專利名稱：等離子體處理裝置和等離子體處理方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在被處理基板上實施等離子體處理的技術，特別是涉及一種感應結(jié)合型的等離子體處理裝置和等離子體處理方法。
背景技術：
在半導體設備或者FPD(Flat Panel Display,平板顯示器)的制造工藝的蝕刻、堆積、氧化、濺射等處理中，為了使處理氣體在較低的溫度下能夠進行良好的反應，經(jīng)常使用等離子體。一直以來，在這種等離子體處理中，多使用通過MHz區(qū)域的高頻放電產(chǎn)生的等離子體。通過高頻放電產(chǎn)生的等離子體，作為更具體的(裝置的)等離子體生成方法，大致可分成容量結(jié)合型等離子體和感應結(jié)合型等離子體。一般地，在感應結(jié)合型等離子體處理裝置中，由電介質(zhì)的窗構成處理容器的壁部的至少一部分(例如頂部)，且向設置在該電介質(zhì)窗外的線圈形狀的RF天線供給高頻電力。處理容器形成為能夠減壓的真空腔室，在腔室內(nèi)的中央部配置有被處理基板(例如半導體晶片、玻璃基板等)，向設置在電介質(zhì)窗和基板之間的處理空間中導入處理氣體。由于RF天線中流有高頻電流，所以磁力線貫穿電介質(zhì)窗在RF天線周圍會產(chǎn)生通過腔室內(nèi)處理空間的高頻的交流磁場，由于該交流磁場隨時間變化，所以在處理空間內(nèi)的方位角方向上會產(chǎn)生感應電場。并且，由于該感應電場而在方位角方向上被加速的電子與處理氣體的分子或原子產(chǎn)生電尚碰撞，從而生成環(huán)狀的等尚子體。通過在腔室內(nèi)設置較大的處理空間，使上述環(huán)狀的等離子體可向四周(尤其是半徑方向)高效地擴散，所以基板上的等離子體密度相當均勻。然而，僅使用通常的RF天線，基板上所能得到的等離子體密度的均勻性在大部分等離子體工藝中是不充分的。在等離子體工藝中，由于工藝的均勻性、再現(xiàn)性左右生產(chǎn)的成品率，因此提高基板上的等離子體密度的均勻性或是可控性成為最重要的課題之一。在感應結(jié)合型等離子體處理裝置中，在腔室內(nèi)的電介質(zhì)窗附近產(chǎn)生的環(huán)狀等離子體內(nèi)的等離子體密度分布特性(分布圖)是非常重要的，該重要的等離子體密度分布的分布圖左右在擴散后的基板上獲得的等離子體密度的分布特性(尤其是均勻性)。關于這一點，作為提高徑向上等離子體的均勻性的方法，將RF天線分割成線圈直徑不同的多個圓環(huán)狀線圈的方式被多次提出。這種RF天線的分割方式包括多個圓環(huán)狀線圈串聯(lián)連接的第一方式(例如專利文獻I)，和多個圓環(huán)狀線圈并聯(lián)連接的第二方式(例如專利文獻2)。在先技術文獻專利文獻I美國專利第5800619號專利文獻2美國專利第6164241號

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的問題、
在如上所述的現(xiàn)有的RF天線分割方式中，由于第一方式中RF天線的總的線圈長度為匯總了全部線圈的大的長度，所以RF天線內(nèi)的電壓下降較大以致不可忽視，并且由于波長效應，RF天線的RF輸入端附近容易形成具有電流波節(jié)部的常在波。因此，上述第一方式不論是在徑向還是在周向上都難以得到均勻的等離子體密度分布，不適于需要大口徑等離子體的等離子體エ藝。另ー方面，上述第二方式中，由高頻供電部向RF天線供給的RF電流，相對較多地流入RF天線內(nèi)線圈直徑小(也就是阻抗小)的內(nèi)側(cè)線圈，只有相對較少量流入線圈直徑大(也就是阻抗大)的外側(cè)線圈，腔室內(nèi)產(chǎn)生的等離子體的密度在徑向的中心部較高而在周邊部容易變低。因此，上述第二方式在RF天線內(nèi)的各線圈附件(連接)了阻抗調(diào)整用的可變電容器，用于調(diào)節(jié)各線圈內(nèi)流動的RF電流比。但是，該RF電流比的可變范圍是有限的。因此，精細地控制基板保持部上的基板附近的等離子體的密度分布比較困難。為解決上述現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提供了一種能夠精細控制環(huán)狀等離子體內(nèi)的等離子體密度分布，進而精細控制基板保持部上的基板附近的等離子體密度分布的感應結(jié)合型等離子體處理裝置和等離子體處理方法。根據(jù)本發(fā)明第一方面的等離子體處理裝置包括具有電介質(zhì)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；處理氣體供給部，其向所述處理容器內(nèi)供給期望的處理氣體，以用于對所述基板實施期望的等離子體處理；設置在所述電介質(zhì)窗外的RF天線，其用于在所述處理容器內(nèi)，通過感應結(jié)合生成處理氣體的等離子體；和高頻供電部，其向所述RF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，所述RF天線具有分別在徑向隔開間隔相對地配置在內(nèi)側(cè)和外側(cè)，并在設置于所述高頻供電部的高頻傳送路徑上的第一節(jié)點和第二節(jié)點之間并聯(lián)電連接的內(nèi)側(cè)線圈和外側(cè)線圈，在從所述第一節(jié)點到所述第二節(jié)點將各個高頻分支傳送路徑ー筆旋繞畫成的情況下，使通過所述內(nèi)側(cè)線圈時的方向和通過所述外側(cè)線圈時的方向在周向上相反，在所述第一節(jié)點和所述第二節(jié)點之間，設置有與所述內(nèi)側(cè)線圈或所述外側(cè)線圈中的任一個串聯(lián)電連接的第一電容器。在基于上述第一方面的等離子體處理裝置中，如果由高頻供電部向RF天線供給高頻電力，則通過分別在RF天線的各部即內(nèi)側(cè)線圈和外側(cè)線圈中流動的高頻電流在各線圈周圍產(chǎn)生RF磁場，在處理容器內(nèi)形成供給處理氣體的高頻放電即環(huán)狀等離子體生成的感應電場。