[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: 201110069807.7
• 申請日: 2011-03-18
• 公開（公告）號: CN102194639A
• 公開（公告）日: 2011-09-21
• 發明（設計）人: 山澤陽平
• 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;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，特別涉及感應耦合型的等離子體處理裝置和等離子體處理方法。

背景技術

半導體器件、FPD(Flat?Panel?Display，平板顯示器)的制造處理中的蝕刻、沉積、氧化、濺射等處理中，為了使處理氣體比較低溫且進行良好的反應，常利用等離子體。一直以來，在這種等離子體處理中，多使用MHz區域的高頻放電產生的等離子體。利用高頻放電的等離子體，根據更具體的(裝置上)的等離子體生成法，主要分為電容耦合型等離子體和感應耦合型等離子體。

一般來說，感應耦合型等離子體處理裝置將處理容器的壁部的至少一部分(例如頂部)由電介質的窗構成，向在該電介質窗之外設置的線圈形狀的RF天線供給高頻電力。處理容器構成為能夠減壓的真空腔室，在腔室內的中央部配置被處理基板(例如半導體晶片、玻璃基板等)，處理氣體被導入設定在電介質窗與基板之間的處理空間。利用流過RF天線的高頻電流，在RF天線的周圍產生磁力線貫通電介質窗并通過腔室內的處理空間的高頻的交流磁場，由于該交流磁場的時間性變化，在處理空間內在方位角方向產生感應電場。于是，被該感應電場沿方位角方向加速的電子與處理氣體的分子、原子產生電離碰撞，生成環狀的等離子體。

通過在腔室內設置大的處理空間，上述環狀的等離子體高效地向四方(特別是半徑方向)擴散，在基板上等離子體的密度相當均勻。但是，僅是使用通常的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處理中都不充分。在等離子體處理中，基板上的等離子體密度的均勻性的提高，會左右處理的均勻性、再現性以及制造成品率，是最重要的課題之一。

在感應耦合型等離子體處理裝置中，在腔室內的電介質窗附近生成的環狀等離子體內的等離子體密度分布特性(廓線)很重要，其主要的等離子體密度分布的廓線左右在擴散后的基板上得到的等離子體密度分布的均勻性。

關于該點，作為提高徑方向的等離子體密度分布的均勻性的方法，提出了幾個將RF天線在徑方向上分割為中心部和周邊部兩個螺旋形線圈段的方式。在該RF天線分割方式中，有向各個螺旋形線圈段個別地供給高頻電力的第一方式(例如專利文獻1)，利用電容器等附加電路使各個螺旋形線圈段的阻抗可變，控制從一個高頻電源向全部的天線段分別分配的RF電力的分割比的第二方式(例如專利文獻2)，使中心和周邊的螺旋形線圈段與一個高頻電源串聯連接，在中心的螺旋形線圈段上并聯連接短路用的開關或可變電容器的第三方式(例如專利文獻3)等。

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：美國專利第5731565號

發明內容

在上述現有的RF天線分割方式中，上述第一方式不僅需要多個高頻電源而且需要同樣數量的匹配器，高頻供電部的復雜化和極高的成本成為瓶頸。

上述第二方式中，各天線段的阻抗，不僅被其它的天線段影響，也被等離子體的阻抗影響，因此不能夠僅通過附加電路任意決定分割比，控制性存在困難。

上述第三方式，在使用短路用開關作為與中心的螺旋形線圈段并聯連接的旁通電路時，僅能夠進行兩階段(ON、OFF)的粗略控制。此外，在使用可變電容器的情況下，最佳的調整值很大程度地依賴于等離子體狀態。例如，即使使流過中心部的螺旋形線圈段的電流為流過周邊部的螺旋形線圈段的電流的一半，使其條件成立的調整值也依賴于壓力或RF功率而變化，調整并不容易。

在感應耦合型的等離子體處理裝置中，在腔室內生成的等離子體的分布容易根據壓力、RF功率、氣體類等處理條件而變化。因此，無論怎樣使處理條件大幅變化也能夠生成均勻的等離子體成為了重要的命題，尋求充分適合該命題的技術。

本發明為了解決上述現有技術的問題而提出，提供感應耦合型的等離子體處理裝置和等離子體處理方法，使得高頻供電系統的負擔較輕，而且RF天線內的電流分布不依賴于處理條件或等離子體狀態，能夠進行多種且任意的控制，能夠改善等離子體密度分布的均勻性或控制性。