等离子体处理装置和等离子体处理方法

专利名称：等离子体处理装置和等离子体处理方法
技术领域：
本发明涉及一种在被处理基板上实施等离子体处理的技术，特别是涉及一种感应结合型的等离子体处理装置和等离子体处理方法。
背景技术：
在半导体设备或者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，为了使处理气体在较低的温度下能够进行良好的反应，经常使用等离子体。一直以来，在这种等离子体处理中，多使用通过MHz区域的高频放电产生的等离子体。通过高频放电产生的等离子体，作为更具体的(装置的)等离子体生成方法，大致可分成容量结合型等离子体和感应结合型等离子体。一般地，在感应结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)，且向设置在该电介质窗外的线圈形状的RF天线供给高频电力。处理容器形成为能够减压的真空腔室，在腔室内的中央部配置有被处理基板(例如半导体晶片、玻璃基板等)，向设置在电介质窗和基板之间的处理空间中导入处理气体。由于RF天线中流有高频电流，所以磁力线贯穿电介质窗在RF天线周围会产生通过腔室内处理空间的高频的交流磁场，由于该交流磁场随时间变化，所以在处理空间内的方位角方向上会产生感应电场。并且，由于该感应电场而在方位角方向上被加速的电子与处理气体的分子或原子产生电尚碰撞，从而生成环状的等尚子体。通过在腔室内设置较大的处理空间，使上述环状的等离子体可向四周(尤其是半径方向)高效地扩散，所以基板上的等离子体密度相当均匀。然而，仅使用通常的RF天线，基板上所能得到的等离子体密度的均匀性在大部分等离子体工艺中是不充分的。在等离子体工艺中，由于工艺的均匀性、再现性左右生产的成品率，因此提高基板上的等离子体密度的均匀性或是可控性成为最重要的课题之一。在感应结合型等离子体处理装置中，在腔室内的电介质窗附近产生的环状等离子体内的等离子体密度分布特性(分布图)是非常重要的，该重要的等离子体密度分布的分布图左右在扩散后的基板上获得的等离子体密度的分布特性(尤其是均匀性)。关于这一点，作为提高径向上等离子体的均匀性的方法，将RF天线分割成线圈直径不同的多个圆环状线圈的方式被多次提出。这种RF天线的分割方式包括多个圆环状线圈串联连接的第一方式(例如专利文献I)，和多个圆环状线圈并联连接的第二方式(例如专利文献2)。在先技术文献专利文献I美国专利第5800619号专利文献2美国专利第6164241号

发明内容
发明所要解决的问题、
在如上所述的现有的RF天线分割方式中，由于第一方式中RF天线的总的线圈长度为汇总了全部线圈的大的长度，所以RF天线内的电压下降较大以致不可忽视，并且由于波长效应，RF天线的RF输入端附近容易形成具有电流波节部的常在波。因此，上述第一方式不论是在径向还是在周向上都难以得到均匀的等离子体密度分布，不适于需要大口径等离子体的等离子体エ艺。另ー方面，上述第二方式中，由高频供电部向RF天线供给的RF电流，相对较多地流入RF天线内线圈直径小(也就是阻抗小)的内侧线圈，只有相对较少量流入线圈直径大(也就是阻抗大)的外侧线圈，腔室内产生的等离子体的密度在径向的中心部较高而在周边部容易变低。因此，上述第二方式在RF天线内的各线圈附件(连接)了阻抗调整用的可变电容器，用于调节各线圈内流动的RF电流比。但是，该RF电流比的可变范围是有限的。因此，精细地控制基板保持部上的基板附近的等离子体的密度分布比较困难。为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种能够精细控制环状等离子体内的等离子体密度分布，进而精细控制基板保持部上的基板附近的等离子体密度分布的感应结合型等离子体处理装置和等离子体处理方法。根据本发明第一方面的等离子体处理装置包括具有电介质窗的处理容器；在所述处理容器内保持被处理基板的基板保持部；处理气体供给部，其向所述处理容器内供给期望的处理气体，以用于对所述基板实施期望的等离子体处理；设置在所述电介质窗外的RF天线，其用于在所述处理容器内，通过感应结合生成处理气体的等离子体；和高频供电部，其向所述RF天线供给适合于所述处理气体的高频放电的频率的高频电力，所述RF天线具有分别在径向隔开间隔相对地配置在内侧和外側，并在设置于所述高频供电部的高频传送路径上的第一节点和第二节点之间并联电连接的内侧线圈和外侧线圈，在从所述第一节点到所述第二节点将各个高频分支传送路径ー笔旋绕画成的情况下，使通过所述内侧线圈时的方向和通过所述外侧线圈时的方向在周向上相反，在所述第一节点和所述第二节点之间，设置有与所述内侧线圈或所述外侧线圈中的任一个串联电连接的第一电容器。在基于上述第一方面的等离子体处理装置中，如果由高频供电部向RF天线供给高频电力，则通过分别在RF天线的各部即内侧线圈和外侧线圈中流动的高频电流在各线圈周围产生RF磁场，在处理容器内形成供给处理气体的高频放电即环状等离子体生成的感应电场。