專利名稱:等離子體處理裝置及處理方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及對被處理基板實(shí)施等離子體處理的技術(shù),特別涉及電感耦合型的等離子體處理裝置和等離子體處理方法。
背景技術(shù):
在半導(dǎo)體器件或FPD (Flat Panel Display)的制造工藝的蝕刻、沉積、氧化、濺射等處理中,為了使處理氣體以比較低的溫度進(jìn)行良好的反應(yīng),經(jīng)常使用等離子體。歷來,在這種等離子體處理中大多使用利用MHz區(qū)域的高頻放電生成的等離子體。就利用高頻放電射出的等離子體而言,作為更具體的(裝置的)等離子體生成法,大致分為電容耦合型等離子體和電感耦合型等離子體。電感耦合型等離子體處理裝置一般由電介質(zhì)的窗構(gòu)成處理容器的壁部的至少一部分(例如頂壁部),向設(shè)置在該電介質(zhì)窗之外的線圈狀的RF天線供給高頻電力。處理容器作為能夠減壓的真空腔室構(gòu)成,在腔室內(nèi)的中央部配置被處理基板(例如半導(dǎo)體晶片、玻璃基板等),向設(shè)定于電介質(zhì)窗與基板之間的處理空間導(dǎo)入處理氣體。通過在RF天線中流動的RF電流,在RF天線的周圍產(chǎn)生磁力線貫通電介質(zhì)窗通過腔室內(nèi)的處理空間那樣的RF 磁場,根據(jù)該RF磁場的時間性的變化,在處理空間內(nèi),在方位角方向產(chǎn)生感應(yīng)電場。然后, 被該感應(yīng)電場在方位角方向加速的電子與處理氣體的分子或原子發(fā)生沖突,生成環(huán)形的等離子體。通過在腔室內(nèi)設(shè)置大的處理空間,上述環(huán)形的等離子體有效地向四方(特別是半徑方向)擴(kuò)散,在基板上等離子體的密度非常均勻。但是,在僅使用通常的RF天線時,在基板上能夠得到的等離子體密度的均勻性對大多等離子體處理而言并不充分。在電感耦合型的等離子體處理裝置中,提高基板上的等離子體密度的均勻性也因?yàn)樽笥姨幚淼木鶆蛐浴ぴ佻F(xiàn)性甚至制造成品率而成為最重要的問題之一,至今也提案有若干與其有關(guān)的技術(shù)。在電感耦合型的等離子體處理裝置中,作為用于在徑向控制被處理基板上的等離子體密度分布(特別是均勻化)的代表性技術(shù),已知有如下方式將RF天線分割成多個線圈形狀的天線單元,利用阻抗調(diào)整電路使各個天線單元的阻抗變化,控制從一個高頻電源向所有的天線單元分別分配的RF電力的分割比(例如專利文獻(xiàn)1、2、3)。這種阻抗調(diào)整電路一般包括可變電容器,以與多個天線單元中的各個串列地連接的方式,在匹配器的輸出端子與接地單位端子之間多個并列地連接。用于電感耦合型等離子體處理裝置的匹配器一般作為自動匹配裝置構(gòu)成,該自動匹配裝置追隨等離子體負(fù)載的變動對從高頻電源看為負(fù)載一側(cè)的阻抗進(jìn)行可變控制。這種自動匹配裝置如果在等離子體處理中由于壓力變動等而等離子體負(fù)載的阻抗改變,則使匹配電路所包含的可變電抗元件(一般為可變電容器)的電抗變化,自動地調(diào)整負(fù)載一側(cè)阻抗,使其與匹配點(diǎn)(通常為50Ω) —致。為了實(shí)現(xiàn)該自動匹配機(jī)構(gòu)的功能,自動匹配裝置具備控制器等,該控制器按照使測定反射波的功率的電路和負(fù)載一側(cè)阻抗的測定值與匹配點(diǎn)(50 Ω ) 一致的方式,通過步進(jìn)發(fā)動機(jī)對各可變電抗元件的電抗進(jìn)行可變控制。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 美國專利第6164241號專利文獻(xiàn)2 美國專利第6288493號專利文獻(xiàn)3 美國專利第7096819號
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的問題但是,上述那樣的現(xiàn)有技術(shù)中的RF天線分割方式的RF電流被分在多個天線單元流動,因此,在高頻供電部流動與在各天線單元中流動的電流相比格外大的分割前的RF電流。由此,存在如下問題在高頻供電部(特別是匹配器)內(nèi)發(fā)生大的RF功率損失,供給到等離子體負(fù)載的RF功率減少該部分的量,等離子體生成效率下降。本發(fā)明是為了解決上述那樣的現(xiàn)有技術(shù)的問題而完成的,提供減少高頻供電部 (特別是匹配器)內(nèi)的RF功率損失、提高等離子體生成效率的電感耦合型的等離子體處理裝置和等離子體處理方法。進(jìn)一步,本發(fā)明在如上所述實(shí)現(xiàn)等離子體生成效率的提高的同時,提供實(shí)現(xiàn)匹配器的簡化的電感耦合型的等離子體處理裝置。用于解決問題的方式本發(fā)明的等離子體處理裝置具有具有電介質(zhì)的窗的處理容器;在上述處理容器內(nèi)保持被處理基板的基板保持部;為了對上述基板實(shí)施期望的等離子體處理而向上述處理容器內(nèi)供給期望的處理氣體的處理氣體供給部;為了在上述處理容器內(nèi)通過電感耦合生成處理氣體的等離子體而設(shè)置在上述電介質(zhì)窗之外的多個天線;高頻供電部,其向上述多個天線供給適合于上述處理氣體的高頻放電的頻率的高頻電力;設(shè)置在上述高頻供電部的終端的初級線圈;多個次級線圈,該多個次級線圈的每一個能夠通過電磁感應(yīng)分別與上述初級線圈耦合,各自與所對應(yīng)的上述天線電連接而形成閉環(huán)的次級電路;和在所有上述次級電路設(shè)置的電容器。本發(fā)明的等離子體處理方法是在等離子體處理裝置中對上述基板實(shí)施期望的等離子體處理的等離子體處理方法,該等離子體處理裝置包括具有電介質(zhì)的窗的處理容器; 在上述處理容器內(nèi)保持被處理基板的基板保持部;為了對上述基板實(shí)施期望的等離子體處理而向上述處理容器內(nèi)供給期望的處理氣體的處理氣體供給部;為了在上述處理容器內(nèi)通過電感耦合生成處理氣體的等離子體而設(shè)置在上述電介質(zhì)窗之外的多個天線;和高頻供電部,其向上述多個天線供給適合于上述處理氣體的高頻放電的頻率的高頻電力,該等離子體處理方法在上述高頻供電部的終端設(shè)置初級線圈,并且設(shè)置多個次級線圈,該多個次級線圈的每一個能夠通過電磁感應(yīng)分別與上述初級線圈耦合,各自與所對應(yīng)的上述天線電連接而形成閉環(huán)的次級電路,進(jìn)而,在所有上述次級電路設(shè)置電容器,對上述電容器的靜電電容進(jìn)行選定或可變控制,控制上述基板上的等離子體密度分布。在本發(fā)明的等離子體處理裝置或等離子體處理方法中,在處理中從高頻供電部向天線供給高頻電力。此處,在高頻供電部的初級線圈流動高頻的初級電流,通過該初級電流在初級線圈的周圍產(chǎn)生的磁力線(磁通量)與各次級線圈交鏈,對應(yīng)該磁通量的時間性的變化在各次級線圈產(chǎn)生基于電磁感應(yīng)的感應(yīng)電動勢,在各次級電路內(nèi)流動高頻的次級電流(感應(yīng)電流)。這樣,通過在各次級電路內(nèi)在各天線中流動次級電流,從各天線經(jīng)電介質(zhì)窗向處理容器內(nèi)的處理氣體放射電磁能,利用該電磁能在與各天線對應(yīng)的等離子體生成空間區(qū)域生成電感耦合的等離子體。通過這樣在處理容器內(nèi)的等離子體生成空間生成的等離子體向四方擴(kuò)散,在基板保持部附近、即基板,等離子體的密度非常均勻。此處,將設(shè)置在所有的次級電路的電容器的靜電電容選定為適度的值,或進(jìn)行可變控制,由此,能夠調(diào)節(jié)分別在多個天線中流動的次級電流的均衡,由此能夠自由地控制基板上的等離子體密度分布。另一方面,在高頻供電部,多個天線經(jīng)各個次級線圈與初級線圈電耦合,由此,外觀上的初級線圈的負(fù)載電阻變大,初級電流變小,在高頻供電部,RF功率損失減少。向等離子體負(fù)載供給的RF功率增大該部分的量,等離子體生成效率提高。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明的等離子體處理裝置或等離子體處理方法,通過上述的結(jié)構(gòu)或作用, 能夠減少高頻供電部(特別是匹配器)內(nèi)的功率損失,提高等離子體生成效率,進(jìn)而,能夠?qū)崿F(xiàn)匹配器的簡化。
