專利名稱：等離子體處理裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及對被處理基板實施等離子體處理的技術，特別涉及電感耦合型的等離子體處理裝置。
背景技術：
在半導體器件或FPD (Flat Panel Display:平板顯示器)的制造工藝中的蝕刻、沉積、氧化、濺射等處理中，為了使處理氣體在比較低的溫度下良好地進行反應，常利用等離子體。一直以來，在這種等離子體處理中，多使用由MHz區(qū)域的高頻放電產(chǎn)生的等離子體。高頻放電產(chǎn)生的等離子體按照具體(裝置方面)的等離子體生成法可大致分為電容耦合型等離子體和電感耦合型等離子體。一般而言，在電感耦合型的等離子體處理裝置中，以處理容器的壁部的至少一部分(例如頂部)構(gòu)成電介質(zhì)的窗，對設置在該電介質(zhì)窗外的線圈狀的RF天線供給高頻電力。處理容器構(gòu)成為可減壓的真空腔室，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)，處理氣體被導入到設定在電介質(zhì)窗與基板之間的處理空間內(nèi)。利用在RF天線中流通的RF電流,在RF天線的周圍產(chǎn)生RF磁場,該RF磁場的磁力線以貫穿電介質(zhì)窗的方式通過腔室內(nèi)的處理空間，利用該RF磁場的時間上的變化在處理空間內(nèi)在方位角方向產(chǎn)生感應電場。然后，被該感應電場在方位角方向上加速的電子與處理氣體的分子或原子發(fā)生電離碰撞，生成環(huán)形(doughnut)的等離子體。由于在腔室內(nèi)設置有較大的處理空間，上述環(huán)形的等離子體高效地向四周(尤其是徑向)擴散，等離子體的密度在基板上相當均勻。不過，對于通常的由同心圓型線圈或螺旋型線圈構(gòu)成的RF天線來說，因為在其環(huán)(loop)中包含與來自RF電源的RF供電線連接的RF輸入輸出端，所以必然只能采用非軸對稱的天線結(jié)構(gòu)，這成為在方位角方向上產(chǎn)生等離子體密度的不均勻性的主要原因。對于這一點，一直以來提出了下述技術:以串聯(lián)連接的上下兩級線圈構(gòu)成RF天線，將設置在上級線圈的RF供電接線處(輸入輸出端)隱藏在下級線圈的背后以使其從等離子體側(cè)看來在電磁上消失的技術(專利文獻1、2)。專利文獻1:日本特表2003-517197專利文獻2:日本特表2004-537830

發(fā)明內(nèi)容
不過，像上述以串聯(lián)連接的上下兩級線圈構(gòu)成RF天線的現(xiàn)有技術中，存在RF天線結(jié)構(gòu)復雜難以制作、線圈長度倍增導致阻抗的增大或波長效應的產(chǎn)生等問題。本發(fā)明鑒于上述現(xiàn)有技術的問題點完成，提出一種電感耦合型的等離子體處理裝置，在實質(zhì)上維持RF天線的線圈長度的同時，使得RF天線的RF輸入輸出端從等離子體側(cè)看來不成為電流環(huán)上的特異點，改善方位角方向上的等離子體密度分布的均勻性。本發(fā)明的第一方面的等離子體處理裝置包括:至少一部分由電介質(zhì)窗構(gòu)成的能夠進行真空排氣的處理容器；在上述處理容器內(nèi)保持被處理基板的基板保持部；為了對上述基板實施所希望的等離子體處理而向上述處理容器內(nèi)供給所希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置在上述電介質(zhì)窗外的RF天線；和向上述RF天線供給頻率適合于上述處理氣體的高頻放電的高頻電力的高頻供電部，其中，上述RF天線具有在線圈周方向上存在間隙寬度較小的切口的單繞或復繞的線圈導體，在上述線圈導體的隔著上述切口相對的一對線圈端部，分別連接有來自上述高頻供電部的一對高頻供電線。 在電感耦合型的等離子體處理裝置中，當通過高頻供電部向RF天線供給高頻電力時，由于在RF天線中流通的高頻電力，在天線導體的周圍產(chǎn)生RF磁場，在處理容器內(nèi)生成用于處理氣體的高頻放電的感應電場，被該感應電場在方位角方向上加速的電子與處理氣體的分子或原子發(fā)生電離碰撞，生成環(huán)形的等離子體。該環(huán)形等離子體的原子團或離子在廣闊的處理空間內(nèi)向四面擴散，使得原子團各向同性地降落、離子被自偏置牽引，從而供給到由基板保持部保持的被處理基板的上表面(被處理面)?；迳系奶幚淼木鶆蛐砸蕾囉诨迳系牡入x子體密度的均勻性。在上述第一方面的等離子體處理裝置中，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，特別是，RF天線具有在線圈周方向上存在間隙寬度較小的切口(優(yōu)選切口的間隙寬度為IOmm以下，高頻供電點的距離間隔為10_以下)的單繞或復繞的線圈導體，在線圈導體的隔著切口相對的一對線圈端部分別連接有來自高頻供電部的一對高頻供電線，由此，RF天線的RF供電接線處從等離子體側(cè)難以發(fā)現(xiàn)成(RF輸入輸出端)為電流環(huán)上的特異點，能夠改善方位角方向上的等離子體密度分布。