在該等離子體處理裝置中，相對于高頻供電部，內(nèi)側(cè)線圈和外側(cè)線圈相互逆向連接，并且通過調(diào)節(jié)第一電容器和與其串聯(lián)電連接的線圈的合成阻抗，尤其是電抗，控制該線圈內(nèi)的電流的方向和大小，進而控制環(huán)狀等離子體內(nèi)等離子體的密度分布。特別地，能夠?qū)⑴c第一電容器串聯(lián)連接的線圈中流動的電流控制成與其它線圈中流動的電流同向且充分小的電流量，從而能夠精細地控制環(huán)狀等離子體內(nèi)的等離子體密度分布，進而控制基板上的等離子體密度分布。根據(jù)本發(fā)明的第二方面的等離子體處理裝置包括具有電介質(zhì)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；處理氣體供給部，其向所述處理容器內(nèi)供給所期望的處理氣體，以用于對所述基板實施期望的等離子體處理；設置在所述電介質(zhì)窗外的RF天線，其用于在所述處理容器內(nèi)通過感應結(jié)合生成處理氣體的等離子體；和高頻供電部，其向所述RF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カ，所述RF天線具有分別在徑向隔開間隔相對地配置在內(nèi)側(cè)、中間和外側(cè)，并在設置于所述高頻供電部的高頻傳送路徑上的第一節(jié)點和第二節(jié)點之間并聯(lián)電連接的內(nèi)側(cè)線圈、中間線圈和外側(cè)線圈，在從所述第一節(jié)點到所述第二節(jié)點將各個高頻分支傳送路徑一筆旋繞畫成的情況下，使通過所述中間線圈時的方向與分別通過所述內(nèi)側(cè)線圈和所述外側(cè)線圈時的方向在周向上相反，在所述第一節(jié)點與所述第二節(jié)點之間設置有與所述中間線圈串聯(lián)電連接的第一電容器。另外，本發(fā)明的等離子體處理方法為在等離子體處理裝置中對基板實施所期望的等離子體處理的等離子體處理方法，所述等離子體處理裝置包括具有電介質(zhì)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；處理氣體供給部，其向所述處理容器內(nèi)供給期望的處理氣體，以用于對所述基板實施期望的等離子體處理；設置在所述電介質(zhì)窗外的RF天線，用于在所述處理容器內(nèi)通過感應結(jié)合生成處理氣體的等離子體；和高頻供電部，其向所述RF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，所述等離子體處理方法的特征在于，包括將所述RF天線分割成，分別在徑向上隔開間隔相對地 配置在內(nèi)側(cè)、中間和外側(cè)，并在設置于所述高頻供電部的高頻傳送路徑上的第一節(jié)點和第二節(jié)點之間并聯(lián)電連接的內(nèi)側(cè)線圈、中間線圈和外側(cè)線圈，連接所述內(nèi)側(cè)線圈、中間線圈和所述外側(cè)線圈，以使得在從所述第一節(jié)點到所述第二節(jié)點將各個高頻分支傳送路徑一筆旋繞畫成的情況下，使通過中間線圈時的方向與分別通過所述內(nèi)側(cè)線圈和所述外側(cè)線圈時的方向在周向上相反，在所述第一節(jié)點和所述第二節(jié)點之間設置與所述中間線圈串聯(lián)電連接的第一可變電容器，對所述第一可變電容器的靜電電容進行選擇或者進行可變控制，來控制所述基板上的等離子體密度分布。在根據(jù)上述第二方面的等離子體處理裝置或者上述等離子體處理方法中，如果由高頻供電部向RF天線供給高頻電力，貝U通過分別在RF天線的各部即內(nèi)側(cè)線圈、中間線圈和外側(cè)線圈中流動的高頻電流，在各線圈的周圍產(chǎn)生RF磁場，在處理容器內(nèi)形成供給處理氣體高頻放電即環(huán)狀等離子體生成的感應電場。在該等離子體處理裝置中，相對于高頻供電部，使內(nèi)側(cè)線圈和外側(cè)線圈順向接線，并使中間線圈逆向接線，通過調(diào)節(jié)中間線圈和第一電容器的合成阻抗，尤其是調(diào)節(jié)電抗，控制該線圈內(nèi)的電流的流向或者大小，進而能夠多樣化并且精細地控制環(huán)狀等離子體內(nèi)的等離子體密度分布。特別地，能夠?qū)⒘魅胫虚g線圈的電流控制成與分別流入內(nèi)側(cè)線圈和外側(cè)線圈的電流在周向上方向相同且充分小的電流量，從而能夠多樣化并精細地控制環(huán)狀等離子體內(nèi)的等離子體密度分布，進而控制基板上的等離子體密度分布。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的等離子體處理裝置或者等離子體處理方法，通過上述結(jié)構及作用，能夠多樣化并且精細地控制處理容器內(nèi)通過感應結(jié)合生成的環(huán)狀等離子體內(nèi)的等離子體密度分布，進而控制基板上的等離子體密度分布。


圖I表示本發(fā)明的一個實施方式的感應結(jié)合型等離子體處理裝置的結(jié)構的縱剖面圖。圖2表示實施方式的RF天線的基本布局結(jié)構和電連接結(jié)構的立體圖。
圖3是與圖2的結(jié)構對應的電連接圖。圖4A表示實施方式的在實驗中使用的RF天線的布局結(jié)構和電連接結(jié)構的圖。圖4B是上述實驗中選擇的線圈電流的組合中的ー種的圖。圖4C是以圖4B的線圈電流的組合所獲得的環(huán)狀等離子體的拍攝圖像的圖。圖5A表示用于說明實施方式的中間電容器的功能的靜電電客-合成電抗特性的曲線圖。圖5B表示用于說明實施方式的中間電容器的功能的靜電電容-標準化電流特性的曲線圖。