圖1是表示本發(fā)明的一個實(shí)施方式的電感耦合型等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)的縱向截面圖。圖2是表示上述等離子體處理裝置中的同軸天線組、可變電容器和變壓器部的機(jī)械布局和連接結(jié)構(gòu)的圖。圖3是表示上述同軸天線組、可變電容器和變壓器部的電連接結(jié)構(gòu)的圖。圖4是表示在圓環(huán)狀天線中流動的電流與該天線正下方的電子密度之間的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。圖5是表示關(guān)于天線的繞組結(jié)構(gòu)的一個結(jié)構(gòu)例的圖。圖6是表示關(guān)于天線與變壓器部間的環(huán)結(jié)構(gòu)的一個結(jié)構(gòu)例的圖。圖7是表示關(guān)于變壓器部的次級線圈的匝數(shù)的一個結(jié)構(gòu)例的圖。圖8是表示關(guān)于變壓器部的初級線圈的分割結(jié)構(gòu)和配置的一個結(jié)構(gòu)例的圖。圖9是表示關(guān)于變壓器部的初級線圈和次級線圈的配置結(jié)構(gòu)的一個結(jié)構(gòu)例的圖。圖IOA是表示在次級電路設(shè)置固定電容器的一個結(jié)構(gòu)例的圖。圖IOB是表示在次級電路設(shè)置固定電容器的另一個結(jié)構(gòu)例的圖。圖11是表示在變壓器部對初級線圈與次級線圈之間的距離間隔進(jìn)行可變調(diào)整的結(jié)構(gòu)例的圖。圖12A是表示在變壓器部設(shè)置棒狀的芯的一個結(jié)構(gòu)例的圖。圖12B是表示在變壓器部使棒狀芯在軸方向移動或移位的結(jié)構(gòu)例的圖。圖13是表示在變壓器部設(shè)置環(huán)(無端)狀的芯的一個結(jié)構(gòu)例的圖。圖14是表示在同軸天線組的內(nèi)側(cè)天線與外側(cè)天線之間設(shè)置中間天線的結(jié)構(gòu)例的圖。
圖15A是表示在同軸天線組將外側(cè)天線分割為多個天線單元的結(jié)構(gòu)例的圖。圖15B是表示在兩個天線單元和兩個次級線圈之間形成一個閉環(huán)的次級電路的結(jié)構(gòu)例的圖。圖15C是表示在兩個天線單元和兩個次級線圈之間形成兩個獨(dú)立的閉環(huán)的次級電路的結(jié)構(gòu)例的圖。圖16是表示在上述電感耦合型等離子體處理裝置裝載通常的自動匹配機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)例的圖。圖17A表示本發(fā)明的一個實(shí)施例的自動匹配機(jī)構(gòu)。圖17B表示另一個實(shí)施例的自動匹配機(jī)構(gòu)。圖17C表示另一個實(shí)施例的自動匹配機(jī)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式以下參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行說明。(裝置整體的結(jié)構(gòu)和作用)圖1表示第一實(shí)施方式的電感耦合型等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)。該電感耦合型等離子體處理裝置作為使用平面線圈形的RF天線的等離子體蝕刻裝置構(gòu)成,例如具有鋁或不銹鋼等金屬制的圓筒形真空腔室(處理容器)10。腔室10被保護(hù)接地。首先,對該電感耦合型等離子體蝕刻裝置中與等離子體生成無關(guān)的各部分的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。在腔室10內(nèi)的下部中央,圓板狀的基座12作為兼作高頻電極的基板保持臺水平地配置,該基座12作為被處理基板載置例如半導(dǎo)體晶片W。該基座12例如由鋁形成,由從腔室10的底部垂直向上方延伸的絕緣性筒狀支承部14支承。在沿絕緣性筒狀支承部14的外周從腔室10的底部垂直向上方延伸的導(dǎo)電性筒狀支承部16與腔室10的內(nèi)壁之間形成有環(huán)狀的排氣路18,在該排氣路18的上部或入口安裝有環(huán)狀的擋板20,并且在底部設(shè)置有排氣口 22。為了使腔室10內(nèi)的氣體的流動相對于基座12上的半導(dǎo)體晶片W軸對稱地均勻地流動,優(yōu)選將排氣口 22在圓周方向等間隔地設(shè)置多個的結(jié)構(gòu)。在各排氣口 22經(jīng)排氣管M連接排氣裝置26。排氣裝置沈具有渦輪分子泵等真空泵,能夠?qū)⑶皇?0內(nèi)的等離子體處理空間減壓至期望的真空度。在腔室10的側(cè)壁之外安裝開閉半導(dǎo)體晶片W的搬入搬出口 27的閘閥觀。在基座12,經(jīng)匹配器32和供電棒34電連接RF偏壓用的高頻電源30。該高頻電源30能夠以可變的功率輸出恒定頻率(13. 56MHz以下)的高頻R&,該高頻RR適合于對引入半導(dǎo)體晶片W的離子的能量進(jìn)行控制。匹配器32收容電抗可變的匹配電路,該匹配電路用于在高頻電源30 —側(cè)的阻抗與負(fù)載(主要為基座、等離子體、腔室)一側(cè)的阻抗之間獲得匹配。在該匹配電路中包括自偏壓生成用的隔直電容器。在基座12的上表面設(shè)置有用于利用靜電吸附力保持半導(dǎo)體晶片W的靜電吸盤36, 在靜電吸盤36的半徑方向外側(cè)設(shè)置呈環(huán)狀包圍半導(dǎo)體晶片W的周圍的聚焦環(huán)38。靜電吸盤36是將由導(dǎo)電膜形成的電極36a夾入一對絕緣膜36b、36c之間而形成的部件,在電極 36a,經(jīng)開關(guān)42和絕緣線43電連接高壓的直流電源40。通過從直流電源40施加的高壓的直流電壓,能夠利用靜電力將半導(dǎo)體晶片W吸附保持在靜電吸盤36上。在基座12的內(nèi)部例如設(shè)置沿圓周方向延伸的環(huán)狀的制冷劑室或制冷劑流路44。 對該制冷劑流路44,從冷卻裝置(未圖示)經(jīng)配管46、48循環(huán)供給規(guī)定溫度的制冷劑例如冷卻水cw。根據(jù)制冷劑的溫度能控制靜電吸盤36上的半導(dǎo)體晶片W的處理中的溫度。與此關(guān)聯(lián),來自導(dǎo)熱氣體供給部(未圖示)的導(dǎo)熱氣體例如He氣體經(jīng)氣體供給管50供給到靜電吸盤36的上表面與半導(dǎo)體晶片W的背面之間。此外,為了半導(dǎo)體晶片W的裝載/卸載而設(shè)置在垂直方向上貫通基座12、能夠上下移動的升降銷和升降機(jī)構(gòu)(未圖示)等。