本發(fā)明的第二方面的等離子體處理裝置包括:至少一部分由電介質(zhì)窗構(gòu)成的能夠進行真空排氣的處理容器；在上述處理容器內(nèi)保持被處理基板的基板保持部；為了對上述基板實施所希望的等離子體處理而向上述處理容器內(nèi)供給所希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置在上述電介質(zhì)窗外的RF天線；和向上述RF天線供給頻率適合于上述處理氣體的高頻放電的高頻電力的高頻供電部，其中，上述RF天線具有:相互接近地平行延伸、在線圈周方向的相同位置存在切口的第一和第二線圈導體；將上述第一和第二線圈導體各自的與上述切口鄰接的一個線圈端部共同連接的第一連接導體；將上述第一和第二線圈導體各自的與上述切口鄰接的另一個線圈端部共同連接的第二連接導體；從上述第一連接導體起在上述切口的間隙內(nèi)延伸并與來自上述高頻供電部的第一高頻供電線連接的第三連接導體；和從上述第二連接導體起在上述切口的間隙內(nèi)延伸并與來自上述高頻供電部的第二高頻供電線連接的第四連接導體。在上述第二方面的等離子體處理裝置中，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，特別是，RF天線具有:相互接近地平行延伸、并在線圈周方向的相同位置存在切口的第一和第二線圈導體；將這些第一和第二線圈導體各自的與切口鄰接的一個線圈端部共同連接的第一連接導體；將這些第一和第二線圈導體各自的與切口鄰接的另一個線圈端部共同連接的第二連接導體；從第一連接導體起在切口的間隙內(nèi)延伸，并與來自高頻供電部的第一高頻供電線連接的第三連接導體；和從第二連接導體起在上述切口的間隙內(nèi)延伸，并與來自高頻供電部的第二高頻供電線連接的第四連接導體，由此，RF天線的RF供電接線處(RF輸入輸出端)從等離子體側(cè)難以發(fā)現(xiàn)成為電流環(huán)上的特異點，能夠改善方位角方向上的等離子體密度分布。本發(fā)明的第三方面的等離子體處理裝置包括:至少一部分由電介質(zhì)窗構(gòu)成的能夠進行真空排氣的處理容器；在上述處理容器內(nèi)保持被處理基板的基板保持部；為了對上述基板實施所希望的等離子體處理而向上述處理容器內(nèi)供給所希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置在上述電介質(zhì)窗外的RF天線；和向上述RF天線供給頻率適合于上述處理氣體的高頻放電的高頻電力的高頻供電部，其中，上述RF天線具有在線圈周方向上以等間隔存在多個切口的單繞或復繞的線圈導體，在隔著上述多個切口之一相對的一對線圈端部，分別連接有來自上述高頻供電部的一對高頻供電線，在上述多個切口的余下各個切口，設置有跨越隔著該切口相對的一對線圈端部之間的橋接導體。在上述第三方面的等離子體處理裝置中，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，特別是，RF天線具有在線圈周方向上以等間隔存在多個切口的單繞或復繞的線圈導體，在隔著多個切口之一相對的一對線圈端部，分別連接有來自高頻供電部的一對高頻供電線，在多個切口的余下各個切口，設置有跨越隔著該切口相對的一對線圈端部之間的橋接導體，由此，RF天線的RF供電接線處(RF輸入輸出端)從等離子體側(cè)難以發(fā)現(xiàn)成為電流環(huán)上的特異點，能夠改善方位角方向上的等離子體密度分布。本發(fā)明的第四方面的等離子體處理裝置包括:至少一部分由電介質(zhì)窗構(gòu)成的能夠進行真空排氣的處理容器；在上述處理容器內(nèi)保持被處理基板的基板保持部；為了對上述基板實施所希望的等離子體處理而向上述處理容器內(nèi)供給所希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置在上述電介質(zhì)窗外的RF天線；和向上述RF天線供給頻率適合于上述處理氣體的高頻放電的高頻電力的高頻供電部，其中上述RF天線具有:在線圈周方向上存在切口的單繞或復繞的線圈導體；和從上述線圈導體的隔著上述切口相對的一對線圈端部向遠離上述電介質(zhì)窗的方向并相對于線圈周方向以一定角度傾斜地延伸的一對連接導體，上述一對連接導體分別與來自上述高頻供電部的一對高頻供電線連接。在上述第四方面的等離子體處理裝置中，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，特別是，RF天線具有:在線圈周方向上存在切口的單繞或復繞的線圈導體；和從該線圈導體的隔著切口相對的一對線圈端部向遠離電介質(zhì)窗的方向并相對于線圈周方向以一定角度傾斜地延伸的一對連接導體，這一對連接導體分別與來自高頻供電部的一對高頻供電線連接，由此，RF天線的RF供電接線處(RF輸入輸出端)從等離子體側(cè)難以發(fā)現(xiàn)成為電流環(huán)上的特異點，能夠改善方位角方向上的等離子體密度分布。本發(fā)明的第五方面的等離子體處理裝置包括:在頂部具有電介質(zhì)窗的能夠進行真空排氣的處理容器；在上述處理容器內(nèi)保持被處理基板的基板保持部；為了對上述基板實施所希望的等離子體處理而向上述處理容器內(nèi)供給所希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置在上述電介質(zhì)窗之上的RF天線；和向上述RF天線供給頻率適合于上述處理氣體的高頻放電的高頻電力的高頻供電部，上述RF天線具有:在一定的平面上以螺旋狀延伸的主線圈導體；和從上述主線圈導體的周邊側(cè)的線圈端部起相對于上述平面以一定的傾斜角上升并以螺旋狀延伸的輔助線圈導體，上述主線圈導體的中心側(cè)的線圈端部與來自上述高頻供電部的一對高頻供電線連接，上述輔助線圈導體的上端側(cè)的線圈端部與來自上述高頻供電部的另一高頻供電線連接。