在该等离子体处理装置中，相对于高频供电部，内侧线圈和外侧线圈相互逆向连接，并且通过调节第一电容器和与其串联电连接的线圈的合成阻抗，尤其是电抗，控制该线圈内的电流的方向和大小，进而控制环状等离子体内等离子体的密度分布。特别地，能够将与第一电容器串联连接的线圈中流动的电流控制成与其它线圈中流动的电流同向且充分小的电流量，从而能够精细地控制环状等离子体内的等离子体密度分布，进而控制基板上的等离子体密度分布。根据本发明的第二方面的等离子体处理装置包括具有电介质窗的处理容器；在所述处理容器内保持被处理基板的基板保持部；处理气体供给部，其向所述处理容器内供给所期望的处理气体，以用于对所述基板实施期望的等离子体处理；设置在所述电介质窗外的RF天线，其用于在所述处理容器内通过感应结合生成处理气体的等离子体；和高频供电部，其向所述RF天线供给适合于所述处理气体的高频放电的频率的高频电カ，所述RF天线具有分别在径向隔开间隔相对地配置在内侧、中间和外侧，并在设置于所述高频供电部的高频传送路径上的第一节点和第二节点之间并联电连接的内侧线圈、中间线圈和外侧线圈，在从所述第一节点到所述第二节点将各个高频分支传送路径一笔旋绕画成的情况下，使通过所述中间线圈时的方向与分别通过所述内侧线圈和所述外侧线圈时的方向在周向上相反，在所述第一节点与所述第二节点之间设置有与所述中间线圈串联电连接的第一电容器。另外，本发明的等离子体处理方法为在等离子体处理装置中对基板实施所期望的等离子体处理的等离子体处理方法，所述等离子体处理装置包括具有电介质窗的处理容器；在所述处理容器内保持被处理基板的基板保持部；处理气体供给部，其向所述处理容器内供给期望的处理气体，以用于对所述基板实施期望的等离子体处理；设置在所述电介质窗外的RF天线，用于在所述处理容器内通过感应结合生成处理气体的等离子体；和高频供电部，其向所述RF天线供给适合于所述处理气体的高频放电的频率的高频电力，所述等离子体处理方法的特征在于，包括将所述RF天线分割成，分别在径向上隔开间隔相对地 配置在内侧、中间和外侧，并在设置于所述高频供电部的高频传送路径上的第一节点和第二节点之间并联电连接的内侧线圈、中间线圈和外侧线圈，连接所述内侧线圈、中间线圈和所述外侧线圈，以使得在从所述第一节点到所述第二节点将各个高频分支传送路径一笔旋绕画成的情况下，使通过中间线圈时的方向与分别通过所述内侧线圈和所述外侧线圈时的方向在周向上相反，在所述第一节点和所述第二节点之间设置与所述中间线圈串联电连接的第一可变电容器，对所述第一可变电容器的静电电容进行选择或者进行可变控制，来控制所述基板上的等离子体密度分布。在根据上述第二方面的等离子体处理装置或者上述等离子体处理方法中，如果由高频供电部向RF天线供给高频电力，贝U通过分别在RF天线的各部即内侧线圈、中间线圈和外侧线圈中流动的高频电流，在各线圈的周围产生RF磁场，在处理容器内形成供给处理气体高频放电即环状等离子体生成的感应电场。在该等离子体处理装置中，相对于高频供电部，使内侧线圈和外侧线圈顺向接线，并使中间线圈逆向接线，通过调节中间线圈和第一电容器的合成阻抗，尤其是调节电抗，控制该线圈内的电流的流向或者大小，进而能够多样化并且精细地控制环状等离子体内的等离子体密度分布。特别地，能够将流入中间线圈的电流控制成与分别流入内侧线圈和外侧线圈的电流在周向上方向相同且充分小的电流量，从而能够多样化并精细地控制环状等离子体内的等离子体密度分布，进而控制基板上的等离子体密度分布。发明效果根据本发明的等离子体处理装置或者等离子体处理方法，通过上述结构及作用，能够多样化并且精细地控制处理容器内通过感应结合生成的环状等离子体内的等离子体密度分布，进而控制基板上的等离子体密度分布。


图I表示本发明的一个实施方式的感应结合型等离子体处理装置的结构的纵剖面图。图2表示实施方式的RF天线的基本布局结构和电连接结构的立体图。
图3是与图2的结构对应的电连接图。图4A表示实施方式的在实验中使用的RF天线的布局结构和电连接结构的图。图4B是上述实验中选择的线圈电流的组合中的ー种的图。图4C是以图4B的线圈电流的组合所获得的环状等离子体的拍摄图像的图。图5A表示用于说明实施方式的中间电容器的功能的静电电客-合成电抗特性的曲线图。图5B表示用于说明实施方式的中间电容器的功能的静电电容-标准化电流特性的曲线图。
图6表示实施方式的一个变形例子的RF天线的布局结构和电连接结构的图。图7为其它实施例的RF天线的布局结构和电连接结构的图。图8为其它实施例的RF天线的布局结构和电连接结构的图。图9A为其它实施例的RF天线的布局结构和电连接结构的图。图9B是图9A的实施例的一个变形例的图。图IOA为其它实施例的RF天线的布局结构和电连接结构的图。图IOB是图IOA的实施例的一个变形例的图。符号说明10 腔室12 基座26 排气装置52 电介质窗54 RF 天线58 内侧线圈60 中间线圈62 外侧线圈66 高频供电部70 接地线72 等离子体生成用的高频电源74 匹配器80 处理气体供给源84 主控制部86 中间电容器88 外侧电容器90 容量可变部
