TWI526122B - Plasma processing device - Google Patents

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TWI526122B
TWI526122B TW099136417A TW99136417A TWI526122B TW I526122 B TWI526122 B TW I526122B TW 099136417 A TW099136417 A TW 099136417A TW 99136417 A TW99136417 A TW 99136417A TW I526122 B TWI526122 B TW I526122B
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Kazuki Denpoh
Jun Yamawaku
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Tokyo Electron Ltd
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Description

電漿處理裝置
本發明是有關對被處理基板實施電漿處理的技術，特別是有關感應耦合型的電漿處理裝置。
在半導體裝置或FPD(Flat Panel Display)的製程之蝕刻、堆積、氧化、濺射等的處理，為了使良好的反應以較低溫來進行於處理氣體，電漿常被利用。以往，此種的電漿處理大多是使用MHz領域的高頻放電之電漿。高頻放電的電漿是大致區分成電容耦合型電漿及感應耦合型電漿，作為更具體的(裝置的)的電漿生成法。
一般，感應耦合型的電漿處理裝置是以介電質的窗來構成處理容器的壁部的至少一部分(例如頂棚)，對設於該介電質窗之外的線圈狀的RF天線供給高頻電力。處理容器是構成可減壓的真空腔室，在腔室內的中央部配置有被處理基板(例如半導體晶圓，玻璃基板等)，且在設定於介電質窗與基板之間的處理空間導入處理氣體。藉由流至RF天線的RF電流來使磁力線貫通介電質窗而通過腔室內的處理空間之類的RF磁場產生於RF天線的周圍，且藉由此RF磁場的時間性的變化，在處理空間內於方位角方向產生感應電場。然後，藉由此感應電場，被加速於方位角方向的電子會與處理氣體的分子或原子起電離衝突，生成甜甜圈狀的電漿。
藉由在腔室內設有大的處理空間，上述甜甜圈狀的電漿可效率佳地擴散於四方(特別是半徑方向)，在基板上電漿的密度相當均一。然而，在通常由同心圓形線圈或螺旋形線圈所構成的RF天線中，因為在其迴路內含有與來自RF電源的RF給電路線連接的RF輸出入端，所以必然不得不採用非軸對稱的天線構造，此會成為在方位角方向產生電漿密度的不均一性的主要因素。對於此問題點，以往是以串聯的上下2段的線圈來構成RF天線，將設於上段線圈的RF給電結線處(輸出入端)隱藏於下段線圈的背後，而使不能從電漿側電磁氣定看見之技法被提案(專利文獻1，2)。
[先行技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]特表2003-517197
[專利文獻2]特表2004-537830
然而，如上述般以串聯的上下2段的線圈來構成RF天線的以往技術，因RF天線為複雜的構造製作困難或線圈長的倍增而導致阻抗的增大或波長效應的發生等會成問題。
本發明是有鑑於上述那樣的以往技術的問題點而研發者，提供一種可一面實質地維持RF天線的線圈長，一面不會從電漿側看見RF天線的RF輸出入端在電流迴路上的特異點，進而能夠改善方位角方向的電漿密度分布的均一性之感應耦合型的電漿處理裝置。
本發明的第1觀點的電漿處理裝置係具備：可真空排氣的處理容器，其係至少一部分由介電質的窗所構成；基板保持部，其係於前述處理容器內保持被處理基板；處理氣體供給部，其係為了對前述基板實施所望的電漿處理，而於前述處理容器內供給所望的處理氣體；RF天線，其係為了在前述處理容器內藉由感應耦合來生成處理氣體的電漿，而設於前述介電質窗之外；及高頻給電部，其係供給適於前述處理氣體的高頻放電的頻率的高頻電力至前述RF天線，又，前述RF天線係具有單卷或複卷的線圈導體，該線圈導體係於線圈環繞方向具有間隙寬度小的斷開處，在隔著前述線圈導體的前述斷開處而相對向的一對線圈端部分別連接來自前述高頻給電部的一對高頻給電路線。
在感應耦合型的電漿處理裝置中，由高頻給電部來對RF天線供給高頻電力時，藉由流動於RF天線的高頻電流在天線導體的周圍產生RF磁場，在處理容器內供以處理氣體的高頻放電之感應電場會被生成，藉由此感應電場，被加速於方位角方向的電子會與處理氣體的分子或原子起電離衝突，生成甜甜圈狀的電漿。
此甜甜圈狀電漿的自由基或離子是在寬廣的處理空間擴散於四方，自由基是等方性地降落，離子是被直流偏壓引誘，供給至被保持於基板保持部的被處理基板的上面(被處理面)。基板上的製程的均一性是仰賴基板上的電漿密度的均一性。
在上述第1觀點的電漿處理裝置中，藉由上述那樣的構成，特別是RF天線具有單卷或複卷的線圈導體，其係在線圈環繞方向具有間隙寬小的斷開處(較理想是斷開處的間隙寬為10mm以下，高頻給電點的距離間隔為10mm以下)，在隔著線圈導體的斷開處而相對向的一對線圈端部分別連接來自高頻給電部的一對高頻給電路線，藉此從電漿側不易看見RF天線的RF給電結線處(RF輸出入端)在電流迴路上的特異點，可改善方位角方向的電漿密度分布的均一性。