在上述第五方面的等離子體處理裝置中，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，特別是，RF天線具有:在一定的平面上以螺旋狀延伸的主線圈導體；和從主線圈導體的周邊側(cè)的線圈端部起相對上述平面以一定的傾斜角上升并以螺旋狀延伸的輔助線圈導體，主線圈導體的中心側(cè)的線圈端部與來自高頻供電部的一對高頻供電線連接，輔助線圈導體的上端側(cè)的線圈端部與來自高頻供電部的另一高頻供電線連接，由此，RF天線的RF供電接線處(RF輸入輸出端)從等離子體側(cè)難以發(fā)現(xiàn)成為電流環(huán)上的特異點，能夠改善方位角方向上的等離子體密度分布。根據(jù)本發(fā)明的電感耦合型等離子體處理裝置，通過上述結(jié)構(gòu)，能夠在實質(zhì)上維持RF天線的線圈長度的同時，RF天線的RF輸入輸出端從等離子體側(cè)不能發(fā)現(xiàn)成為電流環(huán)上的特異點，能夠改善方位角方向上的等離子體密度分布的均勻性。


圖1是表示本發(fā)明的一實施方式中的電感耦合型等離子體蝕刻裝置的結(jié)構(gòu)的縱截面圖。圖2是表示一實施例中的RF天線的線圈的基本結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖3是表示針對圖2的實施例通過電磁場模擬獲得的環(huán)形等離子體內(nèi)的電流密度的方位角分布特性的圖表。圖4是用于說明在實施例中對高頻供電點間的距離間隔進行各種選擇的例子的俯視圖。圖5是表示在圖4的實施例中通過電磁場模擬獲得的環(huán)形等離子體內(nèi)的電流密度的方位角分布特性的圖表。圖6是表示一實施例中的RF天線的線圈的結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖7是表示圖6的實施例中通過電磁場模擬獲得的環(huán)形等離子體內(nèi)的電流密度的方位角分布特性的圖表。圖8A是表示一實施例中的RF天線的線圈的結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖8B是表示RF天線的線圈的截面結(jié)構(gòu)的圖。圖9是表示一實施例中的RF天線的線圈的結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖10是表示圖9的實施例中通過電磁場模擬獲得的環(huán)形等離子體內(nèi)的電流密度的方位角分布特性的圖表。圖11是表示圖9的實施例的一變形例中的RF天線的線圈的結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖12是表示圖9的實施例的另一變形例中的RF天線的線圈的結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖13是表示一實施例中的RF天線的線圈的結(jié)構(gòu)的立體圖。圖14是表示一實施例中的RF天線的線圈的結(jié)構(gòu)的立體圖。圖15是表示一實施例中的RF天線的線圈的結(jié)構(gòu)的立體圖。圖16A是表示一實施例中的RF天線的線圈的結(jié)構(gòu)的立體圖。圖16B是從不同的角度(方位)觀察圖16A的RF天線的線圈結(jié)構(gòu)的立體圖。
圖17A是表示圖16A和圖16B的實施例中通過電磁場模擬獲得的環(huán)形等離子體內(nèi)的電流密度的方位角分布特性(r=80、120、170mm)的圖表。圖17B是表示圖16A和圖16B的實施例中通過電磁場模擬獲得的環(huán)形等離子體內(nèi)的電流密度的方位角分布特性(r=230mm)的圖表。圖18是表示比較例中的RF天線的線圈的結(jié)構(gòu)的立體圖。圖19A是表示圖18的比較例中通過電磁場模擬獲得的環(huán)形等離子體內(nèi)的電流密度的方位角分布特性(r=80、120、170_)的圖表。圖19B是表示圖18的比較例中通過電磁場模擬獲得的環(huán)形等離子體內(nèi)的電流密度的方位角分布特性(r=230mm)的圖表。圖20是表示一實施例中的RF天線的線圈的結(jié)構(gòu)的圖。
具體實施例方式以下參照

本發(fā)明的最佳實施方式。圖1表示本發(fā)明的一實施方式中的電感耦合型等離子體蝕刻裝置的結(jié)構(gòu)。該電感耦合型等離子體蝕刻裝置是使用平面線圈形的RF天線的類型，具有例如鋁或不銹鋼等金屬制的圓筒型真空腔室(處理容器)10。腔室10安全接地。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的各部分的結(jié)構(gòu)進行說明。在腔室10內(nèi)的下部中央，水平地配置有圓板狀的基座12作為兼任高頻電極的基板保持臺，該基座12用于載置作為被處理基板的例如半導體晶片W。該基座12例如由鋁形成，由從腔室10的底垂直向上方延伸的絕緣性的筒狀支承部14支承。在沿著絕緣性筒狀支承部14的外周從腔室10的底垂直向上方延伸的導電性的筒狀支承部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)狀的緩沖板20，并且底部設置有排氣口 22。