器２２を介してシャワーヘッド１３に供給するように構成される。各流量制御器２２は、例えばマスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器を含んでもよい。さらに、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスの流量を変調又はパルス化する１又はそれ以上の流量変調デバイスを含んでもよい。

【0017】

電源３０は、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介してプラズマ処理チャンバ１０に結合されるＲＦ電源３１を含む。ＲＦ電源３１は、少なくとも１つのＲＦ信号（ＲＦ電力）を少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極に供給するように構成される。これにより、プラズマ処理空間１０ｓに供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマが形成される。従って、ＲＦ電源３１は、プラズマ処理チャンバ１０において１又はそれ以上の処理ガスからプラズマを生成するように構成されるプラズマ生成部の少なくとも一部として機能し得る。また、バイアスＲＦ信号を少なくとも１つの下部電極に供給することにより、基板Ｗにバイアス電位が発生し、形成されたプラズマ中のイオン成分を基板Ｗに引き込むことができる。

【0018】

一実施形態において、ＲＦ電源３１は、第１のＲＦ生成部３１ａ及び第２のＲＦ生成部３１ｂを含む。第１のＲＦ生成部３１ａは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極に結合され、プラズマ生成用のソースＲＦ信号（ソースＲＦ電力）を生成するように構成される。一実施形態において、ソースＲＦ信号は、１０ＭＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第１のＲＦ生成部３１ａは、異なる周波数を有する複数のソースＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のソースＲＦ信号は、少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極に供給される。

【0019】

第２のＲＦ生成部３１ｂは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して少なくとも１つの下部電極に結合され、バイアスＲＦ信号（バイアスＲＦ電力）を生成するように構成される。バイアスＲＦ信号の周波数は、ソースＲＦ信号の周波数と同じであっても異なっていてもよい。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、ソースＲＦ信号の周波数よりも低い周波数を有する。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、１００ｋＨｚ～６０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第２のＲＦ生成部３１ｂは、異なる周波数を有する複数のバイアスＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のバイアスＲＦ信号は、少なくとも１つの下部電極に供給される。また、種々の実施形態において、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。

【0020】

また、電源３０は、プラズマ処理チャンバ１０に結合されるＤＣ電源３２を含んでもよい。ＤＣ電源３２は、第１のＤＣ生成部３２ａ及び第２のＤＣ生成部３２ｂを含む。一実施形態において、第１のＤＣ生成部３２ａは、少なくとも１つの下部電極に接続され、第１のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第１のバイアスＤＣ信号は、少なくとも１つの下部電極に印加される。一実施形態において、第２のＤＣ生成部３２ｂは、少なくとも１つの上部電極に接続され、第２のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第２のＤＣ信号は、少なくとも１つの上部電極に印加される。

【0021】

種々の実施形態において、第１及び第２のＤＣ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。この場合、電圧パルスのシーケンスが少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極に印加される。電圧パルスは、矩形、台形、三角形又はこれらの組み合わせのパルス波形を有してもよい。一実施形態において、ＤＣ信号から電圧パルスのシーケンスを生成するための波形生成部が第１のＤＣ生成部３２ａと少なくとも１つの下部電極との間に接続される。従って、第１のＤＣ生成部３２ａ及び波形生成部は、電圧パルス生成部を構成する。第２のＤＣ生成部３２ｂ及び波形生成部が電圧パルス生成部を構成する場合、電圧パルス生成部は、少なくとも１つの上部電極に接続される。電圧パルスは、正の極性を有してもよく、負の極性を有してもよい。また、電圧パルスのシーケンスは、１周期内に１又は複数の正極性電圧パルスと１又は複数の負極性電圧パルスとを含んでもよい。なお、第１及び第２のＤＣ生成部３２ａ，３２ｂは、ＲＦ電源３１に加えて設けられてもよく、第１のＤＣ生成部３２ａが第２のＲＦ生成部３１ｂに代えて設けられてもよい。

【0022】

排気システム４０は、例えばプラズマ処理チャンバ１０の底部に設けられたガス排出口１０ｅに接続され得る。排気システム４０は、圧力調整弁及び真空ポンプを含んでもよい。圧力調整弁によって、プラズマ処理空間１０ｓ内の圧力が調整される。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ又はこれらの組み合わせを含んでもよい。