具体实施例方式以下，參照

本发明的最佳实施方式。(装置的整体结构和作用)图I表示本发明的一种实施方式的感应结合型等离子体处理装置的结构。这种等离子体处理装置构成为利用平面线圈形RF天线的感应结合型等离子体蚀刻装置，例如具有用铝或者不锈钢等金属制成的圆筒型真空腔室(处理容器)10。腔室10被安全接地。首先，说明该感应结合型等离子体蚀刻装置中与生成等离子体无关的各部的结构。用于载置被处理基板例如半导体晶片W的圆板状基座12，作为兼作高频电极的基板保持台被水平地配置在腔室10内的下部中央。该基座12例如由铝制成，并被支撑于从腔室10的底部垂直向上方延伸的绝缘性筒状支撑部14。沿绝缘性筒状支撑部14的外周、在与从腔室10的底部垂直向上方延伸的导电性的筒状支撑部16与腔室10的内壁之间形成有环状的排气路18，在该排气路18的上部或者入口处安装有环状的挡板20，并且在底部设置有排气口 22。为了使腔室10内的气流相对于基座12上的半导体晶片W轴对称地均匀分布，优选在周向上等间隔地设置多个排气口 22 的结构。各排气口 22经由排气管24与排气装置26连接。排气装置26具有涡轮分子泵等的真空泵，能够将腔室10内的等离子体处理空间减压到所期望的真空度。在腔室10的侧壁外安装有开闭半导体晶片W的出入口 27的闸阀28。基座12经由匹配器32和供电棒34与RF偏压用高频电源30电连接。该高频电源30能够以可变功率输出适于控制向半导体晶片W引入的离子的能量的一定频率(通常
13.56MHz以下)的高频RFp匹配器32收纳有用于在高频电源30侧的阻抗和负载(主要是基座，等离子体，腔室)侧的阻抗之间进行调整的电抗可变的匹配电路。该匹配电路中包括自身偏压生成用的极间耦合电容器。基座12的上面设置有以静电吸附力来保持半导体晶片W的静电卡盘36，在静电卡盘36的半径方向的外侧设置有环状包围半导体晶片W的周围的聚焦环38。静电卡盘36是在一对绝缘膜36b、36c之间夹持有由导电膜形成的电极36a的部件，高压直流电源40经由开关42和包覆线43与电极36a电连接。通过由直流电源40施加的高压直流电压，能够以静电力将半导体晶片W吸附保持在静电卡盘36上。在基座12的内部设置有例如沿周向延伸的环状制冷机室或者制冷剂流路44。该制冷剂室44中，由冷却装置(未图示)经由配管46、48循环供给规定温度的制冷剂，例如冷却水cw。能够通过冷却水cw的温度控制静电卡盘36上的半导体晶片W的处理中的温度。与之相关，来自于导热气体供给部(图中未示出)的导热气体例如He气体经由气体供给管50倍供给到静电卡盘36的上表面与半导体晶片W的背面之间。另外，为了半导体晶片W的载入/卸载，设置有在垂直方向上贯通基座12且能够上下移动的升降销和升降机构(未图示)。下面，说明该感应结合型等离子体蚀刻装置中与等离子体生成相关的各部的结构。腔室10的顶部或者顶板被设置成与基座12隔开比较大的距离间隔，作为该顶板，气密地安装有例如由石英板形成的圆形的电介质窗52。在该电介质窗52之上，与腔室10一体地设置有天线室56，该天线室56与外部电磁屏蔽地收纳有用于在腔室10内生成感应结合的等离子体的RF天线54。RF天线54与电介质窗52平行且具有分别在径向上隔开间隔地配置在内侧、中间和外侧的内侧线圈58、中间线圈60和外侧线圈62。该实施方式中的内侧线圈58、中间线圈60和外侧线圈62分别具有圆环状的线圈形体，互相同轴(优选为同心状)地进行配置，并且相对于腔室10或者基座12同轴地配置。此外，本发明中所谓“同轴”，是指具有轴对称形状的多个物体之间，各自的中心轴线相互重合的位置关系，关于多个线圈，不仅包括与各个线圈面在轴方向上相互偏移的情况，还包括在同一平面上一致的情况(同心状的位置关系)。内侧线圈58、中间线圈60和外侧线圈62在来自等离子体生成用的高频供电部66的高频供电线68与连至接地电位部件的回程线70之间(2个节点Na、Nb之间)并联电连接。这里，回程线70是接地电位的接地线，与保持接为接地电位的接地电位部件(例如腔室10或者其它部件)电连接。在接地线70侧的节点Nb与中间线圈60和外侧线圈62之间，分别串联电连接(插入)有可变电容器86、88。这些可变电容器86、88在主控制部84的控制下通过容量可变部90可在一定范围内彼此独立地并且任意地改变。以下，在节点NA、Nb之间，与内侧线圈58串联连接的电容器称为“内侧电容器”，与中间线圈60串联连接的电容器称为“中间电容器”，与外侧线圈62串联连接的电容器称为“外侧电容器”。