等离子体处理装置和等离子体处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及对被处理基板实施等离子体处理的技术，特别是涉及感应耦合型等离子体处理装置和等离子体处理方法。
【背景技术】
[0002]在半导体设备和FPD (Flat Panel Display，平板显示器)的制造工艺中的蚀刻、堆叠、氧化、溅射等的处理中，为了在比较低的温度下进行良好的反应在处理气体中经常使用等离子体。在现有技术中，对于这种等离子体处理，多采用MHz区域的高频放电产生的等离子体。在高频放电产生的等离子体中，作为更具体的(装置的)等离子体产生方法，大致区分为电容耦合型等离子体和感应耦合型等离子体。
[0003]一般地，在感应耦合型等离子体处理装置中，由电介质的窗构成处理容器的壁部的至少一部分(例如顶部)，并对在该电介质窗以外设置的线圈状RF天线供给高频电力。处理容器构成为能够减压的真空腔腔室，在腔室内中央部配置被处理基板(例如半导体晶片、玻璃基板等)，将处理气体导入设置在电介质窗和基板之间的处理空间中。通过RF天线中流动的RF电流，磁力线贯通电介质窗而通过腔腔室内的处理空间的RF磁场在RF天线的周围产生，通过该RF磁场随时间的变化，在处理空间内沿方位角方向产生感应电场。并且，由该感应电场使沿方位角方向加速的电子与处理气体的分子或原子发生电离冲突，生成炸面饼圈状的等离子体。
[0004]通过在腔室内设置大的处理空间，使上述炸面饼圈状等离子体高效地向四方(特别是沿半径方向)扩散，从而使基板上的等离子体密度非常均匀。但是，仅使用通常的RF天线，在基板上得到的等离子体密度的均匀性在一般的等离子体工艺中是不足够的。另外，在感应耦合型等离子体处理装置中，由于提高基板上的等离子体密度的均匀性会影响等离子体工艺的均匀性/再现性，进而影响制造成品率，所以作为最重要的课题之一，在此之前已经提出了一些相关技术。
[0005]现有的代表性的等离子体密度均匀化技术是将RF天线分割为多段。关于该RF天线的分割方式，包括对各天线/段(七夕' y y卜)进行单独的高频电力供给的第一方式(例如专利文献I)，和由电容器等附加电路改变各天线/段的阻抗而控制由一个高频电源分别分配到所有天线/段的RF电力的分割比的第二方式(例如专利文献2)。
[0006]此外，还已知使用单一的RF天线并在该RF天线附近配置被动天线的方法(专利文献3)。该被动天线构成为不从高频电源接受高频电力供给的独立的线圈，并且对RF天线(感应性天线)产生的磁场，以使被动天线环内的磁场强度减少的同时使被动天线环外附近的磁场强度增加的方式动作。由此，在腔室内的等离子体产生区域中的RF电磁场的半径方向分布被改变。
[0007]专利文献
[0008]专利文献I美国专利第5401350号
[0009]专利文献2美国专利第5907221号
[0010]专利文献3日本特表2005 - 534150
【发明内容】
[0011]但是，在上述这样的RF天线分割方式中，在上述第一方式中，不仅需要多个高频电源，还需要相同数量的整合器，高频供电部的复杂化和成本的显著增加成为较大瓶颈。此夕卜，在上述第二方式中，对于各天线/段的阻抗，不仅其他天线/段、等离子体的阻抗也产生影响，所以不能仅由附加电路任意地确定分割比，因此控制性难，使用不多。
[0012]此外，虽然在如在上述专利文献3中公开的采用被动天线的现有方式中，表示了由于被动天线的存在而对RF天线(感应性天线)产生的磁场产生影响，由此能够改变腔室内等离子体产生区域中的RF电磁场的半径方向分布，但是与被动天线的作用相关的考察/验证不充分，不能够使采用被动天线自由且高精度地控制等离子体密度分布用的具体装置结构图像化。
[0013]现有技术中的等离子体工艺，随着基板的大面积化和器件的微细化，存在对在更低压下密度高且口径大的等离子体的需要，基板上的工艺的均匀性成为比以前更加困难的冋题。
