感應(yīng)耦合等離子體反應(yīng)器的制造方法
【專利說(shuō)明】感應(yīng)耦合等離子體反應(yīng)器
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2007年05月22日，申請(qǐng)?zhí)枮?00710105100.0，發(fā)明名稱為“感應(yīng)耦合等離子體反應(yīng)器”的專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種射頻(rad1 frequency)等離子體源(plasma source)，具體地說(shuō)，涉及一種可以更均勻地產(chǎn)生高密度的等離子體的感應(yīng)耦合等離子體反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0003]等離子體是包含相同數(shù)量的陽(yáng)離子(positive 1ns)和電子(electrons)的高度離子化的氣體。等離子體放電應(yīng)用于產(chǎn)生包括離子、自由基、原子、分子的活性氣體的氣體激發(fā)?；钚詺怏w廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，作為代表，應(yīng)用于半導(dǎo)體制造工序、例如蝕刻(etching)、沉積(deposit1n)、清洗(cleaning)、灰化(ashing)等。
[0004]用于產(chǎn)生等離子體的等離子體源多種多樣，但作為其代表例為使用了射頻(rad1frequency)的電容親合等離子體(capacitive coupled plasma)和感應(yīng)親合等離子體(inductive coupled plasma)。
[0005]電容耦合等離子體源具有以下優(yōu)點(diǎn):正確的電容耦合調(diào)節(jié)和離子調(diào)節(jié)能力較高，與其他等離子體源相比工程生產(chǎn)力較高。另一方面，射頻電源的能量基本排他地經(jīng)由電容耦合與等離子體連接，因此等離子體離子密度僅根據(jù)電容耦合的射頻功率的增加或減少而增加或減少。但是，射頻功率的增加使得離子沖擊能量增加。結(jié)果，為了防止因離子沖擊而造成的損傷，導(dǎo)致了射頻功率的界限性。
[0006]另一方面，感應(yīng)耦合等離子體源，可以通過(guò)射頻電源的增加，容易地使離子密度增加，相對(duì)降低由此產(chǎn)生的離子沖擊，適于得到高密度等離子體。因此，感應(yīng)耦合等離子體源一般用于獲得高密度的等離子體。感應(yīng)耦合等離子體源，作為其代表，通過(guò)使用了射頻天線(RF antenna)的方式、使用了變壓器的方式(稱為變壓器親合等離子體(transformercoupled plasma))進(jìn)行了技術(shù)開(kāi)發(fā)。在此追加電磁鐵或永久磁鐵、或追加電容親合電極，來(lái)提高等離子體的特性，為了提高再現(xiàn)性和控制能力，進(jìn)行了技術(shù)開(kāi)發(fā)。
[0007]射頻天線一般使用螺旋型的天線(spiral type antenna)或柱型的天線(cylinder type antenna)。射頻天線配置于等離子體反應(yīng)器(plasma reactor)的外部，經(jīng)由石英等介電窗(dielectric window)向等離子體反應(yīng)器的內(nèi)部傳遞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。使用了射頻天線的感應(yīng)耦合等離子體可以比較容易地獲得高密度的等離子體，但等離子體的均一度會(huì)受到天線的結(jié)構(gòu)特征的影響。因此，還需改善射頻天線的結(jié)構(gòu)，以獲得均勻的高密度等尚子體。
[0008]但是，為了獲得大面積的等離子體，需要擴(kuò)大天線的結(jié)構(gòu)、提高供給到天線的功率，從而具有界限性。例如，公知通過(guò)恒定波效果(standing wave effect)會(huì)在放射線上產(chǎn)生不均勾的等離子體。此外，向天線施加高功率時(shí)，射頻天線的電容性親合(capacitivecoupling)增加，從而必須增厚介電窗，由此導(dǎo)致射頻天線和等離子體間的距離增加，從而產(chǎn)生功率傳遞的效果降低的問(wèn)題。
[0009]最近，在半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)中，隨著半導(dǎo)體元件的超微細(xì)化、用于制造半導(dǎo)體電路的硅晶片基板的大型化、用于制造液晶顯示器的玻璃基板的大型化、以及新的處理對(duì)象物質(zhì)的出現(xiàn)等種種原因，要求進(jìn)一步提高等離子體處理技術(shù)。特別是，要求具有對(duì)大面積的被處理物具有優(yōu)異的處理能力的等離子體源及等離子體處理技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于提供一種等離子體反應(yīng)器，其采用了感應(yīng)耦合等離子體和電容耦合等離子體的所有長(zhǎng)處，可以提高對(duì)等離子體離子能量的控制能力，并產(chǎn)生更均勻的大面積的高密度等離子體。
