等离子体处理装置的制造方法
【专利说明】
[0001] 本案是申请日为2012年3月30日，申请号为201210091871.X，发明名称为"等离 子体处理装置"的申请的分案申请
技术领域
[0002] 本发明涉及对被处理基板实施等离子体处理的技术，特别涉及电感耦合型等离子 体处理装置。
【背景技术】
[0003] 在半导体器件、FPD(Flat Panel Display (平板显示器））的制造工艺的蚀刻、堆 积、氧化、溅射等处理中，为了与处理气体在较低的温度下进行良好的反应，普遍利用等离 子体。一直以来，这种等离子体处理大多使用MHz区域的高频放电而实现的等离子体。对 于利用高频放电实现的等离子体，作为更具体的（装置的）等离子体生成法，电容耦合型等 离子体和电感（感应）耦合型等离子体有较大区别。
[0004] 通常，电感耦合型等离子体处理装置由电介质窗构成处理容器的壁部的至少一部 分（例如顶部（天井部）），向设置于其电介质窗外的线圈状的RF天线供给高频电力。处理 容器作为能够减压的真空腔室而构成，在腔室内的中央部配置被处理基板（例如半导体晶 片、玻璃基板等），向设定于电介质窗和基板之间的处理空间导入处理气体。通过在RF天 线内流动的RF电流，在RF天线的周围产生如磁力线贯通电介质窗而穿过腔室内的处理空 间那样的RF磁场，通过该RF磁场的时间变化，在处理空间内且在方位角方向上产生感应电 场。而且，通过该感应电场，沿方位角方向加速的电子与处理气体的分子、原子发生电离碰 撞，从而环状地生成等离子体。
[0005] 通过在腔室内设置较大的处理空间，上述环状的等离子体高效地四处（特别是沿 半径方向）扩散，在基板上，等离子体的密度相当均匀。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普通的等离子体工艺中不充分。在电感耦合型等离子 体处理装置中，使基板上的等离子体密度的均匀性提高的课题也左右等离子体工艺的均匀 性、再现性进而制造利用率，因此成为最重要的课题之一。以前也提出有几个与此相关的技 术。
[0006] 其中，公知有使用单一的RF天线，且在该RF天线附近配置被动天线的技术方法 (专利文献1)。该被动天线作为不从高频电源接收高频电力的供给的独立的线圈而构成， 以相对于RF天线（感应性天线）产生的磁场而言，使被动天线的环内的磁场强度减小，并 且使被动天线的环外附近的磁场强度增大的方式动作。由此，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会变更。
[0007] 另外，公知有如下方式，S卩，为了提高径向的等离子体密度分布的均匀性，将RF天 线在径向上分割为多个圆环状线圈，将这些圆环状线圈电并联地连接（电气上并联连接） (例如，专利文献2)。
[0008] 专利文献1 :日本特表2005 - 534150
[0009] 专利文献2 :美国专利第6164241号
[0010] 上述专利文献1指出，通过被动天线的存在，会给RF天线（感应性天线）产生的 磁场带来影响，由此，能够使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变 更，但被动天线的作用相关的研宄、验证不充分，不能利用被动天线来提升用于对等离子体 密度分布进行自如且高精度地控制的具体装置构成的形象。
[0011]目前的等离子体工艺随着基板的大面积化和器件的微细化，需要更低压且高密度 且大口径的等离子体，基板上的工艺的均匀性变成比以往任何时候都困难的课题。在这一 点上，电感耦合型等离子体处理装置在接近RF天线的电介质窗的内侧环状地生成等离子 体，使该环状的等离子体向基板四处扩散，但等离子体扩散的方式会因腔室内的压力而变 化，基板上的等离子体密度分布易变。另外，环状等离子体内的等离子体密度分布也往往随 着供给到RF天线的高频功率以及导入腔室内的处理气体的流量等而变化。因此，即使以工 艺方案来变更工艺条件，如果不能以保持基板上的等离子体工艺的均匀性的方式对RF天 线（感应性天线）产生的磁场加以修正，则也不能适应目前的等离子体处理装置所要求的 多样且高度的工艺性能。
[0012] 另外，在如上所述的现有RF天线分割方式中，从高频供电部供给到RF天线的RF 电流相对多地流到RF天线内且在线圈直径小（即阻抗小）的内侧的线圈，只有相对少的一 部分流到线圈直径大（即阻抗大）的外侧的线圈，在腔室内生成的等离子体的密度易在径 方向的中心部高且在周边部低。因此，对RF天线内的各线圈附加（连接）阻抗调节用的电 容器，来调节分配给各线圈的RF电流的分割比。