為使腔室10內(nèi)的氣體的流動相對基座12上的半導體晶片W軸對稱地均勻，優(yōu)選采用在圓周方向上等間隔地設置多個排氣口 22的結(jié)構(gòu)。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具有渦輪分子泵等真空泵，能夠?qū)⑶皇?0內(nèi)的等離子體處理空間減壓至所希望的真空度。在腔室10的側(cè)壁之外，安裝有用于開閉半導體晶片W的搬入搬出口 27的閘閥28。基座12通過匹配器32和供電棒34與RF偏置用的高頻電源30電連接。該高頻電源30能夠以可變的功率輸出適于控制引入半導體晶片W的離子的能量的一定頻率(13.56MHz以下)的高頻RFp匹配器32中收納有電抗可變的匹配電路，該匹配電路用于在高頻電源30側(cè)的阻抗與負載(主要為基座、等離子體、腔室)側(cè)的阻抗間實現(xiàn)匹配。該匹配電路中包含有自偏置生成用的級間耦合電容器。在基座12的上表面，設置有用于以靜電吸附力保持半導體晶片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之間夾入由導電膜形成的電極36a而形成的，電極36a經(jīng)由開關42和絕緣線43與高壓的直流電源40電連接。能夠通過由直流電源40施加的高壓的直流電壓，利用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，設置有例如在圓周方向上延伸的環(huán)狀的制冷劑室44。對該制冷劑室44，從制冷單元(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。能夠利用制冷劑的溫度來控制靜電卡盤36上的半導體晶片W的處理中的溫度。與此相關的，來自導熱氣體供給部(未圖示)的導熱氣體例如He氣體，經(jīng)由氣體供給管50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，為了進行半導體晶片W的裝載或卸載，還設置有在垂直方向貫穿基座12、并能夠上下移動的升降銷及其升降機構(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的各部分的結(jié)構(gòu)進行說明。腔室10的頂部或頂板與基座12隔開比較大的距離間隔而設置，在該頂部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 —體地設置有天線室56，該天線室56以在電磁上遮蔽外部的影響的方式收納有用于在腔室10內(nèi)生成電感稱合的等離子體的RF天線54。該實施方式中的RF天線54，具有線圈直徑不同的多個(圖示的例子中為三個)圓環(huán)形(即半徑在周方向上不變)單繞線圈54 (1),54 (2),54 (3)。這些線圈54 (1),54 (2)、54 (3)水平地同心圓狀安裝在電介質(zhì)窗52之上，與來自等離子體生成用的高頻供電部56的一對高頻供電線58、60并聯(lián)連接。一般而言，各線圈54 (I)、54 (2)、54 (3)也與腔室10或基座12同軸配置。高頻供電部56具有高頻電源62和匹配器64。高頻電源62能夠以可變的功率輸出適于利用高頻放電進行等離子體的生成的一定頻率(13.56MHz以上)的高頻RFh。匹配器64收納有電抗可變的匹配電路，該匹配電路用于在高頻電源62側(cè)的阻抗與負載(主要為RF天線、等離子體)側(cè)的阻抗間實現(xiàn)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:在比電介質(zhì)窗52稍低的位置設置在腔室10的側(cè)壁中(或外)的環(huán)狀的總管或緩沖部66 ;在圓周方向上等間隔地從緩沖部66面對等離子體生成空間的多個側(cè)壁氣體吐出孔68 ;和從處理氣體供給源70延伸到緩沖部66的氣體供給管72。處理氣體供給源70包含流量控制器和開閉閥(未圖示)。主控制部74例如包含微型計算機，對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、62，匹配器32、64，靜電卡盤用的開關42，處理氣體供給源70，冷卻單元(未圖示)，導熱氣體供給部(未圖示)等各個的動作和裝置整體的動作(順序)進行控制。在該電感耦合型等離子體蝕刻裝置中，為進行蝕刻，首先使閘閥28為打開狀態(tài)，將加工對象的半導體晶片W搬入腔室10內(nèi)，載置在靜電卡盤36之上。然后，在關閉閘閥28后，經(jīng)由氣體供給管72、緩沖部66和側(cè)壁氣體吐出孔68，從處理氣體供給源70以規(guī)定的流量和流量比向腔室10內(nèi)導入蝕刻氣體(一般為混合氣體)，利用排氣裝置26使腔室10內(nèi)的壓力為設定值。進而，將高頻供電部56的高頻電源62接通，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64、RF供電線58、60，對RF天線54的各線圈54 (1),54