接著,對該電感耦合型等離子體蝕刻裝置中與等離子體生成有關(guān)的各部分的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。腔室10的頂壁部或頂板部從基座12隔開比較大的距離間隔設(shè)置,例如氣密地安裝由石英板形成的圓形的電介質(zhì)窗52作為該頂板部。在該電介質(zhì)窗52上,與腔室10 —體地設(shè)置天線室56,該天線室56從外部電磁屏蔽并收容用于在腔室10內(nèi)生成電感耦合的等離子體的多個或一組天線討。該實(shí)施方式的天線組M由與電介質(zhì)窗52平行地、在徑向形成間隔地分別配置在內(nèi)側(cè)和外側(cè)的平面型的內(nèi)側(cè)天線58和外側(cè)天線60形成。該實(shí)施方式的內(nèi)側(cè)天線58和外側(cè)天線60具有圓環(huán)狀的線圈形體,相互同軸地配置,并且對腔室10或基座12也同軸地配置。另外,本發(fā)明中所謂的“同軸”是在具有軸對稱的形狀的多個物體間各自的中心軸線相互重合的位置關(guān)系,在多個平面型天線間,不僅包括各自的天線面在軸方向相互偏置 (off-set)的情況,而且包括在同一個面上一致的情況(同心狀的位置關(guān)系)。內(nèi)側(cè)天線58和外側(cè)天線60經(jīng)可變電容器64、66和變壓器部68與等離子體生成用的高頻供電部62并聯(lián)地電連接??勺冸娙萜?4、66的靜電電容(靜電容量)優(yōu)選能夠在主控制部84的控制下通過電容可變部70、72在恒定范圍內(nèi)任意改變。變壓器部68的結(jié)構(gòu)和作用在之后詳細(xì)說明。等離子體生成用的高頻供電部62具有高頻電源74和匹配器76。高頻電源74以可變的功率輸出適合于利用高頻放電生成等離子體的恒定頻率(13.56MHz以上)的高頻 RiV匹配器76作為具備自動匹配功能的自動匹配裝置構(gòu)成,收容電抗可變的匹配電路,該匹配電路用于在高頻電源74—側(cè)的阻抗與負(fù)載(主要為RF天線組、等離子體)一側(cè)的阻抗之間獲得匹配。用于向腔室10內(nèi)的處理空間供給處理氣體的處理氣體供給部具有環(huán)狀的總管 (manifold)或緩沖部77,其以比電介質(zhì)窗52低一些的位置設(shè)置在腔室10的側(cè)壁中(或外);在圓周方向以等間隔從緩沖部77面對等離子體生成空間的大量的側(cè)壁氣體吐出孔 78 ;從處理氣體供給源80延伸至緩沖部77的氣體供給管82。處理氣體供給源80包括流量控制器和開閉閥(未圖示)。主控制部84例如包括微型計算機(jī),控制該等離子體蝕刻裝置內(nèi)的各部分、例如排氣裝置沈、高頻電源30、74、匹配器32、76、靜電吸盤用開關(guān)42、電容可變部70、72、處理氣體供給源80、冷卻裝置(未圖示)、導(dǎo)熱氣體供給部(未圖示)等各個部件的動作和裝置整體的動作(程序)。在該電感耦合型等離子體蝕刻裝置中,為了進(jìn)行蝕刻,首先使閘閥觀為打開狀態(tài),將加工對象半導(dǎo)體晶片W搬入腔室10內(nèi),載置在靜電吸盤36上。然后,關(guān)閉閘閥觀后, 從處理氣體供給源80經(jīng)氣體供給管82、緩沖部77和側(cè)壁氣體吐出孔78以規(guī)定的流量和流量比向腔室10內(nèi)導(dǎo)入蝕刻氣體(一般為混合氣體),通過排氣裝置沈使腔室10內(nèi)的壓力為設(shè)定值。進(jìn)而,將高頻電源74導(dǎo)通,以規(guī)定的功率輸出等離子體生成用的高頻RFh,將該 RF功率經(jīng)匹配器76和變壓器部68供給到同軸天線組M (內(nèi)側(cè)天線58/外側(cè)天線60)。此處,在同軸天線組M的內(nèi)側(cè)天線58和外側(cè)天線60中分別流動通過可變電容器64、66分別控制的次級電流I2A、I2B。另一方面,將高頻電源30導(dǎo)通,以規(guī)定的RF功率輸出引入控制離子用的高頻RFy 將該高頻RR經(jīng)匹配器32和下部供電棒34施加到基座12。此外,從導(dǎo)熱氣體供給部向靜電吸盤36與半導(dǎo)體晶片W之間的接觸界面供給導(dǎo)熱氣體(He氣體),并且將開關(guān)42導(dǎo)通, 通過靜電吸盤36的靜電吸附力將導(dǎo)熱氣體封入上述接觸界面。從側(cè)壁氣體吐出孔78吐出的蝕刻氣體在電介質(zhì)窗52下的處理空間均勻地擴(kuò)散。 通過在同軸天線組內(nèi)側(cè)天線58/外側(cè)天線60)中流動的高頻的次級電流I2A、I2B,在各天線58、60的周圍產(chǎn)生磁力線貫通電介質(zhì)窗52通過腔室內(nèi)的等離子體生成空間那樣的高頻的磁場,根據(jù)該高頻磁場的時間性的變化,在處理空間的方位角方向產(chǎn)生高頻的感應(yīng)電場。然后,被該感應(yīng)電場在方位角方向加速的電子與蝕刻氣體的分子或原子發(fā)生電離沖突, 生成環(huán)形的等離子體。該環(huán)形的等離子體的自由基或離子在寬廣的處理空間向四方擴(kuò)散,自由基以各向同性地灌注的方式,離子以被直流偏壓牽弓I的方式,供給到半導(dǎo)體晶片w的上表面(被處理面)。這樣,在半導(dǎo)體晶片w的被處理面,等離子體的活性種引起化學(xué)反應(yīng)和物理反應(yīng),被加工膜被蝕刻為期望的圖案。此處所謂的“環(huán)形的等離子體”并不嚴(yán)密地限定為在腔室10的徑向內(nèi)側(cè)(中心部)等離子體不立起而僅在徑向外側(cè)等離子體立起那樣的環(huán)形的等離子體,莫如是指與腔室10的徑向內(nèi)側(cè)相比徑向外側(cè)的等離子體的體積或密度大的情況。此外,根據(jù)處理氣體中使用的氣體的種類或腔室10內(nèi)的壓力的值等條件,還存在不形成此處所謂的“環(huán)形的等離子體”的情況。該電感耦合型等離子體蝕刻裝置通過以下詳述的結(jié)構(gòu)能夠減少在高頻供電部 62 (特別是匹配器76)產(chǎn)生的RF功率損失,并且能夠分別任意且獨(dú)立地對在同軸天線組M 的內(nèi)側(cè)天線58和外側(cè)天線60中分別流動的次級電流I2A、I2b進(jìn)行控制,能在徑向自由地控制半導(dǎo)體晶片W上的等離子體密度分布。因此,能夠容易地使等離子體處理特性即蝕刻特性(蝕刻率、選擇比、蝕刻形狀等)在徑向均勻化。(天線和變壓器部的基本結(jié)構(gòu))本實(shí)施方式的電感耦合型等離子體處理裝置的主要特征在于,在同軸天線組M 與變壓器部68之間形成多個獨(dú)立的閉環(huán)次級電路。圖2表示該等離子體處理裝置的同軸天線組M (內(nèi)側(cè)天線58/外側(cè)天線60)、可變電容器64、66和變壓器部68的機(jī)械配置和連接結(jié)構(gòu)。如圖所示,變壓器部68在天線室56內(nèi)設(shè)置在電介質(zhì)窗52的上方,在該變壓器部 68,一個初級線圈86和兩個次級線圈88、90以在鉛直方向重合的方式以水平姿勢同軸地配置。