圖6表示實施方式的一個變形例子的RF天線的布局結(jié)構和電連接結(jié)構的圖。圖7為其它實施例的RF天線的布局結(jié)構和電連接結(jié)構的圖。圖8為其它實施例的RF天線的布局結(jié)構和電連接結(jié)構的圖。圖9A為其它實施例的RF天線的布局結(jié)構和電連接結(jié)構的圖。圖9B是圖9A的實施例的一個變形例的圖。圖IOA為其它實施例的RF天線的布局結(jié)構和電連接結(jié)構的圖。圖IOB是圖IOA的實施例的一個變形例的圖。符號說明10 腔室12 基座26 排氣裝置52 電介質(zhì)窗54 RF 天線58 內(nèi)側(cè)線圈60 中間線圈62 外側(cè)線圈66 高頻供電部70 接地線72 等離子體生成用的高頻電源74 匹配器80 處理氣體供給源84 主控制部86 中間電容器88 外側(cè)電容器90 容量可變部
具體實施例方式以下，參照

本發(fā)明的最佳實施方式。(裝置的整體結(jié)構和作用)圖I表示本發(fā)明的一種實施方式的感應結(jié)合型等離子體處理裝置的結(jié)構。這種等離子體處理裝置構成為利用平面線圈形RF天線的感應結(jié)合型等離子體蝕刻裝置，例如具有用鋁或者不銹鋼等金屬制成的圓筒型真空腔室(處理容器)10。腔室10被安全接地。首先，說明該感應結(jié)合型等離子體蝕刻裝置中與生成等離子體無關的各部的結(jié)構。用于載置被處理基板例如半導體晶片W的圓板狀基座12，作為兼作高頻電極的基板保持臺被水平地配置在腔室10內(nèi)的下部中央。該基座12例如由鋁制成，并被支撐于從腔室10的底部垂直向上方延伸的絕緣性筒狀支撐部14。沿絕緣性筒狀支撐部14的外周、在與從腔室10的底部垂直向上方延伸的導電性的筒狀支撐部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的上部或者入口處安裝有環(huán)狀的擋板20，并且在底部設置有排氣口 22。為了使腔室10內(nèi)的氣流相對于基座12上的半導體晶片W軸對稱地均勻分布，優(yōu)選在周向上等間隔地設置多個排氣口 22 的結(jié)構。各排氣口 22經(jīng)由排氣管24與排氣裝置26連接。排氣裝置26具有渦輪分子泵等的真空泵，能夠?qū)⑶皇?0內(nèi)的等離子體處理空間減壓到所期望的真空度。在腔室10的側(cè)壁外安裝有開閉半導體晶片W的出入口 27的閘閥28?；?2經(jīng)由匹配器32和供電棒34與RF偏壓用高頻電源30電連接。該高頻電源30能夠以可變功率輸出適于控制向半導體晶片W引入的離子的能量的一定頻率(通常
13.56MHz以下)的高頻RFp匹配器32收納有用于在高頻電源30側(cè)的阻抗和負載(主要是基座，等離子體，腔室)側(cè)的阻抗之間進行調(diào)整的電抗可變的匹配電路。該匹配電路中包括自身偏壓生成用的極間耦合電容器。基座12的上面設置有以靜電吸附力來保持半導體晶片W的靜電卡盤36，在靜電卡盤36的半徑方向的外側(cè)設置有環(huán)狀包圍半導體晶片W的周圍的聚焦環(huán)38。靜電卡盤36是在一對絕緣膜36b、36c之間夾持有由導電膜形成的電極36a的部件，高壓直流電源40經(jīng)由開關42和包覆線43與電極36a電連接。通過由直流電源40施加的高壓直流電壓，能夠以靜電力將半導體晶片W吸附保持在靜電卡盤36上。在基座12的內(nèi)部設置有例如沿周向延伸的環(huán)狀制冷機室或者制冷劑流路44。該制冷劑室44中，由冷卻裝置(未圖示)經(jīng)由配管46、48循環(huán)供給規(guī)定溫度的制冷劑，例如冷卻水cw。能夠通過冷卻水cw的溫度控制靜電卡盤36上的半導體晶片W的處理中的溫度。與之相關，來自于導熱氣體供給部(圖中未示出)的導熱氣體例如He氣體經(jīng)由氣體供給管50倍供給到靜電卡盤36的上表面與半導體晶片W的背面之間。另外，為了半導體晶片W的載入/卸載，設置有在垂直方向上貫通基座12且能夠上下移動的升降銷和升降機構(未圖示)。下面，說明該感應結(jié)合型等離子體蝕刻裝置中與等離子體生成相關的各部的結(jié)構。腔室10的頂部或者頂板被設置成與基座12隔開比較大的距離間隔，作為該頂板，氣密地安裝有例如由石英板形成的圓形的電介質(zhì)窗52。在該電介質(zhì)窗52之上，與腔室10一體地設置有天線室56，該天線室56與外部電磁屏蔽地收納有用于在腔室10內(nèi)生成感應結(jié)合的等離子體的RF天線54。RF天線54與電介質(zhì)窗52平行且具有分別在徑向上隔開間隔地配置在內(nèi)側(cè)、中間和外側(cè)的內(nèi)側(cè)線圈58、中間線圈60和外側(cè)線圈62。該實施方式中的內(nèi)側(cè)線圈58、中間線圈60和外側(cè)線圈62分別具有圓環(huán)狀的線圈形體，互相同軸(優(yōu)選為同心狀)地進行配置，并且相對于腔室10或者基座12同軸地配置。此外，本發(fā)明中所謂“同軸”，是指具有軸對稱形狀的多個物體之間，各自的中心軸線相互重合的位置關系，關于多個線圈，不僅包括與各個線圈面在軸方向上相互偏移的情況，還包括在同一平面上一致的情況(同心狀的位置關系)。內(nèi)側(cè)線圈58、中間線圈60和外側(cè)線圈62在來自等離子體生成用的高頻供電部66的高頻供電線68與連至接地電位部件的回程線70之間(2個節(jié)點Na、Nb之間)并聯(lián)電連接。這里，回程線70是接地電位的接地線，與保持接為接地電位的接地電位部件(例如腔室10或者其它部件)電連接。在接地線70側(cè)的節(jié)點Nb與中間線圈60和外側(cè)線圈62之間，分別串聯(lián)電連接(插入)有可變電容器86、88。這些可變電容器86、88在主控制部84的控制下通過容量可變部90可在一定范圍內(nèi)彼此獨立地并且任意地改變。以下，在節(jié)點NA、Nb之間，與內(nèi)側(cè)線圈58串聯(lián)連接的電容器稱為“內(nèi)側(cè)電容器”，與中間線圈60串聯(lián)連接的電容器稱為“中間電容器”，與外側(cè)線圈62串聯(lián)連接的電容器稱為“外側(cè)電容器”。