等离子体处理装置及等离子体处理方法

专利名称：等离子体处理装置及等离子体处理方法
技术领域：
本发明涉及等离子体处理装置和处理方法，特别是涉及适合于形成半导体制造工序中的细微图形的等离子体处理装置和等离子体处理方法。
在现有技术中，在半导体制造工序中的细微加工过程中使用各种等离子体处理装置。其中，所谓平行平板型的等离子体处理装置，由于具有结构比较简单、均匀性上优越等优点而被广泛使用。
一般的平行平板型的等离子体处理装置，通过在处理室内的上下相对平行设置的平板型的电极上施加高频功率而发生的等离子体，来处理晶片。例如，在对晶片进行腐蚀处理时，使用所谓的反应性离子腐蚀(RIE:Reactive Ion Etching)法。该RIE法是在处理室中导入腐蚀气体，通过等离子体来离解腐蚀气体而生成离子和自由基(激活性种)，使它们作用在晶片表面上来进行腐蚀。
在平行平板型的等离子体处理装置中，使用两频率激励法(IEM:Ion Energy Modulation)。所谓IEM法是这样的方法如日本专利公开公报特开平7-297175中所记载的那样，给上下电极提供不同频率的功率。作为频率，例如，使等离子体发生侧的电极为几十MHz以上，设置试验样品的偏置侧的电极为几MHz以下。该结果，由于能够独立控制等离子体密度和试验样品的自己偏置即离子的能量，而提高了等离子体和腐蚀处理的控制性。
另一方面，在平行平板型的等离子体处理装置中，使用对上下电极平行施加大约30～90高斯的磁场的等离子体处理装置(MERIE:Magnetically Enhanced RIE)。在该MERIE法中，通过磁场的效果而得到高于RIE的腐蚀率。而且，使用日本专利公开公报特开平2-312231中所记载的那样的由磁控管方式的RIE所实现的等离子体处理装置(M-RIE:Magnetron RIE)。在该M-RIE法中，在上下电极之间形成相对于电极表面平行的100高斯以上的强磁场。这样，通过在该磁场与上部·下部电极之间发生的电场的相互作用，电子以环绕磁力线那样来进行旋轮线运动。其结果，由于电子与气体的碰撞频率较高，而得到较高的等离子体密度。
可是，随着半导体器件的高集成化，对等离子体处理装置要求微型加工性和处理速度以及选择比的提高。例如，在腐蚀接触孔和阱孔时，需要能够以接近于垂直形状高速腐蚀形状比大的即细而深的孔。而且此时，需要有选择地仅腐蚀孔部分。这就要求腐蚀特性在再现性和控制性上优越。而且，随着晶片直径的大口径化，就需要在遍布晶片整个表面的宽广区域中确保腐蚀率和选择比的均匀性。
为了适应于这些要求，而推进处理压力的低压化和等离子体的高密度化。如果处理压力为几Pa程度的低压力，就减少了等离子体中的离子和自由基与分子的碰撞频率，离子和自由基的方向性增大，因此，有希望提高细微加工性。通过使等离子体高密度化，而使进行腐蚀的离子和自由基的密度增加，因此，提高了腐蚀速度。但是，在这样的低压力下的高密度的等离子体中，腐蚀气体的离解状态由于在大多情况下对选择此不利地工作，则难于确保选择比。因此，为了同时满足细微加工性和处理速度以及选择比的提高，需要通过控制支配处理的腐蚀气体的离解状态，而实现优化处理条件。需要在遍布等离子体整体和晶片整个表面上一样地控制等离子体的密度和气体的离解状态。因为，当在反应器内部具有等离子体密度局部较高的区域时，离子和自由基的密度和腐蚀气体的离解状态难于确保分布的均匀性。而且，为了适应于各式各样的腐蚀条件，需要使最佳处理条件的范围即处理余量变宽。为了在短时间内构成处理，而希望与处理关联的参数尽可能地独立控制。
对于这样的要求，在上述现有技术中，存在下列课题首先，在上述的平行平板型的等离子体处理装置中，通过提高频率，而能够在几Pa程度的低压力下，不降低等离子体密度来稳定地发生等离子体。但是，由于通过单纯地降低压力，高能量的离子增加，而给晶片造成损伤。
上述的两频率激励法(IEM)，通过独立地控制等离子体密度和离子的能量，来解决该问题。但是，IEM法没有直接控制腐蚀气体的离解状态的措施。因此，不得不通过适当组合处理室内的压力和腐蚀气体的流量、高频功率·偏置功率等条件来间接地控制气体的离解状态。由于与它们的处理相关的参数是相互复杂关联的，故构筑处理不容易。
在平行平板型的等离子体处理装置中，存在等离子体密度的分布取决于电场强度的分布的问题。在平行平板型的等离子体处理装置中，为了稳定地产生等离子体，与等离子体发生电极相比需要更宽的处理室内部的接地面积的部分。但是，由此，在处理室内部不能使电场的分布成为一样的，在电极的端部和晶片周边部产生电场强度较高的部分，其结果，在等离子体密度上产生分布。特别是，当随着晶片直径的大口径化而使电极直径变大时，该倾向变得尤其显著，均匀性的确保变得更加困难。
另一方面，在上述M-RIE法中，存在由磁场所引起的漂移的问题。由于磁控管效应使等离子体密度增加，而至少需要100高斯以上的强磁场。但是，在这样的强磁场中，通过与磁场和电极之间产生的电场的相互作用而产生漂移(E×B漂移)，因此，在等离子体密度上产生很大的偏倚。由于晶片上的电位因强磁场而偏置，故在晶片上产生损伤。
为了解决这些问题，作为简便的方法，如日本专利公开公报特开平7-288195中所记载的那样，转动发生磁场的磁体。但是，在这样的方法中，即使在外表上使等离子体密度变得均匀化，但是，却未解决漂移和由其引起的损伤的问题。用于机械地转动磁体的机构变得较大。另一方面，例如，如《超净技术》第8卷，No.1(1996年)，20页～24页中所记载的那样，也实施了给磁场提供梯度。该方案是这样记载的使用永久磁体，来形成与试验样品平行的磁场，使该磁场强度分布在与试验样品平行的表面内以及在与磁场的方向垂直的方向上以90～180高斯的范围倾斜，来给磁场提供梯度。通过这样的梯度磁场，等离子体密度提高到2×1010cm-3程度，并且使等离子体密度在试验样品表面内均匀化，而没有静电损伤。但是，随着晶片的大口径化，在遍及晶片整个表面的宽广区域内得到均匀的等离子体密度的磁场设计的难度增大了。当一旦固定了磁场强度的分布时，等离子体成为均匀的条件就被限制在特定的狭窄条件范围内。由此，处理余量较窄，就有不能容易地适应于各式各样的处理条件的变化的缺点。特别是，在使用永久磁体来形成磁场的情况下，难于变更已经设定的磁场分布，只能仅对特定的处理来优化磁场分布。永久磁体很难得到完全一致的磁场特性，故特性变得不一致。由此，即使在相同的机构种类中，也存在每个装置中等离子体处理的特性存在偏差的问题。
另一方面，在上述MERIE法中，由于磁场强度大约为30～90高斯，漂移的影响小于M-RIE法。但是，在超过大约50～60高斯的磁场强度下，漂移的影响开始出现。为此，需要给磁场提供梯度，或使磁场旋转。而具有实质上与M-RIE法相同的问题。
因此，为了控制腐蚀气体的离解状态和腐蚀特性，通常是在处理气体中添加微量的气体。例如，在通过氧化膜腐蚀来腐蚀出孔的情况下，通过添加氧气，来提高垂直加工性，增加腐蚀速度，所谓脱落性变好。但是，氧气的添加同时降低了选择比。该问题在自调整接触(SAC:Self Aligned Contact)的情况下尤其突出。在SAC腐蚀中，相对于氮化膜需要以较高的选择比来腐蚀氧化膜，但是，由于当添加氧气时氮化膜的腐蚀进展，则选择比难于变高。这样，当通过添加气体来控制腐蚀气体的离解状态时，兼顾腐蚀速度和选择比等相反的腐蚀特性是困难的。这样的状况并不仅限于氧化膜腐蚀。由此，就需要不通过氧等气体的添加来控制腐蚀气体的离解状态的方案。但是，在上述的IEM法、MERIE法、M-RIE法中，不能独立地控制腐蚀气体的离解状态。
如上述那样，在平行平板型的等离子体处理装置中，通过IEM法和MERIE法、M-RIE法，增大了在遍布大口径的晶片整个表面上以低压力均匀地生成高密度的等离子体的难度。即使通过优化压力和气体流量、功率或磁场梯度等条件终于构成了处理，处理余量也较窄，难于适应于各式各样的变化的处理条件。此外，在由气体添加所引起的离解控制中，而难于兼顾相反的处理条件的对应关系。由此，强烈希望一种更好的装置，能够控制等离子体的状态和腐蚀气体的离解。
鉴于上述状况，本发明的目的是提供一种等离子体处理装置和等离子体处理方法，使用磁场来控制等离子体中的电子共振状态，由此，能够实现等离子体状态和腐蚀气体的离解状态的控制；并且提供一种等离子体处理装置和等离子体处理方法，通过在遍及等离子体整体和晶片整个表面的宽广范围中进行这样的控制，即使对于大口径的晶片，也能确保腐蚀率的选择比的均匀性，并且，同时满足处理速度和细微加工性。
本发明的另一个目的是提供一种等离子体处理装置和等离子体处理方法，具有在大口径的晶片上形成磁场的措施，由此能够克服电子的漂移和由晶片上的电位的偏置所引起的损伤以及克服在用于避免上述缺陷的梯度磁场的设计中的难度。
本发明提供一种等离子体处理装置，包括设在处理室中的一对电极和在上述一对电极之间施加高频功率的电源，并在上述处理室内处理装载在上述电极一方上的试验样品，其特征在于，具有磁场形成装置，在上述一对电极的至少一方的主要表面上，在与上述电极之间的电场相交叉的方向上形成磁场，形成基于在上述电极的主要表面上所形成的等离子体包层部中的电场和上述磁场的相互作用的电子共振区域，以及能够任意控制由上述磁场形成装置发生的磁场强度，以控制在上述电子共振区域中的电子共振来控制等离子体状态。
本发明的其他特征是，上述高频电源，在上述一对电极之间施加频率f为20MHz至300MHz，最好40MHz至150MHz的高频功率，上述磁场形成装置，相对于上述高频功率的频率f，能够在包含电子回旋共振(ECR-S)的磁场强度Bc以及电子包层共振(ESR)磁场强度Bs的至少一方的范围内任意控制磁场强度，该电子回旋共振(ECR-S)磁场强度Bc由Bc(高斯)=0.357×f(MHz)所定义；该电子包层共振(ESR)磁场强度Bs由Bs(高斯)=Bc/2(高斯)所定义，通过在上述电极的主要表面上所形成的等离子体包层部中的电场和上述磁场的相互作用，形成电子回旋共振区域和电子包层共振区域。
本发明的另一个特征是，上述磁场形成装置，形成可在2高斯以上100高斯以下的范围中任意控制强度的磁场，控制磁场强度来控制电子回旋共振、电子包层共振，进而控制等离子体状态即等离子体密度·等离子体的电子能量分布·处理气体的离解状态。
本发明的另一个特征是，在遍布上部电极或下部电极主要表面的几乎整个表面上的区域中形成上述电子共振产生的区域。
本发明的另一个特征是，在上述上部电极或下部电极主要表面上，通过磁场形成装置的配置和磁场强度来控制上述电子共振的产生区域。
根据本发明，利用包层部中的磁场和电场的相互作用所产生的ECR-S和ESR的两个电子共振现象，用磁场来控制该电子共振的程度，由此，就能控制等离子体状态即等离子体的密度、电子能量分布、处理气体的离解状态。
根据本发明，由于利用了与20MHz至300MHz，最好40MHz至150MHz的频率相对应的电子共振现象，不使用使漂移产生的100高斯以上的强磁场，就能实现等离子体的状态和腐蚀气体的离解状态的控制。因此，没有由晶片上的电位偏置所引起的损伤以及在用于避免该损伤的梯度磁场的设计上的难度。
根据本发明，由于使用电子共振，而具有能够通过磁场来有效地控制等离子体的状态的优点。同时，由于电子共振的特性具有与磁场强度相对应的某种程度的宽度，而在控制性上优良。进而，由于电子共振现象发生在遍及电极表面附近的包层部的宽广区域种，就具有不会产生局部分布而在遍及等离子体整体和晶片整个表面的宽广范围内均匀地控制等离子体状态的优点。
根据本发明，通过利用磁场来调整两种电子共振(ECR-S、ESR)的生成区域的大小，就能控制等离子体的分布。
根据本发明，由于不必进行气体添加来进行等离子体状态和腐蚀气体离解状态的控制，就能兼顾腐蚀率和提高选择比的相反的特性。
本发明的另一个特征是，提供一种等离子体处理装置，包括设在处理室中的一对电极和在上述一对电极之间施加高频功率的电源，在上述处理室内处理装载在上述电极一方上的试验样品，其特征在于，包括磁场形成装置，在上述一对电极的间隙中形成与上述电极的主要表面相平行的成分起支配作用的磁场，该磁场形成装置具有对着上述一对电极的外侧配置并且被配置成中心线与装载上述试验样品的电极的主要表面大致平行的多个线圈；和由该多个线圈与覆盖住上述处理室的至少一部分的磁性体所组成的屏蔽(体)。