【0023】

磁場生成部５０は、上部電極と下部電極との間のプラズマ処理空間１０ｓに磁場を生成することにより、プラズマ処理空間１０ｓのプラズマ密度の分布を制御する。

【0024】

磁場生成部５０は、複数のコイル５１～５５と、コイル５１～５５を保持するヨーク５６と、各コイル５１～５５に電流を印加するコイル電源５７と、を有する。図２は、コイル５１～５５の配置を示す平面図の一例である。

【0025】

コイル５１～５５は、上部電極として機能するシャワーヘッド１３の上方に配置される。コイル５１は、基板支持部１１の中心軸と同軸に巻回されて形成される。コイル５２は、コイル５１よりも径方向外側で、基板支持部１１の中心軸と同軸に巻回されて形成される。コイル５３は、コイル５２よりも径方向外側で、基板支持部１１の中心軸と同軸に巻回されて形成される。コイル５４は、コイル５３よりも径方向外側で、基板支持部１１の中心軸と同軸に巻回されて形成される。コイル５５は、コイル５４よりも径方向外側で、基板支持部１１の中心軸と同軸に巻回されて形成される。ヨーク５６は、磁性体で形成され、コイル５１～５５によって形成される磁束をプラズマ処理空間１０ｓの側に形成する。

【0026】

コイル電源５７は、複数のコイル５１～５５に対して独立して印加する電流を制御することが可能に構成されている。

【0027】

なお、図１及び図２に示す例において、プラズマ密度の分布を制御するコイルは５つ（５１～５５）あるものとして説明したがこれに限られるものではない。プラズマ密度の分布を制御するコイルは３つ以上有していてもよい。

【0028】

制御部２は、本開示において述べられる種々の工程をプラズマ処理装置１に実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部２は、ここで述べられる種々の工程を実行するようにプラズマ処理装置１の各要素を制御するように構成され得る。一実施形態において、制御部２の一部又は全てがプラズマ処理装置１に含まれてもよい。制御部２は、処理部２ａ１、記憶部２ａ２及び通信インターフェース２ａ３を含んでもよい。制御部２は、例えばコンピュータ２ａにより実現される。処理部２ａ１は、記憶部２ａ２からプログラムを読み出し、読み出されたプログラムを実行することにより種々の制御動作を行うように構成され得る。このプログラムは、予め記憶部２ａ２に格納されていてもよく、必要なときに、媒体を介して取得されてもよい。取得されたプログラムは、記憶部２ａ２に格納され、処理部２ａ１によって記憶部２ａ２から読み出されて実行される。媒体は、コンピュータ２ａに読み取り可能な種々の記憶媒体であってもよく、通信インターフェース２ａ３に接続されている通信回線であってもよい。処理部２ａ１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であってもよい。記憶部２ａ２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェース２ａ３は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信回線を介してプラズマ処理装置１との間で通信してもよい。

【0029】

次に、本実施形態に係るプラズマ処理方法について、図３を用いて説明する。図３は、本実施形態に係るプラズマ処理方法を示すフローチャートの一例である。ここで、プラズマ処理装置１は、エッチング処理（Ｓ１０２～Ｓ１０６）と、エッチング処理によって生じた反応副生成物を除去する処理（Ｓ１０７）とを繰り返すことにより、基板Ｗ上のエッチング対象膜にトレンチ、ホール等の凹部を形成する。

【0030】

ステップＳ１０１において、制御部２は、基板Ｗを準備する。具体的には、制御部２は、搬送装置（図示せず）を制御して、エッチング対象膜の上に開口パターンを有するマスクが形成された基板Ｗをプラズマ処理空間１０ｓに搬送し、基板Ｗを基板支持部１１に支持させる。また、プラズマ処理空間１０ｓは、排気システム４０によって所定の圧力に調整される。

【0031】

ステップＳ１０２において、制御部２は、エッチング処理を開始する。具体的には、制御部２は、ガス供給部２０を制御してプラズマ処理空間１０ｓにエッチング処理の処理ガスを供給し、電源３０を制御して少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極にソースＲＦ信号を供給し、プラズマ処理空間１０ｓにプラズマを生成する。また、制御部２は、電源３０を制御して少なくとも１つの下部電極にバイアスＲＦ信号を供給することにより、形成されたプラズマ中のイオン成分を基板Ｗに引き込み、基板Ｗに凹部の加工形状を形成する。