配置在最高的位置的初級線圈86例如由圓環(huán)狀的單匝線圈構(gòu)成,其一端(RF入口端)86m經(jīng)高頻供電部62的RF輸送線85與匹配器76的輸出端子電連接,另一端(RF出口端)8 經(jīng)RF回線或接地線87與腔室10或其它接地電位部件(未圖示)電連接。一個次級線圈88作為與初級線圈86大致相同口徑的圓環(huán)狀單匝線圈構(gòu)成,接近初級線圈86配置在其下相鄰的較高的位置。該次級線圈88的一對開放端88m、88n經(jīng)沿鉛直方向延伸的一對連接導(dǎo)體92m、9&與內(nèi)側(cè)天線58的一對開放端58m、58n分別連接。另一個次級線圈90作為與初級線圈86大致相同口徑的圓環(huán)狀單匝線圈構(gòu)成,夾著上述一個次級線圈88配置在接近初級線圈86的較高的位置。該次級線圈90的一對開放端90m、90n經(jīng)沿鉛直方向延伸的一對連接導(dǎo)體94m、94n與外側(cè)天線60的一對開放端60m、 60n分別連接。在圖2的結(jié)構(gòu)例中,可變電容器64、66配置在次級線圈88、90的環(huán)內(nèi)。但是,也可以是在連接導(dǎo)體(9^,92^, (94m,94n)的途中,或在天線58、60的環(huán)內(nèi)配置可變電容器64、 66的結(jié)構(gòu)。圖3表示同軸天線組M (內(nèi)側(cè)天線58/外側(cè)天線60)、可變電容器64、66和變壓器部68的電連接結(jié)構(gòu)。如圖所示,由內(nèi)側(cè)天線58、連接導(dǎo)體92m、9&和次級線圈88形成獨(dú)立的閉環(huán)的次級電路96,可變電容器64設(shè)置在該次級電路96內(nèi)。另一方面,由外側(cè)天線60、 連接導(dǎo)體94m、94n和次級線圈90形成另一個獨(dú)立的閉環(huán)的次級電路98,可變電容器66設(shè)置在該次級電路98。在該電感耦合型等離子體處理裝置中,當(dāng)在處理中從高頻電源74輸出等離子體生成用的高頻RFh時,高頻初級電流I1從匹配器76的輸出端子通過RF輸送線85、變壓器部68的初級線圈86和接地線87地流動。通過這樣在初級線圈86中流動的高頻初級電流 I1而在初級線圈86的周圍產(chǎn)生的磁力線(磁通量)與兩個次級線圈88、90交鏈(互連), 根據(jù)該磁通量的時間性的變化,在兩個次級線圈88、90分別產(chǎn)生基于電磁感應(yīng)的感應(yīng)電動勢E2A、E2B,在兩個次級電路96、98內(nèi)分別流動高頻次級電流(感應(yīng)電流)I2A、I2B。此處,如果令兩個次級電路96、98內(nèi)的合成阻抗分別為ZA、&,則次級電流I2A、I2b能夠分別由下式 (1)、(2)表示。I2A = E2A/ZA(1)I2B = E2B/ZB(2)這樣,次級電流I2A、I2B在內(nèi)側(cè)天線58和外側(cè)天線60中分別流動,由此,在內(nèi)側(cè)天線58和外側(cè)天線60的周圍產(chǎn)生環(huán)狀分布的高頻的交流磁場,在電介質(zhì)窗52下,即使在比較里面(下方)的區(qū)域也形成在半徑方向橫切處理空間的磁力線。此處,處理空間的磁通量密度的半徑方向(水平)成分在腔室10的中心和周邊部與次級電流的大小無關(guān),總為零,在其中間的某一處成為極大。通過高頻的交流磁場生成的方位角方向的感應(yīng)電場的強(qiáng)度分布在徑向也顯示與磁通量密度相同的分布。即,在徑向,環(huán)形等離子體內(nèi)的電子密度分布在宏觀上與同軸天線組W內(nèi)的電流分布大致對應(yīng)。而且,如圖4所示,能夠通過實(shí)驗(yàn)確認(rèn)在這種圓環(huán)狀天線中流動的電流與該天線正下方的電子密度之間存在大致線性的關(guān)系。本實(shí)施方式的同軸天線組M與從其中心或內(nèi)周端盤旋至外周端的通常的螺旋形線圈不同,由在腔室10的靠中心處局部存在的圓環(huán)狀的內(nèi)側(cè)天線58和在腔室10的靠側(cè)壁處局部存在的圓環(huán)狀的外側(cè)天線60構(gòu)成,徑向的同軸天線組M內(nèi)的電流分布在兩天線58、 60所處的位置附近兩極化。因此,在于腔室10的電介質(zhì)窗52之下(內(nèi)側(cè))生成的環(huán)形等離子體,在內(nèi)側(cè)天線 58和外側(cè)天線60的各自的正下方位置附近,電流密度(即等離子體密度)突出變高(成為極大)。這樣,環(huán)形等離子體內(nèi)的電流密度分布在徑向不均勻而成為凹凸的分布。但是,在腔室10內(nèi)的處理空間,等離子體向四方擴(kuò)散,由此,在基座12的附近、即半導(dǎo)體晶片W上, 等離子體的密度非常均勻。在本實(shí)施方式中,通過調(diào)節(jié)分別在內(nèi)側(cè)天線58和外側(cè)天線60中流動的次級電流 I2A、I2B的均衡,能夠自由地控制基座12的附近、即半導(dǎo)體晶片W上的等離子體密度分布,還能夠容易地實(shí)現(xiàn)等離子體處理特性的均勻化。此處,如下所述,通過使可變電容器64、66的靜電電容變化而進(jìn)行次級電流I2A、I2b的均衡調(diào)整。如果令可變電容器64、66的靜電電容為C64、C66、令兩個次級電路96、98內(nèi)的自感應(yīng)系數(shù)和電阻(也包括以被吸收到等離子體的功率為起因的阻抗成分)分別為(L96,R96), (L98, R98),則兩個次級電路96,98內(nèi)的合成阻抗Za、Zb能夠分別由下式(3)、(4)表示。Za = R96+i (ω L96-I/ ω C64)(3)
Zb = R98+i (ω L98-I/ ω C66) (4)但是,ω是角頻率,如果令等離子體生成用的高頻Ri^11的頻率為f,則ω =2Jif。因此,上式(1)、(2)與下式(5)、(6)分別等價。I2A = E2a/ {R96+i (ω L96-I/ ω C64)}(5)Ι2Β = E2b/ {R96+i (ω L98-I/ ω C66)}(6)在變壓器部68,如果初級線圈86與各次級線圈88、90之間的相互感應(yīng)系數(shù)恒定, 則在初級電流I1從高頻供電部62流向變壓器部68的次級線圈86時,在次級線圈88、90 內(nèi)分別產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢&Α』2Β根本地決定。此外,兩個次級電路96、98內(nèi)的自感應(yīng)系數(shù) L96> L98和電阻&6、R98也恒定。因此,通過使可變電容器64、66的靜電電容C64、C66變化,能夠分別獨(dú)立且任意地控制分別在內(nèi)側(cè)和外側(cè)天線58、60中流動的次級電流I2A、I2b的電流值。另一方面,在高頻供電部62,相比與上述那樣的次級線圈88、90之間的相互感應(yīng)系數(shù),初級線圈86的自感應(yīng)系數(shù)格外大,因此,從一次(初級)一側(cè)觀看時的負(fù)載電抗的變化較小,不太受次級電流I2A、I2B的影響。因此,從匹配器76的輸出端子看時,負(fù)載阻抗基本上只能看做次級線圈86的阻抗。就是說,在次級側(cè)的負(fù)載電路消耗的功率,恰好在初級線圈86產(chǎn)生外觀上的電阻,可以看做是在其上消耗的功率。因此,在如本實(shí)施方式那樣設(shè)置多個次級線圈88、90的情況下,與在各個次級電路96、98內(nèi)消耗的功率相當(dāng)?shù)某跫壘€圈 86的外觀上的電阻也變大。即,分別與在次級電路96、98內(nèi)消耗的功率相當(dāng)?shù)碾娮枧c初級線圈86串聯(lián),合成電阻成為2倍。一般而言,在匹配器中,負(fù)載電阻越大,與由負(fù)載消耗的RF功率相比由匹配電路內(nèi)的電阻成分消耗的功率變小,RF功率輸送效率越好。在本實(shí)施方式中,同軸天線組M的各個天線58、60分別經(jīng)各次級線圈88、90與初級線圈86電耦合,因此初級線圈86的負(fù)載電阻變大,高頻供電部62的RF功率輸送效率提高。因此,供給到等離子體負(fù)載的RF功率增大,等離子體生成效率提高。
