專利名稱：等離子體處理裝置和高頻電力供給裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于對(duì)被處理基板實(shí)施等離子體處理的技術(shù)，特別涉及在等離子體的生成中使用VHF帶的高頻電力的等離子體處理裝置和高頻電力供給裝置。
背景技術(shù)：
以往，在半導(dǎo)體器件和FPD(Flat Panel Display平板顯示器)的制造工序中，大多使用由等離子體進(jìn)行蝕刻、堆積、氧化、濺射等處理的等離子體處理裝置。在這種普通的等離子體處理裝置中，在處理容器或反應(yīng)室內(nèi)，將一對(duì)電極平行配置。在這些電極間流入處理氣體，從高頻電源將用于等離子體生成的高頻電力通過(guò)匹配器供給一側(cè)的電極。由此，在兩電極間形成高頻電場(chǎng)，使電子加速，通過(guò)該電子與處理氣體的碰撞來(lái)產(chǎn)生等離子體。這里，匹配器具有使負(fù)載(特別是等離子體)側(cè)的阻抗與高頻電源的輸出或傳輸阻抗相匹配的功能。為了盡力減少負(fù)載側(cè)的電力損失，通常將匹配器配置在處理容器附近。另一方面，通常將高頻電源作為配件設(shè)置在遠(yuǎn)離設(shè)置了處理容器的超凈室的加壓室或機(jī)架中。通常，從高頻電源至匹配器約有5m～20m的距離，兩者用同軸電纜等高頻傳輸線路連接。
最近，為了應(yīng)對(duì)制造工藝的設(shè)計(jì)規(guī)則的細(xì)化，在等離子體處理中需要低壓下的高密度等離子體。在上述高頻放電方式的等離子體處理裝置中，可以使用比以往(一般在27MHz以下)高的VHF帶(30MHz～300MHz)頻率的高頻電力。
如上述那樣，在高頻放電式的等離子體處理裝置中，對(duì)于由高頻電源提供的高頻電力的頻率(基頻或傳輸頻率)，匹配器為了獲得與負(fù)載(等離子體)側(cè)的阻抗匹配，將來(lái)自負(fù)載側(cè)的反射波用匹配器阻擋，并以防止其返回到高頻電源作為原則。
但是，等離子體是非線性的負(fù)載，可產(chǎn)生高次諧波。匹配器對(duì)于這樣的高次諧波不能充分獲得匹配。因此，來(lái)自負(fù)載側(cè)的高次諧波會(huì)達(dá)到高頻電源側(cè)，在匹配器和高頻電源之間的傳輸線路上將高次諧波的行波和反射波混合，產(chǎn)生駐波。如果在高頻電力的傳輸線路上產(chǎn)生高次諧波的駐波，即形成諧振狀態(tài)，則處理容器內(nèi)等離子體的產(chǎn)生和分布特性不固定地變動(dòng)，可能會(huì)造成工藝的再現(xiàn)性和可靠性下降。
在上述那樣的無(wú)用的高次諧波中，對(duì)工藝特性產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性影響的高次諧波是二次諧波和三次諧波。在圖5中，表示使用100MHz的高頻電力用于生成等離子體，并且在高頻電源和匹配器之間的傳輸線路上使用電纜LMR900(5m)的現(xiàn)有的等離子體處理裝置中，該電纜的線路長(zhǎng)度按每100MHz的波長(zhǎng)λ(λ＝3000mm)的1/16變化時(shí)產(chǎn)生的高次諧波的輸出電平。從圖5的曲線可知，二次諧波和三次諧波的輸出電平相對(duì)較高，特別是三次諧波的輸出電平由于諧振而顯著增大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，其目的在于提供一種等離子體處理裝置和高頻電力供給裝置，可以可靠地防止來(lái)自傳輸VHF帶的高頻電力的傳輸線路上的等離子體的高次諧波諧振，防止等離子體分布特性的變動(dòng)，保證工藝的再現(xiàn)性和可靠性。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的等離子體處理裝置的特征在于，包括處理容器，其內(nèi)部可減壓；第1電極，配置在所述處理容器內(nèi)；處理氣體供給部件，用于將處理氣體供給到所述處理容器內(nèi)；高頻電源部，輸出具有VHF帶頻率的高頻電力；匹配器，與所述高頻電源部和所述第1電極電連接，獲得阻抗的匹配；以及傳輸線路，從所述高頻電源部至所述匹配器傳輸所述高頻電力，在所述處理容器內(nèi)配置被處理基板，通過(guò)傳輸?shù)剿龅?電極的由所述高頻電力產(chǎn)生的等離子體，對(duì)該被處理基板實(shí)施等離子體處理，所述傳輸線路比獲得產(chǎn)生所述高頻電力的第3高次諧波的諧振狀態(tài)的最短長(zhǎng)度短。