高频供电部66具有高频电源72和匹配器74。高频电源72能够以可变功率输出适于通过感应结合的高频放电生成等离子体的一定频率(通常13. 56MHz以下)的高频RFh。匹配器74收纳有用于在高频电源72侧的阻抗和负载(主要是RF天线，等离子体)侧的阻抗之间进行调整的电抗可变的匹配电路。用于向腔室10内的处理空间供给处理气体的处理气体供给部包括在比电介质窗52稍微低的位置在腔室10的侧壁中(或者外)设置的环状歧管或者缓冲部76 ;以在周向上等间隔方式的设置的、从缓冲部7开始面对等离子体生成空间的多个侧壁气体排出孔78 ;和从处理气体供给源80延伸到缓冲部76的气体供给部82。处理气体供给源80包括流量控制器和开闭阀(未图出)。主控制部84例如包括微型计算机，控制该等离子体蚀刻装置内的各部例如排气装置26、高频电源30、72、匹配器32、74、静电卡盘用的开关42、可变电容器86、88、处理气体供给源80、冷却装置(未图出)、导热气体供给部(未图出)等的各个的动作和装置整体的动作(顺序)。在该感应结合型的等离子体蚀刻装置中，在进行蚀刻时，首先使闸阀28处于打开状态，将加工对象的半导体晶片W搬入到腔室10内，并载置在静电卡盘36上。接着，关闭闸阀28后，由处理气体供给源80经由气体供给管82、缓冲部76和侧壁气体排出孔78将蚀刻气体(一般为混合气体)按规定流量和流量比导入到腔室10内，通过排气装置26使腔室10内的压カ保持在设定值。进而，将高频供电部66的高频电源72导通，以规定的RF功率输出等离子体生成用的高频RFH，经由匹配器74、RF供电线68以和回程线70向RF天线54的内侧线圈58、中间线圈60和外侧线圈62供给高频RFh电流。另ー方面，将高频电源30导通，以规定的RF功率输出离子引入控制用的高频R匕，经由匹配器32和供电棒34将该高频R匕施加到基座12。而且，由导热气体供给部向静电卡盘36与半导体晶片W之间的接触界面供给导热气体(He气体)，并且将开关42导通，通过静电卡盘36的静电吸附カ将导热气体封闭在上述接触界面内。 在腔室10内，从侧壁气体排出孔78排出的蚀刻气体向电介质窗52下方的处理空间扩散。通过流经RF天线54的各线圈58、60、62的高频RFh的电流而在这些线圈周围产生的磁力线(磁通量)贯通电介质窗52而横穿腔室10内的处理空间(等离子体生成空间)，在处理空间内产生方位角方向的感应电场。由于该感应电场而在方位角方向上被加速的电子与蚀刻气体的分子或原子产生电尚碰撞，从而生成环状的等尚子体。该环状等离子体的自由基或离子在处理空间中向四方扩散，自由基等方向地纷纷而降，离子被直流偏压吸引，被供给到半导体晶片W的上表面(被处理面)。这样，在半导体晶片W的被处理面上，等离子体活性种进行化学反应和物理反应，被加工膜被蚀刻成期望的图案。在此，“环状的等离子体”，在等离子体腔室10内，不限于等离子体不在径向内侧(中心部)停留而仅在径向外侧停留的严格的环状等离子体，而是指相较于腔室10的径向的内侧，径向外侧的等离子体的体积或密度更大。另外，根据使用于处理气体的气体的种类 和腔室10内的压力值等的条件，也存在着不能形成这里所说的“环状的等离子体”的情况。该感应结合型等离子体蚀刻装置,通过使RF天线54的内侧线圈58、中间线圈60和外侧线圈62形成如以下说明的那样的特殊电连接结构，进而，通过在RF天线54中附加电容器(图I例子中的可变电容器86、88)的结构，而能够有效抑制或者降低RF天线54内的波长的影响或是电位差(电压下降)，提高周向和径向上的半导体晶片W上的等离子体工艺特性，即，蚀刻特性(蚀刻比率、选择比，蚀刻形状等)。(RF天线的基本结构和作用)该感应结合型等离子体蚀刻装置中主要特征是在于RF天线54内部空间的布局结构以及电接线结构。图2和图3中示出了该实施方式中的RF天线54的布局和电接线(电路)的基本结构。如图2所示，内侧线圈58由夹着间隙或者切缝Gi卷绕一周的半径一定的单匝圆环状线圈形成，在径向上位于靠近腔室10的中心的位置。内侧线圈58的一端也就是RF入口端58in经由向上方延伸的接线导体92和第一节点Na与高频供电部66的RF供电线68连接。内侧线圈58的另一端也就是RF出口端58out经由向在上方延伸的接线导体94和第二节点Nb与接地线70连接。中间线圈60由夹着间隙或者切缝Gm的卷绕一周的半径一定的单阻圆环状线圈形成，在径向上与内侧线圈58相比在外侧位于腔室10的中间部。中间线圈60的一端也就是RF入口端60in在径向上与内侧线圈58的RF出口部58out邻接，经由向上方延伸的接线导体96和第一节点Na与高频供电部66的RF供电线68连接。中间线圈60的另一端也就是RF出口端60out在径向上与内侧线圈58的RF入口端58in邻接，经由向上方延伸的接线导体98和第二节点Nb与接地线70连接。