高頻供電部66具有高頻電源72和匹配器74。高頻電源72能夠以可變功率輸出適于通過感應結(jié)合的高頻放電生成等離子體的一定頻率(通常13. 56MHz以下)的高頻RFh。匹配器74收納有用于在高頻電源72側(cè)的阻抗和負載(主要是RF天線，等離子體)側(cè)的阻抗之間進行調(diào)整的電抗可變的匹配電路。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包括在比電介質(zhì)窗52稍微低的位置在腔室10的側(cè)壁中(或者外)設置的環(huán)狀歧管或者緩沖部76 ;以在周向上等間隔方式的設置的、從緩沖部7開始面對等離子體生成空間的多個側(cè)壁氣體排出孔78 ;和從處理氣體供給源80延伸到緩沖部76的氣體供給部82。處理氣體供給源80包括流量控制器和開閉閥(未圖出)。主控制部84例如包括微型計算機，控制該等離子體蝕刻裝置內(nèi)的各部例如排氣裝置26、高頻電源30、72、匹配器32、74、靜電卡盤用的開關42、可變電容器86、88、處理氣體供給源80、冷卻裝置(未圖出)、導熱氣體供給部(未圖出)等的各個的動作和裝置整體的動作(順序)。在該感應結(jié)合型的等離子體蝕刻裝置中，在進行蝕刻時，首先使閘閥28處于打開狀態(tài)，將加工對象的半導體晶片W搬入到腔室10內(nèi)，并載置在靜電卡盤36上。接著，關閉閘閥28后，由處理氣體供給源80經(jīng)由氣體供給管82、緩沖部76和側(cè)壁氣體排出孔78將蝕刻氣體(一般為混合氣體)按規(guī)定流量和流量比導入到腔室10內(nèi)，通過排氣裝置26使腔室10內(nèi)的壓カ保持在設定值。進而，將高頻供電部66的高頻電源72導通，以規(guī)定的RF功率輸出等離子體生成用的高頻RFH，經(jīng)由匹配器74、RF供電線68以和回程線70向RF天線54的內(nèi)側(cè)線圈58、中間線圈60和外側(cè)線圈62供給高頻RFh電流。另ー方面，將高頻電源30導通，以規(guī)定的RF功率輸出離子引入控制用的高頻R匕，經(jīng)由匹配器32和供電棒34將該高頻R匕施加到基座12。而且，由導熱氣體供給部向靜電卡盤36與半導體晶片W之間的接觸界面供給導熱氣體(He氣體)，并且將開關42導通，通過靜電卡盤36的靜電吸附カ將導熱氣體封閉在上述接觸界面內(nèi)。 在腔室10內(nèi)，從側(cè)壁氣體排出孔78排出的蝕刻氣體向電介質(zhì)窗52下方的處理空間擴散。通過流經(jīng)RF天線54的各線圈58、60、62的高頻RFh的電流而在這些線圈周圍產(chǎn)生的磁力線(磁通量)貫通電介質(zhì)窗52而橫穿腔室10內(nèi)的處理空間(等離子體生成空間)，在處理空間內(nèi)產(chǎn)生方位角方向的感應電場。由于該感應電場而在方位角方向上被加速的電子與蝕刻氣體的分子或原子產(chǎn)生電尚碰撞，從而生成環(huán)狀的等尚子體。該環(huán)狀等離子體的自由基或離子在處理空間中向四方擴散，自由基等方向地紛紛而降，離子被直流偏壓吸引，被供給到半導體晶片W的上表面(被處理面)。這樣，在半導體晶片W的被處理面上，等離子體活性種進行化學反應和物理反應，被加工膜被蝕刻成期望的圖案。在此，“環(huán)狀的等離子體”，在等離子體腔室10內(nèi)，不限于等離子體不在徑向內(nèi)側(cè)(中心部)停留而僅在徑向外側(cè)停留的嚴格的環(huán)狀等離子體，而是指相較于腔室10的徑向的內(nèi)側(cè)，徑向外側(cè)的等離子體的體積或密度更大。另外，根據(jù)使用于處理氣體的氣體的種類 和腔室10內(nèi)的壓力值等的條件，也存在著不能形成這里所說的“環(huán)狀的等離子體”的情況。該感應結(jié)合型等離子體蝕刻裝置,通過使RF天線54的內(nèi)側(cè)線圈58、中間線圈60和外側(cè)線圈62形成如以下說明的那樣的特殊電連接結(jié)構，進而，通過在RF天線54中附加電容器(圖I例子中的可變電容器86、88)的結(jié)構，而能夠有效抑制或者降低RF天線54內(nèi)的波長的影響或是電位差(電壓下降)，提高周向和徑向上的半導體晶片W上的等離子體工藝特性，即，蝕刻特性(蝕刻比率、選擇比，蝕刻形狀等)。(RF天線的基本結(jié)構和作用)該感應結(jié)合型等離子體蝕刻裝置中主要特征是在于RF天線54內(nèi)部空間的布局結(jié)構以及電接線結(jié)構。圖2和圖3中示出了該實施方式中的RF天線54的布局和電接線(電路)的基本結(jié)構。如圖2所示，內(nèi)側(cè)線圈58由夾著間隙或者切縫Gi卷繞一周的半徑一定的單匝圓環(huán)狀線圈形成，在徑向上位于靠近腔室10的中心的位置。內(nèi)側(cè)線圈58的一端也就是RF入口端58in經(jīng)由向上方延伸的接線導體92和第一節(jié)點Na與高頻供電部66的RF供電線68連接。內(nèi)側(cè)線圈58的另一端也就是RF出口端58out經(jīng)由向在上方延伸的接線導體94和第二節(jié)點Nb與接地線70連接。中間線圈60由夾著間隙或者切縫Gm的卷繞一周的半徑一定的單阻圓環(huán)狀線圈形成，在徑向上與內(nèi)側(cè)線圈58相比在外側(cè)位于腔室10的中間部。中間線圈60的一端也就是RF入口端60in在徑向上與內(nèi)側(cè)線圈58的RF出口部58out鄰接，經(jīng)由向上方延伸的接線導體96和第一節(jié)點Na與高頻供電部66的RF供電線68連接。中間線圈60的另一端也就是RF出口端60out在徑向上與內(nèi)側(cè)線圈58的RF入口端58in鄰接，經(jīng)由向上方延伸的接線導體98和第二節(jié)點Nb與接地線70連接。外側(cè)線圈62由夾著間隙或者切縫Go的卷繞一周的半徑一定的單匝圓環(huán)狀線圈形成，在徑向上與中間線圈60相比在外側(cè)位于靠近腔室10的側(cè)壁的位置。