【0032】

ステップＳ１０３において、制御部２は、第１の磁場設定条件（ｉｎｎｅｒ ｔｉｌｔｉｎｇ条件）で磁場を設定する。具体的には、制御部２は、コイル電源５７を制御して、コイル５１～５５に印加される電流を第１の磁場設定条件に制御する。ここで、第１の磁場設定条件は、プラズマ処理チャンバ１０の基板支持部１１に支持される基板Ｗの中心部の電子密度に対して、基板Ｗの外周部の電子密度が高くなるように磁場を設定する条件である。これにより、第１の磁場設定条件は、基板Ｗに引き込まれるイオン成分の入射角度が基板Ｗの径方向内周側に向かって傾く（ｉｎｎｅｒ ｔｉｌｔｉｎｇ）ように磁場を生成する。所定時間経過すると、制御部２の処理はステップＳ１０４に進む。

【0033】

ステップＳ１０４において、制御部２は、第２の磁場設定条件（ｏｕｔｅｒ ｔｉｌｔｉｎｇ条件）で磁場を設定する。具体的には、制御部２は、コイル電源５７を制御して、コイル５１～５５に印加される電流を第２の磁場設定条件に制御する。ここで、第２の磁場設定条件は、プラズマ処理チャンバ１０の基板支持部１１に支持される基板Ｗの中心部の電子密度に対して、基板Ｗの外周部の電子密度が低くなるように磁場を設定する条件である。これにより、第２の磁場設定条件は、基板Ｗに引き込まれるイオン成分の入射角度が基板Ｗの径方向外周側に向かって傾く（ｏｕｔｅｒ ｔｉｌｔｉｎｇ）ように磁場を生成する。所定時間経過すると、制御部２の処理はステップＳ１０５に進む。

【0034】

ステップＳ１０５において、制御部２は、ステップＳ１０３及びステップＳ１０４の処理を所定回数繰り返したか否かを判定する。所定回数繰り返していない場合（Ｓ１０５・ＮＯ）、制御部２の処理はステップＳ１０３に戻る。所定回数繰り返した場合（Ｓ１０５・ＹＥＳ）、制御部２の処理はステップＳ１０６に進む。

【0035】

なお、第１の磁場設定条件による磁場設定と第２の磁場設定条件による磁場設定との繰り返しは、例えば、第１の磁場設定条件による磁場設定を５秒行い、第２の磁場設定条件による磁場設定を５秒行い、１０秒を１周期として繰り返してもよい。換言すれば、第１の磁場設定条件と第２の磁場設定条件との繰り返し周波数は、０．１Ｈｚとしてもよい。なお、第１の磁場設定条件と第２の磁場設定条件との繰り返し周波数は、０．０１Ｈｚ以上１Ｈｚ以下が好ましい。第１の磁場設定条件と第２の磁場設定条件との繰り返し周波数を０．０１Ｈｚ以上とすることにより、凹部の加工形状の精度を向上させることができる。一方、第１の磁場設定条件と第２の磁場設定条件との繰り返し周波数を１Ｈｚ以下とすることにより、磁場制御に、実際の磁場強度の変更が追随しやすくなる。更に、第１の磁場設定条件と第２の磁場設定条件との繰り返し周波数は、０．０５Ｈｚ以上０．５Ｈｚ以下がより好ましい。

【0036】

また、第１の磁場設定条件の時間第２の磁場設定条件の時間との比は、それぞれ５秒ずつ、換言すれば５０：５０であるものとして説明したがこれに限られるものではない。第１の磁場設定条件の時間第２の磁場設定条件の時間との比は、６０：４０から１：９９の範囲内であってもよい。

【0037】

また、第１の磁場設定条件と第２の磁場設定条件とは、複数のコイル５１～５５のうち、少なくとも１つ以上のコイルの電流値を変化させる。より好ましくは、第１の磁場設定条件と第２の磁場設定条件とは、複数のコイル５１～５５のうち、少なくとも３つ以上のコイルの電流値を変化させる。また、第１の磁場設定条件と第２の磁場設定条件とは、複数のコイル５１～５５のうち、少なくとも１つ以上のコイルの電流値を維持する（変化させない）ようにしてもよい。

【0038】

ステップＳ１０６において、制御部２は、エッチング処理を停止する。具体的には、制御部２は、ガス供給部２０を制御してプラズマ処理空間１０ｓに処理ガスの供給を停止し、電源３０を制御してソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号の供給を停止し、プラズマ処理空間１０ｓにおけるプラズマの生成を停止する。