本發明的第2觀點的電漿處理裝置係具備：可真空排氣的處理容器，其係至少一部分由介電質的窗所構成；基板保持部，其係於前述處理容器內保持被處理基板；處理氣體供給部，其係為了對前述基板實施所望的電漿處理，而於前述處理容器內供給所望的處理氣體；RF天線，其係為了在前述處理容器內藉由感應耦合來生成處理氣體的電漿，而設於前述介電質窗之外；及高頻給電部，其係供給適於前述處理氣體的高頻放電的頻率的高頻電力至前述RF天線，又，前述RF天線係具有：第1及第2線圈導體，其係互相接近平行延伸，在線圈環繞方向的同處具有斷開處；第1連接導體，其係共通連接與前述第1及第2線圈導體的前述斷開處鄰接的各一方的線圈端部；第2連接導體，其係共通連接與前述第1及第2線圈導體的前述斷開處鄰接的各他方的線圈端部；第3連接導體，其係從前述第1連接導體延伸至前述斷開處的間隙內，而與來自前述高頻給電部的第1高頻給電路線連接；及第4連接導體，其係從前述第2連接導體延伸至前述斷開處的間隙內，而與來自前述高頻給電部的第2高頻給電路線連接。
在上述第2觀點的電漿處理裝置中，藉由上述那樣的構成，特別是RF天線具有：第1及第2線圈導體，其係互相接近平行延伸，在線圈環繞方向的同處具有斷開處；第1連接導體，其係共通連接與第1及第2線圈導體的斷開處鄰接的各一方的線圈端部；第2連接導體，其係共通連接與第1及第2線圈導體的斷開處鄰接的各他方的線圈端部；第3連接導體，其係從第1連接導體延伸至斷開處的間隙內，而與來自高頻給電部的第1高頻給電路線連接；及第4連接導體，其係從第2連接導體延伸至斷開處的間隙內，而與來自高頻給電部的第2高頻給電路線連接，藉此從電漿側不易看見RF天線的RF給電結線處(RF輸出入端)在電流迴路上的特異點，可改善方位角方向的電漿密度分布的均一性。
本發明的第3觀點的電漿處理裝置係具備：可真空排氣的處理容器，其係至少一部分由介電質的窗所構成；基板保持部，其係於前述處理容器內保持被處理基板；處理氣體供給部，其係為了對前述基板實施所望的電漿處理，而於前述處理容器內供給所望的處理氣體；RF天線，其係為了在前述處理容器內藉由感應耦合來生成處理氣體的電漿，而設於前述介電質窗之外；及高頻給電部，其係供給適於前述處理氣體的高頻放電的頻率的高頻電力至前述RF天線，又，前述RF天線係具有單卷或複卷的線圈導體，該線圈導體係於線圈環繞方向以等間隔具有複數的斷開處，在隔著前述複數的斷開處的1個而相對向的一對線圈端部分別連接來自前述高頻給電部的一對高頻給電路線，在前述複數的斷開處的剩餘各個設有架橋連接導體，該架橋連接導體係跨越隔著該斷開處而相對向的一對線圈端部之間。
在上述第3觀點的電漿處理裝置中，藉由上述那樣的構成，特別是RF天線具有單卷或複卷的線圈導體，其係於線圈環繞方向以等間隔具有複數的斷開處，在隔著複數的斷開處的1個而相對向的一對線圈端部分別連接來自高頻給電部的一對高頻給電路線，在複數的斷開處的剩餘各個設有架橋連接導體，該架橋連接導體係跨越隔著該斷開處而相對向的一對線圈端部之間，藉此從電漿側不易看見RF天線的RF給電結線處(RF輸出入端)在電流迴路上的特異點，可改善方位角方向的電漿密度分布的均一性。
本發明的第4觀點的電漿處理裝置係具備：可真空排氣的處理容器，其係至少一部分由介電質的窗所構成；基板保持部，其係於前述處理容器內保持被處理基板；處理氣體供給部，其係為了對前述基板實施所望的電漿處理，而於前述處理容器內供給所望的處理氣體；RF天線，其係為了在前述處理容器內藉由感應耦合來生成處理氣體的電漿，而設於前述介電質窗之外；及高頻給電部，其係供給適於前述處理氣體的高頻放電的頻率的高頻電力至前述RF天線，前述RF天線係具有：單卷或複卷的線圈導體，其係於線圈環繞方向具有斷開處；及一對的連接導體，其係從隔著前述線圈導體的前述斷開處而相對向的一對線圈端部，在與前述介電質窗變遠的方向，對於線圈環繞方向以一定的角度傾斜地延伸，在前述一對的連接導體分別連接來自前述高頻給電部的一對高頻給電路線。
在上述第4觀點的電漿處理裝置中，藉由上述那樣的構成，特別是RF天線係具有：單卷或複卷的線圈導體，其係於線圈環繞方向具有斷開處；及一對的連接導體，其係從隔著此線圈導體的斷開處而相對向的一對線圈端部，在與介電質窗變遠的方向，對於線圈環繞方向以一定的角度傾斜地延伸，在該等一對的連接導體分別連接來自高頻給電部的一對高頻給電路線，藉此從電漿側不易看見RF天線的RF給電結線處(RF輸出入端)在電流迴路上的特異點，可改善方位角方向的電漿密度分布的均一性。
本發明的第5觀點的電漿處理裝置係具備：可真空排氣的處理容器，其係於頂棚具有介電質的窗；基板保持部，其係於前述處理容器內保持被處理基板；處理氣體供給部，其係為了對前述基板實施所望的電漿處理，而於前述處理容器內供給所望的處理氣體；RF天線，其係為了在前述處理容器內藉由感應耦合來生成處理氣體的電漿，而設於前述介電質窗之上；及高頻給電部，其係供給適於前述處理氣體的高頻放電的頻率的高頻電力至前述RF天線，又，前述RF天線係具有：主線圈導體，其係於一定的平面上延伸成螺旋形狀；及輔助線圈導體，其係從前述主線圈導體的周邊側的線圈端部，對於前述平面以一定的傾斜角來一邊上昇一邊延伸成螺旋形狀，在前述主線圈導體的中心側的線圈端部連接來自前述高頻給電部的一對高頻給電路線，在前述輔助線圈導體的上端側的線圈端部連接來自前述高頻給電部的他方的高頻給電路線。