外側(cè)線圈62的一端也就是RF入口端62in在徑向上與中間線圈60的RF出口端60out鄰接，經(jīng)由向上方延伸的接線導體100和第一節(jié)點Na肖高頻供電部66的RF供電線68連接。外側(cè)線圈62的另一端也就是RF出口端62out在徑向上與中間線圈60的RF入口端60in鄰接，經(jīng)由向上方延伸的接線導體102和第二節(jié)點Nb與接地線70連接。如圖2所示，向RF天線54的上方延伸的接線導體92 102在天線室56(圖I)中與電介質(zhì)窗52間隔充分大的距離(在相當高的位置上)形成有橫向分支線或形成交叉線，從而減小對于各線圈58、60、62的電磁影響。在如上所述的RF天線54內(nèi)的線圈配置和連接結(jié)構中，在從高頻電源72通過RF供電線68、RF天線54和接地線70到接地電位部件進行旋繞的情況下，更確切而言，在從第ー節(jié)點Na到第二節(jié)點Nb，將構成RF天線54的各線圈58、60、62的高頻分支輸送線路進行旋繞的情況下，在分別通過內(nèi)側(cè)線圈58和外側(cè)線圈62時，在圖2中形成逆時針旋轉(zhuǎn)，相對于此，通過中間線圈60時，在圖2中形成順時針旋轉(zhuǎn)。這樣，通過中間線圈60時的方向與分別通過內(nèi)側(cè)線圈58和外側(cè)線圈62時的方向在周向上相反，這是ー個重要的特征點。在該實施方式的感應結(jié)合型等離子體蝕刻裝置中，由高頻供電部66供給的高頻電流流入RF天線54的各部，由此,在構成RF天線54的內(nèi)側(cè)線圈58、中間線圈60和外側(cè)線圈62的周圍根據(jù)安培法則產(chǎn)生環(huán)狀分布的高頻率的交流磁場，即使在電介質(zhì)窗52下方比、較深處(下方)的區(qū)域也會形成在半徑方向上橫穿處理空間的磁力線。在此，處理空間中的磁通量密度的半徑方向(水平)的成分，在腔室10的中心和周邊部上與高頻電流的大小無關，始終為零，在其中間的某處為極大。由于高頻率的交流磁場而生成的方位角方向的感應電場強度的分布，在徑向上也呈現(xiàn)出與磁通量密度相同的分布。即，在徑向上，在環(huán)狀等離子體內(nèi)，電子密度分布宏觀上講與RF天線54內(nèi)的電流分布大致對應。與從其中心或者內(nèi)周端到外周端旋繞的通常的蝸旋線圈不同，本實施方式的RF天線54由在天線的中心部局部存在的圓環(huán)狀的內(nèi)側(cè)線圈58、在線圈的中間部局部存在的圓環(huán)狀中間線圈60、和在線圈的周邊部局部存在的圓環(huán)狀的外部線圈62形成，RF天線54內(nèi)的電流分布為與各線圈50、60、62對應的同心圓狀的分布。在此，在內(nèi)側(cè)線圈58中，在其環(huán)路內(nèi)流動有相同或是均勻的高頻電流(以下稱為內(nèi)側(cè)線圈電流)Ii。在中間線圈60中，在其環(huán)路內(nèi)流動有相同或是均勻的高頻電流(以下稱為中間線圈電流)Ιπ。在外側(cè)線圈62中，在其環(huán)路內(nèi)流動有相同或是均勻的高頻電流(以下稱為外側(cè)線圈電流)I。。在本實施方式中，在如上述的線圈配置和連接結(jié)構(圖2)之下，如后所述，通過在各自規(guī)定的范圍內(nèi)使中間電容器86和外側(cè)電容器88的靜電電容C86、C88可變化或進行選擇，能夠在RF天線54內(nèi)使分別流入這些線圈58、60、62的線圈電流Ii、Im、I0在周向上全部統(tǒng)ー為相同的方向。因此，在腔室10的電介質(zhì)窗52的下方(內(nèi)側(cè))生成的環(huán)狀等離子體中，在內(nèi)側(cè)線圈58、中間線圈60和外側(cè)線圈62的各自正下方位置附近，電流密度(即等離子體密度)格外高(為極大)。這樣，環(huán)狀等離子體內(nèi)的電流密度分布變成在徑向不均勻的凹凸的輪廓。然而，在腔室10的處理空間中等離子體向四方擴散，由此，在基座12的近旁即基板W上等離子體密度均勻。在本實施方式中，內(nèi)側(cè)線圈58、中間線圈60和外側(cè)線圈62中的任意ー個均為圓環(huán)狀的線圈，由于在線圈周向上游動有相同或是均勻的高頻電流，因此在線圈周向上，在環(huán)狀的等離子體內(nèi)，當然也在基座12的附近即基板W上，始終能夠獲得大致平均的等離子體密度分布。另外，在徑向上，通過如后所述在規(guī)定范圍內(nèi)使中間電容器86和外側(cè)電容器88的靜電電容C86、C88可變?yōu)檫m當值或者選定為適當值，能夠調(diào)節(jié)分別流入內(nèi)側(cè)58、中間線圈60和外側(cè)線圈62的電流ら、Im, I0的平衡，自由地控制環(huán)狀等離子體內(nèi)的等離子體密度分布。由此，能夠自由控制基座12的近旁即基板W上的等離子體的密度分布，能夠以高精度容易地實現(xiàn)等離子體密度分布的均勻化。在本實施方式中，RF天線54內(nèi)的波長效應或者電壓下降，依賴于各線圈58、60、62每個的長度。因此，為了不在各個線圈58、60、62中引起波長效應，通過選擇各線圈的長度，能夠全部解決RF天線54內(nèi)的波長效應或者電壓下降的問題。為了防止波長效應，優(yōu)選各個線圈58、60、62的長度比高頻RFh的1/4波長還短。線圈的直徑越小，匝數(shù)越少，越容易滿足與該線圈的長度相關的不足1/4波長的條件。因此，在RF天線54內(nèi)，線圈直徑最小的內(nèi)側(cè)線圈58，容易采用多匝的結(jié)構。另一方面，線圈直徑最大的外側(cè)線圈62，相較于多匝，優(yōu)選為單匝。中間線圈60雖然依賴于半導體晶片W的口徑、高頻RFh的頻率等，但通常與外側(cè)線圈62 —樣優(yōu)選為單匝。(附加于RF天線的電容器功能)