本发明的另一个特征是，在具有上述磁场形成装置的等离子体处理装置中，具有磁场形成装置，包括在试验样品的设置表面和运送路径的上方相对地设置的一对以上的线圈和具有贯通包含该线圈内至少下方区域的区域的构造的轭部或者还在该线圈的内侧具有垂下构造并由磁性体组成的轭部，在上述试验样品的设置表面附近形成水平成分为主的所需要的磁场矢量。
根据本发明的等离子体处理装置，通过轭部和屏蔽，就能高效率地利用来自线圈的磁力线，而且，通过垂下型的轭部，由于磁场的横向成分占支配作用的位置处于线圈中心线的下方，就能在试验样品的设置表面附近形成水平成分为主的所需要的磁场矢量。
本发明的另一个特征是，在上述磁场形成装置中，在移动相位的同时来控制在相对的一对以上的线圈中所流过的电流，使磁场旋转或反向，或者使多个线圈中所流过的电流的比率变化，来实现磁场梯度。
根据本发明的另一个特征，由于使用电磁线圈来形成磁场，而不会出现永久磁铁那样的个体差异，从而不会发生同一机种内的差异。由于能够与处理的设定条件相配合来变更磁场强度及其分布，就能缓和由漂移所引起的等离子体的不均匀性，而谋求等离子体处理的均匀化。
本发明的另一个特征是，提供一种等离子体处理装置，包括设在处理室中的一对电极和在上述一对电极之间施加高频功率的电源，在上述处理室内处理装载在上述电极一方上的试验样品，其特征在于，包括磁场形成装置，在上述一对电极之间在与电极表面大致平行的方向上形成磁场；防止等离子体扩散装置，具有宽度和长度不同的细长矩形的窄缝状的开口部。
本发明的另一个特征是，把上述防止等离子体扩散装置设置在下部电极周围，使窄缝状的开口部形成为同心圆状，使防止等离子体扩散装置的开口部和由上述磁场形成装置所形成的磁力线相交叉。
本发明的另一个特征是，使由上述磁场形成装置所形成的磁场强度为40高斯以上。
根据本发明的等离子体处理装置，由于能够防止处理室内的等离子体的扩散，就能提高上下电极之间的等离子体密度。并且能够防止由于等离子体向处理室内部的下方和真空排气系统等处理室以外扩散所引起的堆积性的反应生成物的堆积·附着，由此，就能限定堆积物的附着·堆积区域，因而，就能节约用于除去堆积物的工夫。而且，通过使磁场强度为40高斯以上，就能更有效地防止等离子体的扩散，因而，更强地得到上述提高等离子体密度的效果和限定堆积物区域的效果。
本发明的这些和其他的目的、优点及特征将通过结合附图对本发明的实施例的描述而得到进一步说明。在这些附图中

图1是构成本发明的一个实施例的等离子体腐蚀装置的截面模式图；图2是表示由图1的等离子体腐蚀装置的磁场形成装置所产生的磁场的形成状态和电子共振区域的关系的图3是包层中的电子回旋共振(ECR-S:Electron CyclotronResonance)的原理示意图；图4是包层中的电子回旋共振的原理示意图；图5是包层中的电子包层共振(ESR:Electron SheathResonance)的原理示意图；图6是包层中的电子包层共振的原理示意图；图7是通过模拟计算的磁场对等离子体密度的变化产生影响的效果的结果；图8是通过模拟计算的磁场对等离子体的电子能量分布的变化产生影响的效果的结果；图9是通过模拟计算的磁场对Ar的离子化碰撞的频率产生影响的效果的结果；图10是通过模拟计算的磁场对Ar的激发碰撞的频率产生影响的效果的结果；图11是表示构成本发明的另一个实施例的等离子体腐蚀装置的截面模式图以及表示磁场的形成状态和电子共振区域的关系的图；图12是从上方看的本发明的实施例的磁场形成装置的平面图；图13是作为磁场形成装置所产生的磁场图形的一个例子来表示发散型的磁场图形的图；图14是作为磁场形成装置所产生的磁场图形的另一个例子来表示镜象型的磁场图形的图；图15是作为磁场形成装置所产生的磁场图形的另一个例子来表示大致平行的磁场图形的图；图16是表示通过离子电流密度试验性地评价由磁场所引起的等离子体特性的变化的结果的图；图17是表示通过Ar等离子体的发光试验性地评价由磁场所引起的等离子体特性的变化的结果的图；图18是表示通过CF、CF2和F的发光强度测量的由磁场所引起的处理气体的离解状态的变化的结果的图19是表示通过CF、F的发光强度测量的当使高频功率变化时的处理气体的离解状态的变化的结果的图；图20是通过孔的腐蚀形状的改善效果来表示由磁场所引起的腐蚀特性的变化的腐蚀截面形状图；图21是通过孔的腐蚀形状的改善效果来表示由磁场所引起的腐蚀特性的变化的图；图22是通过微加载的改善效果来表示由磁场所引起的腐蚀特性的变化的图；图23是通过腐蚀率的均匀性的提高的效果来表示由磁场所引起的腐蚀特性的变化的图；图24是表示通过CF2和F的发光强度对镜象型的磁场测量的由磁场所引起的处理气体的离解状态的变化的结果的图；图25是构成本发明的另一个实施例的阴极耦合型的等离子体腐蚀装置的截面模式图；图26是本发明的另一个实施例的等离子体腐蚀装置的截面模式图；图27是本发明的第一实施例的等离子体腐蚀装置的系统构成图；图28是图27的线圈的俯视图；图29是图27的线圈的上面图；图30是图27的带垂下型铁心的磁性体的俯视图；图31是线圈截面方向的磁场二维解析图；图32是表示本发明的纵磁场成分比的降低效果的图；图33是磁场形成装置的磁性体的构成例子的示意图；图34是表示以试验求出的图35的各磁性体屏蔽的形状和试验样品承载表面附近的磁场的水平成分B的关系的结果的图。
图35是带垂下型铁心的磁性体和线圈的截面形状的比较示意图；图36是表示本发明的另一个实施例的线圈形状的图；图37是本发明的第三实施例的腐蚀装置的系统概略图；图38是本发明的另一个实施例的线圈配置图；图39是本发明的另一个实施例的线圈配置图40是表示在图38和图39的实施例中使磁场旋转时的各线圈的磁场的方向和合成磁场的方向的变化的图；图41是表示在图40的磁场旋转时的各线圈中流过的电流的图；图42是表示用另一个方法使磁场旋转时的各线圈的磁场的方向和合成磁场的方向的变化的图；图43是表示在图42的磁场旋转时的各线圈中流过的电流的图；图44是表示使磁场旋转的另一个方法的图；图45是交替反复进行两个磁场的反转并且使磁场旋转的方法的示意图；图46是具有倾斜的磁场分布的实施例的示意图；图47是表示本发明的防止等离子体扩散装置的实施例；图48是表示本发明的防止等离子体扩散装置的另一个实施例；图49通过等离子体的发光强度来表示防止等离子体扩散的磁场所产生的效果；图50表示本发明的防止等离子体扩散装置的另一个实施例。
下面根据附图来对本发明的实施例进行详细的说明。
图1表示把本发明用于等离子体腐蚀装置的实施例，是该等离子体腐蚀装置的截面模式图。在图1中，处理室10是能够达到例如10-6乇的真空度的真空容器。在处理室10的内部具有一对相对的电极即上部电极20和下部电极30，由两者来构成平行平板电极。处理室10通过接地线11而接地。上部电极20、下部电极30通过例如陶瓷等的上部电极绝缘体21、下部电极绝缘体31来分别与处理室10相绝缘。
上部电极20在其下侧表面上具有上部电极板22，在其内部设置具有分散板23的气体导入室24。在试验样品的腐蚀等处理中所需要的气体从气体供给装置25通过气体导入室24提供给处理室10。气体供给装置25由气体供给源·阀门·流量控制装置(都未图示)所构成，把具有预定流量和混合比的气体提供给气体导入室24。在气体向处理室10的导入过程中，通过设在上部电极20和上部电极板22上的孔和分散板23的开口部而被控制成为预定的气体分布。另一方面，处理室10通过真空排气系统12来进行真空排气。真空排气系统12由阀门·压力控制装置·真空泵(都未图示)所构成，把处理室10的内部调整为预定的处理压力。在处理室10中安装检测腐蚀处理的结束的终点检测装置14，以便于能够通过观察口15来检测处理室10内部的状态。
另一方面，在处理室10的下部对着上部电极20设置下部电极30。下部电极30在其上表面即试验样品承载面41上承载保持试验样品42。下部电极30是双极式的静电吸附装置40，由外侧的第一下部电极30A和在其内侧上方通过绝缘体32配置的第二下部电极30B所构成，而且，在第一下部电极30A和第二下部电极30B的上表面上设置静电吸附用电介质层(以下简称为静电吸附膜)33。第一下部电极30A和第二下部电极30B分别通过高频成分切除用的滤波器35A、35B而连接到直流电源36上，第二下部电极30B施加正的几百V～几千V的直流电压。由此，借助于通过静电吸附膜33而作用在试验样品42和下部电极30之间的库仑力，试验样品42吸附、保持在下部电极30上。作为静电吸附膜33，使用例如氧化铝和在氧化铝中混合了钛氧化物的电介质。
在本实施例中，以双极式的静电吸附装置为例来进行说明，但是，也可以是例如单极式和多极式等其他方式的静电吸附装置。
上下电极的间隔即上部电极20的上部电极板22的下表面与下部电极30的静电吸附装置40的上表面的试验样品承载面41之间的距离为15mm以上100mm，最好为20mm以上50mm以下。下部电极30通过上下机构(未图示)而上下移动，由此来调整与上部电极20的间距。
处理室10是由例如铝等非磁性体的金属构成的真空容器。处理室10能够使用未图示的温度控制装置来使其内部表面的温度在例如20℃至50℃的范围内变化。通过这样控制温度，来控制处理室10内部的表面中的化学反应和反应生成物的堆积。
上部电极20和下部电极30被未图示的温度控制装置所控制。这是为了把上部电极板22和试验样品42的温度保持在预定的温度上，来控制其表面上的化学反应。而且，在下部电极30上，在静电吸附装置40和试验样品42之间提供惰性气体例如He气体并设定为预定的流量和压力，来提高静电吸附装置40和试验样品42之间的热传导性。
处理室10的内部表面由处理室内表面覆盖层13所覆盖，而成为使处理室10的内部表面的金属部分不会露在等离子体中的结构。上部电极20、上部电极绝缘体21和下部电极30、下部电极绝缘体31的表面分别由上部电极覆盖层26、下部电极覆盖层34覆盖，而不会露在等离子体中。这些处理室内表面覆盖层13、上部电极覆盖层26、下部电极覆盖层34由耐等离子体性高的材料所构成。作为材料的例子，可以列举出SiC、AlN等陶瓷、Si、石英或者进行了氧化铝膜处理和铝熔射膜形成的铝、或者进行了聚酰亚胺类的树脂包覆的铝等等。这些覆盖层可以为能够分割的构造。这些覆盖层作成能够容易更换的构造就降低了在装置维护中所需要的时间和费用。这些覆盖层通过上述未图示的温度控制装置来控制其温度。而且，把反应生成物的堆积量即堆积膜的厚度或堆积速度控制为一定，进行维持以避免成为露出到等离子体中所造成的表面损伤。其结果，就能延长覆盖层部件等的更换间隔，来降低装置的运行成本。
处理室10在其内部的下部电极的周围设置防止等离子体扩散装置16。该防止等离子体扩散装置16为这样的构造一边防止等离子体的扩散，一边把对真空排气的传导保持得足够小。通过这样的构造，等离子体不会扩散到处理室10的下部和真空排气系统12中，由此能够提高处理室10的电极间的等离子体密度，从而能够提高腐蚀率等的腐蚀特性。由于对真空排气的传导较小，则能够把处理室10中的处理压力保持在较低。而且，通过限定等离子体与处理室和真空排气系统的内壁相接触的区域，就能确定反应生成物堆积的区域，而延长处理室内表面覆盖层的更换周期，同时，覆盖层的更换变得容易。
在上部电极20上连接有通过匹配盒(自动阻抗匹配装置)37来提供高频功率的高频电源28。上部电极20通过滤波器29而接地。该滤波器29被设定为这样的频率特性相对于上部电极20的高频电源28的频率为高阻抗，相对于下部电极30的偏置电源38的频率为低阻抗。另一方面，在下部电极30(30A、30B)上同样连接通过匹配盒(自动阻抗匹配装置)37来提供偏置功率的偏置电源38。下部电极30通过滤波器39而接地。而且，该滤波器39的频率特性被设定为相对于下部电极30的偏置电源38的频率为高阻抗，相对于上部电极20的高频电源28的频率为低阻抗。