[0013] 在这种情况下，当在高频供电部的回流线或接地线侧即RF天线的终端侧设置阻 抗调节用的电容器时，能够对线圈的电位比接地电位高而引起的电介质窗通过来自等离子 体的离子侵袭而损坏劣化的现象（溅射效应）进行抑制。但是，通过RF天线的线圈经由电 容器被制成终端，短路共振线的长度等效地缩短，在线圈直径（线圈长）大的外侧线圈上且 在RF输入端附近易形成电流的具有波节部的驻波（易产生所谓的波长效应）。当发生这种 波长效应时，在环绕方向及径方向中的任一方向上，都难以得到等离子体密度分布的均匀 性。
【发明内容】
[0014] 本发明是鉴于如上所述的现有技术而开发的，其目的在于，提供一种电感耦合型 等离子体处理装置，其能够完美地抑制RF天线内的波长效应，且利用设置为电浮置状态的 线圈，自如且精细地控制等离子体密度分布。
[0015] 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；基板保 持部，其在所述处理容器内保持被处理基板；处理气体供给部，其向所述处理容器内供给所 希望的处理气体，以对所述基板实施所希望的等离子体处理；RF天线，其具有在空间上在 所述电介质窗外沿着规定形状和规定尺寸的环串联地配置且电并联地连接的多个线圈段， 以在所述处理容器内通过电感耦合而生成处理气体的等离子体；高频供电部，其将适合所 述处理气体的高频放电的频率的高频电力供给到所述RF天线；浮置线圈，其被设置为电浮 置状态，被配置在与所述RF天线通过电磁感应能够耦合的位置且被配置于所述处理容器 外；和电容器，其被设置于所述浮置线圈的环内。
[0016] 在上述第一观点的等离子体处理装置中，当从高频供电部向RF天线供给高频电 力时，通过在RF天线内流动的高频电流，在天线导体的周围产生RF磁场，且在处理容器内 生成供处理气体的高频放电的感应电场。在此，RF天线由电并联地连接的多个线圈段构成， 因此RF天线内的波长效应及电压下降依赖于线圈段的长度。因此，只要选定各线圈内的分 割数或线圈段的长度即可，使得能够不在各个线圈段内发生波长效应，而且，电压下降不太 大。关于RF天线内的磁动势，通过使构成各线圈的线圈段的自感大约相等，在线圈环绕方 向上流动一致或均匀的高频电流，因此在环绕方向上，能够得到常均匀的等离子体密度分 布。
[0017] 另一方面，通过RF天线的各线圈段和浮置线圈之间的电磁感应，在浮置线圈内产 生感应电动势而流动感应电流。在该浮置线圈内流动的感应电流也在处理容器内的等离子 体生成空间内形成感应电场，消极（负）地或积极（正）地参与处理气体的高频放电或电 感耦合等离子体的生成。
[0018] 浮置线圈对在处理容器内通过电感耦合而生成的核心（core、磁心）等离子体（环 状等离子体）的密度分布赋予的作用不仅依赖于RF天线和浮置线圈的相对位置关系，而且 还因流到浮置线圈内的电流的大小及方向而较大地变化。
[0019] 在浮置线圈内流动的电流的电流值及相位（方向）依赖于在浮置线圈的环内产生 的感应电动势和环内的阻抗。在该等离子体处理装置中，通过设置于浮置线圈的环内的电 容器的静电电容，来调节环内的阻抗特别是电抗，且控制环内的电流的大小及方向。
[0020] 通过具备这种带有电容器的浮置线圈，能够在径方向上对环状等离子体内的等离 子体密度分布进行任意或多样地控制。由此，能够在基板保持部上的基板附近，对等离子体 密度分布进行任意且精细地控制，等离子体工艺的均匀性的提高也能够容易实现。
[0021] 另外，本发明第二观点的等离子体处理装置包括：具有电介质窗的处理容器；基 板保持部，其在所述处理容器内保持被处理基板；处理气体供给部，其向所述处理容器内供 给所希望的处理气体，以对所述基板实施所希望的等离子体处理；内侧和外侧天线线圈，其 在所述电介质窗外沿径方向隔开间隔地分别配置于内侧和外侧，以在所述处理容器内通过 电感耦合而生成处理气体的等离子体；高频供电部，其将适合所述处理气体的高频放电的 频率的高频电力供给到内侧和外侧天线线圈；浮置线圈，其被设置为电浮置状态，被配置在 与内侧和外侧天线线圈中的至少一方通过电磁感应能够耦合的位置且被配置于所述处理 容器外；和电容器，其被设置于所述浮置线圈的环内，其中，所述内侧天线线圈具有单一或 串联连接的内侧线圈段，所述外侧天线线圈在环绕方向上被分割，而具有电并联连接的多 个外侧线圈段。
[0022] 在上述第二观点的等离子体处理装置中，当从高频供电部向RF天线供给高频电 力时，通过分流而分别流动到RF天线的内侧天线线圈及外侧天线线圈的高频电流，在各自 的线圈导体周围产生RF磁场，且在处理容器内生成供处理气体的高频放电的感应电场。在 此，RF天线的各天线线圈由电并联连接的一或多个线圈段构成，因此RF天线内的波长效应 及电压下降依赖于线圈段的长度。因此，只要选定各线圈内的分割数或线圈段的长度即可， 使得其能够不在各个线圈段内发生波长效应，而且，电压下降不太大。关于RF天线内的磁 动势，通过使构成各线圈的线圈段的自感大约相等，在线圈环绕方向上流动一致或均匀的 高频电流，因此在环绕方向上，能够得到常均匀的等离子体密度分布。
