專利名稱：等離子體處理裝置和等離子體處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對被處理基板實施等離子體處理的技術(shù)，特別是涉及電感耦合型 等離子體處理裝置和等離子體處理方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體元件、FPD (Flat Panel Display 平板顯示器)的制造工藝中的蝕刻、沉 積、氧化、濺射等處理中，為了在較低的溫度下使處理氣體進(jìn)行良好的反應(yīng)，經(jīng)常利用等離 子體。過去，在這種等離子體處理中，多使用MHz區(qū)域的高頻放電所產(chǎn)生的等離子體。作 為更加具體(裝置)的等離子體生成方法，高頻放電所產(chǎn)生的等離子體大體分為電容耦合 (容量耦合)型等離子體和電感耦合(感應(yīng)耦合)型等離子體。一般情況下，對于電感耦合型等離子體處理裝置，使用電介質(zhì)窗構(gòu)成處理容器的 壁部的至少一部分(例如頂壁)，向在該電介質(zhì)窗的外部設(shè)置的線圈形的RF天線供給高頻 電力。處理容器構(gòu)成為能夠減壓的真空腔室，在腔室內(nèi)的中央部配置被處理基板(例如半 導(dǎo)體晶片、玻璃基板等)，處理氣體被導(dǎo)入在電介質(zhì)窗和基板之間設(shè)定的處理空間。通過流 入RF天線的RF電流，在RF天線的周圍產(chǎn)生磁力線貫通電介質(zhì)窗并通過腔室內(nèi)的處理空間 的RF磁場，因該RF磁場的時間變化，在處理空間內(nèi)沿著方位角方向產(chǎn)生感應(yīng)電場。因該感 應(yīng)電場，沿著方位角方向被加速的電子與處理氣體的分子、原子發(fā)生電離撞擊，呈環(huán)形地生 成等離子體。在腔室內(nèi)設(shè)置大的處理空間，這樣，上述環(huán)形的等離子體就會有效地向四方(特 別是半徑方向)擴(kuò)散，在基板上等離子體的密度變得相當(dāng)均勻。但是，如果僅使用通常的RF 天線，那么，在基板上獲得的等離子體密度的均勻性在一般的等離子體工藝中就會不充分。 在電感耦合型等離子體處理裝置中，提高基板上的等離子體密度的均勻性，也會左右等離 子體工藝的均勻性、再現(xiàn)性甚至制造成品率，因此，它成為最重要的一個課題，此前也有幾 個相關(guān)的技術(shù)被提案。其中，有一種方法使用單一的RF天線，在該RF天線附近配置無源天線(專利文獻(xiàn) 1)。該無源天線構(gòu)成為不從高頻電源接受高頻電力的供給的獨立的線圈，其作用在于，對于 RF天線(感應(yīng)天線)所產(chǎn)生的磁場，使無源天線的環(huán)內(nèi)的磁場強(qiáng)度減少的同時，使無源天線 的環(huán)外附近的磁場強(qiáng)度。于是，腔室內(nèi)的等離子體產(chǎn)生區(qū)域中的RF電磁場的半徑方向分布 就會發(fā)生改變。專利文獻(xiàn)1 日本特表2005-5；34150但是，根據(jù)上述專利文獻(xiàn)1中的現(xiàn)有技術(shù)，因無源天線的存在，影響RF天線(感應(yīng) 天線)所產(chǎn)生的磁場，于是，能夠改變腔室內(nèi)的等離子體產(chǎn)生區(qū)域中的RF電磁場的半徑方 向分布，但是，對無源天線的作用的考察、檢驗并不充分，無法形成使用無源天線自由且高 精度地控制等離子體密度分布的具體的裝置構(gòu)造。隨著基板的大面積化以及元件的微細(xì)化，目前的等離子體工藝需要更加低壓的高 密度大口徑的等離子體，基板上的工藝的均勻性變得比以前更難，這成為技術(shù)課題。