本實施方式的感應結(jié)合型等離子體蝕刻裝置的另ー個重要的特征在干，附加于RF天線54的可變電容器(尤其是中間電容器86)的功能或者作用。在本實施方式的感應結(jié)合型等離子體蝕刻裝置中，通過使中間電容器86的靜電電容C86可變，能夠使中間線圈60和中間電容器86的合成電抗(以下稱為“中間合成電抗”)Xm可變，而使流入中間線圈60的中間電流Im的電流值可變。在此，中間電容器86的靜電電容C86具有優(yōu)選范圍。即，與如上所述的高頻供電部66對應的中間線圈60的接線與內(nèi)側(cè)線圈58和外側(cè)線圈62的接線成相反的方向，與此相關，為了使中間合成電抗Xni成為負值(中間電容器86的容量性電抗比中間線圈60的感應性電抗大)，優(yōu)選使中間電容器86的靜電電容量C86可變或者進行選擇。從另一方面來講，優(yōu)選在比由中間線圈60和中間電容器86構成的串聯(lián)電路產(chǎn)生串聯(lián)共振時的靜電電容小的區(qū)域內(nèi)，使中間電容器86的靜電電容C86可變或者進行選擇。如上所述在中間線圈60與內(nèi)側(cè)線圈58和外側(cè)線圈62相反方向上進行連接的RF天線54中，在中間合成電抗Xni成負值的區(qū)域內(nèi)，通過使中間電容器86的靜電電容C86可變，使流過中間線圈60的中間電流Im與分別流過側(cè)線圈58和外側(cè)線圈62的內(nèi)側(cè)電流Ii和外側(cè)電流I。在周向上為相同方向。并且，能夠使中間電流Im的電流值從大約為零開始逐漸增 大，例如可以選擇為內(nèi)側(cè)電流Ii和外側(cè)電流I。的1/10以下，甚至為1/5以下。因此，這樣如果將中間電流Ini控制為比內(nèi)側(cè)電流Ii和外側(cè)電流I。都小的多的電流值，則在使用RF天線54的感應結(jié)合型等離子體蝕刻裝置中，能夠精細且良好地使腔室10中的正下方生成的環(huán)狀的等離子體內(nèi)的等離子體密度均勻化，其中，RF天線54由利用如本實施方式中那樣的并聯(lián)連接配置成同心狀的3個線圈58、60、62形成，上述內(nèi)容已在圖4所示的實驗中得到證實。在該實驗中，如圖4A所示，RF天線54中，內(nèi)側(cè)線圈58以直徑IOOmm形成為兩匝(兩圈)，中間線圈60和外側(cè)線圈62分別直徑以200mm、300mm形成為單阻(一圈)。作為主要的エ藝條件，高頻RFh的頻率為13. 56MHz, RF功率為1500W，腔室10內(nèi)的壓カ為IOOmTorr,處理氣體是Ar和O2的混合氣體,氣體的流量為Ar/02 = 300/30sccm。在該實驗中，使中間電容器86和外側(cè)電容器88的靜電電容C86、C88可變，如圖4B所示，將內(nèi)側(cè)線圈電流Ii調(diào)節(jié)為13. 5A，中間線圈電流Im調(diào)節(jié)為3. 9A，外側(cè)線圈電流I。調(diào)節(jié)為18. 4A，就能得到如圖4C所示的在徑向上均勻的等離子體密度分布。此外，即使中間線圈電流Im為0A(即使中間線圈60不存在的情況)，由于在內(nèi)側(cè)線圈58和外側(cè)線圈62的各自正下方位置附近生成的等離子體在徑向上擴散，如圖3的虛線所示，即使在兩個線圈58、62之間的區(qū)域也存在決對不低(稍微下陷程度的)的等離子體密度。因此,如果使與兩個線圈58和62不同而在位于它們中間的中間線圈60中流過的少量電流Im與兩個線圈58、62中分別流過的電流Ip I。在周向上同向，則會一定程度上很好地增強在中間線圈60的正下方位置附近感應結(jié)合等離子體的生成，使等離子體密度在徑向上變得均勻。在本實施方式中，為了能將中間線圈電流Im的電流值控制為相當小的值，如上所述使中間線圈60反方向接線，使中間電容器86的靜電電容C86在中間合成電抗X111為負值的區(qū)域內(nèi)可變。這種情況下，在X111 < 0的區(qū)域內(nèi)，C86的值越小，中間合成電抗Xni的絕對值越大，中間電流Ini的電流值越小(接近于0)。相反地，在X111 < 0的區(qū)域內(nèi)，C86的值越大， 中間合成電抗Xni的絕對值越小，中間電流Ini的電流值越大。這里，參照圖5A和圖5B，更加詳細地說明中間電容器86的功能。圖5A是將可變電容器與具有50 Q電抗的線圈(相當于包括接線部分的直徑約200mm的單匝環(huán)狀線圈)串聯(lián)連接并使可變電容器的靜電電容C在20pF IOOOpF范圍內(nèi)可變時的合成電抗X的值的曲線圖。圖5B是將在該時刻流過線圈的電流In的值標準化(作為與沒有可變電容器情況下游過的電流的比值)的曲線圖?？勺冸娙萜鞯撵o電電容C充分小時，顯示合成電抗X為負的較大值。隨著可變電容器的靜電電容C不斷增加，合成電抗X越過與串聯(lián)共振相當?shù)牧?Q)點變大，逐漸接近線圈的電抗值(50Q)。流經(jīng)線圈的電流In以1/X的比例，由下面的公式表示。
權利要求
1.一種等離子體處理裝置，其特征在于，包括 具有電介質(zhì)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； 處理氣體供給部，其向所述處理容器內(nèi)供給期望的處理氣體，以用于對所述基板實施期望的等離子體處理； 設置在所述電介質(zhì)窗外的RF天線，其用于在所述處理容器內(nèi)，通過感應結(jié)合生成處理氣體的等離子體；和 高頻供電部，其向所述RF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， 所述RF天線具有分別在徑向隔開間隔相對地配置在內(nèi)側(cè)和外側(cè)，并在設置于所述高頻供電部的高頻傳送路徑上的第一節(jié)點和第二節(jié)點之間并聯(lián)電連接的內(nèi)側(cè)線圈和外側(cè)線圈， 在從所述第一節(jié)點到所述第二節(jié)點將各個高頻分支傳送路徑ー筆旋繞畫成的情況下，使通過所述內(nèi)側(cè)線圈時的方向和通過所述外側(cè)線圈時的方向在周向上相反， 在所述第一節(jié)點和所述第二節(jié)點之間，設置有與所述內(nèi)側(cè)線圈或所述外側(cè)線圈中的任一個串聯(lián)電連接的第一電容器。