在上述第5觀點的電漿處理裝置中，藉由上述那樣的構成，特別是RF天線係具有：主線圈導體，其係於一定的平面上延伸成螺旋形狀；及輔助線圈導體，其係從主線圈導體的周邊側的線圈端部，對於前述平面以一定的傾斜角來一邊上昇一邊延伸成螺旋形狀，在主線圈導體的中心側的線圈端部連接來自高頻給電部的一對高頻給電路線，在輔助線圈導體的上端側的線圈端部連接來自高頻給電部的他方的高頻給電路線，藉此從電漿側不易看見RF天線的RF給電結線處(RF輸出入端)在電流迴路上的特異點，可改善方位角方向的電漿密度分布的均一性。
若根據本發明的感應耦合型電漿處理裝置，則藉由上述那樣的構成，可一面實質地維持RF天線的線圈長，一面不會從電漿側看見RF天線的RF輸出入端在電流迴路上的特異點，進而能夠改善方位角方向的電漿密度分布的均一性。
以下，參照附圖說明本發明的合適實施形態。
在圖1顯示本發明之一實施形態的感應耦合型電漿蝕刻裝置的構成。此感應耦合型電漿蝕刻裝置是使用平面線圈形的RF天線的形態，具有例如鋁或不鏽鋼等金屬製的圓筒型真空腔室(處理容器)10。腔室10是被安全接地。
首先，說明此感應耦合型電漿蝕刻裝置中與電漿生成有關的各部構成。
在腔室10內的下部中央，載置被處理基板例如半導體晶圓W的圓板狀基座12會作為兼具高頻電極的基板保持台來水平配置。此基座12是例如由鋁所構成，被絶緣性的筒狀支撐部14所支撐，該筒狀支撐部14是從腔室10的底垂直延伸至上方。
在沿著絶緣性筒狀支撐部14的外周來從腔室10的底垂直延伸至上方的導電性筒狀支撐部16與腔室10的內壁之間形成有環狀的排氣路18，在此排氣路18的上部或入口安裝有環狀的擋板20，且在底部設有排氣口22。為了使腔室10內的氣流對於基座12上的半導體晶圓W軸對稱地形成均一，最好是在圓周方向以等間隔來設置複數個排氣口22的構成。
各排氣口22是經由排氣管24來連接排氣裝置26。排氣裝置26是具有渦輪分子泵等的真空泵，可將腔室10內的電漿處理空間減壓至所望的真空度。在腔室10的側壁外安裝有開閉半導體晶圓W的搬出入口27的閘閥28。
RF偏壓用的高頻電源30會經由整合器32及給電棒34來電性連接至基座12。此高頻電源30能以可變的功率來輸出適於控制引入至半導體晶圓W的離子能量之一定頻率(13.56MHz以下)的高頻RFL。整合器32是具有電抗可變的整合電路，用以在高頻電源30側的阻抗與負荷(主要是基座、電漿、腔室)側的阻抗之間取得整合。在該整合電路中含有自我偏壓生成用的阻隔電容器。
在基座12的上面設有用以靜電吸附力來保持半導體晶圓W的靜電吸盤36，在靜電吸盤36的半徑方向外側設有環狀地圍繞半導體晶圓W的周圍之聚焦環38。靜電吸盤36是在一對的絶緣膜36b，36c之間夾入由導電膜所構成的電極36a者，高壓的直流電源40會經由開關42及被覆線43來電性連接至電極36a。可藉由從直流電源40施加之高壓的直流電壓，以靜電力來將半導體晶圓W吸附保持於靜電吸盤36上。
在基座12的內部設有例如沿著圓周方向的環狀的冷媒室或冷媒流路44。此冷媒室44是從冷卻單元(未圖示)經由配管46，48來循環供給所定溫度的冷媒例如冷卻水。可藉由冷媒的溫度來控制靜電吸盤36上的半導體晶圓W的處理中的溫度。與此關連，來自傳熱氣體供給部(未圖示)的傳熱氣體例如He氣體會經由氣體供給管50來供給至靜電吸盤36的上面與半導體晶圓W的背面之間。又，亦設有為了半導體晶圓W的裝載/卸載而於垂直方向貫通基座12且可上下移動的升降銷及其昇降機構(未圖示)等。
其次，說明在此感應耦合型電漿蝕刻裝置中與電漿生成有關的各部構成。
腔室10的頂棚或頂板是離基座12取較大的距離間隔設置，在此頂棚氣密地安裝有例如由石英板所構成的圓形的介電質窗52。在此介電質窗52上，天線室56會與腔室10一體設置，該天線室56是收容用以在腔室10內生成感應耦合的電漿之RF天線54，其係自外部電磁性地遮蔽該RF天線54。
此實施形態的RF天線54是具有線圈徑不同的複數個(圖示的例是3個)的圓形環(亦即在環繞方向半徑不變)的單卷線圈54(1)，54(2)，54(3)。該等的線圈54(1)，54(2)，54(3)是在介電質窗52上水平地同心圓狀安裝，對來自電漿生成用的高頻給電部56的一對高頻給電路線58，60電性地並聯。通常，各線圈54(1)，54(2)，54(3)是與腔室10或基座12一起同軸配置。
高頻給電部56是具有高頻電源62及整合器64。高頻電源62能以可變的功率來輸出適於利用高頻放電的電漿生成之一定頻率(13.56MHz以上)的高頻RFH。整合器64是具有電抗可變的整合電路，用以在高頻電源62側的阻抗與負荷(主要是RF天線、電漿)側的阻抗之間取得整合。
用以對腔室10內的處理空間供給處理氣體的處理氣體供給部是具有：環狀的集流腔或緩衝部66，其係在比介電質窗52稍微低的位置設於腔室10的側壁之中(或外)；多數的側壁氣體吐出孔68，其係於圓周方向以等間隔從緩衝部66面對電漿生成空間；及氣體供給管72，其係從處理氣體供給源70延伸至緩衝部66。
又，處理氣體供給源70是包含流量控制器及開閉閥(未圖示)。