(2),54 (3)供給高頻RFh的電流。另一方面，將高頻電源30接通，以規(guī)定的RF功率輸出離子引入控制用的高頻RFy經(jīng)由匹配器32和供電棒34對基座12施加該高頻R&。另外，利用導熱氣體供給部對靜電卡盤36與半導體晶片W之間的接觸界面供給導熱氣體(He氣體)，并且使開關42接通，利用靜電卡盤36的靜電吸附力將導熱氣體關在上述接觸界面中。從側(cè)壁氣體吐出孔68吐出的蝕刻氣體均勻地向電介質(zhì)窗52之下的處理空間擴散。因流通在RF天線54的各線圈54 (1),54 (2),54 (3)中的高頻RFh的電流而在這些線圈的周圍產(chǎn)生的磁力線(磁通量)貫穿電介質(zhì)窗52，穿過腔室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。被該感應電場在方位角方向上加速的電子與蝕刻氣體的分子或原子發(fā)生電尚碰撞，生成環(huán)形的等尚子體。
該環(huán)形等離子體的原子團或離子在廣闊的處理空間內(nèi)向四面擴散，使得原子團各向同性地降落、離子被直流偏置牽弓I，從而供給到半導體晶片W的上表面(被處理面)。這樣，等離子體的活性物質(zhì)在半導體W的被處理面引起化學反應和物理反應，被加工膜被蝕刻成所希望的圖案。此處，“環(huán)形的等離子體”并不限定于在腔室10的徑向內(nèi)側(cè)(中心部)不出現(xiàn)等離子體而僅在徑向外側(cè)出現(xiàn)等離子體的嚴格的環(huán)狀的等離子體，而是指腔室10的徑向外側(cè)的等離子體的體積或密度比徑向內(nèi)側(cè)大。另外，按照處理氣體所使用的氣體的種類或腔室10內(nèi)的壓力的值等條件的不同，也存在不形成此處所說的“環(huán)形的等離子體”的情況。在該電感耦合型等離子體蝕刻裝置中，為提高半導體晶片W上的等離子體處理特性(蝕刻率、選擇比、蝕刻形狀等)即蝕刻特性的方位角方向的均勻性，對構(gòu)成RF天線54的各線圈54 (n) (n=l、2、3)的結(jié)構(gòu)實施特別的設計。圖2表示該實施方式中的RF天線54的線圈54 (n)的基本結(jié)構(gòu)。該線圈54 (n)由在線圈周方向上具有切口 80的圓環(huán)形線圈導體82構(gòu)成。在該線圈導體82的隔著切口80相對的一對線圈端部82a、82b，以圖中的RF-1n、RF-Out為連接點或供電點分別連接有來自高頻供電部56的一對高頻供電線58、60。該線圈54 (n)的主要特征為，將切口 80的間隙寬度g構(gòu)成得極為狹窄(優(yōu)選IOmm以內(nèi))。本發(fā)明者利用電磁場模擬對線圈54 (n)的間隙寬度g與在腔室10內(nèi)激發(fā)的電流的周方向(方位角方向)上的不均勻性的相關關系進行了驗證。即，以線圈54 (n)的間隙寬度g為參數(shù)，將參數(shù)的值選為5mm、10mm、15mm、20mm這四種，計算在腔室10內(nèi)生成的環(huán)形等離子體中深度5_的位置處半徑120_的圓周上激發(fā)的電流的密度(相當于等離子體密度)I，并以最大值(Imax)為I的方式進行歸一化，進行繪圖，得到圖3所示的特性。在該電磁場模擬中，假定如下模型:將線圈54 (n)的內(nèi)徑(半徑)和外徑(半徑)分別設定為IlOmm和130mm,令電介質(zhì)窗(石英板)52的厚度為IOmm,通過電感稱合在該電介質(zhì)窗52的正下方隔著厚5mm的離子層生成表皮厚度相當于IOmm的環(huán)形等離子體。該環(huán)形等離子體由圓盤形狀的電阻元件模擬，該電阻元件的半徑設定為250_，電阻率設定為100 Q cm，等離子體生成用的高頻RFh的頻率為13.56MHz。線圈54 (n)中RF供電點RF_In、RF-Out的距離間隔d設定為與間隙寬度g相當?shù)闹?。在圖3中，電流密度I下降的地方(約90度的位置)與切口 80的位置對應。如圖所示，當切口 80的間隙寬度g為15mm時電流密度I從最大值Imax下降約20%，當間隙寬度g為20mm時電流密度I從最大值Imax下降約23%，推斷當間隙寬度g比20mm更大時電流密度I的下降更大。另一方面，當切口 80的間隙寬度g為5mm、IOmm時，電流密度I從最大值Imax下降一致，均停在約15%。這樣，在該電感耦合型等離子體蝕刻裝置中，為了利用RF天線54的結(jié)構(gòu)來改善在腔室10內(nèi)生成的環(huán)形等離子體內(nèi)的等離子體密度的方位角方向的均勻性，只要使構(gòu)成RF天線54的線圈54 (n)的切口 80的間隙寬度g為IOmm以內(nèi)即可。頗有意思的是，與切口 80的間隙寬度g有關的上述條件(g ( 10mm)，對應于在腔室10內(nèi)通過電感耦合生成的環(huán)形等離子體的趨膚深度8的條件(S ^ 10mm)o碰撞類的趨膚深度Sc和無碰撞類的趨膚深度Sp*別由式(1)、(2)給出。6c=(23iffl/ )1/2c[(e2ne)/(e0me)]-1/2- (I)Sp=c[(e2ne)/( e 0me)]-"2...(2)此處，Jim是電子——中子慣性變換碰撞頻率，《是等離子體生成用高頻的角頻率，c是光速，e是電子電量，ne是電子密度，e。是自由空間的介電常數(shù)，me是電子質(zhì)量。在該實施例的線圈54 (n)中，不只是切口 80的間隙寬度g，RF供電點RF_In、RF-Out的距離間隔d也是重要的因素。即，如圖4所示，存在切口 80的間隙寬度g很窄，但RF供電點間隔d較大的情況。