外侧线圈62由夹着间隙或者切缝Go的卷绕一周的半径一定的单匝圆环状线圈形成，在径向上与中间线圈60相比在外侧位于靠近腔室10的侧壁的位置。外侧线圈62的一端也就是RF入口端62in在径向上与中间线圈60的RF出口端60out邻接，经由向上方延伸的接线导体100和第一节点Na肖高频供电部66的RF供电线68连接。外侧线圈62的另一端也就是RF出口端62out在径向上与中间线圈60的RF入口端60in邻接，经由向上方延伸的接线导体102和第二节点Nb与接地线70连接。如图2所示，向RF天线54的上方延伸的接线导体92 102在天线室56(图I)中与电介质窗52间隔充分大的距离(在相当高的位置上)形成有横向分支线或形成交叉线，从而减小对于各线圈58、60、62的电磁影响。在如上所述的RF天线54内的线圈配置和连接结构中，在从高频电源72通过RF供电线68、RF天线54和接地线70到接地电位部件进行旋绕的情况下，更确切而言，在从第ー节点Na到第二节点Nb，将构成RF天线54的各线圈58、60、62的高频分支输送线路进行旋绕的情况下，在分别通过内侧线圈58和外侧线圈62时，在图2中形成逆时针旋转，相对于此，通过中间线圈60时，在图2中形成顺时针旋转。这样，通过中间线圈60时的方向与分别通过内侧线圈58和外侧线圈62时的方向在周向上相反，这是ー个重要的特征点。在该实施方式的感应结合型等离子体蚀刻装置中，由高频供电部66供给的高频电流流入RF天线54的各部，由此,在构成RF天线54的内侧线圈58、中间线圈60和外侧线圈62的周围根据安培法则产生环状分布的高频率的交流磁场，即使在电介质窗52下方比、较深处(下方)的区域也会形成在半径方向上横穿处理空间的磁力线。在此，处理空间中的磁通量密度的半径方向(水平)的成分，在腔室10的中心和周边部上与高频电流的大小无关，始終为零，在其中间的某处为极大。由于高频率的交流磁场而生成的方位角方向的感应电场强度的分布，在径向上也呈现出与磁通量密度相同的分布。即，在径向上，在环状等离子体内，电子密度分布宏观上讲与RF天线54内的电流分布大致对应。与从其中心或者内周端到外周端旋绕的通常的蜗旋线圈不同，本实施方式的RF天线54由在天线的中心部局部存在的圆环状的内侧线圈58、在线圈的中间部局部存在的圆环状中间线圈60、和在线圈的周边部局部存在的圆环状的外部线圈62形成，RF天线54内的电流分布为与各线圈50、60、62对应的同心圆状的分布。在此，在内侧线圈58中，在其环路内流动有相同或是均匀的高频电流(以下称为内侧线圈电流)Ii。在中间线圈60中，在其环路内流动有相同或是均匀的高频电流(以下称为中间线圈电流)Ιπ。在外侧线圈62中，在其环路内流动有相同或是均匀的高频电流(以下称为外侧线圈电流)I。。在本实施方式中，在如上述的线圈配置和连接结构(图2)之下，如后所述，通过在各自规定的范围内使中间电容器86和外侧电容器88的静电电容C86、C88可变化或进行选择，能够在RF天线54内使分别流入这些线圈58、60、62的线圈电流Ii、Im、I0在周向上全部统ー为相同的方向。因此，在腔室10的电介质窗52的下方(内側)生成的环状等离子体中，在内侧线圈58、中间线圈60和外侧线圈62的各自正下方位置附近，电流密度(即等离子体密度)格外高(为极大)。这样，环状等离子体内的电流密度分布变成在径向不均匀的凹凸的轮廓。然而，在腔室10的处理空间中等离子体向四方扩散，由此，在基座12的近旁即基板W上等离子体密度均匀。在本实施方式中，内侧线圈58、中间线圈60和外侧线圈62中的任意ー个均为圆环状的线圈，由于在线圈周向上游动有相同或是均匀的高频电流，因此在线圈周向上，在环状的等离子体内，当然也在基座12的附近即基板W上，始終能够获得大致平均的等离子体密度分布。另外，在径向上，通过如后所述在规定范围内使中间电容器86和外侧电容器88的静电电容C86、C88可变为适当值或者选定为适当值，能够调节分别流入内侧58、中间线圈60和外侧线圈62的电流ら、Im, I0的平衡，自由地控制环状等离子体内的等离子体密度分布。由此，能够自由控制基座12的近旁即基板W上的等离子体的密度分布，能够以高精度容易地实现等离子体密度分布的均匀化。在本实施方式中，RF天线54内的波长效应或者电压下降，依赖于各线圈58、60、62每个的长度。因此，为了不在各个线圈58、60、62中引起波长效应，通过选择各线圈的长度，能够全部解决RF天线54内的波长效应或者电压下降的问题。为了防止波长效应，优选各个线圈58、60、62的长度比高频RFh的1/4波长还短。线圈的直径越小，匝数越少，越容易满足与该线圈的长度相关的不足1/4波长的条件。因此，在RF天线54内，线圈直径最小的内侧线圈58，容易采用多匝的结构。另一方面，线圈直径最大的外侧线圈62，相较于多匝，优选为单匝。中间线圈60虽然依赖于半导体晶片W的口径、高频RFh的频率等，但通常与外侧线圈62 —样优选为单匝。(附加于RF天线的电容器功能)