本实施例的等离子体腐蚀装置中，在上部电极20的外周部设置磁场形成装置50。磁场形成装置50具有线圈51和外周屏蔽52、轭部53。线圈电源54被连接在线圈51上。而且，磁场形成装置50构成为在上下电极之间形成与电极表面平行的磁场。
其中，上部电极20、下部电极30的频率和由磁场形成装置发生的磁场强度的关系设定为下述这样首先，施加在上部电极20上的等离子体发生用的高频频率为20MHz～300MHz最好40MHz～150MHz的范围。频率希望是从工业用频率13.56MHz的整数倍选择出来的。下部电极的偏置电源的频率为300kHz以上，并且为上部电极的频率的1/4以下。例如，设定为上部电极的频率68MHz，下部电极的频率800kHz。由磁场形成装置发生的磁场，在100高斯以下的范围内，最好为2高斯至60高斯的范围，为能够任意控制磁场强度的静磁场(或1kHz以下的低频磁场)。
通过上述实施例所示的这样的装置构成，就能使用磁场来控制等离子体的包层部中的电子共振现象。图2是为了说明其而表示图1的等离子体腐蚀装置中的磁场形成状态和电子共振区域的关系的图。在图2中，用虚线表示由磁场形成装置50在上下电极间及其附近产生的磁力线61的分布。
如后面详细说明的那样，在本发明中用于等离子体控制的电子共振现象，在等离子体包层部中当形成与电极表面平行的磁场时最强烈地发生。等离子体包层是在电极表面上在与主体等离子体的边界上所形成的。因此，在上下电极的与等离子体相接触的主要表面即上部电极的下表面或下部电极的试验样品搭载面的至少一方中，需要形成与电极表面平行的磁场。这样的平行磁场如果是把磁场形成装置50配置成包围上下电极间的外周部，就能简单地形成。但是，如下面详细描述的那样，在实际的装置中，为了不会对试验样品的送入机构(在图1中未图示)和终点检测装置14等造成干涉，而在磁场形成装置50的配置上产生制约。因此，为了避免这样的干涉，磁场形成装置50需要设置在上下电极间的上方即上部电极20的外周部附近。因此，在此情况下，与电极平行的磁场所形成的区域需要成为低于线圈51本体的中心的位置。
为了能够实现这样的磁场形成，在图1、图2中，具有在线圈51的内侧配置成向下方垂吊的轭部53。在图2中用虚线表示把轭部53配置成这样的垂下型时的磁力线61，这样，在轭部的高度上即在低于线圈51本体的中心的位置上，形成与电极相平行的磁场。而且，就能通过磁场形成装置50的设计和高度方向的位置来调整平行磁场发生的位置及其区域。因此，如图2所示的那样，就能使平行磁场的发生位置与上部电极板22的下表面和下部电极30的试验样品承载面相配合。此时，电子共振的发生区域为遍及电极板22的下表面包层部的几乎整个表面的区域62和遍及下部电极30的试验样品承载面的几乎整个表面的区域63。因此，就能把等离子体的包层部中的电子共振现象高效率并且均匀地控制在电极表面和试验样品表面的宽广面积范围内。
对该磁场形成装置下面对其进行详细描述，这里，对作为本发明的原理的磁场所产生的电子共振控制和等离子体状态控制进行详细的说明。下面，在说明中使用图3至图6的原理说明图和作为由该原理的模拟所产生的验证结果的图7～图10。
一般，在平行平板型的等离子体处理装置中，通过在上下电极间施加高频，来在电极间在与电极表面垂直的方向上发生振动电场。其中，若考虑等离子体中的电势变化在包层部较大的情况，则在电极间产生的电场在等离子体的主体部分较小，而在包层部分较大。即，振动电场在平行平板电极附近的等离子体包层部强烈发生。另一方面，当在与振动电场相垂直的方向上施加引起电子共振的强度的磁场时，通过磁场和电场的相互作用，电子被共振地加速，而发生电子共振现象。
可是，作为磁场所引起的电子共振现象，微波的电子回旋共振(ECR:Electron Cyclotron Resonance)是公知的。它是通过对生成等离子体的2.45GHz的微波的行进方向施加875高斯的磁场，在磁场中沿着磁力线运动的电子共振性地吸收微波而被加速。在该ECR共振的情况下，微波的“旋转电场”使电子共振发生。
另一方面，在本实施例中，通过“振动电场”而产生电子共振。图3(a)～(c)表示其样子。该图表示等离子体(灰色部)和包层的边界部分中的电场(以下称为包层电场)所产生的电子的举动。包层电场在与包层边界表面相垂直的方向上振动。另一方面，磁力线垂直地进入纸面。此时，电子在沿着磁力线被输送的同时，围绕磁力线周围运动。即，(a)电子由包层电场在被从包层压出的方向上加速，在主体等离子体中，在磁力线周围旋转，(b)当包层电场变成最小时，电子在磁力线周围旋转半周，而从主体等离子体进入包层中，(c)电子进一步在磁力线周围旋转半周，由于再次变为最大的包层电场电子被加速以致从包层被压出。
这样一来，如图4所示的那样，电子在等离子体和包层的边界部沿着磁力线进行螺旋运动，同时，被共振地进行加速。该现象是在磁场中进行轨道运动的电子共振地吸收与该轨道频率相等的频率的电磁波的现象，因此，而成为所谓的电子回旋共振(ECR)。但是，为了与一般所使用的微波的旋转电场所产生的ECR相区别，而表示由包层中的振动电场所产生的ECR的情况，则在下面称为ECR-S(S是包层的意思)。ECR的共振磁场强度Bc(高斯)如公知的那样为Bc=0.357×ff等离子体生成用高频频率(MHz)。
但是，这是与旋转电场相对应的值，在由振动电场所产生的ECR-S的情况下，由于电子的轨道频率移动，故共振磁场强度取稍稍高于上述值的值。该情况在下面被实验性地表示出来。但是，在此，作为共振磁场强度的值，方便地使用上式的定义来进行说明。
但是，在电子被振动电场所加速的情况下，当电子的旋转速度为ECR-S的1/2时，也有共振性的现象发生。其样子由图5(a)～(c)表示。在该图中，与图3相同，磁力线垂直地进入纸面。包层电场在与包层边界面相垂直的方向上振动，但是，其振动频率为图3的情况的1/2。此时，电子在沿着磁力线被输送的同时，围绕磁力线周围运动。(a)电子由包层电场在被从包层压出的方向上加速，在主体等离子体中，在磁力线周围旋转，(b)当包层电场变成最小时，电子处于在磁力线周围旋转1/4周的位置，尚在等离子体中运动，接着，(c)当电子在磁力线周围旋转半周而再次射入到包层中时，由于变为最大的包层电场，电子被共振地加速如同从包层向主体等离子体被压出而进行反射。
其结果，如图6所示的那样，电子在等离子体和包层的边界部中进行摆线状的运动，同时，被共振地进行加速。对于该现象，使用同轴圆筒腔的基础原理确认已经有了报告(Okuno etal，APPl.Phys.Lett64(13)p1623-1625)。因此，根据该记述，下面把该现象称为电子包层共振(ESR:Electron Sheath Resonance)。由于在ESR中电子的旋转速度(即频率)为ECR-S的1/2，故ESR的共振磁场强度Bs(高斯)为ECR磁场强度的1/2，即Bs=Bc/2=1/2×0.357×ff等离子体生成用高频频率(MHz)。
因此，在平行平板型的等离子体处理装置中，通过在对于上下电极的电极表面的水平方向上(即与在等离子体包层部发生的振动电场正交的方向上)施加使电子共振产生的强度的磁场，电子被共振地加速。而根据磁场强度Bc、Bs，发生ECR-S、ESR这两个电子共振现象。通过使磁场强度变化，就能控制电子共振的程度，因此，就能控制等离子体中的电子的状态即电子密度和电子的能量分布。由于处理气体的离解随等离子体中的电子的状态而变化，故通过磁场强度的变化，就能控制处理气体的离解状态。这样一来，通过使用磁场来控制等离子体中的电子共振现象，就能控制等离子体中的电子的状态和处理气体的离解状态。
但是，在平行平板型的电容耦合等离子体中，电子在包层部被加速，而被统计性地加热，由此，能量传递给等离子体中的电子。其中，在上述ECR-S、ESR中，电子在包层部共振地被加速。因此，包层部分中的电子的加速即统计性的加热高效地进行，能有效地(即对磁场强度敏感地)控制等离子体中的电子状态。
如上述那样，在本实施例的装置构成中，通过相对于电极表面水平地施加的磁场来控制电子共振，进而控制等离子体特性和处理气体离解状态，对此说明了其原理。因此，下面说明通过使用Ar气体的模拟来验证该原理的结果。下面以高频电源28的频率68MHz为例来进行说明。在此情况下，ECR-S磁场强度为24高斯，ESR磁场强度为其二分之一的12高斯。在这样的磁场强度下，电子的漂移几乎不会发生。下面对上部电极20的高频电源28的频率，详细描述其希望的范围以及与磁场强度的关系等。
图7表示等离子体密度随施加在电极间的磁场强度而变化的样子。电极间隔为20mm，压力为0.7Pa。在此情况下，如图7所表示的那样，等离子体密度随磁场强度的增加而增加，在15高斯成为最大，但是，其后在30高斯附近，具有肩部同时降低，进而在40高斯以上又转为增加。该举动能够理解为图7中由虚线所示的两个峰值的重合。这两个峰值是以作为ESR磁场强度的12高斯和作为ECR-S磁场强度的24高斯为中心的。这可以认为是随着磁场强度的增加，由ECR-S、ESR所产生的效果互补地进行作用，等离子体密度进行变化。因此，通过在包含ESR和ECR磁场强度的范围内控制磁场强度，就能控制等离子体密度。
如图7所表示的那样，等离子体密度的变化在ECR-S、ESR磁场强度下没有尖锐的峰，而具有平缓的分布。这表示出了ECR-S、ESR的电子共振不是仅在共振磁场强度附近的狭窄范围内发生，而是其发生具有某种程度的磁场强度的宽度。具有这样宽度的特性就比尖锐的共振特性易于控制。即，ECR-S、ESR具有在控制性上优越的优点。由于共振相对于磁场强度具有宽度，当在遍及电极表面的整个表面的宽广范围中未形成完全均匀的磁场时，只要是某种程度以内的磁场强度分布，电子共振也不会局域化。由于电子共振在宽广区域中同样产生，等离子体密度分布就不会具有局部的分布，因而具有难于对均匀性产生不良影响的优点。
然而，施加磁场的效果并不仅限于等离子体密度的控制。由于能够通过控制磁场强度来控制电子共振的程度，换言之即加速电子的程度，因而能够控制等离子体中的电子的能量分布。
图8是计算等离子体的电子能量分布的由磁场所引起的变化的结果。计算条件与图7相同。在图中，实线表示未施加磁场时的电子能量分布，虚线表示施加对应于ECR-S磁场强度的24高斯的磁场时的电子能量分布。如图所示的那样，通过24高斯的磁场施加，5eV以下的低能量的电子减少，5～20eV的电子如斜线所示的那样增加。因此，从该结果得知通过施加磁场能使等离子体的电子能量分布变化。虽然其中未表示，但是，本发明人通过模拟而确认了上述电子能量分布的变化是随磁场强度而连续地变化的。因此，通过控制磁场强度，就能连续地控制等离子体状态即等离子体的电子能量分布。虽然在图7中表示的是由磁场施加所引起的电子能量分布的变化在5～20eV下是显著的，但是，该能量范围的电子会造成处理气体的离解。因此，预计能够通过ECR-S和ESR强度的磁场来控制处理气体的离解状态。
因此，下面讨论由磁场施加所引起的等离子体状态的控制对处理气体的离解和腐蚀特性的变化产生了怎样的影响。气体的离解和腐蚀被离子和自由基的生成量所支配。因此，如果评价离子和自由基的生成效率，就能考察气体的离解和腐蚀特性的变化。因此，从Ar的电子能量分布和碰撞截面积计算了Ar气体的离子化碰撞·激发碰撞的频率。其中，所谓离子化碰撞是指电子与Ar气体进行碰撞而使Ar气体离子化的碰撞过程。所谓激发碰撞是指通过电子与Ar气体的碰撞来使Ar气体被激发的碰撞过程。即，离子化碰撞e-+Ar→e-+e-+Ar+
激发碰撞e-+Ar→e-+Ar*因此，可以考虑离子化碰撞(或激发碰撞)的频率是表示离子化(或激发)的效率的指标。