[0023] 另一方面，通过RF天线的各线圈段和浮置线圈之间的电磁感应，在浮置线圈内产 生感应电动势而流动感应电流。在该浮置线圈内流动的感应电流也在处理容器内的等离子 体生成空间内形成感应电场，消极（负）地或积极（正）地参与处理气体的高频放电或电 感耦合等离子体的生成。
[0024] 浮置线圈对在处理容器内通过电感耦合而生成的核心（core、磁心）等离子体（环 状等离子体）的密度分布赋予的作用不仅依赖于RF天线和浮置线圈的相对位置关系，而且 还因流到浮置线圈内的电流的大小及方向而较大地变化。
[0025] 在浮置线圈内流动的电流的电流值及相位（方向）依赖于在浮置线圈的环内产生 的感应电动势和环内的阻抗。在该等离子体处理装置中，通过设置于浮置线圈的环内的电 容器的静电电容，来调节环内的阻抗特别是电抗，且控制环内的电流的大小及方向。
[0026] 通过具备这种带有电容器的浮置线圈，能够在径方向上对环状等离子体内的等离 子体密度分布进行任意或多样地控制。由此，能够在基板保持部上的基板附近，对等离子体 密度分布进行任意且精细地控制，等离子体工艺的均匀性的提高也能够容易实现。
[0027] 发明效果
[0028] 根据本发明的等离子体处理装置，通过如上所述的构成和作用，在电感耦合型等 离子体处理装置中，能够完美地抑制RF天线内的波长效应，且能够利用设置为电浮置状态 的线圈，对等离子体密度分布进行自如且精细地控制。
【附图说明】
[0029] 图1是表示本发明第一实施方式的电感耦合型等离子体处理装置的构成的纵剖 面图；
[0030] 图2是表示图1的等离子体处理装置的RF天线及浮置线圈（floatingcoil)的 配置构成（布局）及电气接线构成的立体图；
[0031] 图3是表示图1的等离子体处理装置的RF天线及浮置线圈的配置构成（布局） 及电气接线构成的大致平面图；
[0032] 图4是表示用于对使浮置线圈内的可变电容器的静电电容可变时的作用进行说 明的模型（基本构成）图；
[0033] 图5是表示在使浮置线圈内的可变电容器的静电电容可变时天线电流和感应电 流之比进行变化的特性图；
[0034] 图6是表不图4的模型的一个变形例的图；
[0035] 图7是表示在图4或图6的模型中互感和角频率的乘积依赖于浮置线圈的半径的 特性图；
[0036] 图8是表示本发明第二实施方式的电感耦合型等离子体处理装置的构成的纵剖 面图；
[0037] 图9是表示图8的等离子体处理装置的RF天线及浮置线圈的配置构成（布局） 及电气接线构成的立体图；
[0038] 图10是表示图8的等离子体处理装置的RF天线及浮置线圈的配置构成（布局） 及电气接线构成的大致平面图；
[0039] 图11是表示一个实施例的浮置线圈的构成的立体图；
[0040] 图12A是表示一个实施例的浮置线圈的构成的立体图；
[0041] 图12B是表示图12A的浮置线圈的缝隙的构成的平面图；
[0042] 图12C是表示图12B的缝隙构造的一个变形例的局部放大平面图；
[0043] 图13A是表示一个实施例的浮置线圈的构成的图；
[0044] 图13B是表示浮置线圈的线圈导体的截面形状的剖面图；
[0045] 图14是表示一个实施例的浮置线圈的构成的立体图；
[0046] 图15是表不图14的浮置线圈的一个变形例的立体图；
[0047] 图16是表示在浮置线圈上一体地制作可变电容器的一个实施例的局部剖面正面 图；
[0048] 图17是表示与电容器串联连接及/或并联连接地设置开关的构成的等效电路 图；
[0049] 图18是用于对图16的实施例的作用进行说明的主要部分的剖面图；
[0050] 图19是表不RF天线及浮置线圈的布局相关的另一个实施例的图；
[0051] 图20是表不RF天线及浮置线圈的布局相关的另一个实施例的图；
[0052] 图21是表不RF天线及浮置线圈的布局相关的另一个实施例的图；
[0053] 图22是表不RF天线及浮置线圈的布局相关的另一个实施例的图；
[0054] 图23是表不RF天线及浮置线圈的布局相关的另一个实施例的图；
[0055] 图24是表不RF天线及浮置线圈的布局相关的另一个实施例的图；
[0056] 图25是表不RF天线及浮置线圈的布局相关的另一个实施例的图；
[0057] 图26是表不RF天线及浮置线圈的布局相关的另一个实施例的图；
[0058] 图27是表不RF天线及浮置线圈的布局相关的另一个实施例的图；
[0059] 图28是表不RF天线及浮置线圈的布局相关的另一个实施例的图；
[0060] 图29是表不RF天线及浮置线圈的布局相关的另一个实施例的图；
[0061] 图30是表不三个系统的天线线圈相关的一个实施例的图；
[0062] 图31是表示三个系统的天线线圈相关的另一个实施例的图；
[0063] 图32是表示三个系统的天线线圈相关的一