本实施方式的感应结合型等离子体蚀刻装置的另ー个重要的特征在干，附加于RF天线54的可变电容器(尤其是中间电容器86)的功能或者作用。在本实施方式的感应结合型等离子体蚀刻装置中，通过使中间电容器86的静电电容C86可变，能够使中间线圈60和中间电容器86的合成电抗(以下称为“中间合成电抗”)Xm可变，而使流入中间线圈60的中间电流Im的电流值可变。在此，中间电容器86的静电电容C86具有优选范围。即，与如上所述的高频供电部66对应的中间线圈60的接线与内侧线圈58和外侧线圈62的接线成相反的方向，与此相关，为了使中间合成电抗Xni成为负值(中间电容器86的容量性电抗比中间线圈60的感应性电抗大)，优选使中间电容器86的静电电容量C86可变或者进行选择。从另一方面来讲，优选在比由中间线圈60和中间电容器86构成的串联电路产生串联共振时的静电电容小的区域内，使中间电容器86的静电电容C86可变或者进行选择。如上所述在中间线圈60与内侧线圈58和外侧线圈62相反方向上进行连接的RF天线54中，在中间合成电抗Xni成负值的区域内，通过使中间电容器86的静电电容C86可变，使流过中间线圈60的中间电流Im与分别流过侧线圈58和外侧线圈62的内侧电流Ii和外侧电流I。在周向上为相同方向。并且，能够使中间电流Im的电流值从大约为零开始逐渐增 大，例如可以选择为内侧电流Ii和外侧电流I。的1/10以下，甚至为1/5以下。因此，这样如果将中间电流Ini控制为比内侧电流Ii和外侧电流I。都小的多的电流值，则在使用RF天线54的感应结合型等离子体蚀刻装置中，能够精细且良好地使腔室10中的正下方生成的环状的等离子体内的等离子体密度均匀化，其中，RF天线54由利用如本实施方式中那样的并联连接配置成同心状的3个线圈58、60、62形成，上述内容已在图4所示的实验中得到证实。在该实验中，如图4A所示，RF天线54中，内侧线圈58以直径IOOmm形成为两匝(两圈)，中间线圈60和外侧线圈62分别直径以200mm、300mm形成为单阻(一圈)。作为主要的エ艺条件，高频RFh的频率为13. 56MHz, RF功率为1500W，腔室10内的压カ为IOOmTorr,处理气体是Ar和O2的混合气体,气体的流量为Ar/02 = 300/30sccm。在该实验中，使中间电容器86和外侧电容器88的静电电容C86、C88可变，如图4B所示，将内侧线圈电流Ii调节为13. 5A，中间线圈电流Im调节为3. 9A，外侧线圈电流I。调节为18. 4A，就能得到如图4C所示的在径向上均匀的等离子体密度分布。此外，即使中间线圈电流Im为0A(即使中间线圈60不存在的情况)，由于在内侧线圈58和外侧线圈62的各自正下方位置附近生成的等离子体在径向上扩散，如图3的虚线所示，即使在两个线圈58、62之间的区域也存在决对不低(稍微下陷程度的)的等离子体密度。因此,如果使与两个线圈58和62不同而在位于它们中间的中间线圈60中流过的少量电流Im与两个线圈58、62中分别流过的电流Ip I。在周向上同向，则会一定程度上很好地增强在中间线圈60的正下方位置附近感应结合等离子体的生成，使等离子体密度在径向上变得均匀。在本实施方式中，为了能将中间线圈电流Im的电流值控制为相当小的值，如上所述使中间线圈60反方向接线，使中间电容器86的静电电容C86在中间合成电抗X111为负值的区域内可变。这种情况下，在X111 < 0的区域内，C86的值越小，中间合成电抗Xni的绝对值越大，中间电流Ini的电流值越小(接近于0)。相反地，在X111 < 0的区域内，C86的值越大， 中间合成电抗Xni的绝对值越小，中间电流Ini的电流值越大。这里，参照图5A和图5B，更加详细地说明中间电容器86的功能。图5A是将可变电容器与具有50 Q电抗的线圈(相当于包括接线部分的直径约200mm的单匝环状线圈)串联连接并使可变电容器的静电电容C在20pF IOOOpF范围内可变时的合成电抗X的值的曲线图。图5B是将在该时刻流过线圈的电流In的值标准化(作为与没有可变电容器情况下游过的电流的比值)的曲线图。可变电容器的静电电容C充分小时，显示合成电抗X为负的较大值。随着可变电容器的静电电容C不断增加，合成电抗X越过与串联共振相当的零(Q)点变大，逐渐接近线圈的电抗值(50Q)。流经线圈的电流In以1/X的比例，由下面的公式表示。
权利要求