图9表示使磁场变化时的，Ar的离子化碰撞的频率对电子能量的依赖性。同样，图10表示使磁场变化时的，Ar的激发碰撞的频率对电子能量的依赖性。在两图中，实线表示无磁场下的离子化碰撞(图9)或激发碰撞(图10)的频率；点划线表示ESR磁场强度(12高斯)下的离子化碰撞(图9)或激发碰撞(图10)的频率；虚线表示ECR-S磁场强度(24高斯)下的离子化碰撞(图9)或激发碰撞(图10)的频率。如图9所示的那样，通过施加磁场，离子化碰撞的频率的峰值移到低电子能量侧。作为整体的离子的生成效率能够通过各个曲线图的积分来进行比较，可以看出，与无磁场相此，特别是在ESR下离子化效率增加。如图10所示的那样，激发碰撞的频率在ECR-S、ESR下比无磁场增加了近2倍。从这些结果可以知道离子和自由基的生成量能够通过磁场进行控制。即，处理气体的离解状态能够用磁场来控制。另外，使磁场强度从无磁场开始在包含ESR磁场强度进而ECR-S磁场强度的范围内变化，由此，就能使离子化效率与激发效率的比率变化。这表示通过磁场也能够控制等离子体状态以便于控制等离子体中的离子和自由基之比。
这样，本发明的特征在于利用由包层部中的磁场与电场的相互作用所产生的ECR-S和ESR两个电子共振现象。于是，通过用磁场来控制其电子共振的程度，就能控制等离子体状态即等离子体的密度、电子能量分布、处理气体的离解状态。而且，由于在此使用的磁场是顶多几十高斯的磁场，则不会有电子的漂移产生以及等离子体的漂移产生。由于使用电子共振，而具有能够通过磁场来有效地控制等离子体的状态的优点。同时，由于电子共振的特性相对于磁场强度具有某种程度的宽度，故在控制性上也优良。而且，由于电子共振现象在遍及电极表面附近的包层部的宽广区域中产生，则不会使等离子体发生局部的分布，而能够在遍及等离子体整体和晶片整个表面的范围内同样地控制等离子体状态。
这里，考察上述实施例的等离子体腐蚀装置与磁控管型的M-RIE的区别。如上述那样，在M-RIE中，电子沿着磁力线围绕其进行摆线运动，由此，电子的碰撞概率增加而能够在低压力下生成高密度的等离子体。但是，M-RIE是通过强磁场来约束电子的，由于不能利用电子的共振现象，故电子的加速不能高效地进行。为了约束电子，需要至少100高斯程度的强磁场，但是，由此而产生了等离子体密度的漂移和晶片上电位的偏差。由此，就需要例如使磁场旋转，或者在磁场中设置梯度。还需要充分实施对于磁场泄漏的措施。
另一方面，在上述实施例中的等离子体腐蚀装置中，使用ECR-S和ESR两种电子共振现象，电子被高效地加速。还能通过磁场强度来控制等离子体密度等等离子体状态。此时，必要的磁场强度可以在漂移的影响开始出现的60高斯以下。因此，由于不会发生由漂移所引起的等离子体密度的不均匀和晶片上的电位的偏差，因此，磁场强度可以为均匀的。由于磁场强度较小，故产生磁场的线圈可以是小型的，也容易采取对于磁场的泄漏的措施。这样，在上述实施例的等离子体腐蚀装置中，在使用电子共振现象这点上与M-RIE法不同，而且，具有由此引起的各种优点。
然而，ECR-S和ESR的电子共振，在低压力下电子与气相中的分子的碰撞难以产生，共振现象的效果较大并容易出现。在模拟的结果中，由磁场所引起的等离子体密度的增加的效果在2Pa以下强烈出现。另一方面，随着半导体器件的高集成化，要求细微加工性，但在几Pa以下的低压力区域中，由于等离子体中的分子碰撞频率减少而离子和自由基的方向性增加，故细微加工性得以提高。根据本发明人的计算，在2Pa以下，还具有使离子能量单色化的效果。因此，有效产生电子共振的压力区域由于今后必要的微细加工性也成为所希望的方向。
随着晶片直径的大口径化，均匀性的确保就成为课题，但是，根据本发明能够进行均匀性的控制。这将通过作为本发明的另一个实施例的图11来进行说明。
如上述那样，本发明利用等离子体的包层部中的电子共振现象来控制等离子体状态。该电子共振现象通过在等离子体包层部中形成与包层平行的磁场最强烈地产生。根据本发明的另一个实施例，通过能够调整在上下电极间形成平行磁场的磁场形成装置50的高度方向的位置，来使电子共振的产生区域的大小变化，进而控制等离子体密度和气体离解状态的面内分布。
例如，如图11所示的那样，考虑把磁场形成装置50配置在比图1还上方的情况。在此情况下，由于在上部电极板22的下表面上形成稍稍向下的弯曲磁场61’，上部电极板22的包层部中的平行磁场的区域被限定在中心附近。因此，电子共振如用斜线所示的那样主要在上部极板下表面的中心部分区域62’和下部电极30的试验样品承载面的中心附近区域63’产生。通过这样调整磁场形成装置50的高度方向的位置，来控制电子共振发生的区域的大小，就能调整等离子体状态的变化程度。
但是，虽然通常平行平板型的等离子体处理装置在均匀性上优良，而由于电极的中心部和外缘部中的电场强度之差，等离子体密度在电极中心和外周具有分布。因此，例如在电极中心部的等离子体密度低于外周部的情况下，通过按上述那样形成磁场，电子共振在电极的中心附近区域62’和下部电极30的试验样品承载面的中心附近区域63’产生，以便正好弥补其不均匀性。而且，电子共振产生的区域的大小能够通过磁场进行控制。因此，通过调整磁场形成装置50的高度方向的位置并且使磁场强度变化，不仅能控制等离子体状态而且能够控制等离子体密度的均匀性。
下面使用图12～图14来说明磁场形成装置50的构成和由其产生的磁场的平面内的磁场图形。
图12是从上方观看磁场形成装置50的图，以便于看到线圈51和外周屏蔽52、轭部53的配置。线圈51为弯曲成鞍型的6个线圈51A～51F相对于上部电极20(在此未图示)被配置成同心圆状且轴对称的。并且分别连接在线圈电源54A～54F上。外周屏蔽52被设置成包围6个线圈51A～51F的外周。另一方面，轭部53以分别对应于6个线圈的形状分成53A～53F被配置。而且，把6个线圈51线对称地组合成例如51A-51D、51B-51E、51C-51F，通过发生从51A向51D、从51B向51E、从51C向51F这样的磁场，作为整体在图12中发生从左向右的磁场。
在图12中，使用弯曲成鞍型的线圈，在此情况下，减小磁场形成装置50的外径并扩大内径，故能谋求小型化。另一方面，可以使用方型的线圈来取代弯曲的线圈。在此情况下，制作容易，故能以低成本来制作磁场形成装置50。
通过依次连续地改变线圈的组合，而成为51D-51E、51A-51F、51B-51C以及51E-51F、51D-51C、51A-51B，就能使磁场旋转。在此，为了容易理解，虽然说明的是把6个线圈连接在6台线圈电源上，但是，不言而喻，可以使用驱动电路来通过1台线圈电源来驱动6个线圈。虽然在此说明的是线圈51的个数为6个的情况，但是，由于线圈把2个作为一组来进行组合，故为偶数个即可。
而且，通过改变在6个线圈中流过的电流比，还能使磁场的图形变化。图13～图15是对使线圈的组合为51A-51D、51B-51E、51C-51F的情况来表示改变各个电流值I1、I2、I3之比时的磁场图形即磁力线分布。图中的虚线表示试验样品42的区域的大小。图13是I1∶I2∶I3=1∶1∶1即在各组线圈中流过相同电流的情况，在此情况下得到发散型的磁场图形。另一方面，图14是I1∶I2∶I3=0∶1∶0即在上下的线圈(51A-51D、51C-51F)中不流电流的情况，在此情况下得到镜象型的磁场图形。图15是I1∶I2∶I3=1∶2∶1的情况，得到图13和图14的中间的，大致平行的磁场图形。如后面所示的那样，实验地确认了随着这样的磁场的图形的不同，等离子体状态的变化的样子不同。
本实施例的等离子体腐蚀装置按上述那样构成，下面再次使用图1来说明使用该等离子体腐蚀装置来进行例如硅氧化膜的腐蚀时的具体过程。
首先，作为处理对象的晶片41被未图示的试验样品运载机构送入到处理室10中，然后，放置在下部电极30之上，被静电吸附装置40所吸附。接着，通过真空排气系统12来对处理室10内进行真空抽气。另一方面，在试验样品42的腐蚀处理中所需要的气体例如C4F8和Ar由气体供给装置25提供给气体导入室24，该所需要的气体具有预定的流量和混合比，例如Ar的流量为200sccm，C4F8的流量为10sccm，该气体通过设在分散板23和上部电极20以及上部电极板22上的孔而被控制为预定的分布，来提供给处理室10。同时，处理室10通过在真空排气系统12中所设置的真空泵和压力控制装置(未图示)来调整压力，以使处理室10的内部成为预定的处理压力例如0.4Pa～4.0Pa(帕斯卡)。接着，从高频电源28输出68MHz的高频功率。然后，把处理室10的处理气体进行等离子体化和离解，来产生离子·自由基。同时，通过偏置电源38对试验样品加偏压来进行腐蚀。另一方面，通过磁场形成装置50在电极间与电极平行地形成预定强度的磁场。此时的磁场强度和磁场分布根据压力和流量等处理条件被设定为预定值，来适当地控制等离子体中的电子共振的状态和等离子体密度以及分布进而处理气体的离解状态。在腐蚀中，可以通过磁场形成装置50来以例如5rpm～30rpm的速度来使磁场旋转。而且，可以根据腐蚀的进展来使磁场强度变化。通过设在处理室10中的终点检测装置14来检测腐蚀结束，或者在腐蚀处理的一定时间以后，停止高频功率·偏置功率·处理气体的供给来结束腐蚀。
下面，表示实验性地评价在本实施例所示的等离子体腐蚀装置中由磁场所引起的等离子体状态和腐蚀特性的控制效果的结果。
首先，在图16、图17中表示了通过离子电流密度和等离子体发光来评价由磁场强度所引起的等离子体状态的变化的结果。处理气体为流量比为Ar/C4F8=200/6sccm的混合气体，电极间隔为30mm，处理压力为1Pa。图16表示离子电流密度的变化。如从其所看到的那样，离子电流密度随着磁场强度的增加而在作为ESR磁场强度的10高斯以及30～36高斯附近具有峰值，在40高斯以上渐渐增加。其整体的倾向定性地与图6所示的由磁场强度所引起的等离子体密度的变化模拟结果相一致。接着，在图17中表示了通过Ar原子、 Ar离子的发光来评价使磁场强度变化时的等离子体特性的变化的结果。在图17中，实线表示Ar原子的发光(波长452.2nm)，虚线表示Ar离子的发光(波长461.0nm)。各自的激发能量为以下这样Ar原子线14.46eVAr离子线21.14eV因此，定性地表示出了Ar原子线具有14.46eV以上能量并且Ar离子线具有21.14eV以上的能量的电子状态。而且，可以认为这些发光强度的变化定性地反映等离子体的约15～20eV以上的能量的电子状态的变化。
如从图17看到的那样，Ar原子的发光强度随着磁场强度增加而逐渐增加，而Ar离子的发光强度却是在增加到相当于ESR的约12高斯之后转为降低，以后逐渐降低。从该结果可以看出等离子体的电子能量分布不是随着磁场强度的增加而同样地变化，而是在ESR、ECR-S磁场强度下共振地变化。虽然ECR磁场强度Bc在计算上为24高斯，但是如上面描述的那样，认为由于在由振动电场所产生的ECR-S的情况下取稍高的值，共振磁场强度为约30～36高斯。
下面在图18中表示出了计量腐蚀用的处理气体的离解状态即自由基的生成状态的磁场所引起的变化的结果。处理气体为流量比为Ar/C4F8/O2=500/12/10sccm的混合气体，通过作为对腐蚀有用的自由基的CF2、CF以及F的发光强度来计量该气体的离解状态。电极间隔为30mm，处理压力为1Pa。F的发光强度随着磁场强度的增加在作为ESR磁场强度的约12高斯上急剧上升，在越过约40高斯时相对于单调增加的部分以具有山形的形状推移。这样的举动，如图所示的那样，可以认为是ESR与ECR-S两个共振所产生的效果互补地作用的结果。另一方面，CF2和CF即使在磁场强度增加时发光强度也几乎没有变化。因此，就能通过磁场来使F自由基与CF2自由基、CF自由基的成分比变化，也就是说，能够进行自由基的单色控制。
即使使例如功率和压力·流量等处理参数变化也不会得到这样的单色的离解状态的变化。例如，图19表示使高频功率变化时的CF2、CF的发光强度的变化，但是，对于CF2、CF，发光强度以相同倾向增加，不能得到磁场这样的自由基的单色控制的效果。
通过这样的自由基成分比的变化，可以设想腐蚀特性也发生变化。因此，在图20～图23中表示了通过实验来确认其的结果。试验样品为在Si晶片上形成氧化膜(厚度约为2.4μm)·抗蚀剂膜(厚度约为0.7μm)，加工出0.28μm～0.40μm直径的孔，腐蚀条件与图18相同。
图20表示了孔的腐蚀形状由磁场所引起的改善的效果。在模式地表示孔径0.3μm的孔断面的SEM照片中，(a)为不施加磁场的情况；(b)为施加30高斯的磁场(相当于ECR-S)的情况，把(a)和(b)的情况进行比较。从其结果可以看出，通过磁场的施加而提高了孔内壁的垂直度和底部的开口性，而改善了孔的脱离性·加工性。这可以认为是通过磁场施加而使自由基成分比F/CF2变大的效果。