此外，本發(fā)明的高頻電力供給裝置對(duì)配置在內(nèi)部可減壓的處理容器內(nèi)的第1電極，供給具有VHF帶頻率的高頻電力，該高頻電力供給裝置的特征在于，包括輸出所述高頻電力的高頻電源部；與所述高頻電源部和所述第1電極電連接，獲得阻抗匹配的匹配器；以及從所述高頻電源部至所述匹配器傳輸所述高頻電力的傳輸線路，所述傳輸線路比獲得產(chǎn)生所述高頻電力的第3高次諧波的諧振狀態(tài)的最短長(zhǎng)度短。
一旦傳輸高頻電力(電磁波)的傳輸線路的一端為短路端或開路端時(shí)，則用該終端反射高頻電壓或電流，在傳輸線路上混合行波和反射波，并產(chǎn)生駐波。在傳輸線路的兩端為短路端或開路端的情況下，駐波加強(qiáng)，并且對(duì)于給定頻率(波長(zhǎng))，一旦傳輸線路的線路長(zhǎng)度滿足諧振條件，則該頻率的電磁波引起諧振。
在本發(fā)明中，通過(guò)將高頻電源部配置在匹配器附近，使兩者間的傳輸線路的線路長(zhǎng)度比傳輸頻率(高頻電力)的第3高次諧波的諧振條件成立的最短線路長(zhǎng)度短，從而不引起第2高次諧波和第3高次諧波發(fā)生任何諧振。再有，假設(shè)即使第4高次諧波以上的高次諧波引起諧振，由于其輸出電平也低至可以忽略，并且不會(huì)對(duì)處理容器內(nèi)的等離子體的分布特性和工藝特性產(chǎn)生不良影響，所以不需要考慮。
在本發(fā)明的一優(yōu)選方式中，相對(duì)于所述高頻電力的第3高次諧波的波長(zhǎng)λ，所述傳輸線路比λ/2短，相對(duì)于所述高頻電力的第3高次諧波，所述高頻電源部的輸出端子側(cè)和所述匹配器的輸入端子側(cè)分別為電氣短路端。傳輸線路的兩端為短路端的情況下，一旦傳輸線路的線路長(zhǎng)度為S，則在S＝nλ/2(n＝1，2，3，……)成立時(shí)第3高次諧波引起諧振。這里，諧振條件成立的最短線路長(zhǎng)度為S＝λ/2。因此，通過(guò)將傳輸線路的線路長(zhǎng)度設(shè)定得比λ/2短，可以不引起第2和第3高次諧波的諧振。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選方式中，相對(duì)于所述高頻電力的第3高次諧波的波長(zhǎng)λ，所述傳輸線路比3λ/4短，相對(duì)于所述高頻電力的第3高次諧波，所述高頻電源部的輸出端子側(cè)為電氣短路端，而所述匹配器的輸入端子側(cè)為電氣開路端。在傳輸線路的一端為短路端而另一端為開路端的情況下，一旦傳輸線路的線路長(zhǎng)度為S，則在S＝(2n+1)λ/4(n＝1，2，3，……)成立時(shí)則第3高次諧波引起諧振。這里，諧振條件成立的最短線路長(zhǎng)度為S＝3λ/4。因此，通過(guò)將傳輸線路的線路長(zhǎng)度設(shè)定得比3λ/4短，可以不引起第2和第3高次諧波的諧振。
所述高頻電源部可包括輸入直流電力并生成所述高頻電力的高頻電力發(fā)生部；以及有選擇地通過(guò)來(lái)自所述高頻電力發(fā)生部的所述高頻電力的濾波器，所述濾波器具有相對(duì)于所述高頻電力的高次諧波的作為電氣短路端而連接到所述傳輸線路的輸出端子。
這種情況下，所述高頻電源部還包括在所述高頻電力發(fā)生部和所述濾波器之間使來(lái)自所述高頻電力發(fā)生部的行波通過(guò)，并且吸收來(lái)自所述匹配器的反射波的循環(huán)器。
而且這種情況下，在所述高頻電力發(fā)生部中，可通過(guò)電纜來(lái)連接將商用頻率的交流電力變換成直流電力的直流電源部。此外，這種情況下，可將所述處理容器、所述匹配器和所述高頻電力發(fā)生部配置在共用的超凈室(cleanroom)中，將所述直流電源部配置在與所述超凈室隔離的加壓室中。
如以上那樣，通過(guò)將高頻電源部(特別是高頻電力發(fā)生部)配置在超凈室內(nèi)的處理容器側(cè)的匹配器附近，縮短連接兩者的高頻傳輸線路的線路長(zhǎng)度，通過(guò)在高頻電源部(特別是高頻電力發(fā)生部)和加壓室側(cè)的直流電源部之間使用長(zhǎng)距離的電纜，可以大幅度地降低RF系統(tǒng)整體的電力損耗。
典型的是，在所述處理容器內(nèi)，與所述第1電極平行且對(duì)置地配置第2電極。