1.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括 具有电介质窗的处理容器； 在所述处理容器内保持被处理基板的基板保持部； 处理气体供给部，其向所述处理容器内供给期望的处理气体，以用于对所述基板实施期望的等离子体处理； 设置在所述电介质窗外的RF天线，其用于在所述处理容器内，通过感应结合生成处理气体的等离子体；和 高频供电部，其向所述RF天线供给适合于所述处理气体的高频放电的频率的高频电力， 所述RF天线具有分别在径向隔开间隔相对地配置在内侧和外側，并在设置于所述高频供电部的高频传送路径上的第一节点和第二节点之间并联电连接的内侧线圈和外侧线圈， 在从所述第一节点到所述第二节点将各个高频分支传送路径ー笔旋绕画成的情况下，使通过所述内侧线圈时的方向和通过所述外侧线圈时的方向在周向上相反， 在所述第一节点和所述第二节点之间，设置有与所述内侧线圈或所述外侧线圈中的任一个串联电连接的第一电容器。
2.如权利要求I所述的等离子体处理装置，其特征在于 在所述内侧线圈和所述外侧线圈中，分别流有在周向上方向相同的电流。
3.如权利要求2所述的等离子体处理装置，其特征在于 在所述内侧线圈和外侧线圈之间，在与所述第一电容器串联连接的线圈中流动的电流比在另ー个线圈中流动的电流小。
4.如权利要求2或3所述的等离子体处理装置，其特征在于 所述第一电容器具有比其与线圈产生串联共振的静电电容小的静电电容，所述线圈与所述第一电容器串联电连接。
5.如权利要求I 4中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于 所述第一电容器为可变电容器，通过改变其静电电容的值，控制在与所述第一电容器串联电连接的线圈中流动的电流的方向和电流量。
6.如权利要求5所述的等离子体处理装置，其特征在于 以在所述第一节点和所述第二节点之间不产生并联共振的方式，选择所述第一可变电容器的静电电容。
7.如权利要求I 6中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于 在所述第一节点与所述第二节点之间，设置有与所述内侧线圈或者所述外侧线圈中的任意的另ー个串联电连接的第二电容器。
8.如权利要求7所述的等离子体处理装置，其特征在于 所述第二电容器为可变电容器，通过改变其静电电容的值，控制在与所述第二电容器串联电连接的线圈中流动的电流的电流量。
9.如权利要求I 8中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于 所述内侧线圈和所述外侧线圈同轴地配置。
10.如权利要求9所述的等离子体处理装置，其特征在于所述内侧线圈和所述外侧线圈同心状地配置。
11.如权利要求10所述的等离子体处理装置，其特征在于 所述电介质窗形成所述处理容器的顶部， 所述内侧线圈和所述外侧线圈都搭载配置在所述电介质窗上。
12.—种等离子体处理装置，其特征在于，包括 具有电介质窗的处理容器； 在所述处理容器内保持被处理基板的基板保持部； 处理气体供给部，其向所述处理容器内供给所期望的处理气体，以用于对所述基板实施期望的等离子体处理； 设置在所述电介质窗外的RF天线，其用于在所述处理容器内通过感应结合生成处理气体的等离子体；和 高频供电部，其向所述RF天线供给适合于所述处理气体的高频放电的频率的高频电力， 所述RF天线具有分别在径向隔开间隔相对地配置在内侧、中间和外侧，并在设置于所述高频供电部的高频传送路径上的第一节点和第二节点之间并联电连接的内侧线圈、中间线圈和外侧线圈， 在从所述第一节点到所述第二节点将各个高频分支传送路径一笔旋绕画成的情况下，使通过所述中间线圈时的方向与分别通过所述内侧线圈和所述外侧线圈时的方向在周向上相反， 在所述第一节点与所述第二节点之间设置有与所述中间线圈串联电连接的第一电容器。
13.如权利要求12所述的等离子体处理装置，其特征在于 所述中间线圈中流有与分别在所述内侧线圈和所述外侧线圈中流动的电流在周向上方向相同的电流。
14.如权利要求13所述的等离子体处理装置，其特征在于 在所述中间线圈流动的电流比分别在所述内侧线圈和外侧线圈中流动的电流都小。
15.如权利要求13或14所述的等离子体处理装置，其特征在于 所述第一电容器具有比其与所述中间线圈产生串联共振的静电电容小的静电电容。
16.如权利要求13或14所述的等离子体处理装置，其特征在于 所述中间线圈与所述第一可变电容器的合成阻抗具有负的电抗。
17.如权利要求12 16中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于 所述第一电容器为可变电容器，通过改变其静电电容的值，控制在所述中间线圈中流动的电流的方向和电流量。
18.如权利要求17所述的等离子体处理装置，其特征在于 以在所述第一节点与所述第二节点之间不产生并联共振的方式，选择所述第一电容器的静电电容。
19.如权利要求12 18中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于 在所述第一节点与所述第二节点之间具有与所述外侧线圈串联电连接的第二电容器。