[0011]本發(fā)明的其他目的在于提供一種等離子體反應(yīng)器，其可以提高天線的磁束傳遞效率，提高對(duì)等離子體離子能量的控制能力，產(chǎn)生更均勻的大面積的高密度等離子體。
[0012]本發(fā)明的進(jìn)一步其他目的在于提供一種等離子體反應(yīng)器，其可以提高從射頻天線到真空腔內(nèi)部的磁束傳遞效率，使得工程氣體的供給更均勻，從而得到高密度的均勻的等咼子體。
[0013]用于解決上述技術(shù)問(wèn)題的本發(fā)明的一個(gè)特征的等離子體反應(yīng)器，包括:真空腔，具有搭載被處理基板的基板支撐臺(tái)；氣體噴頭，向真空腔的內(nèi)部供給氣體；介電窗，設(shè)置在真空腔的上部；以及射頻天線，設(shè)置在介電窗的上部，其中，氣體噴頭及基板支撐臺(tái)與真空腔內(nèi)部的等離子體電容性耦合，射頻天線與真空腔內(nèi)部的等離子體感應(yīng)性耦合。
[0014]用于解決上述技術(shù)問(wèn)題的本發(fā)明的另一特征的等離子體反應(yīng)器，包括真空腔、設(shè)于真空腔上部的介電窗、以及設(shè)于介電窗上部的射頻天線，其中，包括磁芯，該磁芯的磁束出入口朝向真空腔的內(nèi)部，且該磁芯以沿著射頻天線將其覆蓋的方式設(shè)于介電窗的上部。
[0015]本發(fā)明的等離子體反應(yīng)器，通過(guò)電容且感應(yīng)耦合而在真空腔內(nèi)部產(chǎn)生等離子體，由此更均勻地產(chǎn)生大面積的等離子體，同時(shí)容易進(jìn)行等離子體離子能量的正確調(diào)節(jié)。此外，射頻天線由磁芯覆蓋，可以更強(qiáng)地在真空腔的內(nèi)部傳遞磁束，從而最大限度地抑制磁束的損失。
[0016]根據(jù)上述本發(fā)明的感應(yīng)耦合等離子體反應(yīng)器，氣體噴頭和基板支撐臺(tái)與真空腔內(nèi)部的等離子體電容性耦合，射頻天線與真空腔內(nèi)部的等離子體感應(yīng)性耦合。特別是，射頻天線由磁芯覆蓋，可以集中更強(qiáng)的磁束，最大限度地抑制磁束的損失。這種電容且感應(yīng)耦合，容易在真空腔內(nèi)產(chǎn)生等離子體、且容易進(jìn)行等離子體離子能量的正確調(diào)節(jié)。因此，在半導(dǎo)體工序中可以提高成品率和生產(chǎn)力。此外，氣體噴頭在基板支撐臺(tái)的上部進(jìn)行均勻的氣體噴射，從而可以進(jìn)行更均勻的基板處理。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施例的等離子體反應(yīng)器的剖視圖。
[0018]圖2是表示在圖1的等離子體反應(yīng)器的上部設(shè)置的射頻天線和氣體噴頭的組裝結(jié)構(gòu)的圖。
[0019]圖3是表示射頻天線和噴頭的電連接結(jié)構(gòu)的圖。
[0020]圖4a是表示將射頻天線和噴頭的電連接結(jié)構(gòu)變形了的各種示例的圖。
[0021]圖4b是表示將射頻天線和噴頭的電連接結(jié)構(gòu)變形了的各種示例的圖。
[0022]圖4c是表示將射頻天線和噴頭的電連接結(jié)構(gòu)變形了的各種示例的圖。
[0023]圖4d是表示將射頻天線和噴頭的電連接結(jié)構(gòu)變形了的各種示例的圖。
[0024]圖5是表示采用了通過(guò)電源分割而進(jìn)行的雙重電源供給結(jié)構(gòu)的示例的圖。
[0025]圖6是表示采用了兩個(gè)電源供給源的雙重電源結(jié)構(gòu)的示例的圖。
[0026]圖7a是表示在射頻天線和接地之間形成的功率調(diào)節(jié)部的圖。
[0027]圖7b是表示在射頻天線和接地之間形成的功率調(diào)節(jié)部的圖。
[0028]圖8是本發(fā)明的第二實(shí)施例的等離子體反應(yīng)器的剖視圖。
[0029]圖9是表示在圖8的等離子體反應(yīng)器的上部設(shè)置的射頻天線和氣體噴頭的配置結(jié)構(gòu)的圖。
[0030]圖10是表示在真空腔的外部側(cè)壁部分也設(shè)有柱型射頻天線的示例的圖。
[0031]圖11是本發(fā)明的第三實(shí)施例的等離子體反應(yīng)器的剖視圖。
[0032]圖12是表示在圖11的等離子體反應(yīng)器的上部設(shè)置的射頻天線和氣體噴頭的配置結(jié)構(gòu)的圖。
[0033]圖13是將由射頻天線和磁芯經(jīng)介電窗在真空腔的內(nèi)部感應(yīng)的磁束可視化表示的圖。
[0034]圖14是表示采用了通過(guò)電源分割進(jìn)行的雙重電源供給結(jié)構(gòu)的示例的圖。
[0035]圖15是表示采用了兩個(gè)電源供給源的雙重電源結(jié)構(gòu)的示例的圖。
[0036]圖16是表示采用了板型磁芯的示例的等離子體反應(yīng)器的剖視圖。
[0037]圖17是板型磁芯、射頻天線及噴頭的分解透視圖。
[003