[0014]在这一点上，在感应耦合型等离子体处理装置中，在与RF天线接近的电介质窗的内侧产生炸面饼圈状的等离子体，该炸面饼圈状的等离子体朝向基板四处扩散，但是由于腔室内的压力，等离子体的扩散形态被改变，从而基板上的等离子体密度分布容易改变。因此，如果不能够对RF天线(感应性天线)产生的磁场进行补正，即使使在处理方案中的压力改变且保持基板上的等离子体密度的均匀性，也不能够适应目前的等离子体处理装置中要求的多样和高的处理性能。
[0015]鉴于如上所述的现有技术，本发明提供在不需要对等离子体产生用的RF天线和高频供电系统进行特别的细加工的情况下，能够采用简单的补正线圈自由且精细地控制等离子体的密度分布的感应耦合型等离子体处理装置和等离子体处理方法。
[0016]根据本发明的第一观点的等离子体处理装置，包括:具有电介质窗的处理容器，配置在上述电介质窗之外的线圈状RF天线，在上述处理容器内保持被处理基板的基板保持部，为了对上述基板实施期望的等离子体处理，而将期望的处理气体供给至上述处理容器内的处理气体供给部，为了在上述处理容器内通过感应耦合而产生处理气体的等离子体，将适合处理气体高频放电的频率的高频电力供给至上述RF天线的高频供电部，为了控制上述处理容器内的上述基板上的等离子体密度分布，在能够通过电磁感应与上述RF天线耦合的位置、在上述处理容器之外配置的补正线圈，设置在上述补正线圈的环内的开关元件，和以期望的占空比，通过脉冲宽度调制对上述开关元件进行ON/OFF控制的开关控制部。
[0017]在根据上述第一观点的等离子体处理装置中，通过如上述那样的结构，特别是，根据包括上述补正线圈、上述开关元件和上述开关控制部的结构，当由高频供电部将高频电力供给至RF天线时，能够定型且稳定地得到补正线圈对通过流过RF天线的高频电流在天线导体周边产生的RF磁场的作用(局部地降低在与线圈导体重叠的位置边上通过感应耦合产生的核心的等离子体密度的效果)。进一步地，还可以大致线性地控制这样的补正线圈效果(局部地降低核心的等离子体的密度的效果)的程度。因此，能够在基板保持部上的基板的附近任意且精细地控制等离子体的密度分布，能够容易地实现等离子体工艺的均匀性的提尚。
[0018]根据本发明的第二观点的一种等离子体处理装置，包括:具有电介质窗的处理容器，配置在上述电介质窗之外的线圈状RF天线，在上述处理容器内保持被处理基板的基板保持部，为了对上述基板实施期望的等离子体处理，将期望的处理气体供给至上述处理容器内的处理气体供给部，为了在上述处理容器内通过感应耦合而产生处理气体的等离子体，将适合处理气体高频放电的频率的高频电力供给至上述RF天线的高频供电部，为了控制上述处理容器内的上述基板上的等离子体密度分布，在能够通过电磁感应而与上述RF天线耦合的位置、在上述处理容器之外配置的补正线圈，设置在上述补正线圈的环内的可变电阻，和将上述可变电阻的电阻值控制为期望值的电阻控制部。
[0019]在根据上述第二观点的等离子体处理装置中，通过如上所述的结构，特别是，通过包括上述补正线圈、上述可变电阻和上述电阻控制部的结构，当由高频供电部将高频电力供给至RF天线时，能够定型且稳定地发挥补正线圈对由流过RF天线的高频电流在天线导体周边产生的RF磁场的作用(局部地降低在与线圈导体重叠的位置边上由感应耦合产生的核心的等离子体密度的效果)。进一步地，还可以大致线性地控制这样的补正线圈效果(局部地降低核心的等离子体的密度的效果)的程度。因此，能够在基板保持部上的基板的附近任意且精细地控制等离子体的密度分布，能够容易地实现等离子体工艺的均匀性的提尚O
[0020]根据本发明的第三观点的等离子体处理装置，包括:具有电介质窗的处理容器，配置在上述电介质窗之外的RF天线，在上述处理容器内保持被处理基板的基板保持部，为了对上述基板实施期望的等离子体处理，将期望的处理气体供给至上述处理容器内的处理气体供给部，为了在上述处理容器内通过感应耦合而产生处理气体的等离子体，将适合处理气体高频放电的频率的高频电力供给至上述RF天线的高频供电部，为了控制上述处理容器内的上述基板上的等离子体密度分布，在能够通过电磁感应而与上述RF天线耦合的位置上、在上述处理容器之外配置的补正线圈，和设置在上述补正线圈的环内的开关器。