图21是对同样施加30高斯的磁场的情况(实线)和不施加磁场的情况(虚线)标绘0.28μm～0.40μm的各孔尺寸(孔径)所对应的孔底部的开口径的图。通过施加磁场，底部开口径向着与孔径一致的虚线方向靠近，对于0.28μm～0.40μm的任一个都改善了孔底部处的形状。
图22表示微加载(マイクロロ-デイソグ)(在小直径的孔中腐蚀率降低的现象)的因磁场所引起的改善效果。其中，把平面样品下的腐蚀率作为基准来标绘与孔中的腐蚀率相对的值。因此，接近于虚线(=1.0)，代表微加载较小的情况。从该图中可以看出在施加30高斯的ECR-S强度的磁场时(实线)，与不施加磁场时(虚线)相比，微加载较小。即通过磁场抑制了微加载。
图23表示由磁场所引起的腐蚀率的均匀性提高的效果。对于施加磁场(30高斯)(实线)和未施加磁场(虚线)来比较中心和外周上的腐蚀率之比(外周/中心)。即使在任一种孔径下，施加磁场的情况是中心和外周上的腐蚀率之差都变小了，可以看出通过施加磁场提高了腐蚀率的均匀性。这可以认为是这样的结果在无磁场下，由于电极外缘部的边缘效应，在外周部离子电流密度降低，则外周部处的脱离性低于中心部，而通过施加磁场，遍及晶片表面整体上离子电流密度增加，脱离性提高。
但是，上面所示的结果是对于图13所示的那样的发散型的磁场图形而得到的结果。另一方面，对于图15所示的那样的镜象型的磁场，F、CF2自由基的发光强度的由磁场所引起的变化是对于CF2，与发散型相同而大致恒定，而对于F，如图18所示的虚线那样，大致线性增加。因此，通过使磁场图形变化，就能控制自由基成分比。
这样，在本实施例所示的等离子体腐蚀装置中，通过利用包层部中的磁场与电场的相互作用所产生的电子共振现象，在不会使漂移产生的那样的100高斯以下最好2高斯至60高斯的范围中来控制磁场强度和磁场图形，由此，就能控制等离子体的离解状态和自由基成分比或等离子体的密度和分布。而且，通过磁场的效果，能够改善孔的腐蚀形状、微加载、腐蚀率的均匀性。而且，由于在本发明中电子共振现象是在遍及电极表面的包层部的宽广区域中产生的，则不会发生局部的分布，而能够在遍及等离子体整体和晶片整个表面的宽广范围中一样地控制等离子体的密度和离解状态。
如在现有技术中所述的那样，在把RIE法和M-RIE法用于氧化膜腐蚀的情况下，通过在处理气体中添加微量的氧气来使自由基成分比变化，由此使腐蚀特性变化，来改善例如脱离性。这是因为当使例如压力和气体流量这样的处理条件变化时，就会从处理窗口脱开，发生例如比率降低或均匀性恶化。但是，例如在氧化膜的SAC腐蚀的情况下，当为了提高脱离性而添加氧气时，由于氮化膜被腐蚀，就难于提高氧化膜/氮化膜选择此。
然而，如上面说明的那样，由施加磁场所产生的电子共振的控制作为能够控制腐蚀气体的离解状态的新的措施是有效的。因此，例如在氧化膜的SAC腐蚀的情况下，不必添加氧气就能控制自由基成分比来使腐蚀特性变化，换句话说，能够在原样保持较高的选择比的情况下提高脱离性。
下面考察施加在上部电极20上的高频的频率与由磁场形成装置50所形成的磁场强度的关系。在把上述实施例中所示的等离子体腐蚀装置作为平行平板型的电容耦合等离子体来看时，施加在上部电极20上的高频频率最好是作为工业频率的13.56MHz的整数倍，可以从RF频带到VHF频带的例如20MHz～300MHz的范围中选择。另一方面，如上述那样，ECR-S、ESR磁场强度Bc、Bs(高斯)由下式表示Bc=0.357×fBs=Bc/2=1/2×0.357×ff等离子体生成用高频频率(MHz)。
其中，对于几个频率f，若用列表来表示Bc、Bs时，为下列这样f(MHz)Bs(G)Bc(G)13.6 2.4 4.820 3.5 727 5 1040 7 1468 12 2410018 3615027 5420036 7230054 108如上述那样，通过使磁场强度从无磁场开始在包含ESR磁场强度进而ECR-S磁场强度的范围内变化，就能控制等离子体状态。但是，在f=10MHz以下，ESR磁场强度、ECR-S磁场强度为1～几高斯以下，由于磁场极弱而易于受到外部干扰的影响等原因，难于实现等离子体状态的控制。如从ESR、ECR-S的原理所看到的那样，电子与频率f同步运动。但是，ESR、ECR-S效果的出现则是在f=68MHz下大约1Pa时，这可以从实验也可以从计算知道。在f=10MHz以下，由于电子的运动频率极低，ESR、ECR-S效果的出现限于约0.1Pa以下的低压力范围中。因此，等离子体生成用高频频率f需要为约20MHz以上。如果频率f为40MHz以上，磁场的控制范围为几高斯～10高斯以上，磁场的控制性变好。ESR、ECR-S效果出现的压力为约0.5Pa以上的范围。因此，希望等离子体生成用高频频率f为40MHz以上。
另一方面，在例如f=300MHz的情况下，ESR磁场强度为54高斯，ECR-S磁场强度为108高斯。然而，如同前面M-RIE法和MERIE法的课题中所述的那样，当磁场强度越过约50～60高斯以上时，漂移(E×B漂移)开始出现，在100高斯以上，漂移的影响变得显著，而在等离子体密度上产生偏倚，或晶片的电位偏置，而在晶片上发生损伤。因此，希望由磁场形成装置产生的磁场的强度在100高斯以下最好60高斯以下的范围中任意进行控制。在此情况下，如果使等离子体生成用高频频率f为300MHz以下，在60高斯以下的范围中包含ESR的状态或在100高斯以下的范围中包含ESR、ECR-S两方的状态下，就能进行等离子体状态的控制。而且，如果频率f为150MHz以下，在漂移的影响不那么大的60高斯以下的范围中能够通过ESR、ECR-S两方来进行等离子体状态的控制。因此，希望等离子体生成用高频频率f为150MHz以下。
ESR的效果在ESR磁场强度的约1/3以下变小。为了通过ESR的大小的程度来控制等离子体状态，在例如频率40MHz的情况下，从ESR磁场强度为7高斯考虑，可以在约2高斯以上的范围内进行控制。因此，磁场形成装置为至少产生2高斯以上的磁场的装置。不言而喻，如果使流过磁场形成装置的线圈的电流为0A则磁场不会产生，因此，可以控制包含无磁场的磁场范围。
概念性地归纳由上述磁场所引起的等离子体状态的变化因频率所产生的区别表示在图24中。其中，作为例子，把图18所示的CF2和F的发光强度所引起的气体的离解状态的变化作为基础，来表示对频率68MHz、150MHz、300MHz的磁场强度0～100高斯的范围中的发光强度之比F/F2的变化。
在频率68MHz(实线)下，ESR磁场强度为12高斯，ECR-S磁场强度为24高斯。在此情况下，F/F2的值，如图18所示的那样，随着磁场强度的增加，在约12高斯下急剧上升，当越过约40高斯时，相对于单调增加的部分以具有山形的形状推移。在频率150MHz(虚线)下，在相当于ESR、ECR-S磁场强度的27高斯和约54～60高斯附近具有两个峰。峰的高度比68MHz的高。在频率300MHz(点划线)下，由于ECR-S磁场强度越过100高斯，在ESR磁场强度的54高斯附近出现比150MHz还高的峰。这样，频率越高，ESR、ECR-S磁场强度越大。由于通过ESR、ECR-S的效果而使离解促进，故取F/F2之比较大的值。
若对上述进行归纳，等离子体生成用高频频率f为20MHz以上300MHz以下，最好为40MHz～150MHz的范围。磁场强度在100高斯以下最好60高斯以下的范围中进行任意控制。频率越高，ESR、ECR-S的效果即ESR、ECR-S所引起的等离子体密度和离解状态或离子化效率·激发效率的变化越强烈地出现。但是，不用说，这样的效果因处理不同而大大变化。频率越高，ESR、ECR-S磁场强度越大。而且，等离子体的分布随着电极间隔和电极直径而变化，而分布也随着频率变化。因此，等离子体生成用高频频率可以综合地考虑这些而选择最佳值。
下面使用图25来说明本发明的另一个实施例中的阴极耦合型的等离子体腐蚀装置。在图25中，与图1所示的实施例装置相对应的部分使用相同的标号而省略其说明。在图25所示的实施例中，作为阴极耦合型，使上部电极20接地，在放置着试验样品42的下部电极上同时进行等离子体生成和偏压施加，同时，使用单极式的静电吸附装置40’，这与图1所示的实施例装置不同。高频电源28、偏置电源38分别通过匹配盒(自动阻抗匹配装置)27、37、滤波器29、39连接在下部电极30’上。滤波器29相对于高频电源28的频率被设定为低阻抗；相对于偏置电源38的频率被设定为高阻抗，而滤波器39相对于偏置电源38的频率被设定为低阻抗；相对于高频电源28的频率被设定为高阻抗。由此，高频电源28、偏置电源38不会相互干扰而动作，提供高频功率而生成等离子体，同时，在试验样品42上施加偏压。直流电源36通过去除了高频电源28、偏置电源38的频率成分的滤波器35连接在下部电极30’上，在下部电极30’上施加几百V～几V的直流电压。在下部电极30’的上表面上设置静电吸附用电介质层(以下简称为静电吸附膜)33’，借助于通过静电吸附膜33’而作用在试验样品42和下部电极30’之间的库仑力，试验样品42被吸附·保持在下部电极30’上。
在本实施例中，施加在下部电极30’上的电源的频率与图1的实施例相同，等离子体生成用高频频率为20MHz以上300MHz以下最好40MHz～150MHz的范围，可以从工业用频率13.56MHz的整数倍进行选择，偏置电源的频率在300kHz以上，并且为等离子体生成用高频频率的1/4以下。例如，为等离子体生成用高频频率68MHz，偏置电源的频率800kHz。由磁场形成装置产生的磁场为在100高斯以下最好2高斯至60高斯的范围内能够任意控制磁场强度的静磁场(或者1kHz以下的低频磁场)。
根据本实施例的构成，与图1的实施例相同，能够使用包层部中的磁场和电场的相互作用所产生的电子共振现象，能够通过不会使漂移产生的至多几十高斯的磁场来控制等离子体的状态。由于电子共振现象在遍及电极表面的包层部的宽广区域中发生，就不会失去下述优点能够不会产生局部分布而在遍及等离子体整体和晶片整个表面的宽广范围中一样地控制等离子体的密度和离解状态。而且，由于不是从上部电极来施加等离子体发生用的高频功率，故上部电极的构造可以简化，从而具有例如装置内部的堆积膜的清扫和维护变得容易的优点。
下面通过图26来说明本发明的另一个实施例的等离子体腐蚀装置。在图26中，与图1所示的实施例装置相对应的部分使用相同的标号而省略其说明。图26所示的实施例与图25相同是阴极耦合型的装置，但是在上部电极20的外侧上设置第二上部电极20’这点与图25的实施例不同。
放置试验样品42的下部电极30’通过电源38’、匹配盒(自动阻抗匹配装置)37’、滤波器39’同时进行等离子体生成和偏压施加。
另一方面，上部电极20被接地，高频电源28’通过匹配盒(自动阻抗匹配装置)27’、滤波器29’而连接在设在其外侧的第二上部电极20’。滤波器29’、39’、35被设定成不会相互干扰而工作。下部电极30’作为单极式的静电吸附装置40’而工作。
施加在第二上部电极20’上的电源的频率为20MHz～300MHz最好40MHz～150MHz的范围。另一方面，施加在下部电极30’上的电源的频率为300kHz以上，并且为施加在第二上部电极上的电源频率的1/4以下。例如，使第二上部电极20’的高频频率为100MHz，使下部电极30’的频率为13.56MHz。由磁场形成装置产生的磁场为在100高斯以下最好2高斯至60高斯的范围内能够任意控制磁场强度的静磁场(或者1kHz以下的低频磁场)。
在本实施例中，下部电极30’主要进行等离子体生成和偏压施加，第二上部电极利用在其下表面包层部中的磁场与电场的相互作用所产生的电子共振现象来控制等离子体的状态。这样，本实施例的特征在于，通过施加与下部电极30’和第二上部电极20’不同的频率的电源，来独立进行等离子体生成·偏压施加和等离子体状态控制。由于电子共振现象在遍及第二上部电极表面的包层部的宽广区域中产生，而不会发生等离子体的局部分布。但是，由于电子共振产生的区域触及晶片外周部，故最好使上下的电极间隔为例如30mm以上，以使晶片的内周和外周在腐蚀特性上不产生差别。
