等离子体处理装置以及等离子体处理方法

专利名称：等离子体处理装置以及等离子体处理方法
技术领域：
本发明涉及一种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 等离子体处理装置以及等离子体处理方法。
背景技术：
在制造半导体元件和FPD(Flat Panel Display)过程中的蚀刻、堆积、氧化、溅射 等工艺中，为了在较低的温度下使处理气体进行良好的反应，经常利用等离子体。过去，在 这种等离子体处理中，多使用MHz区域的高频放电所产生的等离子体。作为更加具体(装 置)的等离子体生成方法，高频放电所产生的等离子体大体分为容量耦合型等离子体和感 应耦合型等离子体。一般情况下，对于感应耦合型等离子体处理装置，使用电电介质窗构成处理容器 的壁部的至少一部分(例如顶面)，向在该电电介质窗的外面所设的线圈状的RF天线供给 高频电力。处理容器构成能够减压的真空腔，在腔内的中央部配置被处理基板(例如半导 体晶片、玻璃基板等)，处理气体被导入在电电介质窗和基板之间设定的处理空间。因流经 RF天线的RF电流，在RF天线的周围产生磁力线贯通电电介质窗然后通过腔内的处理空间 的RF磁场，因该RF磁场的时间变化，在处理空间内沿着方位角方向产生感应电场。因该感 应电场，沿着方位角方向被加速的电子与处理气体的分子以及原子发生电离碰撞，生成多 纳圈状的等离子体。在腔内设置大的处理空间，这样，上述多纳圈状的等离子体就会有效地向四方 (特别是半径方向)扩散，在基板上等离子体的密度变得相当均一。但是，如果仅使用通常 的RF天线，那么，在基板上获得的等离子体密度的均一性在一般的等离子体工艺中就会不 充分。在感应耦合型等离子体处理装置中，提高基板上的等离子体密度的均一性也会左右 等离子体工艺的均一性、再现性甚至成品率，因此，它成为最重要的课题之一，此前也有几 个相关的技术提案。过去有代表性的等离子体密度均一化的技术是将RF天线分割成多段的技术。该 RF天线分割方式包括单独向各个天线段供给高频电力的第1方式(例如专利文献1)；在 带有电容器等的附加电路中改变各个天线段的阻抗，然后控制从一个高频电源被分别分配 给全部的天线段的RF电力的分割比例的第2方式(例如专利文献2)。此外，也有一种技法使用单一的RF天线，在该RF天线附近配置无源天线(专利文 献3)。该无源天线构成不从高频电源接受高频电力供给的独立线圈，其作用在于，对于RF 天线(感应天线)所产生的磁场，在减少无源天线的环内的磁场强度的同时，增加无源天线 的环外附近的磁场强度。于是，腔内的等离子体发生区域中的RF电磁场的半径方向分布就 会发生改变。专利文献1 美国专利第M01350号专利文献2 美国专利第5907221号专利文献3 特表 2005-534150
但是，在上述这种RF天线分割方式中，上述第1方式不仅需要多个高频电源，而且 需要相同数量的匹配器，高频供电部的复杂化以及明显的成本增加是其一大瓶颈。此外，在 上述第2方式中，不仅其它的天线段，等离子体的阻抗也会影响各个天线段的阻抗，因此， 仅用附加电路无法任意地确定分割比例，难以控制，并不经常使用。根据上述专利文献3所公开的使用无源天线的现有方式，因无源天线的存在，影 响RF天线(感应天线)所产生的磁场，于是，能够更改腔内的等离子体发生区域中的RF电 磁场的半径方向分布，但是，对无源天线的作用的考察、检验并不完全，无法形成使用无源 天线自由且高精度地控制等离子体密度分布的具体的装置构造。随着基板的大面积化以及元件的微细化，目前的等离子体工艺需要压力更低的高 密度且大口径的等离子体，基板上的工艺的均一性变成一个比以前更加困难的技术课题。对于这一点，在感应耦合型等离子体处理装置中，在接近RF天线的电电介质窗的 内侧呈多纳圈状生成等离子体，使该多纳圈状的等离子体朝着基板向四方扩散，但是，因腔 内的压力，等离子体扩散的方式发生变化，基板上的等离子体密度分布容易发生变化。因 此，为了在工艺程序中压力发生更改的情况下，也能保持基板上的等离子体密度的均一性， 如果不能对RF天线(感应天线)所产生的磁场进行校正，那么，就无法适应目前的等离子 体处理装置所要求的形式多样且高度的工艺性能。

发明内容
本发明就是鉴于上述的传现有技术而产生的，其目的在于，提供一种无需对等离 子体生成用的RF天线和高频供电系统进行特别的加工，使用简单的校正线圈就能自由且 精细地控制等离子体密度分布的感应耦合型等离子体处理装置以及等离子体处理方法。本发明的第1观点的等离子体处理装置具有在顶面具有电电介质窗的处理容 器；被配置在所述电电介质窗的上面的线圈状的RF天线；在所述处理容器内保持被处理基 板的基板保持部；为了对所述基板实施所需的等离子体处理，向所述处理容器内供给所需 的处理气体的处理气体供给部；为了在所述处理容器内通过感应耦合生成处理气体的等离 子体，向所述RF天线供给适合处理气体的高频放电的高频电力的高频供电部；为了控制所 述处理容器内的所述基板上的等离子体密度分布，在通过电磁感应能够与所述RF天线耦 合的位置，被配置在所述处理容器的外面的校正线圈；按照与所述RF平行的方式保持所述 校正线圈，并且可变地控制所述RF天线和所述校正线圈之间的距离间隔的天线线圈间隔 控制部。在上述第1观点的等离子体处理装置中，根据上述的构造，特别是根据配备上述 校正线圈和上述天线线圈间隔控制部的构造，当从高频供电部向RF天线供给高频电力时， 能够固定且稳定地获得校正线圈对因流经RF天线的高频电流在天线导体的周围所产生的 RF磁场的作用(在与线圈导体重叠的位置附近，局部地降低通过感应耦合所生成的核心的 等离子体的密度的作用效果)，而且，也能大致直线地控制这种校正线圈效果(局部地降低 核心的等离子体的密度的效果)的程度。这样，在基板保持部上的基板附近，能够任意且精 细地控制等离子体密度分布，也能很容易地提高等离子体工艺的均一性。本发明的第2观点的等离子体处理装置具有在顶面具有电电介质窗的处理容 器；被配置在所述电电介质窗的上面的线圈状的RF天线；在所述处理容器内保持被处理基板的基板保持部；为了对所述基板实施所需的等离子体处理，向所述处理容器内供给所需 的处理气体的处理气体供给部；为了在所述处理容器内通过感应耦合生成处理气体的等离 子体，向所述RF天线供给适合处理气体的高频放电的高频电力的高频供电部；为了控制所 述处理容器内的所述基板上的等离子体密度分布，在通过电磁感应能够与所述RF天线耦 合的位置，被配置在所述处理容器的外面的校正线圈；在所述RF天线和所述校正线圈之间 进行相对的升降移动、平行姿势、倾斜姿势或者周期性的起伏运动的操作装置。