順便言及,在省略變壓器部68、將同軸天線組M的內(nèi)側(cè)天線58和外側(cè)天線60與配匹配器76的輸出端子通過并聯(lián)連接而直接連接的情況下,合成負(fù)載電阻變?yōu)榧s一半,在高頻供電部62流動的電流倍增。由此,在高頻供電部62(特別是匹配器76)內(nèi)消耗的功率增加,RF功率輸送效率下降。另外,優(yōu)選可變電容器64、66的靜電電容C64、C66被選定并構(gòu)成為,次級電路96、98 內(nèi)的電抗為負(fù)值的區(qū)域、即比在次級電路96、98內(nèi)發(fā)生串聯(lián)諧振時的靜電電容小的區(qū)域處于可變范圍內(nèi)。在這樣在比發(fā)生串聯(lián)諧振時的靜電電容小的區(qū)域使c64、c66變化的情況下,通過使 C64、C66的值(電容位置)從最小值上升,能夠使次級電流I2A、I2b的電流值從大致為零漸漸地增大,而且,在變壓器部68,在次級線圈88、90中分別流動的次級電流I2A、I2B的方向與在初級線圈86中流動的初級電流I1的方向在圓周方向相同,由此能夠提高變壓器部68的RF 輸送效果。關(guān)于這一點(diǎn),在變壓器部68中在次級線圈88、90中分別流動的次級電流I2A、I2B的方向與在初級線圈86中流動的初級電流I1的方向在圓周方向相反的情況下,相互抵消磁場,變壓器部68的RF輸送效率變差。不過,雖然沒有這一優(yōu)點(diǎn),但是也能夠在比發(fā)生串聯(lián)諧振的靜電電容大的區(qū)域選定可變電容器64、66的靜電電容C64、C66的值。在任何一方為比串聯(lián)諧振大的值的情況下, 在內(nèi)側(cè)天線58和外側(cè)天線60流動相反方向的電流,能夠使等離子體的分布發(fā)生大的變化。 另一方面,若全部為比串聯(lián)諧振大的電容,則在內(nèi)側(cè)天線58、外側(cè)天線60的雙方流動相同方向的電流,能夠生成均勻性比較好、效率也好的等離子體。(關(guān)于天線和變壓器部的實(shí)施例)接著,對能夠在本實(shí)施方式的電感耦合型等離子體處理裝置中應(yīng)用的天線和變壓器部的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明。圖5表示在同軸天線組M、利用螺旋形線圈(spiral coil)構(gòu)成內(nèi)側(cè)天線58和/ 或外側(cè)天線60的例子。雖然省略圖示,但是還能夠利用多圈的圓環(huán)狀線圈(半徑在各一周恒定的同心線圈)構(gòu)成內(nèi)側(cè)天線58和/或外側(cè)天線60。這樣,同軸天線組討的各天線(58,60)的彎轉(zhuǎn)數(shù)越增多,就越能夠增大流動相同電流時的磁動勢。另一方面,在各天線(58,60)中流動的次級電流(I2A,I2B)的電流值能夠通過可變電容器64、66獨(dú)立地可變控制。圖6表示使次級電路96、98的閉環(huán)接線分別相反的結(jié)構(gòu)例。例如,如果將圖2所示的連接導(dǎo)體(9 ,92n)、(94m,94n)的上端與次級線圈(88、90)的開放端的成對的連接關(guān)系、或者連接導(dǎo)體(92m,92n)、(94m,94n)的下端與天線(58,60)的開放端的成對的連接關(guān)系相互交換,則能夠得到圖6的電結(jié)構(gòu)。例如在后述那樣的在變壓器部68的次級線圈88、90之間螺旋的方向相反的情況下,通過在次級電路96、98中的任一個采用這樣的閉環(huán)的逆接線結(jié)構(gòu),能夠使在內(nèi)側(cè)和外側(cè)天線58、60中分別流動的次級電流I2A、I2b的方向在圓周方向一致。圖7表示使次級線圈88、90的至少一個(圖示的例子為次級線圈88)為多匝的線圈的結(jié)構(gòu)例。圖8表示將初級線圈86分割為多個(圖示的例子為兩個)線圈單元的結(jié)構(gòu)例。在圖示的結(jié)構(gòu)例中,初級線圈86被分割為電串聯(lián)連接的、在空間中在線圈軸方向形成間隔地配置的第一和第二初級線圈單元86a、86b。兩個次級線圈88、90配置在這兩個初級線圈單元86a、86b之間。根據(jù)該變壓器結(jié)構(gòu),通過在初級線圈86中流動的初級電流I1生成的磁通量更有效且更均等地與兩個次級線圈88、90交鏈。圖9表示在線圈軸方向夾著初級線圈86在兩側(cè)配置次級線圈88、90的結(jié)構(gòu)例。在該結(jié)構(gòu)中也能夠提高初級線圈86與兩個次級線圈88、90之間的電磁電感耦合的效果和均勻性。圖IOA表示在次級電路98設(shè)置可變電容器66、在次級電路96設(shè)置固定電容器100 的結(jié)構(gòu)例。在這種情況下,將在內(nèi)側(cè)天線58中流動的次級電流I2a的電流值保持為恒定地、通過可變電容器66的電容可變來任意地控制在外側(cè)天線60中流動的次級電流I2b的電流值,能夠在內(nèi)側(cè)天線58與外側(cè)天線60之間控制磁動勢的均衡。也可以是圖IOB所示的在次級電路96設(shè)置可變電容器64、在次級電路98設(shè)置固定電容器102的結(jié)構(gòu)。在這種情況下,將在外側(cè)線圈60中流動的次級電流I2b的電流值保持為恒定地、通過可變電容器64的電容可變來任意地控制在內(nèi)側(cè)線圈58中流動的次級電流I2a的電流值,能夠在內(nèi)側(cè)天線58與外側(cè)天線60之間控制磁動勢的均衡。圖11表示使初級線圈86與次級線圈88、90中的至少一個的距離間隔能夠在線圈軸方向進(jìn)行可變調(diào)整的結(jié)構(gòu)例。作為用于進(jìn)行這樣的線圈間隔的可變調(diào)整的機(jī)構(gòu),例如能夠使用滾珠絲杠機(jī)構(gòu)或齒條(rack)&小齒輪(pinion)機(jī)構(gòu)(未圖示)等。在不使用芯而使初級線圈86與次級線圈88、90并置的情況下,其距離間隔很大地左右初級線圈86與各次級線圈88、90之間的相互感應(yīng)系數(shù)甚至在各次級線圈88、90產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。即,越使距離間隔小相互感應(yīng)系數(shù)(感應(yīng)電動勢)就越大,越使距離間隔大相互感應(yīng)系數(shù)(感應(yīng)電動勢)就越小。因此,例如在如圖IOA的結(jié)構(gòu)例那樣在次級電路96設(shè)置固定電容器100的情況下,在變壓器部68,通過使距離間隔在初級線圈86與次級線圈88之間變化,能夠使在次級線圈88產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E2a變化,甚至能夠使在內(nèi)側(cè)天線58中流動的次級電流I2a的電流值變化。圖12A表示具備與初級線圈86和次級線圈88、90中的至少一個交鏈的、例如棒狀的芯的結(jié)構(gòu)例。在圖示的結(jié)構(gòu)例中,跟初級線圈86和次級線圈88交鏈的棒狀的芯104與跟初級線圈86和次級線圈90交鏈的棒狀的芯106對接并一體化。這樣,通過在變壓器部 68具備芯(104,106),能夠減少變壓器部68的磁阻,提高變壓器部68的RF輸送效率。