[發明專利]等離子體處理裝置和等離子體處理方法

有效

• 申請號: 201010589485.4
• 申請日: 2010-10-27
• 公開（公告）號: CN102157325A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發明（設計）人: 山澤陽平;輿水地鹽;齊藤昌司;傳寶一樹;山涌純
• 申請（專利權）人: 東京毅力科創株式會社
• 主分類號: H01J37/32
• 分類號: H01J37/32;H01L21/00;H05H1/46
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳

技術領域

本發明涉及對被處理基板實施等離子體處理的技術，特別是涉及感應耦合型等離子體處理裝置和等離子體處理方法。

背景技術

在半導體設備和FPD(Flat?Panel?Display，平板顯示器)的制造工藝中的蝕刻、堆疊、氧化、濺射等的處理中，為了在比較低的溫度下進行良好的反應在處理氣體中經常使用等離子體。在現有技術中，對于這種等離子體處理，多采用MHz區域的高頻放電產生的等離子體。在高頻放電產生的等離子體中，作為更具體的(裝置的)等離子體產生方法，大致區分為電容耦合型等離子體和感應耦合型等離子體。

一般地，在感應耦合型等離子體處理裝置中，由電介質的窗構成處理容器的壁部的至少一部分(例如頂部)，并對在該電介質窗以外設置的線圈狀RF天線供給高頻電力。處理容器構成為能夠減壓的真空腔腔室，在腔室內中央部配置被處理基板(例如半導體晶片、玻璃基板等)，將處理氣體導入設置在電介質窗和基板之間的處理空間中。通過RF天線中流動的RF電流，磁力線貫通電介質窗而通過腔腔室內的處理空間的RF磁場在RF天線的周圍產生，通過該RF磁場隨時間的變化，在處理空間內沿方位角方向產生感應電場。并且，由該感應電場使沿方位角方向加速的電子與處理氣體的分子或原子發生電離沖突，生成炸面餅圈狀的等離子體。

通過在腔室內設置大的處理空間，使上述炸面餅圈狀等離子體高效地向四方(特別是沿半徑方向)擴散，從而使基板上的等離子體密度非常均勻。但是，僅使用通常的RF天線，在基板上得到的等離子體密度的均勻性在一般的等離子體工藝中是不足夠的。另外，在感應耦合型等離子體處理裝置中，由于提高基板上的等離子體密度的均勻性會影響等離子體工藝的均勻性/再現性，進而影響制造成品率，所以作為最重要的課題之一，在此之前已經提出了一些相關技術。

現有的代表性的等離子體密度均勻化技術是將RF天線分割為多段。關于該RF天線的分割方式，包括對各天線/段(セグメント)進行單獨的高頻電力供給的第一方式(例如專利文獻1)，和由電容器等附加電路改變各天線/段的阻抗而控制由一個高頻電源分別分配到所有天線/段的RF電力的分割比的第二方式(例如專利文獻2)。

此外，還已知使用單一的RF天線并在該RF天線附近配置被動天線的方法(專利文獻3)。該被動天線構成為不從高頻電源接受高頻電力供給的獨立的線圈，并且對RF天線(感應性天線)產生的磁場，以使被動天線環內的磁場強度減少的同時使被動天線環外附近的磁場強度增加的方式動作。由此，在腔室內的等離子體產生區域中的RF電磁場的半徑方向分布被改變。

專利文獻

專利文獻1??美國專利第5401350號

專利文獻2??美國專利第5907221號

專利文獻3??日本特表2005-534150

發明內容

但是，在上述這樣的RF天線分割方式中，在上述第一方式中，不僅需要多個高頻電源，還需要相同數量的整合器，高頻供電部的復雜化和成本的顯著增加成為較大瓶頸。此外，在上述第二方式中，對于各天線/段的阻抗，不僅其他天線/段、等離子體的阻抗也產生影響，所以不能僅由附加電路任意地確定分割比，因此控制性難，使用不多。

此外，雖然在如在上述專利文獻3中公開的采用被動天線的現有方式中，表示了由于被動天線的存在而對RF天線(感應性天線)產生的磁場產生影響，由此能夠改變腔室內等離子體產生區域中的RF電磁場的半徑方向分布，但是與被動天線的作用相關的考察/驗證不充分，不能夠使采用被動天線自由且高精度地控制等離子體密度分布用的具體裝置結構圖像化。

現有技術中的等離子體工藝，隨著基板的大面積化和器件的微細化，存在對在更低壓下密度高且口徑大的等離子體的需要，基板上的工藝的均勻性成為比以前更加困難的問題。

在這一點上，在感應耦合型等離子體處理裝置中，在與RF天線接近的電介質窗的內側產生炸面餅圈狀的等離子體，該炸面餅圈狀的等離子體朝向基板四處擴散，但是由于腔室內的壓力，等離子體的擴散形態被改變，從而基板上的等離子體密度分布容易改變。因此，如果不能夠對RF天線(感應性天線)產生的磁場進行補正，即使使在處理方案中的壓力改變且保持基板上的等離子體密度的均勻性，也不能夠適應目前的等離子體處理裝置中要求的多樣和高的處理性能。

鑒于如上所述的現有技術，本發明提供在不需要對等離子體產生用的RF天線和高頻供電系統進行特別的細加工的情況下，能夠采用簡單的補正線圈自由且精細地控制等離子體的密度分布的感應耦合型等離子體處理裝置和等離子體處理方法。