在上述第2观点的等离子体处理装置中，根据上述的构造，特别是根据在RF天线 和校正线圈之间进行相对的升降移动、平行姿势、倾斜姿势或者周期性的起伏运动的构造， 不仅能够获得与上述第1观点的等离子体处理装置同样的作用效果，而且，能够使校正线 圈效果(局部地降低核心的等离子体的密度的效果)的程度或者基板附近的等离子体密度 分布在方位角方向上的均一化更加容易以及更加精细，或者能够任意地控制它们。本发明的等离子体处理方法是在等离子体处理装置中对所述基板实施所需的等 离子体处理的等离子体处理方法，该等离子体处理装置具有在顶面具有电电介质窗的处理容器；被配置在所述电电介质窗的上面的线圈状的 RF天线；在所述处理容器内保持被处理基板的基板保持部；为了对所述基板实施所需的等 离子体处理，向所述处理容器内供给所需的处理气体的处理气体供给部；为了在所述处理 容器内通过感应耦合生成处理气体的等离子体，向所述RF天线供给适合处理气体的高频 放电的高频电力的高频供电部，在该方法中，在所述处理容器的外面，按照与所述RF天线 平行的方式配置通过电磁感应能够与所述RF天线耦合的校正线圈，保持所述校正线圈与 所述RF天线的平行，并且可变地控制所述RF天线和所述校正线圈之间的距离间隔，从而来 控制所述基板上的等离子体密度分布。在本发明的等离子体处理方法中，根据上述的技法，特别是在处理容器的外面，按 照与RF天线平行的方式配置通过电磁感应能够与RF天线耦合的校正线圈，保持校正线圈 与RF天线的平行，并且可变地控制RF天线和校正线圈之间的距离间隔，于是，当从高频供 电部向RF天线供给高频电力时，能够固定且稳定地获得校正线圈对因流经RF天线的高频 电流在线圈导体的周围所产生的RF磁场的作用(在与线圈导体重叠的位置附近，局部地降 低通过感应耦合所生成的核心的等离子体的密度的作用效果)，而且，也能大致直线地控制 这种校正线圈效果(局部地降低核心的等离子体的密度的效果)的程度。这样，在基板保 持部上的基板附近，能够任意且精细地控制等离子体密度分布，也能很容易地提高等离子 体工艺的均一性。根据本发明的等离子体处理装置或者等离子体处理方法，根据上述的构造以及作 用，无需对等离子体生成用的RF天线和高频供电部实施特别的加工，使用简单的校正线圈 就能自由且精细地控制等离子体密度分布。


图1是表示本发明的第1实施方式中的感应耦合型等离子体处理装置的构造的纵 断面图。图2A是表示一例螺旋线圈状RF天线的斜视图。图2B是表示一例同心圆线圈状RF天线的斜视图。
图3A是远离RF天线配置校正线圈时电磁场作用的一个例子的示意图。图;3B是接近RF天线配置校正线圈时电磁场作用的一个例子的示意图。图4A是远离RF天线配置校正线圈时电磁场作用的其他例子的示意图。图4B是接近RF天线配置校正线圈时电磁场作用的其他例子的示意图。图5表示改变校正线圈和RF天线的距离间隔时电电介质窗附近的处理空间中的 电流密度分布的变化。图6按步骤表示多层抗蚀法的工艺。图7表示在多层抗蚀法的多步骤的蚀刻工艺中，可变地控制校正线圈的高度位置 的方法。图8表示考虑等离子体着火性，可变地控制校正线圈的高度位置的方法。图9是表示第2实施方式中的带有固定电容器的校正线圈的构造以及RF天线的 配置关系的斜视示意图。图10是表示根据带有固定电容器的校正线圈的高度位置，感应耦合等离子体内 的半径方向的电流密度分布发生变化时的示意图。图11是表示第2实施方式中的带有可变电容器的校正线圈的构造以及RF天线的 配置关系的斜视示意图。图12是带有电容器的校正线圈的一个构造例子。图13是表示将校正线圈与电容器整体组装的一个构造例子的斜视图。图14是表示一个构造例子中的校正线圈的绕组构造的平面图。图15是配备使校正线圈旋转移动或者旋转变位的机构的一个实施例的装置构造 的纵断面图。图16A是根据图15的线圈旋转机构，校正线圈旋转移动或者旋转变位时的斜视 图。图16B是根据图15的线圈旋转机构，校正线圈旋转移动或者旋转变位时的斜视 图。图17A表示采用空冷式冷却校正线圈的实施例。图17B表示通过制冷剂冷却校正线圈的一个实施例。图18是用来使校正线圈升降移动、水平姿势、任意的倾斜姿势或者周期性起伏运 动的线圈操作机构的构造断面图。图19是表示上述线圈操作机构的安装构造的顶视图。图20表示通过三相的电动驱动器进行使校正线圈进行周期性起伏运动时的相 位-振幅的特性。图21A是表示周期性起伏运动中的各个相位的校正线圈姿势的斜视图。图21B是表示周期性起伏运动中的各个相位的校正线圈姿势的斜视图。符号说明10 腔12 基座26排气装置56 高频电源
66处理气体供给源70校正线圈72天线线圈间隔控制部90带有电容器校正线圈200线圈操作机构
具体实施例方式下面，参照附图，说明本发明的最佳实施方式。实施方式1参照图1 图8，说明本发明的第1实施方式。图1表示第1实施方式中的感应耦合型等离子体处理装置的构造。该感应耦合型 等离子体处理装置构成使用平面线圈形的RF天线的等离子体蚀刻装置，它具有例如由铝 或者不锈钢等金属制成的圆筒状真空腔(处理容器)10。腔10被安全接地。首先，说明在该感应耦合型等离子体蚀刻装置中与生成等离子体无关的各个部分 的构造。在腔10内的下部中央，载放作为被处理基板的半导体晶片W的圆板状的基座12 作为兼具高频电极的基板保持台沿着水平方向配置。该基座12例如采用铝构成，并且被从 腔10的腔底向垂直上方延伸的绝缘性筒状支承部14所支承。沿着绝缘性筒状支承部14的外周，在从腔10的腔底向垂直上方延伸的导电性筒 状支承部16和腔10的内壁之间形成环状的排气通道18，在该排气通道18的上部或者入口 安装环状的挡板20，并且在底部设置排气口 22。为了使腔10内的气流呈轴对称均勻地流 向基座12上的半导体晶片W，最好沿着圆周方向等间隔地设置多个排气口 22。各个排气口 22通过排气管M与排气装置沈连接。排气装置沈具有涡轮分子泵 等真空泵，能够将腔10内的等离子体处理空间减压至预期的真空度。在腔10的侧壁外面 安装用来开合半导体晶片W的搬入搬出口 27的闸阀观。RF偏压用的高频电源30通过匹配器32及供电棒34与基座12电气连接。该高 频电源30能够按照可变的功率输出适合控制被半导体晶片W牵引的离子能量的固定频率 (13. 56MHz以下)的高频R&。