【0039】

ステップＳ１０７において、エッチング処理中に生成された反応副生成物を除去する処理を実施する。

【0040】

ステップＳ１０８において、制御部２は、エッチング処理（Ｓ１０２～Ｓ１０６）及び反応副生成物を除去する処理（Ｓ１０７）を所定回数繰り返したか否かを判定する。所定回数繰り返していない場合（Ｓ１０８・ＮＯ）、制御部２の処理はステップＳ１０２に戻る。所定回数繰り返した場合（Ｓ１０８・ＹＥＳ）、制御部２の処理を終了する。

【0041】

図４Ａから図４Ｈは、エッチングレート及びイオンの入射角度を説明するグラフの一例である。なお、図４Ａ、図４Ｃ、図４Ｅ及び図４Ｇにおいて、横軸は基板Ｗの中心からの距離［ｍｍ］を示し、縦軸はエッチングレート［ｍｍ／ｍｉｎ］を示す。図４Ｂ、図４Ｄ、図４Ｆ及び図４Ｈにおいて、横軸は基板Ｗの中心からの距離［ｍｍ］を示し、縦軸はエッチングレートの逆数の２点間変化量（slope）を示す。ここで、エッチングレートの逆数は、シースの厚さに対応する。そして、エッチングレートの逆数の２点間変化量（slope）は、シースの傾きに対応する。即ち、エッチングレートの逆数の２点間変化量（slope）は、基板Ｗに対するイオンの入射角度（ｔｉｌｔｉｎｇ）に対応する。このため、エッチングレートの逆数の２点間変化量（slope）が０のとき、イオンの入射角度は０°に対応する。また、エッチングレートの逆数の２点間変化量（slope）が＋の値の時、イオンの入射角度は、基板Ｗの内周側に傾く（ｉｎｎｅｒ ｔｉｌｔｉｎｇ）。また、エッチングレートの逆数の２点間変化量（slope）が－の値の時、イオンの入射角度は、基板Ｗの外周側に傾く（ｏｕｔｅｒ ｔｉｌｔｉｎｇ）。

【0042】

また、図４Ａから図４Ｈの例において、６００ｋＷのソースＲＦ信号を印加し、１８ｋＷ、パルス周波数４０ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比８０％のパルス化されたバイアスＲＦ信号を印加した。

【0043】

図４Ａは、参考例におけるエッチングレートのグラフの一例である。図４Ｂは、参考例における凹部の角度を示すグラフの一例である。参考例において、コイル５１に０［Ｇ］、コイル５２に３［Ｇ］、コイル５３に０［Ｇ］、コイル５４に９［Ｇ］、コイル５５に０［Ｇ］の磁束密度を生成するようにコイル電源５７からコイル５１～５５に電流を供給した。参考例のプラズマ処理方法では、単一の磁場設定条件で基板処理を施す。

【0044】

参考例においては、図４Ａに示すエッチングレートの基板Ｗの径方向における変動を抑制するようにコイル５１～５５の生成する磁場を決定した。この参考例において、図４Ｂに示すように、基板Ｗの外周部（１３０～１４０ｍｍ付近）において、エッチングレートの逆数の２点間変化量（slope）が－の側に大きくなっている。即ち、基板Ｗの表面に対するイオンの入射角度が外周側に大きく傾いていることを示す。換言すれば、基板Ｗに形成される凹部の加工形状が外周側に傾くことを示す。

【0045】

図４Ｃは、第２の磁場設定条件におけるエッチングレートのグラフの一例である。図４Ｄは、第２の磁場設定条件における凹部の角度を示すグラフの一例である。第１の磁場設定条件において、コイル５１に０［Ｇ］、コイル５２に３［Ｇ］、コイル５３に３［Ｇ］、コイル５４に３［Ｇ］、コイル５５に０［Ｇ］の磁束密度を生成するようにコイル電源５７からコイル５１～５５に電流を供給した。

【0046】

ここでは、第２の磁場設定条件で磁場を生成した。図４Ｃに示すように、エッチングレートは基板Ｗの外周側で低下している。また、図４Ｄに示すように、基板Ｗの全体において、エッチングレートの逆数の２点間変化量（slope）が－の側にある傾向を示す。即ち、基板Ｗの全体において、基板Ｗの表面に対するイオンの入射角度が外周側に傾いていることを示す。