主控制部74是例如含微電腦，控制此電漿蝕刻裝置內的各部例如排氣裝置26、高頻電源30，62、整合器32，64、靜電吸盤用的開關42、處理氣體供給源70、冷卻單元(未圖示)、傳熱氣體供給部(未圖示)等各個的動作及裝置全體的動作(順序)。
在此感應耦合型電漿蝕刻裝置中，為了進行蝕刻，首先使閘閥28成為開狀態來將加工對象的半導體晶圓W搬入至腔室10內，載置於靜電吸盤36上。然後，關閉閘閥28之後，從處理氣體供給源70經由氣體供給管72、緩衝部66及側壁氣體吐出孔68來將蝕刻氣體(一般是混合氣體)以所定的流量及流量比來導入至腔室10內，且藉由排氣裝置26來將腔室10內的壓力形成設定值。更開啟(ON)高頻給電部56的高頻電源62來使電漿生成用的高頻RFH以所定的RF功率輸出，經由整合器64，RF給電路線58，60來對RF天線54的各線圈54(1)，54(2)，54(3)供給高頻RFH的電流。另一方面，開啟(ON)高頻電源30來使離子引入控制用的高頻RFL以所定的RF功率輸出，將此高頻RFL經由整合器32及給電棒34來施加於基座12。並且，由傳熱氣體供給部來供給傳熱氣體(He氣體)於靜電吸盤36與半導體晶圓W之間的接觸界面，且開啟(ON)開關42藉由靜電吸盤36的靜電吸附力來將傳熱氣體關在上述接觸界面。
從側壁氣體吐出孔68吐出的蝕刻氣體是擴散於介電質窗52下的處理空間。藉由流動於RF天線54的各線圈54(1)，54(2)，54(3)的高頻RFH的電流來產生於該等線圈的周圍之磁力線(磁束)會貫通介電質窗52而橫穿過腔室10內的處理空間(電漿生成空間)，在處理空間產生方位角方向的感應電場。然後，藉由此感應電場，被加速於方位角方向的電子會與蝕刻氣體的分子或原子起電離衝突，生成甜甜圈狀的電漿。
此甜甜圈狀電漿的自由基或離子是在寬廣的處理空間擴散於四方，自由基是等方性地降落，離子是被直流偏壓引誘，供給至半導體晶圓W的上面(被處理面)。如此在半導體晶圓W的被處理面，電漿的活性種會帶來化學反應及物理反應，被加工膜會被蝕刻成所望的圖案。
在此所謂「甜甜圈狀的電漿」並非限於不在腔室10的徑方向內側(中心部)起電漿，而只在徑方向外側起電漿那樣嚴密環狀的電漿，還意味徑方向外側的電漿的體積或密度比腔室10的徑方向內側大。並且，依處理氣體所使用的氣體種類或腔室10內的壓力值等的條件，亦有不形成在此所謂的「甜甜圈狀的電漿」時。
在此感應耦合型電漿蝕刻裝置中，為了使半導體晶圓W上的電漿製程特性亦即蝕刻特性(蝕刻速率、選擇比、蝕刻形狀等)的方位角方向的均一性提升，而對構成RF天線54的各線圈54(n)(n=1，2，3)的構造下特別的工夫。
在圖2顯示此實施形態的RF天線54的線圈54(n)的基本構造。此線圈54(n)是由在線圈環繞方向具有斷開處80的圓形環的線圈導體82所構成。在隔著此線圈導體82的斷開處80而相對向的一對線圈端部82a，82b，來自高頻給電部56的一對高頻給電路線58，60會作為連接點或給電點來分別連接圖的RF-In，RF-Out。
此線圈54(n)的主要特徴是在於將斷開處80的間隙寬g形成極端地狹窄(較理想是在10mm以內)的構成。
本發明者是以電磁場模擬來驗證線圈54(n)的間隙寬g與在腔室10內激發的電流的環繞方向(方位角方向)的不均一性的相關關係。亦即，以線圈54(n)的間隙寬g為參數，選擇4種參數的值5mm，10mm，15mm，20mm，在腔室10內所生成的甜甜圈狀電漿中的深度5mm的位置計算被激發於半徑120mm的圓周上的電流密度(相當於電漿密度)I，以最大值(Imax)能夠形成1的方式規格化繪製時，可取得圖3所示的特性。
此電磁場模擬是假設將線圈54(n)的內徑(半徑)及外徑(半徑)分別設定成110mm及130mm，且將介電質窗(石英板)52的厚度設為10mm，在此介電質窗52的正下方夾著厚度5mm的離子鞘層，藉由感應耦合來生成表皮厚度10mm相當的甜甜圈狀電漿之模式。此甜甜圈狀的電漿是以圓盤形狀的電阻體來模擬，將此電阻體的半徑設為250mm，且將電阻率設成100Ωcm。電漿生成用高頻RFH的頻率是13.56MHz。線圈54(n)的RF給電點RF-In，RF-Out的距離間隔d是設定成相等於間隙寬g的值。
在圖3中，電流密度I下降之處(約90度的位置)是對應於斷開處80的位置。如圖示般，當斷開處80的間隙寬g為15mm時，來自電流密度I的最大值Imax的下降是約20%，當間隙寬g為20mm時，來自電流密度I的最大值Imax的下降是約23%，當間隙寬g大於20mm時，可推定電流密度I的下降會更大。另一方面，當斷開處80的間隙寬g為5mm、10mm時，來自電流密度I的最大值Imax的下降是一樣停止在約15%。
如此，在此感應耦合型電漿蝕刻裝置中，為了藉由RF天線54的構造來改善在腔室10內所生成之甜甜圈狀電漿內的電漿密度的方位角方向的均一性，只要將構成RF天線54的線圈54(n)的斷開處80的間隙寬g設於10mm以內即可。
頗有意思的是有關斷開處80的間隙寬g的上述條件(g≦10mm)是對應於在腔室10內藉由感應耦合所生成的甜甜圈狀電漿的集膚深度δ的條件(δ≦10mm)。衝突系的集膚深度δc及無衝突系的集膚深度δp是分別以其次的式(1)，(2)所賦予。
δc=(2πm/ω)1/2c[(e2ne)/(εome)]-1/2　‧‧(1)