另外,在變壓器部68使用的芯是為了使初級線圈和次級線圈間的相互感應(yīng)系數(shù)加倍或增大而與兩個線圈交鏈的部件(鐵芯),優(yōu)選由相對磁導(dǎo)率大于1的材料(例如鐵素體)構(gòu)成。在這種情況下,如圖12B所示,按照能夠在線圈軸方向使芯104、106移動或位移的方式構(gòu)成,通過使在這些芯104、106之間形成的縫隙108的尺寸變化,能夠調(diào)整變壓器部 68內(nèi)的磁阻或相互感應(yīng)系數(shù)。圖13表示具備與初級線圈86和次級線圈88、90的全部交鏈的、環(huán)形或環(huán)狀的芯 110的結(jié)構(gòu)例。圖14表示在同軸天線組M、在內(nèi)側(cè)天線58與外側(cè)天線60之間配置中間天線59的結(jié)構(gòu)例。在這種情況下,與中間天線59電連接而形成閉環(huán)次級電路97的次級線圈89在變壓器部68與其它次級線圈88、90并列并接近初級線圈86地配置。在次級電路97內(nèi)設(shè)置電容器、例如可變電容器65。這樣,通過實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虼_認(rèn)在內(nèi)側(cè)天線58與外側(cè)天線60之間配置中間天線59的情況下,將在中間天線59中流動的次級電流I2e選定為在內(nèi)側(cè)天線58和外側(cè)天線60中分別流動的次級電流I2A、I2B的1/10以下,由此,能夠使在腔室10內(nèi)的正下方生成的環(huán)形等離子體內(nèi)的等離子體密度良好地均勻化。這是因?yàn)?,即使在沒有中間天線59的情況下,在內(nèi)側(cè)天線58和外側(cè)天線60的各自的正下方位置附近生成的等離子體也在徑向擴(kuò)散,因此,如圖3所示那樣即使在兩個天線58、60的中間區(qū)域也存在相當(dāng)密度的等離子體。因此,在兩個天線58、60之外在中間天線59,使少量(例如0. 4 1. 5A左右)的次級電流I2e方向與在其它天線58、60中流動的次級電流‘、‘相同方向地在圓周方向流動,則在中間天線59的正下方位置附近,電感耦合等離子體的生成被適當(dāng)?shù)卦鰪?qiáng),等離子體密度在徑向變得均勻。這樣將在中間天線59中流動的次級電流I2e的電流值控制為相當(dāng)小的值的方式, 在比次級電路97內(nèi)發(fā)生串聯(lián)諧振時的靜電電容小的區(qū)域內(nèi)的最小值附近對可變電容器65 的靜電電容C65進(jìn)行調(diào)節(jié),使得次級電路97內(nèi)的電抗具有負(fù)的較大的值即可。圖15A表示如下的結(jié)構(gòu)例在同軸天線組M,將外側(cè)天線60在圓周方向分割為多個(在本例中為兩個)天線單元60L、60R,在變壓器部68,設(shè)置與外側(cè)天線60對應(yīng)的多個 (兩個)次級線圈90L、90R。如圖所示,這些天線單元60L、60R分別形成為半圓的圓弧形, 按照在空間中在方位角方向形成一個圓的方式串列配置。在這種情況下,如圖15B所示,能夠采用如下結(jié)構(gòu)按照在兩個天線單元60L、60R 與兩個次級線圈90L、90R之間形成一個閉環(huán)的次級電路112的方式,能使天線單元60L、60R 與兩個次級線圈90L、90R以交叉式電連接。在該次級電路112,在該閉環(huán)內(nèi)的任意的位置設(shè)置一個或多個(圖示的例子為兩個)電容器66L、66R,優(yōu)選至少其中的一個(圖示的例子為電容器66L)為可變電容器?;蛘撸鐖D15C所示,也能夠采用如下方式按照在一個天線單元60L與一個次級線圈90L之間形成獨(dú)立的閉環(huán)次級電路112L的方式將兩者電連接,按照在另一個天線單元 60R與另一個次級線圈90R之間形成獨(dú)立的閉環(huán)次級電路112R的方式將兩者電連接。這樣,在將全長最大的外側(cè)天線60分割為多個天線單元60L、60R的結(jié)構(gòu)中,外側(cè)天線60內(nèi)的波長效果和電壓下降按各個天線單元60L、60R中的每個依賴于其長度。因此, 選定各個天線單元60L、60R的長度,使得在各個天線單元60L、60R內(nèi)不產(chǎn)生波長效果,而且使得電壓下降不太大,由此能夠解決外側(cè)天線60內(nèi)的波長效果和電壓下降的問題。另外, 也能夠?qū)?nèi)側(cè)天線58分割為多個天線單元。(關(guān)于自動匹配機(jī)構(gòu)的實(shí)施例)接著,對能夠在本實(shí)施方式的電感耦合型等離子體處理裝置中應(yīng)用的自動匹配機(jī)構(gòu)的實(shí)施例進(jìn)行說明。圖16表示在上述電感耦合型等離子體處理裝置(圖1)裝載通常的自動匹配機(jī)構(gòu)的例子。在該結(jié)構(gòu)例中,在匹配器76內(nèi)的匹配電路,作為可變電抗元件設(shè)置兩個可變電容器120、122,該兩個可變電容器相對于高頻電源74分別與負(fù)載并聯(lián)和串聯(lián)連接。此處,與負(fù)
16載并聯(lián)連接的可變電容器120的靜電電容(12(|對于對負(fù)載一側(cè)電阻的絕對值進(jìn)行可變調(diào)整發(fā)揮支配的作用。另一方面,與負(fù)載串聯(lián)連接的可變電容器122的靜電電容Cm對于對負(fù)載一側(cè)電阻的相位(RF電壓與RF電流的相位差)進(jìn)行可變調(diào)整發(fā)揮支配的作用。在高頻電源74與匹配器76之間設(shè)置有用于測定來自等離子體負(fù)載的反射波的功率的反射波傳感器124。該反射波傳感器124的輸出施加到自動匹配用控制器126??刂破? 通過步進(jìn)發(fā)動機(jī)(未圖示)等使兩個可變電容器120、122的靜電電容(電容位置) C120> C122變化,使得即使由于可變電容器64、66的靜電電容C64、C66的調(diào)整,或者由于等離子體處理中的壓力變動等而次級電路96、98內(nèi)的電阻改變,反射波124的輸出(反射波功率測定值)也總為最小,即獲得匹配。圖17A、圖17B和圖17C表示本發(fā)明的實(shí)施例的自動匹配機(jī)構(gòu)。本實(shí)施例的自動匹配機(jī)構(gòu)的特征在于使自動匹配用的控制器1 兼有或替代次級電流調(diào)整用的電容可變部 70,72的功能。換一種看法,則在于使次級電流調(diào)整用的可變電容器64、66兼有或替代匹配器76內(nèi)的匹配功能的一部分或全部。如上所述,在本實(shí)施方式的電感耦合型等離子體處理裝置(圖1)中,由于用于生成電感耦合等離子體的多個天線58、60分別經(jīng)各個次級線圈88、90與高頻供電部62 —側(cè)的初級線圈86電耦合,因此,在從初級一側(cè)觀看時,在這些天線58、60產(chǎn)生的負(fù)載電阻分別單獨(dú)作為初級線圈86的負(fù)載電阻被相加。因此,能夠?qū)⒌入x子體負(fù)載電阻選定為較大的值,能進(jìn)行自動匹配的調(diào)整,能夠減輕匹配器76內(nèi)的電抗變化能力或精度。由此,在本實(shí)施方式中,使自動匹配用的控制其1 兼有或替代上述電容可變部 70、72(圖1)的功能。具體而言,如圖17A所示,將主要用于對負(fù)載一側(cè)阻抗的絕對值進(jìn)行可變調(diào)整的可變電容器120替換成固定電容器128。