【0047】

図４Ｅは、第１の磁場設定条件におけるエッチングレートのグラフの一例である。図４Ｆは、第１の磁場設定条件における凹部の角度を示すグラフの一例である。第１の磁場設定条件において、コイル５１に０［Ｇ］、コイル５２に０［Ｇ］、コイル５３に０［Ｇ］、コイル５４に１５［Ｇ］、コイル５５に０［Ｇ］の磁束密度を生成するようにコイル電源５７からコイル５１～５５に電流を供給した。

【0048】

ここでは、第１の磁場設定条件で磁場を生成した。図４Ｅに示すように、エッチングレートは基板Ｗの外周側で増加している。また、図４Ｆに示すように、基板Ｗの全体において、エッチングレートの逆数の２点間変化量（slope）が＋の側にある傾向を示す。即ち、基板Ｗの全体において、基板Ｗの表面に対するイオンの入射角度が内周側に傾いていることを示す。

【0049】

図４Ｇは、本実施形態におけるエッチングレートのグラフの一例である。図４Ｈは、本実施形態における凹部の角度を示すグラフの一例である。本実施形態において、第１の磁場設定条件で５秒間磁場を生成し、第２の磁場設定条件で５秒間磁場を生成することを繰り返した。

【0050】

第１の磁場設定条件と第２の磁場設定条件とを切り替えて繰り返すことにより、図４Ｇに示すように、エッチングレートの基板Ｗの径方向における変動を抑制することができる。また、図４Ｈに示すように、エッチングレートの逆数の２点間変化量（slope）を小さくすることができる。

【0051】

ここで、基板Ｗへのイオンの入射角度は、基板Ｗの表面のシースの薄い側から厚い側に向かって曲げられる。図３のステップＳ１０３からステップＳ１０５に示すように、基板支持部１１に支持された基板Ｗの中心部よりも外周部の方がシースが薄くなる磁場設定条件（ｉｎｎｅｒ ｔｉｌｔｉｎｇ条件）と、基板Ｗの中心部よりも外周部の方がシースが厚くなる磁場設定条件（ｏｕｔｅｒ ｔｉｌｔｉｎｇ条件）と、を切り替えて繰り返すことにより、イオンの入射角度を基板Ｗの表面に対して垂直とみなすことができる。これにより、基板Ｗに形成される凹部の加工形状を基板Ｗの表面に対して垂直となるように制御することができる。

【0052】

なお、エッチング処理において、第１の磁場設定条件と第２の磁場設定条件とを切り替えて繰り返すものとして説明したが、これに限られるものではない。エッチング処理において、第１の磁場設定条件と第２の磁場設定条件以外の複数の磁場設定条件を切り替えて繰り返してもよいし、第１の磁場設定条件と第２の磁場設定条件のいずれか一方のみを含む複数の磁場設定条件を切り替えて繰り返してもよい。また、反応副生成物を除去する処理（Ｓ１０７）において、複数の磁場設定条件を切り替えて繰り返してもよい。なお、基板Ｗに形成される凹部の加工形状は、主にエッチング処理において決定されるため、エッチング処理において第１の磁場設定条件と第２の磁場設定条件とを切り替えて繰り返すことが好ましい。

【0053】

また、参考例のプラズマ処理方法に示すように、単一の磁場設定条件で基板処理を施す場合、最適な磁場設定条件を導出することは容易ではない。これに対し、本実施形態のプラズマ処理方法では、少なくとも第１の磁場設定条件（ｉｎｎｅｒ ｔｉｌｔｉｎｇ条件）と第２の磁場設定条件（ｏｕｔｅｒ ｔｉｌｔｉｎｇ条件）とを有しておればよく、その組み合わせで基板Ｗに形成される凹部の加工形状を基板Ｗの表面に対して垂直となるように制御することができる。

【0054】

以上、プラズマ処理システムの実施形態等について説明したが、本開示は上記実施形態等に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本開示の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。

【符号の説明】

【0055】

Ｗ 基板
１ プラズマ処理装置
２ 制御部
１０ プラズマ処理チャンバ
１０ｓ プラズマ処理空間
１１ 基板支持部
２０ ガス供給部
３０ 電源
４０ 排気システム
５０ 磁場生成部
５１～５５ コイル
５６ ヨーク
５７ コイル電源

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図4E】

【図4F】

【図4G】

【図4H】