[发明专利]等离子体处理装置和等离子体处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及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和等离子体处理方法。

背景技术

在半导体设备和FPD(Flat Panel Display，平板显示器)的制造工艺中的蚀刻、堆叠、氧化、溅射等的处理中，为了在比较低的温度下进行良好的反应在处理气体中经常使用等离子体。在现有技术中，对于这种等离子体处理，多采用MHz区域的高频放电产生的等离子体。在高频放电产生的等离子体中，作为更具体的(装置的)等离子体产生方法，大致区分为电容耦合型等离子体和感应耦合型等离子体。

一般地，在感应耦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)，并对在该电介质窗以外设置的线圈状RF天线供给高频电力。处理容器构成为能够减压的真空腔腔室，在腔室内中央部配置被处理基板(例如半导体晶片、玻璃基板等)，将处理气体导入设置在电介质窗和基板之间的处理空间中。通过RF天线中流动的RF电流，磁力线贯通电介质窗而通过腔腔室内的处理空间的RF磁场在RF天线的周围产生，通过该RF磁场随时间的变化，在处理空间内沿方位角方向产生感应电场。并且，由该感应电场使沿方位角方向加速的电子与处理气体的分子或原子发生电离冲突，生成炸面饼圈状的等离子体。

通过在腔室内设置大的处理空间，使上述炸面饼圈状等离子体高效地向四方(特别是沿半径方向)扩散，从而使基板上的等离子体密度非常均匀。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一般的等离子体工艺中是不足够的。另外，在感应耦合型等离子体处理装置中，由于提高基板上的等离子体密度的均匀性会影响等离子体工艺的均匀性/再现性，进而影响制造成品率，所以作为最重要的课题之一，在此之前已经提出了一些相关技术。

现有的代表性的等离子体密度均匀化技术是将RF天线分割为多段。关于该RF天线的分割方式，包括对各天线/段(セグメント)进行单独的高频电力供给的第一方式(例如专利文献1)，和由电容器等附加电路改变各天线/段的阻抗而控制由一个高频电源分别分配到所有天线/段的RF电力的分割比的第二方式(例如专利文献2)。

此外，还已知使用单一的RF天线并在该RF天线附近配置被动天线的方法(专利文献3)。该被动天线构成为不从高频电源接受高频电力供给的独立的线圈，并且对RF天线(感应性天线)产生的磁场，以使被动天线环内的磁场强度减少的同时使被动天线环外附近的磁场强度增加的方式动作。由此，在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被改变。

专利文献

专利文献1  美国专利第5401350号

专利文献2  美国专利第5907221号

专利文献3  日本特表2005-534150

发明内容

但是，在上述这样的RF天线分割方式中，在上述第一方式中，不仅需要多个高频电源，还需要相同数量的整合器，高频供电部的复杂化和成本的显著增加成为较大瓶颈。此外，在上述第二方式中，对于各天线/段的阻抗，不仅其他天线/段、等离子体的阻抗也产生影响，所以不能仅由附加电路任意地确定分割比，因此控制性难，使用不多。

此外，虽然在如在上述专利文献3中公开的采用被动天线的现有方式中，表示了由于被动天线的存在而对RF天线(感应性天线)产生的磁场产生影响，由此能够改变腔室内等离子体产生区域中的RF电磁场的半径方向分布，但是与被动天线的作用相关的考察/验证不充分，不能够使采用被动天线自由且高精度地控制等离子体密度分布用的具体装置结构图像化。

现有技术中的等离子体工艺，随着基板的大面积化和器件的微细化，存在对在更低压下密度高且口径大的等离子体的需要，基板上的工艺的均匀性成为比以前更加困难的问题。

在这一点上，在感应耦合型等离子体处理装置中，在与RF天线接近的电介质窗的内侧产生炸面饼圈状的等离子体，该炸面饼圈状的等离子体朝向基板四处扩散，但是由于腔室内的压力，等离子体的扩散形态被改变，从而基板上的等离子体密度分布容易改变。因此，如果不能够对RF天线(感应性天线)产生的磁场进行补正，即使使在处理方案中的压力改变且保持基板上的等离子体密度的均匀性，也不能够适应目前的等离子体处理装置中要求的多样和高的处理性能。

鉴于如上所述的现有技术，本发明提供在不需要对等离子体产生用的RF天线和高频供电系统进行特别的细加工的情况下，能够采用简单的补正线圈自由且精细地控制等离子体的密度分布的感应耦合型等离子体处理装置和等离子体处理方法。