上述各实施例涉及具有一对上部电极和下部电极的平行平板型的等离子体处理装置，但是，由于本发明是利用磁场和电极包层部中的电场的相互作用，故可以在电极包层部中产生电场的其他方式的等离子体处理装置例如利用由微波和UHF频带的电磁波所产生的电场辐射的等离子体处理装置或者电容耦合方式的等离子体处理装置中附加上述磁场形成装置。
上述各实施例，处理对象都是半导体晶片，是对其的腐蚀处理的情况，但是，本发明并不仅限于此，可以用于处理对象为液晶样品的情况，处理本身不仅限于腐蚀，也可以适用于例如溅射及CVD处理。
然而，如图1、图2的实施例所述的那样，在本发明中，需要在上下电极之间不会与试验样品的输送机构相干涉地形成与电极表面平行的磁场。这样的磁场，如图1、图2所示的那样，可以通过把轭部53配置成对着线圈51向下方下垂来形成。下面，对用于形成这样的磁场的装置和方法进行详细描述。
下面，对磁场形成装置进行详细说明，而该磁场形成装置和磁场形成的方法并不仅限于所述利用电子共振的实施例。即，其中所述的磁场形成可以用于M-RIE和MERIE的相对于平行平板在横向上形成磁场的类型的等离子体处理装置。
首先，从磁场形成装置的观点来重新考察本发明的等离子体处理装置。图27表示本发明的一个实施例的等离子体腐蚀装置的系统构成。其中，为了使实际装置中的磁场形成装置与电极上下机构和试验样品运送系统的配置的关系变得明确，而表示出作为系统整体的构成，包含在上述的实施例中省略的电极上下机构和试验样品运送系统。由于图中标号当与前面所述的实施例相同时就会变得复杂，故直接使用新的标号。因此，虽然具有与上述的实施例重复的部分，却首先使用图27来说明本实施例的等离子体腐蚀装置系统。
本实施例的腐蚀装置是所谓负载锁定装置。即，导入缓冲室100的试验样品101通过试验样品运送机构102经过门阀103被投入处理室104。在处理室104中设有下部电极105，下部电极105具有装载试验样品101的装载面(主面)105A。对着下部电极105设置上部电极108。在下部电极105上设有使下部电极上下移动的电极上下移动机构128，调整下部电极105和上部电极108的间隙，来优化处理性能。
在下部电极105上连接偏压施加用电源106。另一方面，在上部电极108上连接等离子体形成用高频电源109。为了高效率地接通来自这些电源的高频功率，而使用自动匹配器107、109A来控制入射·反射功率。从所需要的材料气体供给源125(A,B)经过气体管线123、流量控制器124(A,B)来供给腐蚀气体。为了进行下部电极105和上部电极108的温度控制，而使用温度控制器126、127。
在下部电极105上设置接地机构105B。接地机构105B，在等离子体发生时通过与处理室内表面的接地部相接触，来起到使从高频电源109泄漏到下部电极105上的高频电流通过尽可能短的路径来入地的作用，而使等离子体稳定化。该机构特别是在高频电源109的频率为几十MHz以上的较高情况下是有效的。
在本实施例中，为了在下部电极105和上部电极108的间隙中形成水平方向成分占支配作用的磁场，而设置磁场形成装置110。该磁场形成装置110由第一线圈111、第二线圈112、轭部113、外周屏蔽118和两线圈的电源119(A,B)所构成。
第一线圈111、第二线圈112，如图28的俯视图中所示的那样，为矩形线圈。接着，如图29的上面图所示的那样，夹着下部电极105而在对称位置上相对设置在其两侧。各线圈具有在矩形的框架上绕制了线圈线的形状。而且，如果把流过各线圈的电流的方向设定为在矩形的上边部中以相同方向流通，就能形成从一方的线圈向着另一方的线圈的磁场。
轭部113具有穿过第一线圈111、112而垂下的构造。其材料是相对导磁率处于100～10000范围中的磁性体，其中，以铁为主要材料。轭部113的形状，如图30的俯视图所示的那样，贯通部115和垂下部114任一个都为矩形截面。贯通部115不需要穿过线圈111、112的内侧整体。如果磁通处于不饱和的范围中，则截面积是足够的，通过减小截面积就能谋求轭部113的轻量化。通过使轭部的贯通部115穿过线圈内的位置处于线圈内的下侧区域，就能有效地形成线圈111、112的下方区域中的水平磁场。
这里，使用图31来说明使轭部113的形状为垂下型时、解析对于水平磁场形成的效果的结果。图31是线圈下方区域中的磁场的二维解析结果。图31(a)表示具有对置的线圈111，线圈112、外周屏蔽118和垂下型轭部113的系统中的磁力线205的分布。为了与之进行比较而在图31(b)中表示仅在外周屏蔽118中而不设置轭部时的结果。如图31(a)所示的那样，在具有垂下型轭部113的系统中，磁力线205为水平的横向磁场成分为支配作用的位置206，处于线圈中心线O-O下方的L处。换句话说，沿着试验样品装载面105A，在其附近，形成横向磁场成分为支配作用的位置206。另一方面，如图31(b)所示的那样，在没有轭部的系统中，横向磁场成分为支配作用的位置206处于线圈中心线O-O下方的I处，而该位置几乎与线圈中心线O-O相一致。
因此，可以知道通过使轭部113的形状为具有贯通部115和垂下部114的构造，而具有把磁力线205向下方引导的效果。图32定量地表示该效果。在图32中，横轴表示距线圈下端的距离(高度Z方向)，纵轴表示磁通密度B中的纵向成分的比例。即，该图表示线圈的高度方向的位置上的磁场纵向成分的比例，纵轴的|Bz/B|的值越小，就意味着磁场的水平方向成分占支配作用。线圈的中心线为Z=100mm。在试验样品的装载面上的线圈的下方区域(Z＜0)中，如该图所示的那样，具有垂下部(具有垂下型轭部113时)的情况与无垂下部(没有垂下型轭部113时)的情况相比，磁通密度B中的纵向成分的比例较小。即使在线圈相对区域(Z＜0)中，在线圈中心线下方的区域(0＜Z＜60mm)中，具有由垂下型轭部113所引起的纵向成分的降低效果。
下面通过图33、图34来对影响轭部113和外周屏蔽118的磁通密度的效果，说明实验性地研究的结果。外周屏蔽对线圈111、112和轭部113的外侧进行屏蔽。其中，对于图33所示的那样的4个的情况，来比较外周屏蔽118和轭部113的有无和轭部113的构造影响磁通密度的效果。为了从相对的一对线圈111向线圈112的方向形成磁场，而在各线圈中流过2kA·匝的电流，来测定图33中的评价点105A即试验样品装载面的中心的磁通密度。图34中表示其测定结果。
如从图34的曲线图看到的那样，与(a)那样的没有轭部·外周屏蔽的情况相比，如(b)那样，只要用外周屏蔽盖住线圈的外侧，磁通密度倍增。而且，如(c)那样，在由磁性体构成的轭部113穿过上述线圈内的情况下，磁通密度与(a)相比增加了4倍。而且，如(d)那样，通过轭部113具有穿过上述线圈内并垂下的构造114，磁通密度增加到(a)的6～7倍。这意味着，反之，通过采用垂下型的构造的磁性体，用于得到相同磁通密度的电流能够为1/6～1/7，而有利于低耗电化、线圈的小型化、发热量的降低。
这样，根据图27所示的实施例，在磁场形成装置110中，使轭部113的形状为垂下型，并且通过设置外周屏蔽118的简单的构成，就具有这样的效果磁力线205大致为水平的位置即横向磁场成分为支配作用的位置206处于线圈中心线的下方。其结果，在下部电极105和上部电极108的间隙中，能够形成水平成分为支配作用的磁场。对于磁场的均匀性，随着接近各个线圈而存在磁通密度变大的倾向，如果限制在这样的试验样品装载面105A的区域中，就能抑制在±10％程度的均匀性上。其结果，在电极间形成均匀的水平磁场，就能谋求由磁场所引起的电子共振和等离子体状态的控制或由磁控管效应所引起的等离子体密度的增加，能够谋求腐蚀特性的控制和腐蚀速度的增加。
虽然下部电极105通过电极上下移动机构128而上下移动，但是通过设置垂下型轭部113，水平磁场就能形成在线圈中心轴的下方区域中，因此，下部电极105的上下可动行程可以缩小，而具有电极上下移动机构128的机械构成变得容易的优点。由于能够把线圈111、112设置在试验样品的装载面105A和运送路径的上方，因此，容易进行来自相邻的缓冲室100的试验样品的运送。在本实施例中，在线圈111、112中使用电磁线圈来形成磁场。由此，与永久磁体不同，没有个体差异，同一机种中的差异难于产生。外周屏蔽118和垂下型轭部113具有使磁通密度增加的效果，能够减小线圈电流，而谋求低耗电化、线圈的小型化和发热量的降低。
如上述的那样，通过在磁场形成装置中设置垂下型轭部113，而具有横向磁场成分为支配作用的位置处于线圈中心线下方的效果。这里，由于轭部的垂下部114的长度和形状或外周屏蔽对磁力线205产生影响，使用图35来说明这点。
首先，如图35(a)所示的那样，通过加长轭部113的垂下部114，就能把横向磁场成分为支配作用的位置移到下方，并且，其位置能够通过垂下部114的长度来调整。这已经通过实验而确认了。根据该实验结果，为了在试验样品附近最佳效率地形成水平成分为主的磁场，使上述垂下部114延伸到腐蚀处理室内的试验样品设置位置附近。
在此情况下，垂下型轭部的垂下部114在处理室内与腐蚀等离子体相接触，因此，需要避免处理和装置维护上的障碍的措施。例如，垂下型轭部113不必是一体的物体，即使是在处理室104的内外能够分割的构造，只要有磁连接即可。可以用耐等离子体保护膜(陶瓷材料例如SiC)包覆处理室104内的垂下型铁心。在把试验样品从缓冲室100运送入处理室104的过程中，在垂下型轭部的垂下部114在位置上出现干涉的情况下，在垂下部114的缓冲室100侧设置用于运送试验样品的开口部。
根据这样的构成，由于垂下型铁心的顶端垂下到处理室内的电极间隙的横向附近，就能在电极间形成垂直成分几乎没有的理想的水平磁场。虽然磁场的均匀性随着接近各个线圈而具有磁通密度变大的倾向，但是，如果限制在下部电极105的试验样品装载面的区域中，就能抑制在±5％程度的均匀性上。
通过使垂下部114的形状按图35(b)所示的那样向着线圈111、112的相对方向斜着垂下，就能把来自贯通部的磁通高效率地导入到相对侧的线圈中。另一方面，当使垂下部按图35(c)所示的那样成为向着外周屏蔽118垂下的形状时，磁力线由于被从垂下部114引导到最靠近的外周屏蔽118的下摆部，上述线圈间的磁通密度显著降低。而且，如图35(d)所示的那样，当使垂下部114为围住线圈111、112下侧的形状时，由于磁力线被从垂下部114引导到最靠近的外周屏蔽118的下摆部，线圈间的磁通密度显著降低。
这些图所示的外周屏蔽118，形成水平成分为主的磁场的作用较小，而具有把来自线圈的磁力线有效地引导到贯通部115、垂下部114的作用。如果贯通部115的截面具有磁通不饱和的面积则是足够的，截面积越小，越能减轻贯通部115。贯通部115在线圈内的位置越处于下侧，则线圈下方区域中的磁场的水平成分的比例越大。
在上述的各实施例中，线圈111、112使用图28所示的那样的矩形型线圈。使该线圈的形状，如图36(a),(b)所示的那样，使线圈内侧弯曲成凹面状的弯曲型线圈111、112的凹面相对，来夹住下部电极105，而得到相同的效果。在此情况下，轭部113的形状为适合于具有上述弯曲部的弯曲型线圈的形状。如果使用这样的弯曲型线圈，就具有能够减小线圈占据的空间的优点。虽然在此表示了使用一对弯曲型线圈的例子，但是，也可以使用两对或三对以上的弯曲型线圈。不言而喻，即使不是弯曲型线圈，也可以使用多组矩形型的线圈。在如图35(a)所示的那样的加长垂下部114的构造中，通过设置围住下部电极105和上部电极108的外周的构造，具有封闭在上下电极之间所形成的等离子体的效果。