匹配器32容纳用来在高频电源30 —侧的阻抗和负荷(主 要是基座、等离子体、腔)一侧的阻抗之间保持匹配的可变电抗的匹配电路。在该匹配电路 中包括生成自偏压用的隔直流电容器。在基座12的上面设置利用静电吸附力保持半导体晶片W的静电卡盘36，在静电卡 盘36的半径方向外侧设置呈环状围绕半导体晶片W周围的聚焦环38。静电卡盘36将由导 电膜构成的电极36a夹在一对绝缘膜36b、36c之间，高压直流电源40通过开关42及电线 包皮线43与电极36a电气连接。根据从直流电源40施加的高压直流电压，能够利用静电 将半导体晶片W吸附保持在静电卡盘36上。在基座12的内部设置例如沿着圆周方向延伸的环状制冷剂室或者制冷剂流路 44。利用制冷机组(图中未示)，规定温度的制冷剂例如冷却水cw通过配管46、48被循环 供给该制冷剂室44。根据制冷剂的温度，能够控制静电卡盘36上的半导体晶片W的处理过 程中的温度。与此相关，来自传热气体供给部(图中未示)的传热气体例如氦气通过气体供给管50被供给静电卡盘36的上面和半导体晶片W的背面之间。此外，为了装载/卸载半 导体晶片W，还设置沿着垂直方向贯通基座12、且能够上下移动的升降销及其升降机构(图 中未示)等。下面，说明在该感应耦合型等离子体蚀刻装置中与生成等离子体有关的各个部分 的构造。在腔10的顶面，与基座12空出较大的距离间隔，密闭地安装例如由石英板构成的 圆形电电介质窗52。在该电电介质窗52上，通常按照线圈状的RF天线M与腔10或者基 座12同轴的方式水平配置。该RF天线M最好具有例如螺旋线圈(图2A)或者在一周内 半径固定的同心圆线圈(图2B)的方式，并且被由绝缘体构成的天线固定部件(图中未示) 固定在电电介质窗52上。等离子体生成用的高频电源56的输出端子通过匹配器58以及馈线60与RF天线 54的一端电气连接。RF天线M的另一端的图示被省略，通过地线与地电位电气连接。高频电源56能够按照可变的功率输出适合通过高频放电生成等离子体的固定频 率(13. 56MHz以上)的高频Ri^匹配器58容纳用来在高频电源56—侧的阻抗和负荷(主 要是RF天线、等离子体、校正线圈)一侧的阻抗之间保持匹配的可变电抗的匹配电路。用来向腔10内的处理空间供给处理气体的处理气体供给部具有在比电电介质 窗52略低的位置，在腔10的侧壁内部(或者外部)设置的环状歧管或者缓冲部62;沿着 圆周方向等间隔地从缓冲部62朝向等离子体生成空间的多个侧壁气体排出孔64;从处理 气体供给源66延伸至缓冲部62的气体供给管68。处理气体供给源66包括流量控制器以 及开关阀(图中未示)。为了在径向上可变地控制在腔10内的处理空间所生成的感应耦合等离子体的密 度分布，该感应耦合型等离子体蚀刻装置在腔10的顶板即电电介质窗52的上面设置的大 气压空间的天线室内配备通过电磁感应能够与RF天线M耦合的校正线圈70 ；用来将该 校正线圈70与RF天线M保持平行(即，水平)，并且可变地控制RF天线M和校正线圈 70之间的距离间隔的天线线圈间隔控制部72。校正70以及天线线圈间隔控制部72的详 细构造及作用将在后面进行说明。主控制部74例如包括微型计算机，用来控制该等离子体蚀刻装置内的各个部分， 例如排气装置26 ；高频电源30、56 ；匹配器32、58 ；静电卡盘用开关42 ；处理气体供给源66 ； 天线线圈间隔控制部72 ；制冷机组(图中未示)；传热气体供给部(图中未示)等各个操作 以及整个装置的操作(顺序)。在该感应耦合型等离子体蚀刻装置中，为了进行蚀刻，首先，使闸阀观处于打开 状态，将加工对象的半导体晶片W搬入腔10内，载放在静电卡盘36上。接着，关闭闸阀观， 然后按照规定的流量和流量比，从处理气体供给源66通过气体供给管68、缓冲部62以及侧 壁气体排出孔64，将蚀刻气体(一般是混合气体)导入腔10内，利用排气装置沈将腔10 内的压力调整至设定值。接通高频电源56，按照规定的RF功率输出等离子体生成用的高频 RFh，通过匹配器58、馈线60，向RF天线M供给高频RFh的电流。另一方面，接通高频电源 30，按照规定的RF功率输出离子牵引控制用的高频RFp通过匹配器32及供电棒34在基座 12上施加该高频R&。此外，利用传热气体供给部，向静电卡盘36和半导体晶片W之间的 接触界面供给传热气体(氦气)，同时，打开开关42，利用静电卡盘36的静电吸附力将传热气体密封在上述接触界面中。从侧壁气体排出孔64排出的蚀刻气体均勻地向电电介质窗52下面的处理空间扩 散。根据流经RF天线M的高频RFh的电流，在RF天线M的周围产生磁力线贯通电介质 窗52然后通过腔内的等离子体生成空间的RF磁场，根据该RF磁场的时间变化，在处理空 间的方位角方向上产生RF感应电场。被该感应电场沿着方位角方向加速的电子与蚀刻气 体的分子和原子发生电离撞击，生成多纳圈状的等离子体。该多纳圈状等离子体的自由基 和离子在宽阔的处理空间朝着四方扩散，自由基各向同性地降落，离子被直流偏压牵引，然 后被供给半导体晶片W的上面(被处理面)。这样，在晶片W的被处理面上，等离子体的活 性种发生化学反应和物理反应，被加工膜被蚀刻成预期的图形。该等离子体蚀刻装置如上所述，在接近RF天线M的电介质窗52的下面，呈多纳 圈状地生成感应耦合的等离子体，使该多纳圈状的等离子体在宽阔的处理空间内分散，然 后，在基座12附近(S卩，半导体晶片W上)使等离子体的密度变得平均。此处，多纳圈状等 离子体的密度依赖感应电场的强度，甚至依赖被供给RF天线M的高频RFh的功率(更准 确地讲是流经RF天线M的电流)的大小。即，高频Ri711的功率越大，多纳圈状等离子体的 密度越高，通过等离子体的扩散，基座12附近的等离子体密度整体提高。另一方面，多纳圈 状等离子体朝着四方(特别是径向)扩散的方式主要依赖腔10内的压力，压力越低，在腔 10的中心部就会聚集越多的等离子体，基座12附近的等离子体密度分布在中心部有隆起 的倾向。此外，根据被供给RF天线M的高频RFh的功率和被导入腔10内的处理气体的流 量等，多纳圈状等离子体内的等离子体密度分布有时也会发生变化。此处所说的“多纳圈状的等离子体”是指，并非局限于等离子体不在腔10的径向 内侧(中心部)，等离子体仅在径向外侧这样严密的环状等离子体，更意味着与腔10的径向 内侧相比，径向外侧的等离子体的体积或者密度更大。此外，根据处理气体所使用的气体种 类和腔10内的压力值等条件，有时也不会变成此处所说的“多纳圈状的等离子体”。