這種情況下，在一優(yōu)選方式中，在所述第1電極上載置所述被處理基板，在所述第2電極中，設(shè)置用于向所述第1電極排出所述處理氣體的通氣孔。或者，在所述第2電極上載置所述被處理基板，在所述第1電極中，設(shè)置用于向所述第2電極排出所述處理氣體的通氣孔。
再有，為了在低壓條件下形成高密度等離子體，所述高頻電力的頻率可在70MHz以上。


圖1是表示本發(fā)明一實(shí)施方式的等離子體處理裝置結(jié)構(gòu)的縱剖面圖。
圖2是模式地表示圖1的等離子體處理裝置中的高頻饋電部結(jié)構(gòu)的圖。
圖3是表示兩端構(gòu)成短路端的傳輸線路上的諧振條件的圖。
圖4是表示一端構(gòu)成短路端、另一端構(gòu)成開路端的傳輸線路上的諧振條件的圖。
圖5是表示在現(xiàn)有的等離子體處理裝置中，將高頻電源和匹配器之間的傳輸線路的線路長(zhǎng)度以每100MHz的1/16波長(zhǎng)變化時(shí)產(chǎn)生的高次諧波輸出電平的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照?qǐng)D1～圖4說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。
圖1表示本發(fā)明一實(shí)施方式的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)。該等離子體處理裝置構(gòu)成為RIE(Reactive Ion Etching反應(yīng)離子刻蝕)型的等離子體蝕刻裝置，例如有鋁或不銹鋼等金屬制的圓筒型處理室(處理容器)10。處理室10被設(shè)置在例如將0.1μm級(jí)的微粒以每0.0283m3(1立方英尺)在100個(gè)以下進(jìn)行管理的超凈室Ra中，并被安全接地。
在處理室10內(nèi)，設(shè)有載置作為被處理基板的例如半導(dǎo)體晶片W的圓板狀的下部電極或感應(yīng)器12。該感應(yīng)器12例如由鋁構(gòu)成，通過(guò)絕緣性的筒狀保持部14，被支撐在從處理室10的底部向垂直上方延長(zhǎng)的筒狀支撐部16上。在筒狀保持部14的上面，配置環(huán)狀包圍感應(yīng)器12的上表面的例如石英構(gòu)成的聚焦環(huán)18。
在處理室10的側(cè)壁和筒狀支撐部16之間，形成排氣路徑20。在該排氣路徑20的入口或中途，安裝環(huán)狀的隔板22。在排氣路徑20的底部，設(shè)有排氣口24。在該排氣口24中，通過(guò)排氣管26連接排氣裝置28。將排氣裝置28設(shè)置在遠(yuǎn)離超凈室Ra的樓下的加壓室Rb中。如果使排氣裝置28的真空泵工作，則將處理室10內(nèi)的處理空間減壓至規(guī)定的真空度。在處理室10的側(cè)壁上，安裝開閉半導(dǎo)體晶片W的運(yùn)入運(yùn)出口的閘閥30。在處理室10的周圍，配置環(huán)狀或同心狀延長(zhǎng)的磁石31。
在筒狀支撐部16的內(nèi)側(cè)，設(shè)有對(duì)感應(yīng)器12從其背面?zhèn)韧ㄟ^(guò)饋電棒34饋電用于等離子體生成的高頻電力和用于RIE的高頻電力的高頻饋電部32。在該高頻饋電部32中，由樓下(加壓室Rb)的直流電源部36通過(guò)電纜38供給用于等離子體生成的直流電力，同時(shí)由樓下(加壓室Rb)的高頻電源40通過(guò)電纜41供給用于RIE的高頻電力。直流電源部36將從商用交流電源42輸入的商用頻率的交流電力變換成直流電力，并且放大輸出。高頻饋電部32的具體結(jié)構(gòu)和作用將后述。
在感應(yīng)器12的上面，設(shè)有用于以靜電吸附力保持半導(dǎo)體晶片的靜電吸盤44。該靜電吸盤44將導(dǎo)電膜組成的電極44a夾置在一對(duì)絕緣膜44b、44c之間。在電極44a上，通過(guò)電纜和導(dǎo)體棒等電連接樓下(加壓室Rb)的直流電源46。用來(lái)自直流電源46的直流電壓產(chǎn)生的庫(kù)侖力，將半導(dǎo)體晶片吸附保持在吸盤上。