而且,利用控制器1 對次級電路96、98內(nèi)的可變電容器64、66的靜電電容C64、C66和匹配器76內(nèi)的可變電容器122的靜電電容(⑵進(jìn)行可變控制,同時進(jìn)行次級電流I2A、I2B的調(diào)整和自動匹配的調(diào)整。或者,能夠如圖17B所示那樣,將主要用于對負(fù)載一側(cè)阻抗的相位進(jìn)行可變調(diào)整的可變電容器122替換成固定電容器130。而且,利用控制器126對次級電路96、98內(nèi)的可變電容器64、66的靜電電容C64、C66和匹配器76內(nèi)的可變電容器120的靜電電容C1^1進(jìn)行可變控制,同時能進(jìn)行次級電流I2A、I2B的調(diào)整和自動匹配的調(diào)整。進(jìn)而,能夠如圖17C所示,在匹配器76內(nèi)將可變電容器120、122分別替換成固定電容器128、130。而且,能利用控制器1 對次級電路96、98內(nèi)的可變電容器64、66的靜電電容C64、C66進(jìn)行可變控制,同時進(jìn)行次級電流I2A、I2b的調(diào)整和自動匹配的調(diào)整。而且,例如還能夠采用如下方式代替反射波傳感器IM使用阻抗測定器,按照由該阻抗測定器測定的負(fù)載一側(cè)阻抗與匹配點(diǎn)(50 Ω ) —致或近似的方式,利用控制器1 對匹配器76內(nèi)的可變電容器120、122的靜電電容C12(1、C122和/或可變電容器64、66的靜電電容C64、C66進(jìn)行可變控制。(其它實(shí)施方式或變形例)上述實(shí)施方式的電感耦合型等離子體處理裝置(圖1、圖幻將變壓器部68設(shè)置在天線室56內(nèi)。但是,也能夠?qū)⒆儔浩鞑?8設(shè)置在天線室56之外。此外,初級線圈86和/ 或次級線圈88、90的配置姿勢或方向也能夠任意地選擇。
17
上述實(shí)施方式的電感耦合型等離子體處理裝置在形成于同軸天線組M與變壓器部68之間的所有的次級電路96、98設(shè)置電容器64(100) ,66(102)。但是,例如也能夠通過使變壓器部68的初級線圈86和次級線圈88、90分別為多匝、在次級線圈88、90安裝抽頭轉(zhuǎn)換開關(guān)的結(jié)構(gòu)(利用抽頭轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)次級電流I2A、I2B的結(jié)構(gòu)),而在次級電路96、98中的至少一個或全部省略電容器。本發(fā)明的天線的環(huán)形狀并不僅限于圓形,例如也可以為四角形或三角形等。多個天線也可非同軸地配置。天線或天線單元的截面形狀也可以任意地為矩形、圓形、橢圓形等,不僅限于單線,也可以為絞線。此外,作為天線整體的配置方式,還能夠?yàn)槠矫嫘鸵酝獾念愋屠鐖A頂型等,進(jìn)而,還可以是在具有由電介質(zhì)構(gòu)成的側(cè)壁的腔室配置在該側(cè)壁的周圍的結(jié)構(gòu)。在處理氣體供給部,也能夠在腔室10內(nèi)從頂壁部導(dǎo)入處理氣體。此外,還能夠?yàn)椴粚?2施加直流偏壓控制用的高頻的方式。進(jìn)而,本發(fā)明的電感耦合型等離子體處理裝置或等離子體處理方法并不限于等離子體蝕刻技術(shù)領(lǐng)域,還能夠在等離子體CVD、等離子體氧化、等離子體氮化、濺射等其它等離子體處理中應(yīng)用。此外,本發(fā)明的被處理基板并不限于半導(dǎo)體晶片,還能夠?yàn)槠桨屣@示器用的各種基板、或光掩膜、CD基板、印刷基板等。
0148]附圖標(biāo)記的說明0149]10腔室0150]12基座0151]24排氣裝置0152]52電介質(zhì)窗0153]54同軸天線組0154]58內(nèi)側(cè)天線0155]59中間天線0156]60外側(cè)天線0157]60L、60R 天線單元0158]62高頻供電部0159]64、66可變電容器0160]68變壓器部0161]70,72電容可變部0162]74(等離子體生成用)高頻電源0163]76匹配器0164]86初級線圈0165]88,90次級線圈0166]96、97、98 次級電路0167]100,102 固定電容器0168]104,106,110 芯0169]120,122 可變電容器0170]124反射波傳感器
126控制器128,130 固定電容器。
權(quán)利要求
1.一種等離子體處理裝置,其特征在于,具有 具有電介質(zhì)的窗的處理容器;在所述處理容器內(nèi)保持被處理基板的基板保持部;為了在所述基板實(shí)施期望的等離子體處理而向所述處理容器內(nèi)供給期望的處理氣體的處理氣體供給部;為了在所述處理容器內(nèi)通過電感耦合生成處理氣體的等離子體而設(shè)置在所述電介質(zhì)窗之外的多個天線;高頻供電部,其向所述多個天線供給適合于所述處理氣體的高頻放電的頻率的高頻電力;設(shè)置在所述高頻供電部的終端的初級線圈;多個次級線圈,該多個次級線圈的每一個能夠通過電磁感應(yīng)分別與所述初級線圈耦合,各自與所對應(yīng)的所述天線電連接而形成閉環(huán)的次級電路;和在所有所述次級電路設(shè)置的電容器。
2.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置,其特征在于 在至少一個所述次級電路設(shè)置的電容器是可變電容器。
3.如權(quán)利要求2所述的等離子體處理裝置,其特征在于 在所有所述次級電路,所述電容器為可變電容器。
4.如權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的等離子體處理裝置,其特征在于在至少一個所述次級電路,所述電容器具有比在該次級電路內(nèi)引起串聯(lián)諧振的靜電電容小的值的靜電電容。
5.如權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的等離子體處理裝置,其特征在于在所有所述次級電路,所述電容器具有比在該次級電路內(nèi)引起串聯(lián)諧振的靜電電容小的值的靜電電容。
6.如權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的等離子體處理裝置,其特征在于在至少一個所述次級電路,所述電容器具有比在該次級電路內(nèi)引起串聯(lián)諧振的靜電電容大的值的靜電電容。
7.如權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的等離子體處理裝置,其特征在于在所有所述次級電路,所述電容器具有比在該次級電路內(nèi)引起串聯(lián)諧振的靜電電容大的值的靜電電容。
8.如權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的等離子體處理裝置,其特征在于 所述多個天線具有不同的直徑,同軸地配置。
9.如權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的等離子體處理裝置,其特征在于 所述多個天線配置在同一平面。
10.如權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的等離子體處理裝置,其特征在于所述多個天線包括在徑向形成間隔地分別配置在內(nèi)側(cè)和外側(cè)的內(nèi)側(cè)天線和外側(cè)天線。
11.如權(quán)利要求10所述的等離子體處理裝置,其特征在于所述外側(cè)天線具有多個天線單元,該多個天線單元在空間中在方位角方向串列配置, 在電的方面按照形成單獨(dú)的閉環(huán)的方式與多個所述次級線圈分別連接。