在该感应耦合型等离子体蚀刻装置中，使基座12附近的等离子体密度分布沿着 径向变得均勻，利用校正线圈70对RF天线M所产生的RF磁场进行电磁场的校正，并且， 根据工艺条件(腔10内的压力等)，利用天线线圈间隔控制部72改变校正线圈70的高度 位置。下面，说明该等离子体蚀刻装置中的作为主要特征部分的校正线圈70以及天线 线圈间隔控制部72的构造及作用。校正线圈70由两端闭合的圆环状的单匝线圈或者多匝线圈构成，与RF天线M同 轴配置，且具有在径向上线圈导体位于RF天线M的内周和外周之间(最好是正中间附近) 的线圈直径。校正线圈70的材质最好是导电率高的铜系金属。本发明中所说的“同轴”是指多个线圈或者线圈的各个中心轴线相互重叠的位置 关系，它不仅包括各个线圈面或者天线面在轴向或者纵向上相互偏移的情况，也包括在同 一面上一致的情况(同心状的位置关系)。天线线圈间隔控制部72具有保持校正线圈70的绝缘性的水平支承板74 ；通过 滚珠丝杠76与该水平支承板74结合，旋转滚珠丝杠76的进给丝杠76a，改变校正线圈70 的高度位置的步进电机78 ；通过该步进电机78以及滚珠丝杠76，可变地控制校正线圈70 的高度位置的线圈高度控制部80;保持水平支承板74的水平状态，沿着上下(垂直)方向引导的引导棒82。更详细地来讲，校正线圈70通过绝缘性的线圈固定部件(图中未示)，沿着水平方 向被安装在水平支承板74上。在水平支承棒74上安装与进给丝杠76a螺合的螺母部76b， 并且也形成使引导棒82能够滑动地通过其中的贯通孔84。滚珠丝杠76的进给丝杠76a沿 着垂直方向延伸，直接或者通过减速机构(图中未示)与步进电机78的旋转轴结合。如果步进电机78工作，使进给丝杠76a旋转，那么，滚珠丝杠76的螺母部76b — 侧的水平支承板74就会沿着进给丝杠76a升降移动，校正线圈70保持与水平支承板74 — 体的水平姿势，沿着垂直方向移动。线圈高度控制部80通过主控制部74接收指示校正线 圈70的高度位置(目标值或者设定值)的信号，控制步进电机78的旋转方向以及旋转量， 控制水平支承板74的升降量，使校正线圈70的高度位置符合目标值。在图示的构造例子中，利用多个步进电机78分别单独地驱动在多处与水平支承 板74结合的多个滚珠丝杠76。作为其他的构造例子，利用一个步进电机78，通过滑轮和皮 带机构，能够同时驱动这些多个滚珠丝杠76。在本实施例中，也配备了实测校正线圈70的高度位置，然后将该实测值Si7tl反馈 给线圈高度控制部80的光栅尺84。该光栅尺84由被安装在水平支承板74上的且沿着垂 直方向延伸的刻度部86 ；以及为了采用光学方法读取该刻度部86的刻度，在腔10的本体 或者延长部上安装的刻度读取部88构成。线圈高度控制部80也能使校正线圈70的目标 高度位置与在光栅尺84中获得的实测值Si7tl —致。天线线圈间隔控制部72根据上述的构造，保持校正线圈70与水平配置的RF天线 54平行(水平)的状态，同时能够在一定的范围(例如1毫米 50毫米)内任意且精细 地改变校正线圈70与RF天线M的相对高度位置。校正线圈70的高度位置的上限值最好 设定成不会对RF天线M所产生的RF磁场产生实际影响，即设定在与没有校正线圈70时 相同的远处位置。校正线圈70的高度位置的下限值被设定成只要不接触RF天线MJiRF 天线M所产生的RF磁场的影响程度就会变得最大的接近位置。此处，说明校正线圈70的基本作用。首先，如图3A所示，当将校正线圈70的高度位置设定在上限值附近时，因流经RF 天线M的高频RFh的电流，在天线导体的周围所产生的RF磁场H形成不会受到校正线圈 70的任何影响，沿着半径方向通过电介质窗52下面的处理空间的环状的磁力线。处理空间中的磁通密度的半径方向(水平)成分Br在腔10的中心(0)和周边部 总为零，与高频RI7h的电流大小无关，在半径方向上，在与RF天线M的内周和外周的正中 间附近(以下称作“天线中央部”)重叠的位置变成极大值，高频Ri711的电流越大，其极大值 越高。因RF磁场H所生成的方位角方向的感应电场的强度分布也同样，在半径方向上变成 与磁通密度Br相同的曲线。于是，在电介质窗52的附近，与RF天线M同轴地形成多纳圈 状等离子体。该多纳圈状等离子体在处理空间中朝着四方(特别是半径方向)扩散。如上所述， 该扩散方式依赖腔10内的压力，但是，作为一个例子，有时呈现如图3A所示的曲线，在基座 12附近的径向上，电子密度(等离子体密度)在与天线中央部对应的位置相对增高(保持 极大值)，在中心部和周边部下降。在此情况下，如图:3B所示，如果将校正线圈70的高度位置下调至例如下限值附近，那么，因流经RF天线M的高频RFh的电流在天线导体的周围所产生的RF磁场H，因校 正线圈70受到电磁感应的反作用的影响。该电磁感应的反作用是违背贯通校正线圈70的 环内的磁力线(磁通)的变化的作用，在校正线圈70的环内产生感应电动势并流经电流。于是，因来自校正线圈70的电磁感应的反作用，在校正线圈70的线圈导体(特别 是天线中央部)的大致正下方的位置，电介质窗52附近的处理空间中的磁通密度的半径方 向(水平)成分Br局部减弱，于是，方位角方向的感应电场的强度也与磁通密度Br同样， 在与天线中央部对应的位置局部减弱。结果，在基座12附近，电子密度(等离子体密度) 在径向上呈现很好的均一。图3A所示的等离子体的扩散方式是一个例子，例如当压力低时，在腔10的中心部 等离子体过于集中，有时呈现如图4A所示的曲线，基座12附近的电子密度(等离子体密 度)在中心部变成相对极大的山形。在此情况下，也如图4B所示，如果将校正线圈70下调至例如下限值附近，那么，如 图所示，在与校正线圈70的线圈导体重叠的中央部位置，电介质窗52附近的处理空间中的 磁通密度的半径方向(水平)成分Br局部减弱，于是，等离子体在腔中心部的集中减弱，基 座12附近的等离子体密度在径向上呈现很好的均一。本发明人通过电磁场模拟检验了校正线圈70的上述作用。S卩，以校正线圈70与 RF天线M的相对高度位置(距离间隔)作为参数，参数值选择5毫米、10毫米、20毫米，无 限大(无校正线圈)四种，然后求出多纳圈状等离子体内部(距离上面5毫米的位置)的 半径方向的电流密度分布(相当于等离子体密度分布)，这样就获得图5所示的检验结果。在该电磁场模拟中，将RF天线M的外径(半径)设定为250毫米，校正线圈70 的内周半径以及外周半径分别设定为100毫米以及130毫米。