δp=c[(e2ne)/(εome)]-1/2　‧‧(2)
在此，πm是電子-中性子慣性變換衝突頻率，ω是電漿生成用高頻的角頻率，c是光的速度，e是電子質量，ne是電子密度，ε0是自由空間的介電常數，me是電子質量。
在此實施例的線圈54(n)中，不僅斷開處80的間隙寬g，連RF給電點RF-In，RF-Out的距離間隔d亦為重要的因素。亦即，如圖4所示，即使斷開處80的間隙寬g狹窄，也有可能RF給電點間隔d大。
作為上述電磁場模擬的一環，本發明者是選擇3種參數[g=5mm，d=5mm]、[g=20mm，d=20mm]、[g=5mm，d=20mm]，其他則是與上述同條件，計算求取在甜甜圈狀電漿內所被激發的電流密度I的方位角方向分布來繪製時，可取得圖5所示那樣的結果。亦即，[g=5mm，d=20mm]時是與[g=20mm，d=20mm]時幾乎相同，在對應於斷開處80之處的電流密度I的下降是約23%。
如此，為了藉由RF天線54的構造來改善在腔室10內所生成的甜甜圈狀電漿內的電漿密度的方位角方向的不均一性，不僅使線圈54(n)的斷開處80的間隙寬g形成狹窄(10mm以內)，而且RF給電點RF-In，RF-Out的距離間隔d也需要同程度形成狹窄(10mm以內)。
在圖6顯示線圈54(n)的更合適的實施例。此實施例的特徵是形成線圈54(n)的斷開處80對於線圈環繞方向以所定的角度Φ(例如Φ=60°)傾斜延伸之構成。此情況，RF給電點RF-In，RF-Out最好是設定成在線圈環繞方向互相重疊的位置關係，亦即圓形線圈54(n)的中心O與RF給電點RF-In，RF-Out的三者在線圈半徑方向排列於同一直線上的位置關係。
若線圈54(n)的環形狀亦含圓形以外(例如矩形)時，則當斷開處80對於線圈環繞方向傾斜地形成時，較理想是在一方的線圈端部82a連接一方的高頻給電路線58的位置(RF給電點)RF-In與在他方的線圈端部82b連接他方的高頻給電路線60的位置(RF給電點)RF-Out之間不存在線圈環繞方向的間隙的關係，最好是兩RF給電點RF-In，RF-Out在線圈環繞方向互相重疊的位置關係。
作為上述電磁場模擬的一環，本發明者是選擇2種參數[g=5mm，Φ=90°]、[g=5mm，Φ=60°]，其他則是與上述同條件，計算在甜甜圈狀電漿內所被激發的電流密度I的方位角方向分布來繪製時，可取得圖7所示那樣的結果。
在此，[g=5mm，Φ=60°]的條件是如上述般相當於圖6的實施例，[g=5mm，Φ=90°]的條件是相當於圖2的實施例。亦即，圖2所示的實施例是形成線圈54(n)的斷開處80對於線圈環繞方向垂直筆直延伸，以Φ=90°來定義。
如圖7所示，使線圈54(n)的斷開處80對於線圈環繞方向傾斜形成的圖6的實施例中，在對應於斷開處80的位置之處，電流密度I下降處反倒增大，全面方位角方向的電流密度I的偏差非常小，約被改善成4%。
在圖6的實施例中，對應於斷開處80的位置之處，電流密度I比其他更增大是因為兩RF給電點RF-In，RF-Out被設定成在線圈環繞方向僅5mm互相越過的位置關係，所以在其區間剛進入RF給電點RF-In之後的線圈電流與即將從RF給電點RF-Out出去的線圈電流會在同方向互相重疊所致。因此，當兩RF給電點RF-In，RF-Out在線圈環繞方向被設定於互相重疊的位置時，可推定方位角方向的電流密度I的偏差(不均一性)會更減少。
圖8A所示的別的實施例是線圈54(n)的斷開處80對於線圈環繞方向從線圈導體82的內周面朝外周面，且從線圈導體82的上面朝下面傾斜地延伸的構成為特徴。藉由該構成，從電漿側是更難看見斷開處80之處，環繞方向的線圈54(n)的線圈導體82的擬似的連續性會更提升。
另外，線圈54(n)的線圈導體82的剖面形狀可為任意，例如圖8B所示為三角、四角或圓的其中任一個。
在圖9顯示對於解消或抑制線圈54(n)的斷開處所引起之特異點的存在，有效的別的實施例。
此實施例的線圈54(n)是具有：外側及內側的線圈導體86，88，其係互相接近平行延伸，在線圈環繞方向相同的地方具有斷開處84；第1連接導體90L，其係共通連接與該等的線圈導體86，88的斷開處84鄰接之各一方(圖的左側)的線圈端部；第2連接導體90R，其係共通連接與該等的線圈導體86，88的斷開處84鄰接之各他方(圖的右側)的線圈端部；第3連接導體92L，其係從第1連接導體90L延伸至斷開處84的間隙內，而與來自高頻給電部56(圖1)的一方的高頻給電路線58(圖1)連接；及第4連接導體92R，其係從第2連接導體88延伸至斷開處84的間隙內，而與來自高頻給電部56(圖1)的他方的高頻給電路線60連接。
例如，內側的線圈導體88是內半徑為108mm，外半徑為113mm。外側的線圈導體86是內半徑為118mm，外半徑為123mm。兩線圈導體86，88是在徑方向取10mm的間隔來配置成同心狀。
在此，最好在第3連接導體92L連接高頻給電路線58的RF給電點RF-In與在第4連接導體92R連接高頻給電路線60的RF給電點RF-Out是在線圈環繞方向互相重疊那樣的位置關係，亦即圓形線圈54(n)的中心O與RF給電點RF-In，RF-Out的三者在線圈半徑方向排列於同一直線N上那樣的位置關係。