12.如權(quán)利要求10所述的等離子體處理裝置,其特征在于所述外側(cè)天線具有多個天線單元,該多個天線單元在空間中在方位角方向串列配置, 在電的方面按照形成共同的閉環(huán)的方式與多個所述次級線圈分別連接。
13.如權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的等離子體處理裝置,其特征在于 所述多個次級線圈在線圈軸方向在所述初級線圈的一側(cè)并列配置。
14.如權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的等離子體處理裝置,其特征在于 所述多個次級線圈在線圈軸方向夾著所述初級線圈配置在其兩側(cè)。
15.如權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的等離子體處理裝置,其特征在于所述初級線圈具有串聯(lián)電連接的、在空間中在線圈軸方向形成間隔地配置的第一和第二初級線圈單元,所述多個次級線圈在線圈軸方向配置于所述第一和第二初級線圈單元之間。
16.如權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的等離子體處理裝置,其特征在于構(gòu)成為在線圈軸方向能夠?qū)λ龀跫壘€圈與至少一個所述次級線圈的距離間隔進(jìn)行可變調(diào)整。
17.如權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的等離子體處理裝置,其特征在于具有芯,該芯由相對磁導(dǎo)率大于1的材料形成,與所述初級線圈和至少一個所述次級線圈交鏈。
18.如權(quán)利要求17所述的等離子體處理裝置,其特征在于構(gòu)成為在線圈軸方向能夠使所述芯相對于所述初級線圈或所述次級線圈進(jìn)行相對的位移。
19.如權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的等離子體處理裝置,其特征在于具有環(huán)狀的芯,該芯由相對磁導(dǎo)率大于1的材料形成,與所述初級線圈和所述多個次級線圈的全部交鏈。
20.如權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的等離子體處理裝置,其特征在于在所述多個次級線圈中分別流動的電流和在所述初級線圈中流動的電流在圓周方向上方向均相同。
21.如權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的等離子體處理裝置,其特征在于 所述高頻供電部具有輸出所述高頻電力的高頻電源;和匹配器,其連接在所述高頻電源與所述初級線圈之間。
22.如權(quán)利要求21所述的等離子體處理裝置,其特征在于 所述高頻供電部具有至少一個設(shè)置在所述匹配器內(nèi)的可變電容器;和匹配控制部,其使所述匹配器內(nèi)的可變電容器的靜電電容變化,以使得在所述高頻電源一側(cè)的阻抗與負(fù)載一側(cè)的阻抗之間獲得匹配。
23.如權(quán)利要求21所述的等離子體處理裝置,其特征在于 在所有所述次級電路設(shè)置可變電容器,所述高頻供電部具有匹配控制部,該匹配控制部使所述匹配器內(nèi)的可變電容器和所述次級電路內(nèi)的可變電容器的各自的靜電電容變化,以使得在所述高頻電源一側(cè)的阻抗與負(fù)載一側(cè)的阻抗之間獲得匹配。
24.如權(quán)利要求21所述的等離子體處理裝置,其特征在于 在所有所述次級電路設(shè)置可變電容器,設(shè)置在所述匹配器內(nèi)的電容器全部是固定電容器,所述高頻供電部具有匹配控制部,該匹配控制部使所述次級電路內(nèi)的可變電容器的靜電電容變化,以使得在所述高頻電源一側(cè)的阻抗與負(fù)載一側(cè)的阻抗之間獲得匹配。
25.一種等離子體處理裝置,其特征在于,包括 具有電介質(zhì)的窗的處理容器;在所述處理容器內(nèi)保持被處理基板的基板保持部;為了在所述基板實(shí)施期望的等離子體處理而向所述處理容器內(nèi)供給期望的處理氣體的處理氣體供給部;為了在所述處理容器內(nèi)通過電感耦合生成處理氣體的等離子體而設(shè)置在所述電介質(zhì)窗之外的多個天線;高頻供電部,其向所述多個天線供給適合于所述處理氣體的高頻放電的頻率的高頻電力;設(shè)置在所述高頻供電部的終端的初級線圈;多個次級線圈,該多個次級線圈的每一個能夠通過電磁感應(yīng)分別與所述初級線圈耦合,各自與所對應(yīng)的所述天線電連接而形成閉環(huán)的次級電路;和設(shè)置在至少一個所述次級電路的電容器。
26.一種等離子體處理裝置,其特征在于,包括 具有電介質(zhì)的窗的處理容器;在所述處理容器內(nèi)保持被處理基板的基板保持部;為了在所述基板實(shí)施期望的等離子體處理而向所述處理容器內(nèi)供給期望的處理氣體的處理氣體供給部;為了在所述處理容器內(nèi)通過電感耦合生成處理氣體的等離子體而設(shè)置在所述電介質(zhì)窗之外的多個天線;高頻供電部,其向所述多個天線供給適合于所述處理氣體的高頻放電的頻率的高頻電力;設(shè)置在所述高頻供電部的終端的初級線圈;多個次級線圈,該多個次級線圈的每一個能夠通過電磁感應(yīng)分別與所述初級線圈耦合,各自與所對應(yīng)的所述天線電連接而形成閉環(huán)的次級電路。
27.一種在等離子體處理裝置中對被處理基板實(shí)施期望的等離子體處理的等離子體處理方法,其特征在于所述等離子體處理裝置包括具有電介質(zhì)的窗的處理容器;在所述處理容器內(nèi)保持被處理基板的基板保持部;為了在所述基板實(shí)施期望的等離子體處理而向所述處理容器內(nèi)供給期望的處理氣體的處理氣體供給部;為了在所述處理容器內(nèi)通過電感耦合生成處理氣體的等離子體而設(shè)置在所述電介質(zhì)窗之外的多個天線;和高頻供電部,其向所述多個天線供給適合于所述處理氣體的高頻放電的頻率的高頻電力,在所述高頻供電部的終端設(shè)置初級線圈,并且,設(shè)置多個次級線圈,該多個次級線圈的每一個能夠通過電磁感應(yīng)分別與所述初級線圈耦合,各自與所對應(yīng)的所述天線電連接而形成閉環(huán)的次級電路,進(jìn)而,在所有所述次級電路設(shè)置電容器,對所述電容器的靜電電容進(jìn)行選定或可變控制,控制所述基板上的等離子體密度分布。
全文摘要
本發(fā)明提供等離子體處理裝置和等離子體處理方法。在電感耦合型等離子體處理裝置中,減少高頻供電部(特別是匹配器)內(nèi)的功率損失,提高等離子體生成效率。該電感耦合型等離子體處理裝置在同軸天線組(54)與變壓器部(68)之間形成多個獨(dú)立的閉環(huán)次級電路(96)、(98),通過使可變電容器(64)、(66)的靜電電容變化,能夠分別任意且獨(dú)立地控制在同軸天線組(54)的內(nèi)側(cè)天線(58)和外側(cè)天線(60)中分別流動的次級電流(I2A)、(I2B),能在徑向自由地控制半導(dǎo)體晶片(W)上的等離子體密度分布。
文檔編號H01J37/32GK102420090SQ20111030270
公開日2012年4月18日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月28日
發(fā)明者山澤陽平 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社