[0021]在根据上述第三观点的等离子体处理装置中，通过如上所述的结构，特别是，通过包括上述补正线圈和上述开关器的结构，当由高频供电部将高频电力供给至RF天线时，能够选择性地得到补正线圈对由流过RF天线的高频电流在天线导体周边产生的RF磁场的作用(局部地降低在与线圈导体重叠的位置边上由感应耦合产生的核心的等离子体密度的效果)。
[0022]根据本发明的第四观点的等离子体处理装置，包括:具有电介质窗的能够真空排气的处理容器，配置在上述电介质窗之外的RF天线，在上述处理容器内保持被处理基板的基板保持部，为了对上述基板实施期望的等离子体处理，将期望的处理气体供给至上述处理容器内的处理气体供给部，为了在上述处理容器内通过感应耦合而产生处理气体的等离子体，将适合处理气体高频放电的频率的高频电力供给至上述RF天线的高频供电部，为了控制上述处理容器内的上述基板上的等离子体密度分布，在能够通过电磁感应而与上述RF天线耦合的位置、在上述处理容器之外配置的第一和第二补正线圈，和分别设置在上述第一和第二补正线圈的环内的第一和第二开关器。
[0023]在根据上述第四观点的等离子体处理装置中，通过如上所述的结构，特别是，通过包括上述第一和第二补正线圈以及上述第一和第二开关器的结构，当由高频供电部将高频电力供给至RF天线时，能够选择性地得到各补正线圈对由流过RF天线的高频电流在天线导体周边产生的RF磁场的作用(局部地降低在与线圈导体重叠的位置边上由感应耦合产生的核心的等离子体密度的效果)，进一步地能够通过第一补正线圈和第二补正线圈的组合，多样性地选择补正线圈整体的作用形态(分布图)。
[0024]根据本发明的第五观点的等离子体处理方法，其是在等离子体处理装置中对被处理基板实施期望的等离子体处理的等离子体处理方法，其中，该等离子体处理装置包括:具有电介质窗的处理容器；配置在上述电介质窗之外的线圈状RF天线；在上述处理容器内保持上述被处理基板的基板保持部；为了对上述基板实施期望的等离子体处理而将期望的处理气体供给至上述处理容器内的处理气体供给部；和为了在上述处理容器内通过感应耦合产生处理气体的等离子体而将适合处理气体高频放电的频率的高频电力供给至上述RF天线的高频供电部；在上述处理容器之外与上述RF天线平行地配置能够通过电磁感应而与上述RF天线耦合的补正线圈，在上述补正线圈的环内设置开关器，控制上述开关器的开关状态而控制上述基板上的等离子体密度。
[0025]在根据上述第五观点的等离子体处理方法中，通过如上所述的方法，特别是，通过在处理容器外与RF天线平行地配置能够通过电磁感应而与RF天线耦合的补正线圈，在补正线圈的环内设置开关器，并且通过控制该开关器的开关(ON/OFF)状态，当由高频供电部将高频电力供给至RF天线时，能够定型且稳定地得到补正线圈对由流过RF天线的高频电流在天线导体周边产生的RF磁场的作用(局部地降低在与线圈导体重叠的位置边上由感应耦合产生的核心的等离子体密度的作用效果)。因此，能够在基板保持部上的基板附近任意地控制等离子体的密度分布，能够容易地实现等离子体工艺的均匀性的提高。
[0026]根据本发明的第六观点的一种等离子体处理方法，其是在等离子体处理装置中对被处理基板实施期望的等离子体处理的等离子体处理方法，其中，该等离子体处理装置包括:具有电介质窗的处理容器；配置在上述电介质窗之外的线圈状RF天线；在上述处理容器内保持上述被处理基板的基板保持部；为了对上述基板实施期望的等离子体处理而将期望的处理气体供给至上述处理容器内的处理气体供给部；和为了在上述处理容器内通过感应耦合产生处理气体的等离子体而将适合处理气体高频放电的频率的高频电力供给至上述RF天线的高频供电部；在上述处理容器之外，与上述RF天线平行地配置能够通过电磁感应而与上述RF天线耦合的第一和第二补正线圈，在上述第一和第二补正线圈的环内分别设置