2.如權利要求I所述的等離子體處理裝置，其特征在于 在所述內(nèi)側(cè)線圈和所述外側(cè)線圈中，分別流有在周向上方向相同的電流。
3.如權利要求2所述的等離子體處理裝置，其特征在于 在所述內(nèi)側(cè)線圈和外側(cè)線圈之間，在與所述第一電容器串聯(lián)連接的線圈中流動的電流比在另ー個線圈中流動的電流小。
4.如權利要求2或3所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述第一電容器具有比其與線圈產(chǎn)生串聯(lián)共振的靜電電容小的靜電電容，所述線圈與所述第一電容器串聯(lián)電連接。
5.如權利要求I 4中任一項所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述第一電容器為可變電容器，通過改變其靜電電容的值，控制在與所述第一電容器串聯(lián)電連接的線圈中流動的電流的方向和電流量。
6.如權利要求5所述的等離子體處理裝置，其特征在于 以在所述第一節(jié)點和所述第二節(jié)點之間不產(chǎn)生并聯(lián)共振的方式，選擇所述第一可變電容器的靜電電容。
7.如權利要求I 6中任一項所述的等離子體處理裝置，其特征在于 在所述第一節(jié)點與所述第二節(jié)點之間，設置有與所述內(nèi)側(cè)線圈或者所述外側(cè)線圈中的任意的另ー個串聯(lián)電連接的第二電容器。
8.如權利要求7所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述第二電容器為可變電容器，通過改變其靜電電容的值，控制在與所述第二電容器串聯(lián)電連接的線圈中流動的電流的電流量。
9.如權利要求I 8中任一項所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述內(nèi)側(cè)線圈和所述外側(cè)線圈同軸地配置。
10.如權利要求9所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述內(nèi)側(cè)線圈和所述外側(cè)線圈同心狀地配置。
11.如權利要求10所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述電介質(zhì)窗形成所述處理容器的頂部， 所述內(nèi)側(cè)線圈和所述外側(cè)線圈都搭載配置在所述電介質(zhì)窗上。
12.—種等離子體處理裝置，其特征在于，包括 具有電介質(zhì)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； 處理氣體供給部，其向所述處理容器內(nèi)供給所期望的處理氣體，以用于對所述基板實施期望的等離子體處理； 設置在所述電介質(zhì)窗外的RF天線，其用于在所述處理容器內(nèi)通過感應結(jié)合生成處理氣體的等離子體；和 高頻供電部，其向所述RF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， 所述RF天線具有分別在徑向隔開間隔相對地配置在內(nèi)側(cè)、中間和外側(cè)，并在設置于所述高頻供電部的高頻傳送路徑上的第一節(jié)點和第二節(jié)點之間并聯(lián)電連接的內(nèi)側(cè)線圈、中間線圈和外側(cè)線圈， 在從所述第一節(jié)點到所述第二節(jié)點將各個高頻分支傳送路徑一筆旋繞畫成的情況下，使通過所述中間線圈時的方向與分別通過所述內(nèi)側(cè)線圈和所述外側(cè)線圈時的方向在周向上相反， 在所述第一節(jié)點與所述第二節(jié)點之間設置有與所述中間線圈串聯(lián)電連接的第一電容器。
13.如權利要求12所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述中間線圈中流有與分別在所述內(nèi)側(cè)線圈和所述外側(cè)線圈中流動的電流在周向上方向相同的電流。
14.如權利要求13所述的等離子體處理裝置，其特征在于 在所述中間線圈流動的電流比分別在所述內(nèi)側(cè)線圈和外側(cè)線圈中流動的電流都小。
15.如權利要求13或14所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述第一電容器具有比其與所述中間線圈產(chǎn)生串聯(lián)共振的靜電電容小的靜電電容。
16.如權利要求13或14所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述中間線圈與所述第一可變電容器的合成阻抗具有負的電抗。
17.如權利要求12 16中任一項所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述第一電容器為可變電容器，通過改變其靜電電容的值，控制在所述中間線圈中流動的電流的方向和電流量。
18.如權利要求17所述的等離子體處理裝置，其特征在于 以在所述第一節(jié)點與所述第二節(jié)點之間不產(chǎn)生并聯(lián)共振的方式，選擇所述第一電容器的靜電電容。
19.如權利要求12 18中任一項所述的等離子體處理裝置，其特征在于 在所述第一節(jié)點與所述第二節(jié)點之間具有與所述外側(cè)線圈串聯(lián)電連接的第二電容器。
20.如權利要求19所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述第二電容器為可變電容器，通過改變其靜電電容的值，控制分別在所述內(nèi)側(cè)線圈和所述外側(cè)線圈中流動的電流的平衡。