作為上述電磁場模擬的一環(huán)，本發(fā)明者選擇[g=5mm, d=5mm]、[g=20mm, d=20mm]、[g=5mm, d=20mm]這三種參數(shù),在其它條件與上述情況相同的條件下通過計算求取在環(huán)形等離子體內(nèi)激發(fā)的電流密度I的方位角方向分布，并加以繪圖，得到圖5所示的結(jié)果。SP，[g=5mm, d=20mm]的情況與[g=20mm, d=20mm]的情況幾乎相同，對應于切口 80的位置上的電流密度I的下降為約23%。這樣，為了利用RF天線54的結(jié)構(gòu)來改善在腔室10內(nèi)生成的環(huán)形等離子體內(nèi)的等離子體密度的方位角方向的均勻性，不僅需要使線圈54 (n)的切口 80的間隙寬度g較窄(IOmm以內(nèi))，還需要使RF供電點RF_In、RF-Out的距離間隔d也窄到相同程度(IOmm以內(nèi))。圖6表示線圈54 (n)的更為合適的實施例。該實施例的特征為，線圈54 (n)的切口 80按照相對線圈周方向以規(guī)定的角度#(例如# =60° )傾斜延伸的方式形成。這種情況下，RF供電點RF-1n、RF-Out優(yōu)選為設定為在線圈周方向上相互重合的位置關系，即，圓形線圈54 (n)的中心0與RF供電點RF_In、RF-Out三者在線圈半徑方向排列在同一直線上。若線圈54(n)的環(huán)形狀還包含圓形以外(例如矩形)的情況，則當切口 80相對線圈周方向傾斜地形成時，優(yōu)選一個線圈端部82a上連接有一個高頻供電線58的位置(RF供電點)RF-1n與另一個線圈端部82b上連接有另一個高頻供電線60的位置(RF供電點)RF_0ut之間不存在線圈周方向上的間隙，最優(yōu)選的是，兩RF供電點RF-1n、RF-Out處于在周方向上重合的位置關系。作為上述電磁場模擬的一環(huán)，本發(fā)明者選擇[g=5mm, ^ =90° ]、[g=5mm, ^ =60° ]這兩種參數(shù)，在其它條件與上述情況相同的條件下通過計算求取在環(huán)形等離子體內(nèi)激發(fā)的電流密度I的方位角方向分布，并加以繪圖，得到圖7所示的結(jié)果。此處，[g=5mm, f =60° ]的條件相當于上述圖6的實施例，[g=5mm, f =90° ]的條件相當于圖2的實施例。S卩，圖2所示的實施例中，線圈54 (n)的切口 80按照相對線圈周方向垂直地筆直延伸的方式形成，定義為# =90°。如圖7所示，在線圈54 (n)的切口 80相對線圈周方向傾斜地形成的圖6的實施例中，在與切口 80的位置對應的地方，電流密度I非但沒有下降反而增大，方位角方向上的電流密度I的偏差整體上非常小，改善至約4%。

在圖6的實施例中，在與切口 80的位置對應的地方，電流密度I比其它位置增大的原因是:由于兩RF供電點RF-1ruRF-Out設定為在線圈周方向上相互越過5mm的位置關系，因此在該區(qū)間上，剛從RF供電點RF-1n進入的線圈電流與正要從RF供電點RF-Out流出的電流以相同的方向重合。因此，當兩RF供電點RF-1n、RF-Out設置在線圈周方向上相互重合的位置時，推測方位角方向上的電流密度I的偏差(不均勻性)會進一步減小。圖8A所示的其它實施例的特征為，線圈54 (n)的切口 80相對線圈周方向從線圈導體82的內(nèi)周面向著外周面、并從線圈導體82的上表面向著下表面傾斜地延伸。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，從等離子體側(cè)更加難以看到切口 80的位置，線圈54 (n)的線圈導體82在周方向上的的偽連續(xù)性進一步提高。另外，線圈54 (n)的線圈導體82的截面形狀為任意的形狀，可以例如圖8B所示，為三角、四角或圓中的任一種。圖9表示對因線圈54 (n)的切口造成的特異點的存在加以有效解除或抑制的其它實施例。該實施例中的線圈54 (n)具有:相互接近地平行延伸，在線圈周方向的相同位置存在切口 84的外側(cè)和內(nèi)側(cè)的線圈導體86、88 ;將這些線圈導體86、88的與切口 84鄰接的各自的一側(cè)(圖的左側(cè))的線圈端部共同連接的第一連接導體90L;將這些線圈導體86、88的與切口 84鄰接的各自的另一側(cè)(圖的右側(cè))的線圈端部共同連接的第二連接導體90R ;從第一連接導體90L起在切口 84的間隙內(nèi)延伸，與來自高頻供電部56 (圖1)的一個高頻供電線58 (圖1)連接的第三連接導體92L ;從第一連接導體90L起在切口 84的間隙內(nèi)延伸，與來自高頻供電部56 (圖1)的一個高頻供電線58 (圖1)連接的第三連接導體92L;和從第二連接導體88起在切口 84的間隙內(nèi)延伸，與來自高頻供電部56 (圖1)的另一個高頻供電線60連接的第四連接導體92R。例如，內(nèi)側(cè)的線圈導體88的內(nèi)半徑為108mm,外半徑為113mm。外側(cè)的線圈導體86的內(nèi)半徑為118mm,夕卜半徑為123mm。兩線圈導體86、88在徑向上隔開IOmm的間隔，同心狀配置。此處優(yōu)選的是，第三連接導體92L上連接有高頻供電線58的RF供電點RF-1n和第四連接導體92R上連接有高頻供電線60的RF供電點RF-Out處于在周方向上重合的位置關系，即圓形線圈54 (n)的中心0和RF供電點RF-1n、RF-Out這三者在線圈半徑方向上排列在同一直線N上。