作為上述電磁場模擬的一環，本發明者是針對圖9的實施例，以和上述同樣的條件，計算在甜甜圈狀電漿內所被激發的電流密度I的方位角方向分布來繪製時，可取得圖10所示那樣的結果。如圖示般，方位角方向的電流密度I的偏差非常小，被改善成未滿2%。
作為此實施例的一變形例，如圖11所示，一方的RF給電點RF-In與他方的RF給電點RF-Out亦可為設定成在線圈環繞方向互相越過那樣的位置關係之構成。不過，此情況，因為剛進入RF給電點RF-In之後的線圈電流與即將從RF給電點RF-Out出去之前的線圈電流會在同方向重疊，所以在對應於斷開處84之處會有電流密度I比其他稍微增大的傾向。
作為此實施例的別的一變形例，如圖12所示，一方的RF給電點RF-In與他方的RF給電點RF-Out亦可為在線圈環繞方向隔著間隙而離間那樣的位置關係。不過，此情況，在對應於斷開處84之處會有電流密度I比其他稍微下降的傾向。
在圖13及圖14顯示一在線圈54(n)內於環繞方向以等間隔來設置複數個(圖示的例是2個)的斷開處80‥之實施例。此情況，1個的斷開處80是用以和高頻給電路線58，60連接的本來的斷開處，剩下的斷開處80'則是全虛擬。在各虛擬的斷開處80'是設有跨越於隔著該斷開處80'而相對向的一對線圈端部之間的架橋型的連接導體92。
通常，在感應耦合型中是設計成在RF天線(線圈)正下方於徑方向不均一(甜甜圈狀)地生成電漿，擴散後可在基座上或半導體晶圓的正上方取得均一的電漿。即使在環繞方向(方位角方向)，擴散甜甜圈狀電漿內的不均一性也會在半導體晶圓的正上方被平滑化，但相較於徑方向，因為平滑化所必要的距離(相當於圓周)，所以有難平滑化的傾向。
此點，像此實施例那樣，若在線圈54(n)內於環繞方向以等間隔來設置複數的不連續點(斷開處)，則在環繞方向電漿密度的平滑化所必要的擴散距離會變短。例如，若不連續點(斷開處)為N個(N為2以上的自然數)，則擴散所必要的距離會形成圓周的1/N，容易平滑化。
另外，如圖14所示，亦可為線圈54(n)的線圈導體82為縱型，斷開處80，80'延伸於縱方向的構成。
圖15所示的實施例是以具有從隔著線圈54(n)的線圈導體82的斷開處80而相對向的一對線圈端部82a，82b往上方(與介電質窗52變遠的方向)對於線圈環繞方向以一定的角度(較理想是45°~70°)傾斜且平行延伸的一對連接導體94，96，在一方的連接導體94的前端部連接一方的高頻給電路線58，在他方的連接導體96的前端部連接一方的高頻給電路線60之構成為特徵。另外，斷開處80的間隙寬是10mm以下的尺寸為理想。
在圖16A及圖16B顯示以螺旋形線圈來構成RF天線54時的一實施例。另外，圖16A及圖16B是改變角度(方位)來看同一構造的RF天線54的立體圖。
在此實施例中，RF天線54是具有：第1及第2主線圈導體100，102，其係於平面(例如介電質窗52)上互相錯開180度的相位而延伸成螺旋形狀；及第1及第2輔助線圈導體104，106，其係從該等第1及第2主線圈導體100，102的各個周邊側的線圈端部100e，102e對於該平面互相錯開180度的相位，而以一定的傾斜角β(例如β=1.5°~2.5°)來一邊上昇一邊延伸成螺旋形狀(圖示的例是半旋轉的螺旋形)。
在第1及第2主線圈導體100，102的各個中心側的線圈端部共通連接來自高頻給電部56(圖1)的一方的高頻給電路線58。並且，在第1及第2輔助線圈導體104， 106的各個上端側的線圈端部共通連接來自高頻給電部56(圖1)的他方的高頻給電路線60(圖1)。
一般，螺旋形線圈是採用兩高頻給電點RF-In，RF-Out的位置為位在線圈的中心部及外周端部而遠離，若由電漿側來看，則線圈端部102e會突然終端之類的構造。於是，此實施例是如上述般使從電漿側慢慢地變遠的方式延伸成螺旋狀的輔助線圈導體104，106連接至線圈端部102e，藉此使線圈外周部附近的環繞方向的電漿密度分布的均一性提升。
本發明者是針對圖16A(圖16B)的實施例，實施與上述同樣的電磁場模擬，計算在半徑r=8mm，120mm，170mm，230mm的圓周上所激發的電流密度(相當於電漿密度)I來繪製時，可取得圖17A及圖17B所示那樣的結果。另外，此電磁場模擬是將RF天線54的外徑(半徑)設定成230mm。
並且，作為比較例，如圖18所示，針對不在主線圈導體100，102的端部100e，102e連接輔助線圈導體104，106來設置另一方的高頻給電點RF-Out的構成，實施同樣的電磁場模擬，計算在半徑r=8mm，120mm，170mm，230mm的圓周上所被激發的電流密度(相當於電漿密度)I來繪製時，可取得圖19A及圖19B所示那樣的結果。
在r=8mm，120mm，170mm的偏倚(偏差)雖在實施例與比較例之間無差異(圖16A，圖19A)，但在線圈外周部的r=230mm的偏倚(偏差)明顯不同，相對於比較例的100%，實施例是減少至37%(圖16B，圖19B)。
另外，在圖16A(圖16B)的實施例是藉由一對的螺旋形主線圈導體100，102及一對的螺旋形輔助線圈導體104，106來構成RF天線54。但，亦可藉由單一的螺旋形主線圈導體100及單一的螺旋型輔助線圈導體104來構成RF天線54。
圖20所示的實施例是有關線圈54(n)的構成，為第1及第2實施例(圖2～圖8A)的發展型，形成在四方(a)、(b)，(c)，(d)的其中任一方向中，斷開處80的間隙僅中心部的1處110a，110b，110c，110d只能通過的構造。藉由該構成，從電漿側是斷開處80的地方幾乎可見，環繞方向的線圈54(n)的線圈導體82的擬似連續性會提升至極限。