在圆盘形状的电阻中模拟在 RF天线M下方的腔内处理空间，通过感应耦合所生成的多纳圈状的等离子体，该电阻的直 径设定为500毫米，电阻率为100欧姆厘米，表皮厚度为10毫米。等离子体生成用的高频 RFh的频率为13. 56MHz ο由图5可知，如果在通过电磁感应与RF天线M耦合的高度位置配置校正线圈70， 那么，多纳圈状等离子体内的等离子体密度在与校正线圈70的线圈导体重叠的位置(在图 示的例子中，与天线中央部重叠的位置)附近就会局部降低；以及校正线圈70越接近RF天 线M，该局部降低的程度略呈直线地增大。在本实施方式中，如上所述，按照与RF天线M同轴的方式配置校正线圈70，使校 正线圈70的线圈导体沿着径向位于RF天线M的内周和外周之间(最好与天线中央部相 向)。利用天线线圈间隔控制部72，能够保持校正线圈70与水平的RF天线M平行(水 平)，并且，能够在一定的范围(例如1毫米 50毫米)内任意且精细地改变校正线圈70 与RF天线M的相对高度位置，因此，能够在装置中实现在电磁场模拟中所检验的图5的特 性，大幅提高等离子体密度分布控制的自由度及精度。本实施方式中的感应耦合型等离子体蚀刻装置例如能够很好地应用在通过多个 步骤连续地对基板表面的多层膜进行蚀刻加工的程序中。下面，对有关图6所示的多层抗 蚀法的本发明的实施例进行说明。在图6中，在加工对象的半导体晶片W的主面，在原来的被加工膜(例如栅极用Si 膜)100的上面形成作为最底层(最终掩面)的SiN膜102，在其上面形成作为中间层的有机膜(例如碳)104，在它的上面隔着含硅的防反射膜(BARC) 106形成最顶层的光致抗蚀膜 108。在SiN膜102、有机膜104以及防反射膜106的成膜中使用CVD (化学真空蒸镀法)或 者旋转涂覆膜，在光致抗蚀膜108的图形中使用光刻胶。首先，作为第1步骤的蚀刻工艺，如图6(A)所示，以形成图形的光致抗蚀膜108作 为掩膜，蚀刻含硅防反射膜106。在此情况下，蚀刻气体使用CF4/02，腔10内的压力较低，例 如被设定在IOmTorr。其次，作为第2步骤的蚀刻工艺，如图6(B)所示，以光致抗蚀膜108以及防反射膜 106作为掩膜，蚀刻加工有机膜104。在此情况下，蚀刻气体使用氧气的单一气体，腔10内 的压力更低，例如被设定在δπι ^η·。最后，作为第3步骤的蚀刻工艺，如图6(C)、⑶所示，以被画出图形的防反射膜 106以及有机膜104作为掩膜，蚀刻加工SiN膜102。在此情况下，蚀刻气体使用CHF3/CF4/ Ar/02的混合气体，腔10内的压力较高，例如被设定在50mTorr。在上述的多步骤的蚀刻工艺中，在每个步骤中都切换全部或者部分工艺条件(特 别是腔10内的压力)，于是，在处理空间内，多纳圈状等离子体的扩散方式就会发生改变。 此处，在校正线圈70完全失去功能(通电)的情况下，那么，在第1以及第2步骤的工艺 (压力IOmTorr以下)中，如图4A所示，基座12附近的电子密度(等离子体密度)呈现在 中心部相对地明显隆起的陡峭山形的曲线，在第3步骤的工艺(压力50mTorr)中，呈现中 心部略微隆起的平缓山形的曲线。根据本实施方式，例如在工艺程序中，按照在通常的工艺条件(高频功率、压力、 气体种类、气体流量等)中添加的方法，或者按照与它们关联的方法，将校正线圈70的高度 位置设定成一个程序信息或者工艺参数。当实施上述的多步骤方式的蚀刻工艺时，主控制 部74从存储器中读出表示校正线圈70的高度位置设定值的数据，在各个步骤中通过线圈 高度控制部80，使校正线圈70的高度位置与设定值(目标值)一致。因此，在上述的多层抗蚀法的蚀刻工艺(图6)中，如图7所示，在每个步骤中切换 校正线圈70的高度位置，在第1步骤(lOmTorr)中切换成较低的设定位置Ii1、在第2步骤 (5mTorr)中切换成更低的位置Ii2、在第3步骤(50mTorr)中切换成较高的位置ti3。于是，在对一片半导体晶片W进行单一或者一系列的等离子体处理的过程中，根 据工艺条件的变更、切换或者变化，能够可变地调整校正线圈70的高度位置。这样，通过 单片等离子体工艺的全部处理时间或者全部步骤，能够任意、精细且呈直线地调节校正线 圈70对因流经RF天线M的高频RFh的电流在天线导体的周围所产生的RF磁场H的作用 (电磁场的反作用)，即在与校正线圈70的线圈导体重叠的位置附近，局部地降低多纳圈状 等离子体内的等离子体密度的效果程度(强弱)，这样，也能沿着径向保持基座12附近的等 离子体密度的均一。因此，能够提高等离子体工艺的均一性。在多步骤方式中，在未进行蚀刻工艺的期间，如图7所示，使校正线圈70的高度位 置返回与实际上没有校正线圈70的情况相等的上限值附近的原点位置HP。此外，当开始各个步骤的工艺时，即，当高频RFh的电流开始流经RF天线M时，大 的感应电流流经校正线圈70，功率难以进入等离子体一侧，等离子体的着火也变得困难。在 这种情况下，如图8所示，当开始各个步骤的工艺时，使校正线圈70退回原点位置HP，然后 使等离子体切实着火，在等离子体着火后(例如，从开始工艺后经过一定时间TS)，使其升降移动至预先设定的高度位置hn (n = 1,2,3) 0根据本发明，在等离子体处理开始前，能够恰当地采用以下的方法，使校正线圈70 充分远离RF天线54，从在腔10内等离子体着火经过规定的时间后，按照两者接近的方式， 使校正线圈70 (以及/或者RF天线54)升降移动，然后将其距离间隔调节成预先设定的值。在本实施方式中，如上所述，使用滚珠丝杠机构构成可变地调节校正线圈70与RF 天线M的间隔距离或者高度位置的天线线圈间隔控制部72。但是，例如，也可以使用旋 转体凸轮或者端面凸轮等立体凸轮机构来取代滚珠丝杠机构。即，对于详细的构造将省略 图示，但是，作为天线线圈间隔控制部72的其它实施例，也可以具有按照与RF天线讨平 行的方式保持校正线圈70的绝缘性的线圈保持体；通过具有旋转体的立体凸轮机构与该 线圈保持体结合，并且使该立体凸轮机构的旋转体旋转，然后改变校正线圈70的高度位置 的电机；控制该电机的旋转方向以及旋转量，控制校正线圈70的高度位置的线圈高度控制 部。或者，作为在天线线圈间隔控制部72中用来可变地调节校正线圈70的高度位置 的其它实施例，也可以在升降机构中使用齿条与小齿轮和活塞等非旋转型升降轴。此外，作 为升降机构的驱动源，除了电机之外，例如也可以使用气缸。在使用电机作为驱动源的情况 下，并非局限于步进电机，也可以是AC电机、DC电机、直线电机等。