感应耦合等离子体反应器的制造方法
【专利说明】感应耦合等离子体反应器
[0001]本申请是申请日为2007年05月22日，申请号为200710105100.0，发明名称为“感应耦合等离子体反应器”的专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及一种射频(rad1 frequency)等离子体源(plasma source)，具体地说，涉及一种可以更均匀地产生高密度的等离子体的感应耦合等离子体反应器。
【背景技术】
[0003]等离子体是包含相同数量的阳离子(positive 1ns)和电子(electrons)的高度离子化的气体。等离子体放电应用于产生包括离子、自由基、原子、分子的活性气体的气体激发。活性气体广泛应用于各个领域，作为代表，应用于半导体制造工序、例如蚀刻(etching)、沉积(deposit1n)、清洗(cleaning)、灰化(ashing)等。
[0004]用于产生等离子体的等离子体源多种多样，但作为其代表例为使用了射频(rad1frequency)的电容親合等离子体(capacitive coupled plasma)和感应親合等离子体(inductive coupled plasma)。
[0005]电容耦合等离子体源具有以下优点:正确的电容耦合调节和离子调节能力较高，与其他等离子体源相比工程生产力较高。另一方面，射频电源的能量基本排他地经由电容耦合与等离子体连接，因此等离子体离子密度仅根据电容耦合的射频功率的增加或减少而增加或减少。但是，射频功率的增加使得离子冲击能量增加。结果，为了防止因离子冲击而造成的损伤，导致了射频功率的界限性。
[0006]另一方面，感应耦合等离子体源，可以通过射频电源的增加，容易地使离子密度增加，相对降低由此产生的离子冲击，适于得到高密度等离子体。因此，感应耦合等离子体源一般用于获得高密度的等离子体。感应耦合等离子体源，作为其代表，通过使用了射频天线(RF antenna)的方式、使用了变压器的方式(称为变压器親合等离子体(transformercoupled plasma))进行了技术开发。在此追加电磁铁或永久磁铁、或追加电容親合电极，来提高等离子体的特性，为了提高再现性和控制能力，进行了技术开发。
[0007]射频天线一般使用螺旋型的天线(spiral type antenna)或柱型的天线(cylinder type antenna)。射频天线配置于等离子体反应器(plasma reactor)的外部，经由石英等介电窗(dielectric window)向等离子体反应器的内部传递感应电动势。使用了射频天线的感应耦合等离子体可以比较容易地获得高密度的等离子体，但等离子体的均一度会受到天线的结构特征的影响。因此，还需改善射频天线的结构，以获得均匀的高密度等尚子体。
[0008]但是，为了获得大面积的等离子体，需要扩大天线的结构、提高供给到天线的功率，从而具有界限性。例如，公知通过恒定波效果(standing wave effect)会在放射线上产生不均勾的等离子体。此外，向天线施加高功率时，射频天线的电容性親合(capacitivecoupling)增加，从而必须增厚介电窗，由此导致射频天线和等离子体间的距离增加，从而产生功率传递的效果降低的问题。
[0009]最近，在半导体制造产业中，随着半导体元件的超微细化、用于制造半导体电路的硅晶片基板的大型化、用于制造液晶显示器的玻璃基板的大型化、以及新的处理对象物质的出现等种种原因，要求进一步提高等离子体处理技术。特别是，要求具有对大面积的被处理物具有优异的处理能力的等离子体源及等离子体处理技术。
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于提供一种等离子体反应器，其采用了感应耦合等离子体和电容耦合等离子体的所有长处，可以提高对等离子体离子能量的控制能力，并产生更均匀的大面积的高密度等离子体。
[0011]本发明的其他目的在于提供一种等离子体反应器，其可以提高天线的磁束传递效率，提高对等离子体离子能量的控制能力，产生更均匀的大面积的高密度等离子体。
[0012]本发明的进一步其他目的在于提供一种等离子体反应器，其可以提高从射频天线到真空腔内部的磁束传递效率，使得工程气体的供给更均匀，从而得到高密度的均匀的等呙子体。
[0013]用于解决上述技术问题的本发明的一个特征的等离子体反应器，包括:真空腔，具有搭载被处理基板的基板支撑台；气体喷头，向真空腔的内部供给气体；介电窗，设置在真空腔的上部；以及射频天线，设置在介电窗的上部，其中，气体喷头及基板支撑台与真空腔内部的等离子体电容性耦合，射频天线与真空腔内部的等离子体感应性耦合。
[0014]用于解决上述技术问题的本发明的另一特征的等离子体反应器，包括真空腔、设于真空腔上部的介电窗、以及设于介电窗上部的射频天线，其中，包括磁芯，该磁芯的磁束出入口朝向真空腔的内部，且该磁芯以沿着射频天线将其覆盖的方式设于介电窗的上部。
[0015]本发明的等离子体反应器，通过电容且感应耦合而在真空腔内部产生等离子体，由此更均匀地产生大面积的等离子体，同时容易进行等离子体离子能量的正确调节。此外，射频天线由磁芯覆盖，可以更强地在真空腔的内部传递磁束，从而最大限度地抑制磁束的损失。
[0016]根据上述本发明的感应耦合等离子体反应器，气体喷头和基板支撑台与真空腔内部的等离子体电容性耦合，射频天线与真空腔内部的等离子体感应性耦合。特别是，射频天线由磁芯覆盖，可以集中更强的磁束，最大限度地抑制磁束的损失。这种电容且感应耦合，容易在真空腔内产生等离子体、且容易进行等离子体离子能量的正确调节。因此，在半导体工序中可以提高成品率和生产力。此外，气体喷头在基板支撑台的上部进行均匀的气体喷射，从而可以进行更均匀的基板处理。
【附图说明】
[0017]图1是本发明的第一实施例的等离子体反应器的剖视图。
[0018]图2是表示在图1的等离子体反应器的上部设置的射频天线和气体喷头的组装结构的图。
[0019]图3是表示射频天线和喷头的电连接结构的图。
[0020]图4a是表示将射频天线和喷头的电连接结构变形了的各种示例的图。
[0021]图4b是表示将射频天线和喷头的电连接结构变形了的各种示例的图。
[0022]图4c是表示将射频天线和喷头的电连接结构变形了的各种示例的图。
[0023]图4d是表示将射频天线和喷头的电连接结构变形了的各种示例的图。
[0024]图5是表示采用了通过电源分割而进行的双重电源供给结构的示例的图。
[0025]图6是表示采用了两个电源供给源的双重电源结构的示例的图。
[0026]图7a是表示在射频天线和接地之间形成的功率调节部的图。
[0027]图7b是表示在射频天线和接地之间形成的功率调节部的图。
[0028]图8是本发明的第二实施例的等离子体反应器的剖视图。
[0029]图9是表示在图8的等离子体反应器的上部设置的射频天线和气体喷头的配置结构的图。
[0030]图10是表示在真空腔的外部侧壁部分也设有柱型射频天线的示例的图。
[0031]图11是本发明的第三实施例的等离子体反应器的剖视图。
[0032]图12是表示在图11的等离子体反应器的上部设置的射频天线和气体喷头的配置结构的图。
[0033]图13是将由射频天线和磁芯经介电窗在真空腔的内部感应的磁束可视化表示的图。
[0034]图14是表示采用了通过电源分割进行的双重电源供给结构的示例的图。
[0035]图15是表示采用了两个电源供给源的双重电源结构的示例的图。
[0036]图16是表示采用了板型磁芯的示例的等离子体反应器的剖视图。
[0037]图17是板型磁芯、射频天线及喷头的分解透视图。
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