在上述实施例中使用的线圈的形状，如图28和图36所示的那样，绕制线圈的框架和垂下型轭部113的贯通部115的高度都是一定的。这样的形状适合于在线圈的相对区域中形成均匀的磁场。但是，对于磁场条件和腐蚀条件，由于例如电场和磁场的相互作用所产生的漂移效果，而存在这样的情况等离子体中的电子发生偏在，均匀的磁场也不一定能够带来良好的腐蚀特性。这在使用强磁场的情况下变得尤其显著。在此情况下，如果使绕制线圈的框架的高度和垂下型轭部的贯通部的高度对于横向变化，就使磁通密度分布对着漂移的方向变化，因此，就能避免漂移的影响而谋求等离子体的均匀化。作为给磁通密度分布提供变化的其他方法，设置成使图37中的线圈111和112的配置相对于下部电极105不对称，线圈的侧端面在10～60°的范围内具有角度(即，使线圈111和112的端部上的间隔不同)，夹住下部电极105，由此，就能改变磁通密度分布。
在上述的实施例中，在磁场形成装置中具有垂下型轭部113。但是，即使轭部没有垂下部，通过把处理室与磁场形成装置的位置关系保持为一定的关系，就能在一定程度上得到具有与垂下型轭部相同的效果。在图37中说明了这样的本发明的另一个实施例。图37具有与图27所示的实施例几乎相同的构成，但是，在轭部113中没有设置垂下部114，并且，下部电极105和上部电极108的间隙处于线圈111和线圈112相对的区域，这些与图27所示的实施例不同。在本实施例中，由于上下电极的间隙和线圈的中心轴靠近，故即使不使用图27所示的那样的垂下型轭部，也能在上下电极间形成横向磁场成分为支配作用的磁场。在此情况下，虽然使电极上下移动的上下移动机构的行程变大，但是因在轭部没有垂下部故能够谋求轭部材料轻量化。由于轭部的贯通部的效果，如图33(c)、34(c)所示的那样，在电极间产生的磁场强度大于没有轭部时的。由此，磁场形成的效率较高，而能够把需要的线圈电流抑制在没有轭部时的1/3以下。
不言而喻，使磁场形成装置为仅有外周屏蔽118而不设置轭部的构成，就能谋求磁场形成装置的大幅度轻量化。在此情况下，通过外周屏蔽的效果，磁场不会泄漏到外部。由此，电极间产生的磁场强度大于没有外周屏蔽时的，而能够把需要的线圈电流抑制在没有外周屏蔽时的1/2以下的程度。
下面，使用图38和图39所示的线圈配置图来说明作为磁场形成装置的另一个实施例的具有旋转磁场、倾斜磁场的特征的实施例。线圈和轭部的个数和配置以及在线圈中流通电流的控制方法与上述各实施例不同。各线圈和轭部的形状与上述各实施例基本相同。下面，使用弯曲型线圈和垂下型轭部来进行说明，但是，也可以使用方形线圈和仅具有贯通部的轭部。而且，也可以仅作成外周屏蔽。
在本实施例中，如图38的线圈配置图所示的那样，把6个线圈111-A1～A6配置成围住下部电极105。当如本实施例那样设置6个线圈时，由于线圈设置间隔的影响，线圈的磁动势稍稍降低，均匀性也变化。为了抑制该影响，如图39所示的那样，扩大了穿过线圈111-B1～111-B6内并垂下的垂下型轭部113B的宽度W。在此情况下，扩大到达与相邻的垂下型轭部113B相接触的程度的宽度W也可以。
在这样的线圈的配置中，对流过各线圈的电流进行时间调制，就能使下部电极105上的磁场的方向旋转。例如，设定线圈电流的方向，以使在第一时间带中111-A4、-A5、-A6相对于111-A1、-A2、-A3为反方向，在第二时间带中111-A5、-A6、-A1相对于111-A2、-A3、-A4为反方向。根据这样的设定，使线圈电流依次变化，就能使磁场的方向旋转。
在上述的线圈配置中，通过把在各线圈中流过的电流比设定为适当的，就能具有磁通密度的梯度。例如，在第一时间带中，在设定为111-A4～-A6相对于111-A1～-A3为反方向的情况下，通过把流过各线圈中的电流比即111-A3∶-A2∶-A1(111-A4∶-A5∶-A6)设定为1∶5∶5的程度，就能相对于从111-A2向111-A5的主磁力线方向，在垂直方向上具有磁通密度的梯度。其电流比可以根据需要的磁场的梯度而变更。可以一边保持这样的线圈电流比一边使磁场旋转。由此，就能减轻各时间中的电子的漂移的影响。
磁场旋转的频率最好为0.3～100Hz程度。当使旋转频率为0.3Hz以下时，由于电场与磁场的相互作用所引起的偏移效果，而在等离子体中出现电子偏在的倾向。另一方面，当为100Hz以上时，由于线圈具有较大的阻抗，线圈电流降低，或产生了大幅度提高电路电压的要求，而出现了铁心所产生的磁损耗变大等缺点。通常，旋转频率最好为1Hz～30Hz程度。
上述电流的时间调制能够通过改变电流供给的相位，或者通过使用开关元件的数字控制等来实现。在图38、图39所示的实施例中，由于能够时下部电极105上的磁场方向旋转，对于磁场形成装置，与上述各实施例相比，平均的磁场均匀性提高。这在使用磁控管这样的强磁场的情况下特别有效，消除了电场和磁场的相互作用所引起的漂移效果，而具有缓和等离子体中的电子的偏在的效果。
在本实施例中，使用6个线圈来形成旋转磁场，但是，这样的旋转磁场也可以使用4个以上的线圈来实现。当从线圈和安装方面考虑时，使用4～12个线圈是适当的。
下面，在图38和图39的实施例中，使用图40和图41来对使线圈电流变化来使磁场旋转的方法以及此时在线圈内流过的电流进行说明。图40表示改变从线圈电源119流到各线圈中的电流的方向而使磁场旋转时的各线圈的磁场方向与合成磁场的方向的变化。在图41中表示了此时在各线圈中流过的电流。在各线圈中流过的电流，如图41所示的那样，在0～2π的一个周期中，方向变化两次。如图40中的粗线箭头所示的那样，把电流的大小为相同的而改变了电流方向的时刻以π/3的相位依次进行移动，由此，如图40中细线所示的那样，得到了作为整体而旋转的合成磁场。其结果，消除了有电场和磁场的相互作用所引起的漂移效果，而具有缓和等离子体中的电子的偏在的效果。旋转频率最好为0.3Hz～100Hz程度。
如图40、图41所示的那样的使磁场旋转的方法，为了去除由漂移的影响所引起的等离子体中的电子的偏在倾向，存在不一定是足够的情况。特别是，在象氧、氯、碳氟气体、六氟化硫等那样主要生成大量负离子的气体的等离子体中，由漂移所引起的电子的偏在的影响变强。在此情况下，存在只靠提高上述磁场旋转频率不能去除电子偏在的情况。在此情况下，采用下列两种方法在消除漂移的影响上是有效的。
首先，第一种方法是使合成磁场在1Hz～100Hz的短周期内反向。该例子表示在图42、图43中。在图42中，如(1)-(2)所示的那样，首先使磁场反向，然后，如(3)-(3)所示的那样，使磁场稍稍旋转，接着，如(3)-(4)所示的那样，使磁场反向。以下同样地交替进行磁场的反向和旋转。磁场的反向次数不是仅限于一次，也可以是多次。
在图41所示的仅磁场的旋转的电流波形和图43所示的兼用磁场的反向和旋转时的电流波形中，一个周期中的电流的反向次数不同而分别为2次和4次。一般，如果一个周期中的电流的反向次数为3次以上时，会出现由电流反向所引起的漂移的降低效果。
图42所示的磁场的旋转不一定是必须的。重要的是，可以在使磁场反向的同时在一个周期中使磁场平均化。例如，如图44所示的那样，即使变更磁场的旋转和反向的次序，也能够得到与图42相同的效果。
图45是为了进一步进行磁场的平均化而在图42的方法的基础上增加了在交替反复进行反向的同时使磁场旋转的情况，能够谋求漂移效果的进一步降低和均匀性的改善。
消除漂移效果的第二方法，如图46所示的那样，使从线圈电源119流到各线圈中的电流在每个线圈中不同，来形成倾斜的磁场分布。在图46中，在由(1)所示的最初的时刻，使在线圈A和线圈F、线圈B和线圈E、线圈C和线圈D中流过的电流的大小即I0、I1、I2为I0≥I1＞I2。由此，如图中细箭头所示的那样，在与试验样品平行的表面内，就能使磁场在与磁场的主方向((1)的情况下，在纸面上从左向右的方向)相垂直的方向((1)的情况下，在纸面上从上向下的方向)上倾斜。这样一来，通过使磁场分布倾斜，就能大幅度地降低由电场和磁场的相互作用所引起的漂移的影响。对于图46的最初的时刻(1)的状态，通过进行磁场的旋转和磁场的反向以及平均化等，就能去除漂移和不均匀性。
在图41、图43、图45中，表示出使线圈中流过的电流以矩形状变化的图。但是，由于当使电流急剧变化时，等离子体变得不稳定，故最好在改变线圈电流的方向时，设置在过程中把电流保持为0的定时，或使电流逐渐变化(其中，与一个周期相比，为在1/10以下的足够小)。
如上述那样，对于上述磁场形成装置和磁场形成方法，并不仅限于仅使用电子共振的等离子体处理装置，并且并不仅限于磁场强度为100高斯以下。而可以例如，在利用磁控管放电的情况下，通过使磁场强度为100高斯以上，来谋求等离子体密度的提高，而上述磁场形成装置和磁场形成方法对形成这样的强磁坊也是有效的。
下面再次返回到图1的实施例来对防止等离子体扩散装置进行详细说明。在图1的实施例中，在处理室10内部的下部电极附近设置防止等离子体扩散装置26。其目的是，通过防止处理室内的等离子体向处理室下方的扩散，来提高上下电极间的等离子体密度。当等离子体扩散到处理室10内部的下方和真空抽气系统等处理室以外时，堆积性的反应生成物广泛附着·堆积在这样的区域上。防止等离子体扩散装置的目的是通过防止其而限定堆积物的附着·堆积的区域，来节省用于清除堆积物的工夫和费用。
在图47中表示了防止等离子体扩散装置26的构造。该防止等离子体扩散装置在环状的薄板上同心圆状地设置窄缝状的开口部27。当从加工的容易性上考虑时，开口部的形状可以为能够用钻床等进行加工的圆形。但是，在圆形的开口部的情况下，如下述那样，排气特性、等离子体的稳定性和防止等离子体扩散特性的效果相反，难于一齐满足这些条件。首先，从排气特性的观点上看，需要把与处理气体的排气相对应的传导性限制为较小，而希望开口直径大到例如5mm以上。但是，在圆形的开口部中，当使开口部的直径大到某种程度以上时，等离子体会漏出开口部而扩散。不仅如此，通过空心阴极效果，在开口部上发生局部放电，而成为等离子体的不稳定的重要原因。另一方面，为了解决这些问题，当缩小开口部时，随着时间进展在开口部上堆积性的反应生成物堆积，由于开口面积变化，就存在排气特性随时间而变化的可能性。
因此，在本实施例中，为这样的构造，使开口部的形状不是圆形，而是宽度和长度不同的细长矩形状的窄缝，同心圆状地设置该窄缝。开口部的宽度取决于防止扩散效果，但是，希望最大为6mm以下。开口部的宽度的一个标准为等离子体的包层厚度的约2倍以上。通过这样进行设定，主体等离子体不会进入开口部，而能够防止等离子体的扩散。开口部的长度(在同心圆状的窄缝情况下，圆周方向的长度)最好为宽度的约2倍以上。设置开口部的薄板的厚度最好设定为3mm以上以使主体等离子体不会进入开口部。
在这样的窄缝状的开口部中，与圆形的开口部相比，能够提高开口比率即对整体的开口部的比例。例如，在宽3mm、长20mm的窄缝状的开口部以4mm节距形成为同心圆状时，开口比率达到约75％。另一方面，在圆形的开口部的情况下，直径3mm的圆形的开口部以4mm节距并列时，开口比率达到50％。这样，由于开口比率较大，就能减少对排气的传导性，而具有窄缝状的开口部的优点。由于与开口部的宽度相比，长度方向足够大，由空心阴极效应所引起的局部放电难于产生，不成为等离子体不稳定的主要因素。防止等离子体扩散的效果在窄缝状的情况下取决于宽度而在圆形的开口部的情况下取决于直径。因此，即使加大窄缝状开口部的长度，防止等离子体扩散的效果也不会变化。
这样的防止等离子体扩散装置的效果如下作为例子，考虑使开口部的形状为宽3mm，圆周方向的长度30mm，薄板的厚度5mm的情况。此时，通过设置防止等离子体扩散装置，等离子体的电极间的发光强度增加到约1.6倍，等离子体扩散到处理室下方的等离子体的发光强度降低到约1/4。若从放电电压上看，等离子体生成用的高频功率实际上具有增加约10％～20％的效果。与此同时，腐蚀特性具有例如取得腐蚀率的增加和选择比上升的效果。处理室内的工作压力通过设置上述防止等离子体扩散装置而上升0.2～0.5Pa程度。但是，如果工作压力为几Pa以下，而存在这样程度的压力上升，则通过调整设定压力，就能把工作压力设定在预定值上。