在感應(yīng)器12的內(nèi)部，設(shè)有例如圓周狀延長(zhǎng)的冷卻室48。在該冷卻室48中，從樓下(加壓室Rb)的冷卻裝置50通過(guò)管道52、54，循環(huán)供給規(guī)定溫度的制冷劑、例如冷卻水。根據(jù)制冷劑的溫度，可控制靜電吸盤44上的半導(dǎo)體晶片W的處理溫度。而且，將來(lái)自樓下(加壓室Rb)的傳熱氣體供給部56的傳熱氣體、例如He氣體通過(guò)氣體供給線路58，供給到靜電吸盤44的上面和半導(dǎo)體晶片W背面之間的間隙中。
在處理室10的頂部，面對(duì)感應(yīng)器12，設(shè)有噴頭60作為接地電位的上部電極。噴頭60包括帶有多個(gè)通氣孔或排出孔62a的下表面的電極板62、以及可拆裝地支撐該電極板62的電極支撐體64。在電極支撐體64的內(nèi)部，設(shè)有緩沖室66。在該緩沖室66的氣體導(dǎo)入口66a上，連接來(lái)自處理氣體供給部68的氣體供給管道70。
在加壓室Rb內(nèi)，還設(shè)有用于控制等離子體蝕刻裝置內(nèi)的各部(排氣裝置28、高頻饋電部32、冷卻裝置50、傳熱氣體供給部56和處理氣體供給部68等)動(dòng)作的控制部(未圖示)。
在使用該等離子體蝕刻裝置進(jìn)行蝕刻時(shí)，首先，使閘閥30為打開狀態(tài)，將加工對(duì)象的半導(dǎo)體晶片W運(yùn)入處理室10內(nèi)，載置在靜電吸盤44之上。然后，從處理氣體供給部68將蝕刻氣體(一般為混合氣體)以規(guī)定的流量和流量比導(dǎo)入到處理室10內(nèi)，通過(guò)排氣裝置28使處理室10內(nèi)的壓力達(dá)到規(guī)定值。而且，通過(guò)高頻饋電部32，將按規(guī)定的功率用于等離子體生成的例如100MHz的高頻電力和用于RIE的例如3.2MHz的高頻電力供給感應(yīng)器12。此外，通過(guò)直流電源46，將直流電壓施加在靜電吸盤44的電極44a上，使半導(dǎo)體晶片固定在靜電吸盤44上。從噴頭60噴出的腐蝕氣體在兩電極12、60間通過(guò)高頻放電而被等離子體化，通過(guò)該等離子體生成的原子團(tuán)和離子來(lái)蝕刻半導(dǎo)體晶片的主表面。
在該等離子體蝕刻裝置中，對(duì)于感應(yīng)器(下部電極)12，通過(guò)高頻饋電部32，施加比以往(一般在27MHz以下)高的VHF帶(最好在70MHz以上)的高頻。由此，使等離子體在較好的離解狀態(tài)下高密度化，即使在低壓的條件下也可以形成高密度等離子體。
此外，在處理室10內(nèi)生成等離子體期間，等離子體產(chǎn)生的高次諧波被傳輸?shù)礁哳l饋電部32，在高頻饋電部32內(nèi)的高頻傳輸線路上產(chǎn)生駐波。但是，如后述那樣，本實(shí)施方式如以下那樣，具有可靠地防止產(chǎn)生對(duì)工藝有可能造成影響的第2高次諧波和第三高次諧波的波長(zhǎng)的駐波(諧振狀態(tài))的結(jié)構(gòu)，所以可以實(shí)現(xiàn)再現(xiàn)性和可靠性高的等離子體蝕刻。
下面，說(shuō)明上述等離子體蝕刻裝置的高頻饋電部32的結(jié)構(gòu)和作用。
如圖2所示，高頻饋電部32有在垂直方向上疊層的四段框體或盒72、74、76、78。在最上段和第二段的盒72、74中，分別容納等離子體生成用的匹配器80和匹配控制部82。在從上往下第三個(gè)盒76中容納RIE用的匹配器84(細(xì)節(jié)省略)，在最下段的盒78中容納等離子體生成用的高頻電源部86。高頻電源部86的輸出端子通過(guò)高頻傳輸線路例如同軸管88，連接到等離子體生成用的匹配器80的輸入端子。
在最上段的盒72中，等離子體生成用的匹配器80構(gòu)成用于以高頻電源部86的輸出或傳輸阻抗來(lái)匹配負(fù)載(特別是等離子體)阻抗的匹配電路網(wǎng)。這里，匹配器80包括連接到同軸管88上的輸入部90；與該輸入部90例如按感應(yīng)耦合方式電連接的諧振棒92；以及連接在該諧振棒92和供電棒34之間的可變電容器94。
輸入部90例如包含可變電容器(未圖示)、以及用于與諧振棒92感應(yīng)耦合的環(huán)形線圈(未圖示)，在本實(shí)施方式中，通過(guò)將輸入部90內(nèi)的上述可變電容器的一個(gè)端子連接到地電位，可將與同軸管88的一端連接的輸入部90的輸入端子變成短路端。在從上到下第二段的盒74中，匹配控制部82包括致動(dòng)器96、98，包含用于分別調(diào)整輸入部90的可變電容器和輸出側(cè)的可變電容器94的各電容值以便控制阻抗的虛數(shù)部或電抗的電機(jī)；以及控制器100，用于控制這些致動(dòng)器96、98。