20.如权利要求19所述的等离子体处理装置，其特征在于所述第二电容器为可变电容器，通过改变其静电电容的值，控制分别在所述内侧线圈和所述外侧线圈中流动的电流的平衡。
21.如权利要求12 20中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于 所述内侧线圈、所述中间线圈和所述外侧线圈同轴地配置。
22.如权利要求21所述的等离子体处理装置，其特征在于 所述内侧线圈、所述中间线圈和所述外侧线圈同心状地配置。
23.如权利要求22所述的等离子体处理装置，其特征在于 所述电介质窗形成所述处理容器的顶部， 所述内侧线圈、所述中间线圈和所述外侧线圈都搭载配置在所述电介质窗上。
24.如权利要求12 23中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于 所述外侧线圈为在周向上卷绕一周的单匝线圏。
25.如权利要求12 24中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于 所述中间线圈为在周向上卷绕一周的单匝线圏。
26.一种等离子体处理方法，其为在等离子体处理装置中对基板实施所期望的等离子体处理的等离子体处理方法，所述等离子体处理装置包括具有电介质窗的处理容器；在所述处理容器内保持被处理基板的基板保持部；处理气体供给部，其向所述处理容器内供给期望的处理气体，以用于对所述基板实施期望的等离子体处理；设置在所述电介质窗外的RF天线，用于在所述处理容器内通过感应结合生成处理气体的等离子体；和高频供电部，其向所述RF天线供给适合于所述处理气体的高频放电的频率的高频电力， 所述等离子体处理方法的特征在于，包括 将所述RF天线分割成，分别在径向上隔开间隔相对地配置在内侧、中间和外側，并在设置于所述高频供电部的高频传送路径上的第一节点和第二节点之间并联电连接的内侧线圈、中间线圈和外侧线圈， 连接所述内侧线圈、中间线圈和所述外侧线圈，以使得在从所述第一节点到所述第二节点将各个高频分支传送路径ー笔旋绕画成的情况下，使通过中间线圈时的方向与分别通过所述内侧线圈和所述外侧线圈时的方向在周向上相反， 在所述第一节点和所述第二节点之间设置与所述中间线圈串联电连接的第一可变电容器， 对所述第一可变电容器的静电电容进行选择或者进行可变控制，来控制所述基板上的等离子体密度分布。
27.如权利要求26所述的等离子体处理方法，其特征在于 通过使所述第一可变电容器的静电电容变小，将在所述中间线圈中流动的电流的电流量调小。
28.如权利要求26所述的等离子体处理方法，其特征在于 通过使所述第一可变电容器的静电电容接近于串联共振，而将在所述中间线圈中流动的电流的电流量调大。
29.如权利要求26 28中任一项所述的等离子体处理方法，其特征在于 在所述中间线圈中流动的电流方向与分别在所述内侧线圈和所述外侧线圈中流动的电流在周向上方向相同。
30.如权利要求29所述的等离子体处理方法，其特征在于 将在所述中间线圈中流动的电流控制为比分别在所述内侧线圈和所述外侧线圈中流动的电流小的电流量。
31.如权利要求29或者30所述的等离子体处理方法，其特征在于 将所述第一可变电容器的静电电容可变控制在比与所述中间线圈产生串联共振的静电电容小的范围内。
32.如权利要求26 31中任一项所述的等离子体处理方法，其特征在于 以在所述第一节点与所述第二节点之间不产生并联共振的方式，选择所述第一可变电容器的静电电容。
33.如权利要求26 32中任一项所述的等离子体处理方法，其特征在于 在所述第一节点与所述第二节点之间连接有与所述外侧线圈串联电连接的第二可变电容器， 对所述第一可变电容器和所述第二可变电容器的静电电容进行选择或者进行可变控制，来控制所述基板上的等离子体密度分布。
全文摘要
本发明涉及一种感应结合型等离子体处理装置，能够对在感应结合型等离子体处理中在腔室内生成的环形等离子体内的等离子体密度分布乃至基板上的等离子体密度分布进行多样化精细地控制。在该感应结合型等离子体处理装置中，设置于电介质窗(52)上的RF天线(54)在径向上被分割成内侧线圈(58)、中间线圈(60)和外侧线圈(62)。从高频电源(72)通过RF供电线(68)、RF天线(54)和接地线(70)绕回到接地电位部件的情况下，更确切地从第一节点(NA)到第二节点(NB)使各线圈的高频分支传送路旋绕的情况下，使内侧线圈(58)和外侧线圈(62)中形成逆时针回路，相对地，在中间线圈(60)中形成顺时针回路。在第一节点(NA)和第二节点(NB)之间可变中间电容器(86)和可变外侧电容器(88)分别与中间线圈(60)和外侧线圈(62)串联电连接。
文档编号H05H1/46GK102686005SQ20121011878
公开日2012年9月19日 申请日期2012年3月2日 优先权日2011年3月3日
发明者山泽阳平 申请人:东京毅力科创株式会社