21.如權利要求12 20中任一項所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述內(nèi)側(cè)線圈、所述中間線圈和所述外側(cè)線圈同軸地配置。
22.如權利要求21所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述內(nèi)側(cè)線圈、所述中間線圈和所述外側(cè)線圈同心狀地配置。
23.如權利要求22所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述電介質(zhì)窗形成所述處理容器的頂部， 所述內(nèi)側(cè)線圈、所述中間線圈和所述外側(cè)線圈都搭載配置在所述電介質(zhì)窗上。
24.如權利要求12 23中任一項所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述外側(cè)線圈為在周向上卷繞一周的單匝線圏。
25.如權利要求12 24中任一項所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述中間線圈為在周向上卷繞一周的單匝線圏。
26.一種等離子體處理方法，其為在等離子體處理裝置中對基板實施所期望的等離子體處理的等離子體處理方法，所述等離子體處理裝置包括具有電介質(zhì)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；處理氣體供給部，其向所述處理容器內(nèi)供給期望的處理氣體，以用于對所述基板實施期望的等離子體處理；設置在所述電介質(zhì)窗外的RF天線，用于在所述處理容器內(nèi)通過感應結(jié)合生成處理氣體的等離子體；和高頻供電部，其向所述RF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， 所述等離子體處理方法的特征在于，包括 將所述RF天線分割成，分別在徑向上隔開間隔相對地配置在內(nèi)側(cè)、中間和外側(cè)，并在設置于所述高頻供電部的高頻傳送路徑上的第一節(jié)點和第二節(jié)點之間并聯(lián)電連接的內(nèi)側(cè)線圈、中間線圈和外側(cè)線圈， 連接所述內(nèi)側(cè)線圈、中間線圈和所述外側(cè)線圈，以使得在從所述第一節(jié)點到所述第二節(jié)點將各個高頻分支傳送路徑ー筆旋繞畫成的情況下，使通過中間線圈時的方向與分別通過所述內(nèi)側(cè)線圈和所述外側(cè)線圈時的方向在周向上相反， 在所述第一節(jié)點和所述第二節(jié)點之間設置與所述中間線圈串聯(lián)電連接的第一可變電容器， 對所述第一可變電容器的靜電電容進行選擇或者進行可變控制，來控制所述基板上的等離子體密度分布。
27.如權利要求26所述的等離子體處理方法，其特征在于 通過使所述第一可變電容器的靜電電容變小，將在所述中間線圈中流動的電流的電流量調(diào)小。
28.如權利要求26所述的等離子體處理方法，其特征在于 通過使所述第一可變電容器的靜電電容接近于串聯(lián)共振，而將在所述中間線圈中流動的電流的電流量調(diào)大。
29.如權利要求26 28中任一項所述的等離子體處理方法，其特征在于 在所述中間線圈中流動的電流方向與分別在所述內(nèi)側(cè)線圈和所述外側(cè)線圈中流動的電流在周向上方向相同。
30.如權利要求29所述的等離子體處理方法，其特征在于 將在所述中間線圈中流動的電流控制為比分別在所述內(nèi)側(cè)線圈和所述外側(cè)線圈中流動的電流小的電流量。
31.如權利要求29或者30所述的等離子體處理方法，其特征在于 將所述第一可變電容器的靜電電容可變控制在比與所述中間線圈產(chǎn)生串聯(lián)共振的靜電電容小的范圍內(nèi)。
32.如權利要求26 31中任一項所述的等離子體處理方法，其特征在于 以在所述第一節(jié)點與所述第二節(jié)點之間不產(chǎn)生并聯(lián)共振的方式，選擇所述第一可變電容器的靜電電容。
33.如權利要求26 32中任一項所述的等離子體處理方法，其特征在于 在所述第一節(jié)點與所述第二節(jié)點之間連接有與所述外側(cè)線圈串聯(lián)電連接的第二可變電容器， 對所述第一可變電容器和所述第二可變電容器的靜電電容進行選擇或者進行可變控制，來控制所述基板上的等離子體密度分布。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種感應結(jié)合型等離子體處理裝置，能夠?qū)υ诟袘Y(jié)合型等離子體處理中在腔室內(nèi)生成的環(huán)形等離子體內(nèi)的等離子體密度分布乃至基板上的等離子體密度分布進行多樣化精細地控制。在該感應結(jié)合型等離子體處理裝置中，設置于電介質(zhì)窗(52)上的RF天線(54)在徑向上被分割成內(nèi)側(cè)線圈(58)、中間線圈(60)和外側(cè)線圈(62)。從高頻電源(72)通過RF供電線(68)、RF天線(54)和接地線(70)繞回到接地電位部件的情況下，更確切地從第一節(jié)點(NA)到第二節(jié)點(NB)使各線圈的高頻分支傳送路旋繞的情況下，使內(nèi)側(cè)線圈(58)和外側(cè)線圈(62)中形成逆時針回路，相對地，在中間線圈(60)中形成順時針回路。在第一節(jié)點(NA)和第二節(jié)點(NB)之間可變中間電容器(86)和可變外側(cè)電容器(88)分別與中間線圈(60)和外側(cè)線圈(62)串聯(lián)電連接。
文檔編號H05H1/46GK102686005SQ20121011878
公開日2012年9月19日 申請日期2012年3月2日 優(yōu)先權日2011年3月3日
發(fā)明者山澤陽平 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社