上述實施形態的感應耦合型電漿蝕刻裝置的構成是其一例，電漿生成機構的各部當然、而不與電漿生成直接關係的各部構成亦可實施各種的變形。
例如，對RF天線54之高頻給電的一形態，亦可為在至少1個的給電路線上，或在至少1個的給電路線(特別是回線的給電路線60)與被電性接地的導電性的接地構件之間連接電容器的構成。
又，RF天線的基本形態，亦可為平面形以外的形態，例如圓頂形等。又，以在各一周內半徑為一定的同心圓形線圈來構成RF天線時，亦可為在腔室的頂棚以外之處設置的形態，例如在腔室的側壁之外設置的螺旋狀形態。
以線圈徑不同的複數個單卷線圈54(1)，54(2)，54(3)來構成RF天線54時，亦可為在各單卷線圈54(n)連接個別的高頻給電部56(n)之構成。又，亦可取代各單卷線圈54(n)而使用複卷線圈。亦可對應於矩形的被處理基板而為矩形的腔室構造、矩形的RF天線構造。
又，亦可為在處理氣體供給部從頂棚導入處理氣體至腔室10內的構成，亦可為不對基座12施加直流偏壓控制用的高頻RFL的形態。
而且，本發明之感應耦合型的電漿處理裝置或電漿處理方法並非限於電漿蝕刻的技術領域，亦可適用於電漿CVD、電漿氧化、電漿氮化、濺射等其他的電漿製程。並且，本發明的被處理基板並非限於半導體晶圓，亦可為平面直角顯示器用的各種基板、光罩、CD基板、印刷基板等。
10．．．腔室
12．．．基座
14．．．絕緣性的筒狀支撐部
16．．．導電性的筒狀支撐部
18．．．排氣路
20．．．擋板
22．．．排氣口
24．．．排氣管
26．．．排氣裝置
27．．．搬出入口
28．．．閘閥
30．．．高頻電源
32．．．整合器
34．．．給電棒
36．．．靜電吸盤
36a．．．電極
36b，36c．．．絕緣膜
38．．．聚焦環
40．．．直流電源
42．．．開關
43．．．被覆線
44．．．冷煤室
46，48．．．配管
50．．．氣體供給管
52．．．介電質窗
54．．．RF天線
54(1)，54(2)，54(3)．．．單卷線圈
56．．．高頻給電部
58，60．．．高頻給電路線
62．．．高頻電源
64．．．整合器
66．．．緩衝部
68．．．側壁氣體吐出孔
70．．．處理氣體供給源
72．．．氣體供給管
74．．．主控制部
80．．．斷開處
82．．．線圈導體
82a，82b．．．線圈端部
84．．．斷開處
86，88．．．線圈導體
90L．．．第1連接導體
90R．．．第2連接導體
92L．．．第3連接導體
100．．．第1主線圈導體
102．．．第2主線圈導體
100e，102e‧‧‧線圈端部
104，106‧‧‧輔助線圈導體
W‧‧‧半導體晶圓
圖1是表示本發明之一實施形態的感應耦合型電漿蝕刻裝置的構成的縱剖面圖。
圖2是表示一實施例的RF天線的線圈的基本構造的平面圖。
圖3是表示有關圖2的實施例在電磁場模擬所取得的甜甜圈狀電漿內的電流密度的方位角方向分布特性的繪製圖。
圖4是用以說明在實施例中選擇各種高頻給電點間的距離間隔之例的平面圖。
圖5是表示有關圖4的實施例在電磁場模擬所取得的甜甜圈狀電漿內的電流密度的方位角方向分布特性的繪製圖。
圖6是表示一實施例的RF天線的線圈構造的平面圖。
圖7是表示有關圖6的實施例在電磁場模擬所取得的甜甜圈狀電漿內的電流密度的方位角方向分布特性的繪製圖。
圖8A是表示一實施例的RF天線的線圈構造的平面圖。
圖8B是表示RF天線的線圈的剖面構造。
圖9是表示一實施例的RF天線的線圈構造的平面圖。
圖10是表示有關圖9的實施例在電磁場模擬所取得的甜甜圈狀電漿內的電流密度的方位角方向分布特性的繪製圖。
圖11是表示圖9的實施例的一變形例之RF天線的線圈構造的平面圖。
圖12是表示圖9的實施例的別的變形例之RF天線的線圈構造的平面圖。
圖13是表示一實施例的RF天線的線圈構造的立體圖。
圖14是表示一實施例的RF天線的線圈構造的立體圖。
圖15是表示一實施例的RF天線的線圈構造的立體圖。
圖16A是表示一實施例的RF天線的線圈構造的立體圖。
圖16B是由別的角度(方位)來看圖16A的RF天線的線圈構造的立體圖。
圖17A是表示有關圖16A及圖16B的實施例在電磁場模擬所取得的甜甜圈狀電漿內的電流密度的方位角方向分布特性(r=80，120，170mm)的繪製圖。
圖17B是表示有關圖16A及圖16B的實施例在電磁場模擬所取得的甜甜圈狀電漿內的電流密度的方位角方向分布特性(r=230mm)的繪製圖。
圖18是表示比較例的RF天線的線圈構造的立體圖。
圖19A是表示有關圖18的比較例在電磁場模擬所取得的甜甜圈狀電漿內的電流密度的方位角方向分布特性(r=80，120，170mm)的繪製圖。
圖19B是表示有關圖18的比較例在電磁場模擬所取得的甜甜圈狀電漿內的電流密度的方位角方向分布特性(r=230mm)的繪製圖。
圖20是表示一實施例的RF天線的線圈構造圖。
10．．．腔室
12．．．基座
14．．．絕緣性的筒狀支撐部
16．．．導電性的筒狀支撐部
18．．．排氣路
20．．．擋板
22．．．排氣口
24．．．排氣管
26．．．排氣裝置
27．．．搬出入口
28．．．閘閥
30．．．高頻電源