作為上述電磁場模擬的一環(huán)，對于圖9的實施例,本發(fā)明者在與上述情況相同的條件下通過計算求出在環(huán)形等離子體內(nèi)激發(fā)的電流密度I的方位角方向分布，并加以繪圖，得到圖10所示的結(jié)果。如圖所示，方位角方向上的電流密度I的偏差非常小，改善至不足2% o作為該實施例的一變形例，如圖11所示，能夠?qū)⒁粋€RF供電點RF-1n與另一個RF供電點RF-Out設定為在線圈同方向上相互越過的位置關系。不過，這種情況下，因為剛從RF供電點RF-1n進入的線圈電流與正要從RF供電點RF-Out流出的電流以相同的方向重合，所以與切口 84對應的位置上，電流密度I存在比其它位置稍大的傾向。作為該實施例的另一變形例，如圖12所示，能夠?qū)⒁粋€RF供電點RF-1n與另一個RF供電點RF-Out設定為在線圈同方向上隔著間隙分離的位置關系。不過，這種情況下，與切口 84對應的位置上，電流密度I存在比其它位置稍為下降的傾向。圖13和圖14表示在線圈54(n)內(nèi)沿周方向等間隔地設置多個(圖示例中為兩個)切口 80…的實施例。這種情況下，一個切口 80是用于與高頻供電線58、60連接的原本的切口，而余下的切口 80’全是偽切口。在各偽切口 80’，設置有跨越隔著該切口 80’相對的一對線圈端部間的架橋型的連接導體92。一般而言，在電感耦合型的情況下按照下述方式設計，S卩，在RF天線(線圈)的正下方生成徑向不均勻(環(huán)形)的等離子體，其發(fā)生擴散從而在基座上或半導體晶片的正上方獲得均勻的等離子體。在周方向(方位角方向)上，擴散的環(huán)形等離子體內(nèi)的不均勻性也在半導體晶片的正上方被平滑化，但由于與徑向相比平滑化所需要的距離較長(相當于圓周)，所以存在難以平滑化的傾向。關于這一點，像該實施例這樣，若在線圈54 (n)內(nèi)沿周方向等間隔地設置多個不連續(xù)點(切口)，則周方向上等離子體密度的平滑化所需要的擴散距離變短。例如，若不連續(xù)點(切口)有N (N為2以上的自然數(shù))個，則擴散所需要的距離成為圓周的1/N，平滑化變得容易。

另外，如圖14所示，線圈54 (n)的線圈導體82也可以為縱型導體，切口 80、80’也能夠在縱方向延伸。圖15所示的實施例的特征是，具有從線圈54 (n)的線圈導體82的隔著切口 80相對的一對線圈端部82a、82b起相對線圈周方向以一定角度(優(yōu)選45° 70° )傾斜并平行地向上方(遠離電介質(zhì)窗52的方向)延伸的一對連接導體94、96，一個連接導體94的前端部與一個高頻供電線58連接，另一個連接導體96的前端部與一個高頻供電線60連接。另外，切口 80的間隙寬度優(yōu)選IOmm以下的尺寸。圖16A和圖16B表示以螺旋型線圈構(gòu)成RF天線54的情況的一實施例。另外，圖16A和圖16B表示改變角度(方位)觀察同一結(jié)構(gòu)的RF天線54的立體圖。在該實施例中，RF天線54包括:在平面(例如電介質(zhì)窗52)上相位相互錯開180度的螺旋狀延伸的第一和第二主線圈導體100、102 ;和從這些第一和第二主線圈導體100、102的各自的周邊側(cè)的線圈端部100e、102e起，一邊相互錯開180度的相位相對該平面以一定的傾斜角P (例如￠=1.5° 2.5° )上升一邊螺旋狀(圖示的例子中為半旋轉(zhuǎn)的螺旋)延伸的第一和第二輔助線圈導體104、106。第一和第二主線圈導體100、102各自的中心側(cè)的線圈端部共同連接有來自高頻供電部56 (圖1)的一個高頻供電線58。另外，第一和第二輔助線圈導體104、106各自的上端側(cè)的線圈端部104u、106u共同連接有來自高頻供電部
56(圖1)的另一個高頻供電線60 (圖1)。一般來說，螺旋型線圈中采用下述結(jié)構(gòu)，即，兩高頻供電點RF-1n、RF-Out的位置位于線圈的中心部和外周端部，分離得較遠，從等離子體側(cè)看來線圈端部102e、104e突然終結(jié)。因此，在該實施例中，像上述那樣通過使逐漸從等離子體側(cè)遠離的螺旋狀延伸的輔助線圈導體104、106與線圈端部102e、104e連接，從而提高線圈外周部附近的等離子體密度分布的均勻性。對于圖16A (圖16B)的實施例,本發(fā)明者實施與上述情況相同的電磁場模擬,對在半徑r=8mm、120mm、170mm、230mm的圓周上激發(fā)的電流的密度(相當于等離子體密度)I進行計算，并加以繪圖，得到如圖17A和圖17B所示的結(jié)果。另外，該電磁場模擬中，RF天線54的外徑(半徑)設定為230mm。另外，作為比較例，如圖18所示，對不在主線圈導體100、102的端部100e、102e連接輔助線圈導體104、106，而是直接設置另一個高頻供電點RF-Out的結(jié)構(gòu)，也實施同樣的電磁場模擬，對半徑r=8mm、120mm、170mm、230mm的圓周上激發(fā)的電流的密度(相當于等離子體密度)I進行計算，并加以繪圖，得到圖19A和圖19B所示的結(jié)果。雖然對于r=8mm、120mm、170mm處的偏向(偏差)來說，實施例與比較例之間沒有差異(圖16A、圖19A)，但在線圈外周部的r=230mm處的偏向(偏差)卻顯著不同，與比較例的100%相比，實施例中減少至Ij 37% (圖16B、圖19B)。另外，在圖16A (圖16B)的實施例中，RF天線54由一對螺旋型主線圈導體100、102和一對螺旋型輔助線圈導體104、106構(gòu)成。