作为测定和反馈校正线圈70的任意的高度位置的手段，除了上述实施方式中的 光栅尺84之外，例如可以使用编码器。此外，在移动校正线圈70使其定位在规定的高度位 置的情况下，能够恰当地使用光学传感器和限位开关等位置传感器。(实施方式2)下面，参照图9 图14，说明本发明的第2实施方式。在本第2实施方式的等离子体蚀刻装置中，使基座12附近的等离子体密度分布沿 着径向变得均一，而且，利用带有电容器的校正线圈90，对RF天线M所产生的RF磁场进行 电磁场校正，同时，利用天线线圈间隔控制部72可变地控制带有电容器的校正线圈90的高 度位置。下面，说明该感应耦合型等离子体蚀刻装置中的作为主要特征部分的校正线圈90 的构造及作用。校正线圈90如图9所示，它由两端夹着缝隙(缝隙)G开口的单匝线圈或者多匝 线圈构成，在该缝隙G中设置固定电容器94。如后所述，该固定电容器94例如可以是薄膜 电容器或者陶瓷电容器这种在市场上销售的通用型产品，或者被一体地组装在校正线圈90 中的特别订购的产品或者独有产品。校正线圈90最好按照与RF天线M同轴的方式配置，并且具有在径向上线圈导体 位于RF天线M的内周和外周之间(例如，正中间附近)的线圈直径。方位角方向上的校 正线圈90的配置方向如图所示，固定电容器94的位置(S卩，缝隙G的位置)与RF天线M 的RF输入输出用的缝隙位置G重叠。校正线圈90的线圈导体的材质最好是导电率高的金 属，例如采用镀银的铜。此处，说明带有固定电容器94的校正线圈90的作用。本发明人对本实施方式的 感应耦合型等离子体蚀刻装置实施以下的电磁场模拟。S卩，以校正天线90与RF天线M的相对高度位置(距离间隔)h为参数，参数h的值选择5毫米、10毫米、20毫米，无限大(无校正线圈)四种，然后求出腔10内的多纳圈状 等离子体内部(距离上面5毫米的位置)的半径方向的电流密度分布(相当于等离子体密 度分布)，这样就在各个线圈高度位置获得图10所示的曲线。在该电磁场模拟中，将RF天线M的外径(半径)设定为250毫米，校正线圈90 的内径(半径)以及外径(半径)分别设定为100毫米以及130毫米，校正线圈90的容量 (固定电容器94的电容)设定为600pF。对于在RF天线M下方的腔内处理空间通过感应 耦合所生成的多纳圈状的等离子体，在图9所示的圆盘形状的电阻95中进行模拟，该电阻 95的直径设定为500毫米，电阻率为100欧姆厘米，表皮厚度为10毫米。等离子体生成用 的高频RFh的频率为13. 56MHz。此外，如果将校正线圈90的容量设定成无限大(相当于拆掉固定电容器94，使校 正线圈90的两端短路的情况)，在其它均与上述相同的条件下进行同样的电磁场模拟，那 么就能在各个线圈高度位置获得图5所示的曲线。如图10(a)所示，校正线圈90越接近RF天线54，多纳圈状等离子体的等离子体 密度分布就会呈现以下这种倾向仅在与校正线圈90的线圈导体重叠的位置(r = 110 130毫米)附近局部地增大，与其相比，在径向的内侧以及外侧的位置，比没有校正线圈90 时降低。如图10(b)所示可知，这种倾向随着从RF天线M远离校正线圈90逐渐减弱。而 且，如图10(c)所示可知，如果使校正线圈90适度地(h = 20毫米)远离RF天线M，那么， 以与校正线圈90的线圈导体重叠的位置(r= 110 130毫米)为界，与径向的内侧以及 外侧的区域(r = 0 110毫米)相比，外侧的区域(r = 130 250毫米)的等离子体密 度增大很多。在本实施例中，利用天线线圈间隔控制部72，能够保持校正线圈90与水平的RF天 线M平行(水平)，并且，能够在一定的范围(例如1毫米 50毫米)内任意且精细地改 变校正线圈90与RF天线M的相对高度位置，因此，能够在装置中实现通过电磁场模拟所 检验的图10的特性，大幅提高等离子体密度分布控制的自由度及精度。在该第2实施方式中，也可以使用可变电容器96置换固定电容器94。在此情况 下，如图11所示，也配备用来可变地控制可变电容器96的电容的容量可变机构98。可变电 容器96例如可以是可变电容器或者变容二极管这种在市场上销售的通用型产品，或者被 一体地组装在校正线圈90中的特别订购的产品或者独有产品。容量可变机构98由在校正线圈90的环内设置的上述可变电容器96 ；以及根据典 型的机械驱动机构或电气驱动电路可变地控制该可变电容器96的电容的容量控制部100 构成。对于可变电容器96的容量，容量控制部100利用主控制部74，通过控制信号&接 收容量设定值或者基于容量设定值的程序信息或者工艺参数等。而且，作为线圈容量可变 控制用的监测信号或者反馈信号，容量控制部100从Vpp检测器102(图1)接收表示被输入 RF天线M之前的高频电压的峰值Vpp的信号SVPP，从线圈电流测定器104接收表示流经校 正线圈90的感应电流Iind的电流值(有效值)的信号SIIND。也可以使用RF电流计105测 定流经RF天线M的天线电流(RF电流)Ief的电流值(有效值)，将该测定值SIkf提供给 容量控制部100。为了测定匹配器58的输出电压的峰值VPP，Vpp检测器102可以利用匹配 器58中的常备检测器。作为一例，线圈电流测定器104由电流传感器106 ；以及根据该电流传感器106的输出信号计算线圈电流Iind的电流值(有效值)的线圈电流测定电路108 构成。容量控制部100最好包括微型计算机，例如，也能预先将电流比IIND/IKF或者Vpp的 线圈容量依赖特性映射在表格存储器中，根据从主控制部74传送的容量设定值(目标值) 或者工艺程序或工艺参数等信息，通过使用上述电流监测部或者Vpp监测部的反馈控制等， 选择或者动态地改变最适合该工艺的可变电容器74的电容。这样，通过分别独立地可变地控制带有可变电容器96的校正线圈90的高度位置 以及容量，这样就能进一步提高等离子体密度分布控制的自由度及精度。图12以及图13表示带有电容器的校正线圈90的构造例子。图12所示的构造例 子是在校正线圈90中形成一个缝隙G，在此处安装市场上销售的双端子型电容器(94、96)。 图13所示的构造例子是将校正线圈90的缝隙G直接用作固定电容器94的电极间缝隙的 例子。也可以在该缝隙G中插入介质薄膜(图中未示)。在该构造例子中，隔着缝隙G相向 的线圈导体的一对开放端部构成电容器电极。该电容器电极如图15B所示，一体地安装朝 着上方(或者横向)延伸的扩张部120，这样也能将电极面积调整成任意的大小。此外，也可以设置多个校正线圈90。例如，如图14所示，也可以呈同心圆状并列地 配置线圈直径各异的独立的两个校正线圈90A、90B。