在從上到下的第三段的盒76中，RIE用匹配器84構(gòu)成用于以高頻電源40(圖1)的輸出或傳輸陽(yáng)抗來(lái)匹配負(fù)載(特別是等離子體)阻抗的匹配電路網(wǎng)。該匹配器84的輸出端子通過(guò)高頻傳輸線路例如同軸管102連接到供電棒34。在傳輸線路102的中途，設(shè)有阻斷或消除傳輸頻率(3.2MHz)以外的頻率分量的濾波器104。
在最下段的盒78中，高頻電源部86有RF振蕩器106、RF放大器108、循環(huán)器110和濾波器112。RF振蕩器106產(chǎn)生規(guī)定用于生成等離子體的高頻電力的頻率(100MHz)的高頻信號(hào)。RF放大器108例如具有構(gòu)成FET組成的開關(guān)元件，從直流電源部36(圖1)例如通過(guò)5m～20m長(zhǎng)度的直流傳輸用電纜38來(lái)輸入直流電力時(shí)，通過(guò)來(lái)自RF振蕩器106的高頻信號(hào)的放大作用而產(chǎn)生100MHz的高頻電力。循環(huán)器110具有作為隔離器電路的功能，即，使來(lái)自RF放大器108的高頻電力(行波)實(shí)質(zhì)上不衰減地通過(guò)，使來(lái)自匹配器80的反射波流入虛擬負(fù)載阻抗114并吸收。濾波器112使來(lái)自循環(huán)器110的高頻電力選擇性地通過(guò)，阻斷或消除傳輸頻率(100MHz)以上的頻率分量。
同軸管88將第二段和第三段的盒74、76在垂直方向上貫通，延長(zhǎng)到高頻電源部86的濾波器112的輸出端子和匹配器80的輸入部90的輸入端子之間。如果盒74、76、78中的同軸管88的區(qū)間長(zhǎng)度分別為S1、S2、S3，例如設(shè)計(jì)為S1＝150mm、S2＝150mm、S3＝100mm，則可以將同軸管88的線路長(zhǎng)度S設(shè)定為400mm。
在該高頻饋電部32中，為了在處理室10內(nèi)的噴頭(上部電極)60和感應(yīng)器(下部電極)12之間生成等離子體，從加壓室Rb的直流電源部36(圖1)通過(guò)電纜38傳輸來(lái)的直流電力被高頻電源部86變換成VHF帶的期望頻率(例如100MHz)的高頻電力，從高頻電源部86輸出的該高頻電力通過(guò)同軸管88輸入到匹配器80，從匹配器80通過(guò)供電棒34供給感應(yīng)器12。匹配器80具有以下作用在匹配控制部82的控制下，調(diào)整自身阻抗、特別是虛數(shù)部或電抗分量，獲得相對(duì)于傳輸頻率(100MHz)的高頻電源部86側(cè)的輸出或傳輸阻抗和負(fù)載(等離子體)側(cè)的阻抗匹配，即形成串聯(lián)諧振電路。通過(guò)這樣的匹配器80的匹配功能，等離子體生成用的高頻電力(100MHz)以高頻電源部86的最大或固有功率供給處理室12內(nèi)的等離子體，同時(shí)來(lái)自等離子體的反射波被匹配器80阻擋，不傳輸?shù)礁哳l電源部86側(cè)。
而且，在該高頻饋電部32中，如上述那樣將高頻電源部86配置在匹配器80的附近，連接高頻電源部86的輸出端子和匹配器80的輸入端子的同軸管88的線路長(zhǎng)度為400mm(更正確地說(shuō)，對(duì)于傳輸頻率(100MHz)的第3高次諧波(300MHz)的波長(zhǎng)λ(1000mm)，比λ/2(500mm)短)，所以在同軸管88上可以可靠地防止第2高次諧波和第3高次諧波產(chǎn)生諧振狀態(tài)。
更詳細(xì)地說(shuō)，對(duì)于處理室10內(nèi)的等離子體產(chǎn)生的高次諧波，匹配器80的匹配功能不起作用，所以來(lái)自等離子體側(cè)的高次諧波通過(guò)匹配器80到達(dá)同軸管88上。在同軸管88上傳輸?shù)礁哳l電源部86側(cè)的高次諧波由同軸管88的終端、即成為實(shí)質(zhì)短路端的濾波器112的輸出端上進(jìn)行反射。然后，濾波器112的輸出端子反射的高次諧波由同軸管88的終端、即成為實(shí)質(zhì)短路端的輸入部90的輸入端子反射。這里，在高次諧波中，對(duì)處理室10內(nèi)的工藝產(chǎn)生不良影響的高次諧波是第2高次諧波(200MHz)和第3高次諧波(300MHz)。第4高次諧波(400MHz)以上的高次諧波即使引起諧振也不產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的不良影響。