不過，也能夠利用單個的螺旋型主線圈導體100和單個的螺旋型輔助線圈導體104構(gòu)成RF天線54。圖20所示的實施例是關于線圈54 (n)的結(jié)構(gòu)的第一和第二實施例(圖2 圖8A)的發(fā)展型，具有在四方(a)、(b)、(c)、(d)的任一個方向上切口 80的間隙都只在中心部的一處110a、110b、110c、110d直接通過的結(jié)構(gòu)。根據(jù)該結(jié)構(gòu),從等離子體側(cè)基本看不到切口 80的地方，將周方向上的線圈54 (n)的線圈導體82的偽連續(xù)性提高至極限。上述實施方式中的電感耦合型等離子體蝕刻裝置的結(jié)構(gòu)只是一例，等離子體生成機構(gòu)的各部分的結(jié)構(gòu)當然可以有各種變形，與等離子體生成無直接關系的各部分的結(jié)構(gòu)也可以有各種變形。例如，作為RF天線的基本方式，也可以為平面型之外的類型例如穹頂型等。另外，在以一周內(nèi)半徑一定的同心圓形線圈構(gòu)成RF天線的情況下,也能夠采用在腔室的頂部以外的地方設置RF天線的類型，例如能夠采用設置在腔室的側(cè)壁之外的螺旋型。在以線圈徑長不同的多個單繞線圈54 (1),54 (2),54 (3)構(gòu)成RF天線54的情況下，也能夠采用對各單繞線圈54 (n)連接單獨的高頻供電部56 (n)的結(jié)構(gòu)。另外，也能夠代替各單繞線圈54 (n)使用復繞線圈。也能夠與矩形的被處理基板對應地使用矩形的腔室結(jié)構(gòu)、矩形的RF天線結(jié)構(gòu)。在處理氣體供給部中能夠采用從頂部向腔室10內(nèi)導入處理氣體的結(jié)構(gòu)，也能夠采用不對基座12施加直流偏置控制用的高頻R匕的方式。另外，本發(fā)明的電感耦合型的等離子體處理裝置或等離子體處理方法，并不限定于等離子體蝕刻的技術領域，也能夠適用于等離子體CVD、等離子體氧化、等離子體氮化、濺射等其它的等離子體處理中。另外，本發(fā)明的被處理基板并不限定于半導體晶片，也能夠使用平板顯示器用的各種基板、光掩膜、CD基板、印刷基板等。
權利要求
1.一種等離子體處理裝置，其特征在于，包括: 在頂部具有電介質(zhì)窗的能夠進行真空排氣的處理容器； 在所述處理容器內(nèi)保持被處理基板的基板保持部； 向所述處理容器內(nèi)供給所希望的處理氣體的處理氣體供給部，用于對所述基板實施所希望的等離子體處理； 設置在所述電介質(zhì)窗之上的RF天線，用于在所述處理容器內(nèi)通過電感耦合生成處理氣體的等離子體；和 向所述RF天線供給頻率適合于所述處理氣體的高頻放電的高頻電力的高頻供電部，其中 所述RF天線具有: 在一定的平面上以螺旋狀延伸的主線圈導體；和 從所述主線圈導體的周邊側(cè)的線圈端部起相對于所述平面以一定的傾斜角上升并以螺旋狀延伸的輔助線圈導體， 所述主線圈導體的中心側(cè)的線圈端部與來自所述高頻供電部的一對高頻供電線連接， 所述輔助線圈導體的上端側(cè)的線圈端部與來自所述高頻供電部的另一高頻供電線連接。
2.如權利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于: 所述RF天線具有: 在所述平面上相互錯開180度的相位，并以螺旋狀延伸的第一主線圈導體和第二主線圈導體；和 從所述第一主線圈導體和第二主線圈導體的各自的周邊側(cè)的線圈端部起，以相互錯開180度的相位的方式相對于所述平面以所述一定的傾斜角上升并以螺旋狀延伸的第一輔助線圈導體和第二輔助線圈導體，其中 所述第一主線圈導體和第二主線圈導體各自的中心側(cè)的線圈端部共同與來自所述高頻供電部的一條高頻供電線連接， 所述第一輔助線圈導體和第二輔助線圈導體各自的上端側(cè)的線圈端部共同與來自所述高頻供電部的另一條高頻供電線連接。
3.如權利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于: 至少一條所述高頻供電線連接有電容器。
4.如權利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于: 在至少一條所述高頻供電線與電接地的接地部件之間連接有電容器。
5.如權利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于: 所述線圈導體的半徑在周方向的一周內(nèi)是一定的。
全文摘要
本發(fā)明提供等離子體處理裝置，目的在于在電感耦合型的等離子體處理裝置中改善方位角方向上的等離子體密度分布的均勻性。該電感耦合型的等離子體蝕刻裝置在與RF天線(54)接近的電介質(zhì)窗之下環(huán)形地生成電感耦合的等離子體，使該環(huán)形的等離子體在廣闊的處理空間內(nèi)分散，從而在基座(12)附近(即半導體晶片(W)上)使等離子體的密度均勻化。RF天線(54)具有線圈直徑不同的多個單繞線圈(54(1)、54(2)、54(3))。各線圈(54(1)、54(2)、54(3))的高頻供電點夾著非常小的切口而設置。
文檔編號H05H1/46GK103209537SQ20131007753
公開日2013年7月17日 申請日期2010年10月27日 優(yōu)先權日2009年10月27日
發(fā)明者山澤陽平, 傳寶一樹, 山涌純 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社