[发明专利]等离子体处理装置

说明书

本发明涉及在半导体及薄膜电路的制造过程中能用于干蚀刻、溅射、等离子体CVD等的等离子体处理装置，尤其涉及高频感应耦合方式的等离子体处理装置。

近年来，相应于半导体元件的微细化，为了在干蚀刻技术中实现线条长宽比大的加工，或为了在等离子体CVD技术中实现线条长宽比大的埋入等，要求在较高的高真空中进行等离子体处理。

例如，在干蚀刻的场合，若在高真空中产生高密度等离子体，由于在基板表面形成的离子层(イオンシ-ス)中，离子与中性自由基(ラジカル)粒子碰撞的几率减少，离子的方向性朝基板集中，且由于电离度高，到达基板的离子相对于中性自由基的入射粒子束的比例变大。由此，通过在高真空中产生高密度等离子体，蚀刻各向异性提高，可进行线条长宽比大的加工。

又，在等离子体CVD场合中，若在高真空中产生高密度等离子体，则借助离子的溅射效果，起细微线条埋入和平坦化的作用，可进行线条长宽比大的埋入。

参照图7说明以往的通常平行平板型的等离子体处理装置的构成。图7中，其构成是：在真空容器3内配设载置基板5的基板电极4和与该电极相对的电极30，由电极用高频电源6在电极5、30之间施加高频电压，使真空容器3内产生等离子体。再者，电极用匹配电路7是用于使负荷阻抗与电极连接用电缆8的特性阻抗相匹配的电路。

在这种方式中，由于随着真空度变高，电子和离子的碰撞几率减小，高真空中难于产生高密度等离子体，不能得到足够的处理速度，而若过分加大高频电压来提高等离子体密度，则离子能量变大，蚀刻选择比变低，对基板造成损害。

对于这种平行平板型的等离子体处理装置，作为一种在高真空中能产生高密度等离子体的等离子体处理装置，有通过把高频电压施加至放电线圈而在真空容器内产生等离子体的高频感应耦合方式的等离子体处理装置。该方式的等离子体处理装置，在真空容器内产生高频磁场，通过该高频磁场在真空容器内产生感应电场，对电子加速，从而产生等离子体，若线圈的电流大，即使在高真空中也能产生高密度等离子体，能得到足够的处理速度。

作为高频感应耦合方式的等离子体处理装置，目前公知的主要有图8所示的平板型和图9所示的圆筒型。在图8、图9中，31是平板形放电线圈，32是圆筒形放电线圈，9是放电线圈用高频电源，10是放电线圈用匹配电路，11是放电线圈用连接电缆。用导线12把放电线圈用匹配电路10和放电线圈31、32相连接。又，真空容器3、基板电极4、基板5、电极用高频电源6、电极用匹配电路7、电极用连接电缆8均与图7相同。

图8、图9中，一边在真空容器3内导入适当的气体，一边进行排气，使真空容器3内保持适当的压力，如果通过放电线圈用高频电源9，把高频电压施加至放电线圈31、32，则在真空容器3内产生等离子体，能对载置在基板电极4上的基板5进行蚀刻、堆积、表面改质等等离子体处理。此时，如图8、图9所示，由电极用高频电源6把高频电压也施加至基板电极4上，从而能控制到达基板5的离子能量。

但是，在图8、图9所示以往的方式中，放电线圈用匹配电路10内的电力损耗大，存在不仅电力效率低而且产生放电线圈用匹配电路10的温度上升的问题。

下面作详细说明，图10是典型的放电线圈用匹配电路10的电路图。13是输入端，14、15是可变电容器，16是匹配用串联线圈。通过反馈控制可变电容器14、15的电容量，能够与负荷阻抗的微小变动相对应。必须根据负荷阻抗的大小，变动匹配用串联线圈16的匝数或跳掉匹配用串联线圈16，插入固定电容器17或18。又，19是输出端。

图11是史密斯圆图，斜线部分表示示于图10的放电线圈用匹配电路10的匹配范围。不言而喻，根据放电线圈用匹配电路10内各元件的常数，图11所示的匹配范围也会变化，这里例示典型的场合。曲线A表示在放电线圈31或32的阻抗的复数表征中，其虚数部分为放电线圈用连接电缆11的特性阻抗5倍时的放电线圈31或32的特性阻抗。由图11显见，曲线A的大部分脱离匹配范围。

因此，在放电线圈用匹配电路10中，如图12所示，连接匹配用并联线圈20，它具有与放电线圈31或32的阻抗复数表征虚数部分相同的阻抗，这时，从可变电容器15的负荷侧端子观察负荷所得的阻抗，其虚数分量为曲线A的一半(即，放电线圈用连接电缆11的特性阻抗的2.5倍)，以图11的曲线B表示。通常，由于放电线圈31或32的阻抗的实数分量极小，曲线B的一部分(实数分量为放电线圈用连接电缆11的特性阻抗的1.3倍以下的大部分范围)位于匹配范围内，所以说明通过采用匹配用并联线圈20，能达到匹配。