但是，如圖3所示，傳輸線路的兩端為短路端時(shí)電磁波進(jìn)行諧振的條件是傳輸線路的線路長(zhǎng)度S相對(duì)于電磁波的波長(zhǎng)λ等于1/2波長(zhǎng)的整數(shù)倍、即nλ/2(n＝1，2，3，…)時(shí)。因此，如果上述諧振條件在線路長(zhǎng)度為500mm以上的傳輸線路上成立時(shí)，則具有1000mm波長(zhǎng)的300MHz的電磁波必將引起諧振。此外，如果上述諧振條件在線路長(zhǎng)度約為750mm以上的傳輸線路上成立時(shí)，則具有1500mm波長(zhǎng)的200MHz的電磁波必將引起諧振。
可是，在上述實(shí)施方式的高頻饋電部32中，連接高頻電源部86的輸出端子和匹配器80的輸入端子的高頻傳輸用的同軸管88的線路長(zhǎng)度S被設(shè)定為400mm(低于500mm)，所以對(duì)于第2高次諧波(200MHz)，當(dāng)然也對(duì)于第3高次諧波(300MHz)來(lái)說(shuō)，上述諧振條件在同軸管88上不成立。因此，無(wú)論對(duì)于哪個(gè)波長(zhǎng)，都不引起諧振。
這樣，在上述實(shí)施方式的高頻饋電部32中，將高頻電源部86配置在匹配器80的附近，兩者間的高頻傳輸線路即同軸管88的線路長(zhǎng)度S設(shè)定為比產(chǎn)生第3高次諧波(300MHz)的諧振狀態(tài)的最短線路長(zhǎng)度(500mm)還短的線路長(zhǎng)度(例如400mm)，所以能夠可靠地防止可能對(duì)處理室10內(nèi)的等離子體分布特性和工藝產(chǎn)生不良影響的第2高次諧波和第3高次諧波的諧振。
而且，在本實(shí)施方式中，將直流電源部36配置在加壓室Rb中，同時(shí)將高頻電源部86與匹配器80一起容納在超凈室Ra的處理室10附近的高頻饋電部32內(nèi)，從直流電源36至高頻電源部86的長(zhǎng)區(qū)間(約5m～20m)的直流傳輸中使用電纜38，從高頻電源部86至匹配器80的短區(qū)間(低于500mm)的高頻傳輸中使用同軸管88。
在直流傳輸和高頻傳輸?shù)娜魏我粋€(gè)傳輸中，都是傳輸線路的線路長(zhǎng)度越長(zhǎng)，電力損失越大。但是，高頻傳輸與直流傳輸相比，每單位的電力損失要大幾倍。
在從加壓室Rb至設(shè)置在超凈室Ra的處理室10附近的匹配器80傳輸?shù)入x子體生成用的電力時(shí)，根據(jù)現(xiàn)有方式，在加壓室Rb內(nèi)生成期望頻率(100MHz)的高頻電力，該高頻電力通過(guò)長(zhǎng)距離(一般為5m～20m)的高頻傳輸線路傳輸?shù)狡ヅ淦?0。另一方面，在該實(shí)施方式中，加壓室Rb內(nèi)的直流電源部36生成的直流電力通過(guò)長(zhǎng)距離(一般為5m～20m)的直流傳輸線路38傳輸?shù)教幚硎?0附近的高頻電源部86，高頻電源部86生成的期望頻率(100MHz)的高頻電力通過(guò)短距離(低于500mm)的高頻傳輸線路88傳輸?shù)狡ヅ淦?0。由此，在本實(shí)施方式中，可大幅度地降低RF系統(tǒng)整體的電力損失。
此外，在從加壓室Rb至超凈室Ra內(nèi)的高頻電源部86的直流傳輸線路38中，可以使用撓性的直流或低頻用的電力電纜。這種情況下，電纜的繞接容易，并有利于RF系統(tǒng)的布局。
在上述實(shí)施方式中，在高頻饋電部32中匹配器80的輸入端子實(shí)質(zhì)性地構(gòu)成短路端，但也可以實(shí)質(zhì)性地構(gòu)成開路端。這種情況下，通過(guò)將連接高頻電源部86的輸出端子和匹配器80的輸入端子的同軸管88的線路長(zhǎng)度S設(shè)定為比相對(duì)于第3高次諧波(300MHz)的波長(zhǎng)λ(1000mm)的3λ/4(750mm)短的線路長(zhǎng)度，可以可靠地防止第2高次諧波和第3高次諧波的諧振。