作为其它的构造例子，省略了图示，但是，也可以呈同轴状并列地配置高度位置各 异的独立的多个校正线圈90A、90B........(其它实施方式)有关本发明的校正线圈周围的构造或者功能的其它实施方式如图15所示，能够 恰当地配备用来在与RF天线M同轴上的位置使带有电容器的校正线圈90旋转驱动或者 旋转变位的线圈旋转机构180。该线圈旋转机构180具有按照与RF天线M同轴的方式 水平地保持校正线圈90的绝缘性的基板保持板182 ；通过垂直的旋转轴184与该基板保持 板182的中心部结合的步进电机186 ；通过该步进电机186，控制校正线圈90的旋转方向、 旋转速度或者旋转角的旋转控制部188。也可以在步进电机186和旋转轴184之间设置减 速机构(图中未示)。地线阳电气连接RF天线M的另一端(高频输出端)的地电位。根据本实施例，配备上述构造的线圈旋转机构180，如图16A以及图16B所示，使校 正线圈90围绕其中心轴线N旋转，这样就能任意地控制或者选择旋转方向、旋转速度、旋转 角、往复运动等。例如，在校正线圈90对与RF天线M甚至腔10内的等离子体的电磁场作用方面， 缝隙G附近形成空间的奇点，在此情况下，利用线圈旋转机构180使校正线圈90按照一定 的速度连续地旋转，这样就能在旋转方向上使奇点的位置平均，形成无缝隙的两端闭合的 校正线圈。此外，有时较大的感应电流(有时是流经RF天线的电流以上的电流)流经本发明 的校正线圈，留意校正线圈的发热也很重要。根据这种观点，如图17A所示，能够在校正线圈90附近设置空冷风扇，然后设置采 用空冷式制冷的线圈冷却部。或者，如图17B所示，优选采用中空的铜管构成校正线圈90， 向其中间供给制冷剂，然后防止校正线圈90过热的线圈冷却部。图14 图17B所示的实施例是带有电容器的校正线圈90，但是，没有电容器的校正线圈70也能够应用同样的构造。有关本发明的校正线圈周围的构造或者功能的其它实施方式如图18所示，在腔 10的顶板(电介质窗)52的上面的天线室内，能够恰当地配备线圈操作机构200，它不仅能 够进行校正线圈70(90)的升降移动，而且能够进行水平姿势及任意的倾斜姿势以及周期 性的起伏运动。该线圈操作机构200具有沿着旋转方向按照一定的间隔，通过绝缘体的接头 202A、202B、202C与校正线圈70(90)结合的棒状线圈支承轴202A、202B、202C、沿着垂直方 向使这些线圈支承轴204A、204B、204C伸缩或者进退移动的直动式电动驱动器206A、206B、 206C。电动驱动器206A、206B、206C在顶板(电介质窗)52上方，在水平架设的环状支承 板208上按照120度的间隔被安装在圆周上。此处，支承板208通过例如与腔10结合的环 状凸缘部210、在该凸缘部210上按照90度的间隔被安装在圆周上的4根柱子部件212、以 及连接这些柱子部件212和支承板208的水平梁部214固定在腔10上，电动驱动器206A、206B、206C在主控制部74的控制下，能够分别按照任意的时间、 速度以及行程独立地进行线圈支承轴202A、202B、202C的进退移动。接头202A、202B、202C 具有能够追从校正线圈70(90)的倾斜姿势的关节功能，减少当校正线圈70(90)改变姿势 时所产生的应力。在该线圈操作机构200中，通过调节线圈支承轴204A、204B、204C的行程量(升降 量)，不仅能够使校正线圈70 (90)形成与RF天线M的平行姿势，也能形成按照任意的角度 以及任意的方向的倾斜姿势。如图20所示，电动驱动器206A、206B、206C以及线圈支承轴204A、204B、204C按 照一定的相位间隔以及相同的振幅周期性地进退移动，这样也能使校正线圈70(90)进行 图21A以及图21B所示的周期性的起伏运动。在图中，“A”、“B”、“C”分别表示线圈支承轴 202A、202B、202C。在图示的例子中，线圈支承轴204A、204B、204C的相位间隔为120度，振 幅为士 15毫米。此外，通常如本例所示，采用三相驱动，但是，在采用四相驱动的情况下，相 位间隔变成90度。在该周期性的起伏运动中，校正线圈70 (90)的中心0固定或者静止在高度基准值 (零)的相同位置，校正线圈70(90)的最高+15毫米的顶部位置HP和最低的-15毫米的底 部位置LP在点对称的位置相向，并且沿着旋转方向按照一定的速度连续地移动，似乎是保 持一定的倾斜姿势，呈波状旋转。图21A以及图21B中的直线BL表示通过校正线圈70(90) 的底部位置LP的水平线，在同一平面内周期性地旋转移动。在图中，标注“A”、“B”、“C”的数 值表示该支承轴202A、202B、202C此时的振幅值。例如，“+7. 5”是+7. 5毫米，“_15”是-15 毫米。在上述的周期性起伏运动中，使线圈支承轴202A、202B、202C的行程量(升降量) 各不相同，这样也能改变校正线圈70(90)的中心0、顶部位置HP以及底部位置LP的高度。通过使校正线圈70(90)进行上述的周期性的起伏运动，这样，就能使校正线圈效 果(局部地降低核心的等离子体密度的效果)的程度或者基板附近的等离子体密度分布在 方位角方向上的均一化更加容易和更加精细，或者能够任意地控制它们。在图18的构造例子中，固定了 RF天线M，但是，对于RF天线54，也设置与上述线圈操作机构200同样构造的天线操作机构(图中未示)，这样也能使RF天线M进行升降移 动、水平姿势、任意的倾斜姿势或者周期性的起伏运动。上述实施方式中的感应耦合型等离子体蚀刻装置的构造是一个例子，当然，等离 子体生成机构的各个部分以及与等离子体生成没有直接关系的各个部分的构造也能进行 各种各样的变形。例如，作为RF天线M以及校正线圈70的基本方式，也可以是平面形状以外的圆 顶形状等。也可以在腔10的顶面以外的地方设置，例如，在腔10的侧壁外面设置的螺旋形。此外，也可以是对于矩形的被处理基板的腔构造、矩形的RF天线构造、矩形的校 正线圈构造。此外，也可以采用在处理气体供给部中，从顶面向腔10内导入处理气体的构造， 也可以采用不在基座12上施加直流偏压控制用的高频的方式。另一方面，使用多个RF 天线或者天线段，分别从多个高频电源或者高频供电系统单独地向这些多个RF天线(或 者天线段)供给等离子体生成用的高频电力，本发明也能应用在这种方式的等离子体装置 中。本发明的感应耦合型等离子体处理装置或者等离子体处理方法并非局限于等离 子体蚀刻的技术领域，也能应用在等离子体CVD、等离子体氧化、等离子体氮化、溅射等其它 等离子体工艺中。此外，本发明中的被处理基板并非局限于半导体晶片，也可以是平板显示 器用的各种基板、光掩膜、CD基板、印刷基板等。18