32．．．整合器
34．．．給電棒
36．．．靜電吸盤
36a．．．電極
36b，36c．．．絕緣膜
38．．．聚焦環
40．．．直流電源
42．．．開關
43．．．被覆線
44．．．冷煤室
46，48．．．配管
50．．．氣體供給管
52．．．介電質窗
54．．．RF天線
54(1)，54(2)，54(3)．．．單卷線圈
56．．．高頻給電部
58，60．．．高頻給電路線
62．．．高頻電源
64．．．整合器
66．．．緩衝部
68．．．側壁氣體吐出孔
70．．．處理氣體供給源
72．．．氣體供給管
74．．．主控制部
W．．．半導體晶圓

Claims (10)

  1. 一種電漿處理裝置，其特徵係具備：可真空排氣的處理容器，其係至少一部分由介電質的窗所構成；基板保持部，其係於前述處理容器內保持被處理基板；處理氣體供給部，其係為了對前述基板實施所望的電漿處理，而於前述處理容器內供給所望的處理氣體；RF天線，其係為了在前述處理容器內藉由感應耦合來生成處理氣體的電漿，而設於前述介電質窗之外；及高頻給電部，其係供給適於前述處理氣體的高頻放電的頻率的高頻電力至前述RF天線，又，前述RF天線係具有：第1及第2線圈導體，其係互相接近平行延伸，在線圈環繞方向的同處具有斷開處；第1連接導體，其係共通連接與前述第1及第2線圈導體的前述斷開處鄰接之各一方的線圈端部；第2連接導體，其係共通連接與前述第1及第2線圈導體的前述斷開處鄰接之各他方的線圈端部；第3連接導體，其係從前述第1連接導體延伸至前述斷開處的間隙內，而與來自前述高頻給電部的第1高頻給電路線連接；及第4連接導體，其係從前述第2連接導體延伸至前述斷開處的間隙內，而與來自前述高頻給電部的第2高頻給 電路線連接。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中，在前述第3連接導體連接前述第1高頻給電路線的位置與在前述第4連接導體連接前述第2高頻給電路線的位置係於線圈環繞方向互相重疊。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之電漿處理裝置，其中，前述第1及第2線圈導體係互相配置成同心狀，在徑方向鄰接。
  4. 一種電漿處理裝置，其特徵係具備：可真空排氣的處理容器，其係至少一部分由介電質的窗所構成；基板保持部，其係於前述處理容器內保持被處理基板；處理氣體供給部，其係為了對前述基板實施所望的電漿處理，而於前述處理容器內供給所望的處理氣體；RF天線，其係為了在前述處理容器內藉由感應耦合來生成處理氣體的電漿，而設於前述介電質窗之外；及高頻給電部，其係供給適於前述處理氣體的高頻放電的頻率的高頻電力至前述RF天線，又，前述RF天線係具有單卷或複卷的線圈導體，該線圈導體係於線圈環繞方向以等間隔具有複數的斷開處，在隔著前述複數的斷開處的1個而相對向的一對線圈端部分別連接來自前述高頻給電部的一對高頻給電路線，在前述複數的斷開處的剩餘各個設有架橋連接導體， 該架橋連接導體係跨越隔著該斷開處而相對向的一對線圈端部之間。
  5. 如申請專利範圍第1或4項所記載之電漿處理裝置，其中，前述介電質窗係形成前述處理容器的頂棚，前述RF天線係配置於前述介電質窗之上。
  6. 一種電漿處理裝置，其特徵係具備：可真空排氣的處理容器，其係於頂棚具有介電質的窗；基板保持部，其係於前述處理容器內保持被處理基板；處理氣體供給部，其係為了對前述基板實施所望的電漿處理，而於前述處理容器內供給所望的處理氣體；RF天線，其係為了在前述處理容器內藉由感應耦合來生成處理氣體的電漿，而設於前述介電質窗之上；及高頻給電部，其係供給適於前述處理氣體的高頻放電的頻率的高頻電力至前述RF天線，又，前述RF天線係具有：主線圈導體，其係於一定的平面上延伸成螺旋形狀；及輔助線圈導體，其係從前述主線圈導體的周邊側的線圈端部，對於前述平面以一定的傾斜角來一邊上昇一邊延伸成螺旋形狀，在前述主線圈導體的中心側的線圈端部連接來自前述高頻給電部的一對高頻給電路線， 在前述輔助線圈導體的上端側的線圈端部連接來自前述高頻給電部的他方的高頻給電路線。
  7. 如申請專利範圍第6項之電漿處理裝置，其中，前述RF天線係具有：第1及第2主線圈導體，其係於前述平面上互相錯開180度的相位來延伸成螺旋形狀；及第1及第2輔助線圈導體，其係從前述第1及第2主線圈導體的各個周邊側的線圈端部，對前述平面互相錯開180度的相位而以前述一定的傾斜角來一邊上昇一邊延伸成螺旋形狀，在前述第1及第2主線圈導體的各個中心側的線圈端部共通連接來自前述高頻給電部的一方的高頻給電路線，在前述第1及第2輔助線圈導體的各個上端側的線圈端部共通連接來自前述高頻給電部的他方的高頻給電路線。
  8. 如申請專利範圍第1、4、6項中的任一項所記載之電漿處理裝置，其中，在至少1個的前述高頻給電路線上連接電容器。
  9. 如申請專利範圍第1、4、6項中的任一項所記載之電漿處理裝置，其中，在至少1個的前述高頻給電路線與被電性接地的接地構件之間連接電容器。
  10. 如申請專利範圍第1、4、6項中的任一項所記載之電漿處理裝置，其中，前述線圈導體的半徑在環繞方向的一周內為一定。
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