即，如圖4所示，在傳輸線路的一端為短路端，另一端為開路端時(shí)，電磁波產(chǎn)生諧振的條件是傳輸線路的線路長(zhǎng)度S相對(duì)于電磁波的波長(zhǎng)λ等于(2n+1)/4(n＝1，2，3，…)。因此，如果上述諧振條件在線路長(zhǎng)度為750mm以上的傳輸線路上成立時(shí)，則具有1000mm波長(zhǎng)的300MHz的電磁波必將引起諧振。此外，如果上述諧振條件在線路長(zhǎng)度約為1125mm以上的傳輸線路上成立時(shí)，則具有1500mm波長(zhǎng)的200MHz的電磁波必將引起諧振。因此，如果同軸管88的線路長(zhǎng)度S比750mm短時(shí)，則第2高次諧波(200MHz)的諧振條件、當(dāng)然還有第3高次諧波(300MHz)的諧振條件都不成立。即，可以可靠地防止任何一個(gè)波長(zhǎng)的諧振。
再有，高頻傳輸電路的高頻電源部86和/或匹配器80側(cè)的短路端或開路端不一定是同軸管88的終端。也可以在高頻電源部86和/或匹配器80內(nèi)部的傳輸電路上形成短路端或開路端。這種情況下，對(duì)于包含從同軸管88的終端至傳輸電路內(nèi)的短路端或開路端的區(qū)間的高頻傳輸線路，可如上述那樣設(shè)定該傳輸線路的線路長(zhǎng)度。
在不進(jìn)行反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)的應(yīng)用中，可以省去RIE用的高頻電力供給部(40，84，104)。這種情況下，在高頻饋電部32中，省去盒76。因此，將高頻電源部86更靠近匹配器80來(lái)配置，可進(jìn)一步縮短高頻傳輸管(同軸管)88的線路長(zhǎng)度。
在上述實(shí)施方式的等離子體蝕刻裝置中，將等離子體生成用的高頻電力施加在感應(yīng)器12上。但是，如圖1中虛線所示，本發(fā)明也適用于在上部電極60側(cè)施加等離子體生成用高頻電力方式的等離子體蝕刻裝置。而且，也適用于等離子體CVD、等離子體氧化、等離子體氮化、濺射等其他等離子體處理裝置。此外，本發(fā)明的被處理基板不限于半導(dǎo)體晶片，也可以是平板顯示器用的各種基板、或光掩模、CD基板、印刷電路板等。
權(quán)利要求
1.一種等離子體處理裝置，其特征在于，包括處理容器，其內(nèi)部可減壓；第1電極，配置在所述處理容器內(nèi)；處理氣體供給部件，用于將處理氣體供給到所述處理容器內(nèi)；高頻電源部，輸出具有VHF帶頻率的高頻電力；匹配器，與所述高頻電源部和所述第1電極電連接，獲得阻抗的匹配；以及傳輸線路，從所述高頻電源部至所述匹配器傳輸所述高頻電力，在所述處理容器內(nèi)配置被處理基板，通過(guò)傳輸?shù)剿龅?電極的所述高頻電力產(chǎn)生的等離子體，對(duì)該被處理基板實(shí)施等離子體處理，所述傳輸線路比可產(chǎn)生所述高頻電力的第3高次諧波的諧振狀態(tài)的最短長(zhǎng)度還要短。
2.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于，相對(duì)于所述高頻電力的第3高次諧波的波長(zhǎng)λ，所述傳輸線路比λ/2還要短，相對(duì)于所述高頻電力的第3高次諧波，所述高頻電源部的輸出端子側(cè)和所述匹配器的輸入端子側(cè)分別為電氣短路端。
3.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于，相對(duì)于所述高頻電力的第3高次諧波的波長(zhǎng)λ，所述傳輸線路比3λ/4還要短，相對(duì)于所述高頻電力的第3高次諧波，所述高頻電源部的輸出端子側(cè)為電氣短路端，而所述匹配器的輸入端子側(cè)為電氣開路端。
4.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述高頻電源部包括高頻電力發(fā)生部，輸入直流電力并生成所述高頻電力；以及濾波器，選擇性地通過(guò)來(lái)自所述高頻電力發(fā)生部的所述高頻電力；所述濾波器具有相對(duì)于所述高頻電力的高次諧波的作為電氣短路端而連接到所述傳輸線路的輸出端子。
5.如權(quán)利要求4所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述高頻電源部還包括循環(huán)器，其在所述高頻電力發(fā)生部和所述濾波器之間，使來(lái)自所述高頻電力發(fā)生部的行波通過(guò)，并且吸收來(lái)自所述匹配器的反射波。