权利要求
1.一种等离子体处理装置，其特征在于，它包括 在顶面具有电介质窗的处理容器；被配置在所述电电介质窗的上面的线圈状的RF天线； 在所述处理容器内保持被处理基板的基板保持部；为了对所述基板实施所需的等离子体处理，向所述处理容器内供给所需的处理气体的 处理气体供给部；为了在所述处理容器内通过感应耦合生成处理气体的等离子体，向所述RF天线供给 适合处理气体的高频放电的高频电力的高频供电部；为了控制所述处理容器内的所述基板上的等离子体密度分布，在通过电磁感应能够与 所述RF天线耦合的位置，被配置在所述处理容器的外面的校正线圈；和在将所述校正线圈保持与所述RF天线平行的同时，对所述RF天线和所述校正线圈之 间的距离间隔进行可变控制的天线线圈间隔控制部。
2.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述RF天线被配置在所述电 电介质窗的上面，所述天线线圈间隔控制部通过使所述RF天线或者所述校正线圈两者中的至少一个升 降移动来改变其高度位置。
3.如权利要求2所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述天线线圈间隔控制部具有将所述校正线圈保持与所述RF天线平行的绝缘性的线圈保持体； 通过滚珠丝杠机构与所述线圈保持体结合，使所述滚珠丝杠机构的进给丝杠旋转，从 而来改变所述校正线圈的高度位置的电机；通过控制所述电机的旋转方向以及旋转量来控制所述校正线圈的高度位置的线圈高 度控制部。
4.如权利要求2所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述天线线圈间隔控制部具有将所述校正线圈保持与所述RF天线平行的绝缘性的线圈保持体； 通过具有旋转体的立体凸轮机构与所述线圈保持体结合，使所述立体凸轮机构的旋转 体旋转，从而来改变所述校正线圈的高度位置的电机；和通过控制所述电机的旋转方向以及旋转量来控制所述校正线圈的高度位置的线圈高 度控制部。
5.一种等离子体处理装置，其特征在于，它具有 在顶面具有电电介质窗的处理容器；被配置在所述电电介质窗的上面的线圈状的RF天线； 在所述处理容器内保持被处理基板的基板保持部；为了对所述基板实施所需的等离子体处理，向所述处理容器内供给所需的处理气体的 处理气体供给部；为了在所述处理容器内通过感应耦合生成处理气体的等离子体，向所述RF天线供给 适合处理气体的高频放电的高频电力的高频供电部；为了控制所述处理容器内的所述基板上的等离子体密度分布，在通过电磁感应能够与所述RF天线耦合的位置，被配置在所述处理容器的外面的校正线圈；和在所述RF天线和所述校正线圈之间进行相对的升降移动、平行姿势、倾斜姿势或者周 期性的起伏运动的操作装置。
6.权利要求1 5中任意一项所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述校正线圈采 用两端闭合的单匝线圈或者多匝线圈构成，并被配置成与所述RF天线同轴，而且在径向上 具有线圈导体位于所述RF天线的内周和外周之间的线圈直径。
7.如权利要求1 5中任意一项所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述校正线圈 采用两端开放的单匝线圈或者多匝线圈构成，在所述校正线圈的两个开放端之间设有电容器。
8.如权利要求7所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述校正线圈被配置成与所 述RF天线同轴，并且具有在径向上线圈导体位于所述RF天线的内周和外周之间的线圈直径。
9.如权利要求1 8中任意一项所述的等离子体处理装置，其特征在于，具有用来冷却 所述校正线圈的线圈冷却部。
10.一种等离子体处理方法，其特征在于，它是在等离子体处理装置中对所述基板实施 所需的等离子体处理的等离子体处理方法，该等离子体处理装置具有在顶面具有电电介质窗的处理容器；被配置在所述电电介质窗的上面的线圈状的RF 天线；在所述处理容器内保持被处理基板的基板保持部；为了对所述基板实施所需的等离 子体处理，向所述处理容器内供给所需的处理气体的处理气体供给部；为了在所述处理容 器内通过感应耦合生成处理气体的等离子体，向所述RF天线供给适合处理气体的高频放 电的高频电力的高频供电部，其中在所述处理容器的外面，将通过电磁感应能够与所述RF天线耦合的校正线圈与所述 RF天线平行配置，在将所述校正线圈与所述RF天线保持平行的同时，对所述RF天线和所述校正线圈之 间的距离间隔进行可变控制，从而来控制所述基板上的等离子体密度分布。
11.如权利要求10所述的等离子体处理方法，其特征在于，在对一枚被处理基板实施 的等离子体处理过程中，根据工艺条件的更改、变化或者切换，对所述RF天线和所述校正 线圈之间的距离间隔进行可变控制。
12.如权利要求11所述的等离子体处理方法，其特征在于，在等离子体处理开始前，使 所述校正线圈充分地远离所述RF天线，在所述处理容器内，从等离子体着火经过规定的时 间后，按照使所述校正线圈相对地接近所述RF天线的方式，使两者中的至少一个移动，将 所述距离间隔调整成预先设定的值。
全文摘要
本发明提供一种在感应耦合型的等离子体工艺中，使用简单的校正线圈自如且精细地控制等离子体密度分布的等离子体处理装置。该感应耦合型等离子体处理装置在接近RF天线54的电介质窗52的下面，呈多纳圈状生成感应耦合的等离子体，使该多纳圈状的等离子体在宽阔的处理空间内分散，然后，在基座12附近(即，半导体晶片W上)使等离子体的密度变得平均。使基座12附近的等离子体密度分布在径向上变得均一，并且通过校正线圈70对RF天线54所产生的RF磁场进行电磁场的校正，同时，根据腔10内的压力，利用天线线圈间隔控制部72改变校正线圈70的高度位置。
文档编号H01J37/32GK102054649SQ20101052496
公开日2011年5月11日 申请日期2010年10月27日 优先权日2009年10月27日
发明者传宝一树, 山泽阳平, 山涌纯, 舆水地盐, 饭塚八城, 齐藤昌司 申请人:东京毅力科创株式会社