在本实施例中，虽然使窄缝状开口部形成为同心圆状，但是也可以是使窄缝状开口部形成为放射状。或者，可以使窄缝状开口部相对于圆周方向而具有适当的角度来形成。在本实施例中，为了防止等离子体向处理室下方扩散，作为防止等离子体扩散装置，在处理室下方的下部电极附近设置环状的薄板。但是，防止等离子体扩散装置可以设置在防止等离子体扩散的任意位置上，其形状可以随设置位置而变更。例如，在防止向真空排气系统的涡轮分子泵的等离子体扩散的情况下，在排气口入口和涡轮分子泵的吸入口前，与其形状配合，例如可以在正方形或圆形的薄板上设置窄缝状开口部。图48的实施例中表示其一个例子。其中，作为防止等离子体扩散装置26’，在正方形的薄板上设置开口部27’。
然而，上述防止等离子体扩散的效果是未在电极间施加磁场时的结果。但是，防止等离子体扩散的效果通过与磁场相配合，进一步变大。通过等离子体的发光强度来表示它的为图49。图49表示，在图1的实施例中，对于当使由磁场形成装置50所形成的磁场强度从0高斯至60高斯变化时的处理室内的等离子体和向处理室下方的下部电极附近的扩散等离子体，表示等离子体的发光强度的变化。防止等离子体扩散装置26使用图47所示的构造。开口部的形状与上述相同，为宽3mm，圆周方向的长度30mm，薄板的厚度5mm。测定的条件是气体流量Ar 500sccm C4F84sccm，压力2Pa，电极间隔20mm。等离子体发光强度用Ar 419nm来评价，用磁场强度0高斯时的值来把发光强度标准化。从该图可以看出，通过施加磁场，处理室内的等离子体的发光强度(实线)较大，向下方的扩散等离子体的发光强度(虚线)变小。例如，在施加40高斯的磁场的情况下，扩散等离子体的发光强度为未施加磁场时的1/10以下。
如上述那样，防止等离子体扩散的效果通过几十高斯程度的磁场而非常强。其原因为以下这样对于由磁场形成装置所形成的磁场为与电极平行方向的布置，防止等离子体扩散装置处于垂直方向即与磁力线相交叉的方向。由于等离子体中的电子沿着磁力线运动，等离子体的扩散沿着磁场的方向受到束缚。因此，当磁力线与开口部相交叉时，由于在开口部的壁表面上等离子体消失，就能有效地防止等离子体的扩散。
有效地防止等离子体的扩散的机制为上述那样。因此，可以预想到在施加磁场的情况下，当磁力线与防止等离子体扩散装置的开口部的内壁表面相交叉时，就能有效地防止等离子体的扩散。该例子为图50所示的实施例。图50与图1实施例相同，但是作为防止等离子体扩散装置，为高度不同地设置平行薄板的环26A、26B的构造。如图中的虚线所示的那样，由于磁力线与环表面相交叉，就能有效地防止等离子体的扩散。而且，具有不需要在薄板上进行开口部的加工的优点。但是，由于磁力线与环表面的交叉角较薄，而存在不一定充分地抑制等离子体扩散的情况。这样的情况可以使用永久磁铁来形成与环表面部的交叉角较大的局部磁力线。
在上述中，说明了为了防止向真空排气系统的等离子体的扩散，而在圆形或正方形的薄板上设置窄缝状开口部的实施例。上述局部的磁力线在该实施例中也是有效的。即，通过使用永久磁铁来形成局部磁场以与设置在薄板上的窄缝状开口部相交叉，由此，就能有效地防止向真空排气系统的等离子体扩散。
根据本发明，形成由电极的等离子体包层部中的电场与与电极平行施加的磁场的相互作用所引起的ECR-S、ESR的电子共振区域，进而通过磁场来控制电子共振，由此，就能控制等离子体的密度和电子能量分布或者处理气体的离解状态。由于电子共振区域遍及电极表面的宽广区域，就能不是在等离子体的局部区域而是遍及等离子体整体和晶片整个表面的宽广范围中一样地控制等离子体密度和气体的离解。由此，就有对大口径晶片易于确保腐蚀率和选择比的均匀性的优点。此外，通过调整电子共振区域的大小，就能对等离子体的分布也一并进行控制。
根据本发明，由于电子共振磁场强度是，在产生等离子体的高频功率频率为例如68MHz时，ECR-S磁场强度为24高斯，ESR磁场强度为12高斯，因此，磁场的控制范围为至多几十高斯的范围。因此，不需要使用会使漂移产生的那样强的磁场，因此，没有晶片上的电位的偏在所引起的损伤，并且没有在为了避免其的梯度磁场的设计中的困难。
此外，由于不是通过气体的添加就能控制处理气体的离解状态，故能兼顾腐蚀速度和选择比这样的相反的特性。
根据本发明，由磁性体来屏蔽多个线圈的外侧，而且，采用设置了在线圈中具有贯通部或进而具有垂下部的轭部的磁场形成装置，由此，就能在线圈中心线的下方在处理室内的上下电极间形成相对于电极、水平方向成分占支配作用的磁场。而且能够不引起线圈电流的增大而在大口径试验样品用的电极附近形成所需强度的磁场。其结果，在谋求了对大口径试验样品的等离子体处理、均匀性的提高的同时，具有线圈的小型化、发热量降低的效果。
而且，根据本发明，通过一边使相位移动一边控制在多个线圈中流过的电流，就能使磁场旋转或反向，或者，通过改变在多个线圈中流过的电流，就能缓和由电子的漂移的影响所引起的等离子体的偏在。
此外，根据本发明，能够防止处理室内的等离子体的扩散。其结果，能够提高上下电极间的等离子体密度，提高腐蚀特性。能够防止处理室内部的下方和真空排气系统等由等离子体向处理室以外的扩散所引起的堆积物的堆积·附着。由此，限定堆积物的堆积·附着的区域，就能节省用于堆积物清除的工夫和费用。而且，通过使磁场强度为例如40高斯以上，就能更有效地防止等离子体的扩散，因此，上述等离子体密度提高的效果和堆积物区域限定的效果更强。
权利要求
1.一种等离子体处理装置，包括设在处理室中的一对电极、在该一对电极之间施加高频功率的电源、和向所述处理室内的试验样品运送机构，在所述处理室内处理装载在所述电极一方上的试验样品，其特征在于，具有磁场形成装置，它在所述一对电极的间隙中形成与所述电极的主要表面平行的磁场。
2.一种等离子体处理装置，包括设在处理室中的一对电极、在该一对电极之间施加高频功率的电源、在所述一对电极的间隙中形成与所述电极的主要表面平行的成分占支配作用的磁场，在所述处理室内处理装载在所述电极一方上的试验样品，其特征在于，在与所述电极的主要表面附近的大致整个表面相对应的位置上，形成由等离子体包层部中的电场和所述磁场的相互作用所引起的电子共振区域。
3.根据权利要求2所述的等离子体处理装置，其特征在于，使所述电子共振为相对于所述高频功率的频率f由Bc(高斯)=0.357×f(MHz)所定义的磁场强度Bc所产生的电子回旋加速器共振和由Bs(高斯)=1/2×0.357×f(MHz)所定义的磁场强度所产生的电子包层共振的至少一个。
4.根据权利要求2或3所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述高频电源在所述一对电极之间施加20MHz至300MHz的高频功率，可在2高斯以上100高斯以下的范围中任意控制由所述磁场形成装置所形成的磁场强度，由此控制所述电子共振区域中的电子共振。
5.根据权利要求4所述的等离子体处理装置，其特征在于，通过控制所述电子共振区域中的电子共振，来控制等离子体密度·等离子体的电子能量分布·处理气体的离解状态·等离子体的均匀性。
6.根据权利要求4或5所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述高频电源在所述一对电极之间施加40MHz至150MHz的高频功率。
7.根据权利要求4或5所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述磁场形成装置，在与所述一对电极的至少一方的等离子体相连接的表面上形成在与由所述高频电源产生的电场相交叉的方向上可在60高斯以下的范围任意进行控制的强度的磁场。
8.一种等离子体处理方法，是基于下述等离子处理装置的等离子处理方法，而所述等离子处理装置包括设在处理室中的一对电极、在该一对电极之间施加高频功率的电源、在所述一对电极的间隙中形成与所述电极的主要表面平行的成分占支配作用的磁场，在所述处理室内处理装载在所述电极一方上的试验样品；其特征在于，由所述高频电源在所述一对电极之间施加20MHz至300MHz的高频功率，由所述磁场形成装置形成可在2高斯以上100高斯以下的范围中任意控制的磁场强度，在与所述一对电极的至少一方的主要表面附近的大致整个表面相对应的位置上，在电子共振磁场强度中通过所述磁场与等离子体包层部中的电场的相互作用生成电子共振，通过由所述磁场形成装置控制所述电子共振，来控制等离子体密度·等离子体的电子能量分布·处理气体的离解状态·等离子体的均匀性。
9.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述磁场形成装置，包括对着所述一对电极的外侧配置并且被配置成中心线与装载所述试验样品的电极的主要表面大致平行的多个线圈、和覆盖住该多个线圈与所述处理室的至少一部分的磁性体，并在所述一对电极的间隙中形成与所述电极的主要表面相平行的成分起支配作用的磁场。
10.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述磁场形成装置，包括在所述试验样品的设置表面和运送路径的上方相对地设置的一对或4～12个线圈、具有贯通包含该线圈内至少下方区域的区域的或垂下的构造的磁性体、和覆盖该多个线圈和所述处理室的至少一部分的磁性体，在所述试验样品的设置表面附近形成水平成分为主的所需要的磁场矢量。
11.根据权利要求9或10所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述磁性体的相对导磁率处于100～10000范围内，所述磁性体的线圈内贯通部位于线圈内的下方，贯通部截面积在磁通不饱和的范围内较小。
12.根据权利要求9或10所述的等离子体处理装置，其特征在于，具有线圈电源，它通过在所述各线圈中流过时间调制的电流，而在所述一对相对的电极的间隙中使磁场以一定周期变化。
13.根据权利要求12所述的等离子体处理装置，其特征在于，控制所述线圈电源的电流，以使所述一对相对的电极的间隙中的磁场以5～15Hz的周期变化。
14.根据权利要求12或13所述的等离子体处理装置，其特征在于，设定流过各线圈的电流值，以使各时间中的磁场在与主方向垂直并且与主电极表面平行的方向上产生磁场梯度。
15.一种等离子体处理方法，在处理室内处理装载在电极上的试验样品，其特征在于，通过磁场形成装置来在所述一对电极的间隙中形成与所述电极的主要表面平行的成分占支配作用的磁场，并且通过给所述电极施加高频电场，来对装载在所述电极上的试验样品进行等离子体处理；而所述磁场形成装置包括在所述试验样品的设置表面和运送路径的上方相对地设置的一对或4～12个线圈、具有贯通包含该线圈内至少下方区域的区域的或垂下的构造的磁性体、覆盖该多个线圈和所述处理室的至少一部分的磁性体。
16.根据权利要求15所述的等离子体处理方法，其特征在于，所述线圈由4个至12个构成，通过从线圈电源向所述各线圈流过时间调制的电流，来在所述电极间隙中使磁场以一定周期变化。
17.根据权利要求15所述的等离子体处理方法，其特征在于，使所述电极间隙中的磁场以1～50Hz程度的周期变化。
18.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，设有具有宽度和长度不同的细长矩形状的窄缝状开口部的防止等离子体扩散装置。
19.根据权利要求18所述的等离子体处理装置，其特征在于，使所述防止等离子体扩散装置的窄缝状开口部形成为同心圆状，所述开口部的开口方向与由所述磁场形成装置所形成的磁力线相交叉。
全文摘要
本发明提供一种等离子体处理装置和等离子体处理方法,具有磁场形成装置,通过磁场来控制电子共振,以控制等离子体状态和腐蚀气体的离解状态,由此,即使对于大口径的晶片,也能够同时兼顾处理速度和细微加工性、选择比和均匀性。在真空处理室内的一对电极间施加20MHz至300MHz的高频功率,通过磁场形成装置而在电极间形成与电极表面平行的磁场。而且,通过在100高斯以下的范围中控制磁场强度,通过电极包层部中的电场和磁场的相互作用来控制电子回旋加速器共振、电子包层共振的生成。
文档编号H01J37/32GK1215912SQ9810807
公开日1999年5月5日 申请日期1998年3月26日 优先权日1997年3月26日
发明者增田俊夫, 三谷克彦, 加治哲德, 田中润一, 渡边克哉, 白米茂, 大坪徹, 佐佐木一郎, 福本英士, 小泉真 申请人:株式会社日立制作所