6.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述傳輸線路由同軸管構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述高頻電力的頻率在70MHz以上。
8.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于，在所述處理容器內(nèi)，與所述第1電極平行對(duì)置地配置第2電極。
9.如權(quán)利要求8所述的等離子體處理裝置，其特征在于，在所述第1電極上載置所述被處理基板，在所述第2電極中，設(shè)置用于向所述第1電極排出所述處理氣體的通氣孔。
10.如權(quán)利要求8所述的等離子體處理裝置，其特征在于，在所述第2電極上載置所述被處理基板，在所述第1電極中，設(shè)置用于向所述第2電極排出所述處理氣體的通氣孔。
11.一種高頻電力供給裝置，對(duì)配置在內(nèi)部可減壓的處理容器內(nèi)的第1電極，供給具有VHF帶頻率的高頻電力，其特征在于，該高頻電力供給裝置包括輸出所述高頻電力的高頻電源部；與所述高頻電源部和所述第1電極電連接，獲得阻抗匹配的匹配器；以及從所述高頻電源部至所述匹配器，傳輸所述高頻電力的傳輸線路，所述傳輸線路比產(chǎn)生所述高頻電力的第3高次諧波的諧振狀態(tài)的最短長(zhǎng)度還要短。
12.如權(quán)利要求11所述的高頻電力供給裝置，其特征在于，相對(duì)于所述高頻電力的第3高次諧波的波長(zhǎng)λ，所述傳輸線路比λ/2還要短，相對(duì)于所述高頻電力的第3高次諧波，所述高頻電源部的輸出端子側(cè)和所述匹配器的輸入端子側(cè)分別為電氣短路端。
13.如權(quán)利要求11所述的高頻電力供給裝置，其特征在于，相對(duì)于所述高頻電力的第3高次諧波的波長(zhǎng)λ，所述傳輸線路比3λ/4還要短，相對(duì)于所述高頻電力的第3高次諧波，所述高頻電源部的輸出端子側(cè)為電氣短路端，而所述匹配器的輸入端子側(cè)為電氣開路端。
14.如權(quán)利要求11所述的高頻電力供給裝置，其特征在于，所述高頻電源部包括高頻電力發(fā)生部，輸入直流電力并生成所述高頻電力；以及濾波器，選擇性地通過(guò)來(lái)自所述高頻電力發(fā)生部的所述高頻電力；所述濾波器具有相對(duì)于所述高頻電力的高次諧波的作為電氣短路端而連接到所述傳輸線路的輸出端子。
15.如權(quán)利要求14所述的高頻電力供給裝置，其特征在于，所述高頻電源部還包括循環(huán)器，其在所述高頻電力發(fā)生部和所述濾波器之間，使來(lái)自所述高頻電力發(fā)生部的行波通過(guò)，并且吸收來(lái)自所述匹配器的反射波。
16.如權(quán)利要求15所述的高頻電力供給裝置，其特征在于，在所述高頻電力發(fā)生部中，通過(guò)電纜連接有將商用頻率的交流電力變換為直流電力的直流電源部。
17.如權(quán)利要求11所述的高頻電力供給裝置，其特征在于，所述傳輸線路由同軸管構(gòu)成。
18.如權(quán)利要求11所述的高頻電力供給裝置，其特征在于，所述高頻電力的頻率在70MHz以上。
全文摘要
本發(fā)明的等離子體處理裝置包括處理容器，其內(nèi)部可減壓；第1電極，配置在所述處理容器內(nèi)；處理氣體供給部件，用于將處理氣體供給到所述處理容器內(nèi)；高頻電源部，輸出具有VHF帶頻率的高頻電力；匹配器，與所述高頻電源部和所述第1電極電連接，獲得阻抗的匹配；以及傳輸線路，從所述高頻電源部至所述匹配器傳輸所述高頻電力。在所述處理容器內(nèi)可配置被處理基板，通過(guò)傳輸?shù)剿龅?電極的所述高頻電力產(chǎn)生的等離子體，可對(duì)該被處理基板實(shí)施等離子體處理。所述傳輸線路比可產(chǎn)生所述高頻電力的第3高次諧波的諧振狀態(tài)的最短長(zhǎng)度短。
文檔編號(hào)H01L21/00GK101064987SQ200610121598
公開日2007年10月31日 申請(qǐng)日期2004年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月12日
發(fā)明者速水利泰, 巖崎征英, 高平淳一, 渡部一良, 小松真一, 佐佐木雄一 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社, 新電元工業(yè)株式會(huì)社