對于這一點，在電感耦合型等離子體處理裝置中，在接近RF天線的電介質(zhì)窗的內(nèi) 側(cè)呈環(huán)形(doughnut)地生成等離子體，使該環(huán)形的等離子體朝著基板向四方(四周，周圍) 擴(kuò)散，但是，因腔室內(nèi)的壓力，等離子體擴(kuò)散的方式發(fā)生變化，基板上的等離子體密度分布 容易發(fā)生變化。而且，根據(jù)被供給至RF天線的高頻功率和被導(dǎo)入腔室內(nèi)的處理氣體的流量 等，環(huán)形等離子體內(nèi)的等離子體密度分布有時也會發(fā)生變化。因此，如果不能對RF天線(感 應(yīng)anductive)天線)所產(chǎn)生的磁場進(jìn)行校正，使得即使在工藝處理方案中工藝條件發(fā)生 更改的情況下，也能保持基板上的等離子體工藝的均勻性，就無法適應(yīng)目前的等離子體處 理裝置所要求的多樣且高度的工藝性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是鑒于上述的現(xiàn)有技術(shù)而完成的，其目的在于，提供一種無需對來自高 頻電源的等離子體生成用的高頻電流所流經(jīng)的RF天線、高頻供電系統(tǒng)進(jìn)行特別的加工，就 能夠使用處于電浮動(floating)狀態(tài)的線圈自由且精細(xì)地控制等離子體密度分布的電感 耦合型等離子體處理裝置和等離子體處理方法。本發(fā)明的第一觀點(方面)的電感耦合型等離子體處理裝置包括具有電介質(zhì)窗 的處理容器；配置在所述電介質(zhì)窗之外的線圈形狀的RF天線；在所述處理容器內(nèi)保持被處 理基板的基板保持部；為了對所述基板實施所希望的等離子體處理，向所述處理容器內(nèi)供 給所希望的處理氣體的處理氣體供給部；為了在所述處理容器內(nèi)通過感應(yīng)耦合生成處理氣 體的等離子體，向所述RF天線供給適合于處理氣體的高頻放電的一定頻率的高頻電力的 高頻供電部；處于電浮動狀態(tài)，配置在通過電磁感應(yīng)能夠與所述RF天線耦合的位置，且位 于所述處理容器之外的浮動線圈；和在所述浮動線圈的環(huán)內(nèi)設(shè)置的電容器。本發(fā)明的第一觀點的電感耦合型等離子體處理方法，是在等離子體處理裝置中對 被處理基板實施所希望的等離子體處理的等離子體處理方法，該等離子體處理裝置包括 具有電介質(zhì)窗的處理容器；配置在所述電介質(zhì)窗之外的線圈形狀的RF天線；在所述處理容 器內(nèi)保持所述被處理基板的基板保持部；為了對所述被處理基板實施所希望的等離子體處 理，向所述處理容器內(nèi)供給所希望的處理氣體的處理氣體供給部；和為了在所述處理容器 內(nèi)通過感應(yīng)耦合生成處理氣體的等離子體，向所述RF天線供給適合于處理氣體的高頻放 電的頻率的高頻電力的高頻供電部，該電感耦合型等離子體處理方法在所述處理容器之外 配置浮動線圈，該浮動線圈被設(shè)置于電浮動狀態(tài)，通過電磁感應(yīng)能夠與所述RF天線耦合， 且在環(huán)內(nèi)設(shè)置有固定或者可變的電容器，選擇所述電容器的靜電容量或者對所述電容器的 靜電容量進(jìn)行可變控制，控制所述基板上的等離子體密度分布。在上述第一觀點的等離子體處理裝置或者等離子體處理方法中，如果從高頻供給 部向RF天線供給高頻電力，那么，因流經(jīng)RF天線的高頻電流而在天線導(dǎo)體的周圍產(chǎn)生RF 磁場，在處理容器內(nèi)生成用于處理氣體的高頻放電的感應(yīng)電場。與此同時，因RF天線和浮 動線圈之間的電磁感應(yīng)，在浮動線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，并流動感應(yīng)電流。在該浮動線圈內(nèi) 流動的感應(yīng)電流也在處理容器內(nèi)的等離子體生成空間形成感應(yīng)電場，消極(負(fù)面)地或者 積極(正面)地參與處理氣體的高頻放電或者感應(yīng)耦合等離子體anductively Coupled Plasma，也稱為電感耦合等離子體)的生成。浮動線圈對在處理容器內(nèi)通過感應(yīng)耦合而生成的核心(core)的等離子體(環(huán)形等離子體)的密度分布施加作用不僅依賴于RF天線和浮動線圈的相對的位置關(guān)系，而且， 也因流經(jīng)浮動線圈內(nèi)的電流的大小和方向而大幅變化。在浮動線圈內(nèi)流動的電流的電流值和相位(方向)依賴于在浮動線圈的環(huán)內(nèi)產(chǎn)生 的感應(yīng)電動勢和環(huán)內(nèi)的阻抗。在該等離子體處理裝置中，通過在浮動線圈的環(huán)內(nèi)設(shè)置的電 容器的靜電容量，調(diào)整環(huán)(loop)內(nèi)的阻抗特別是電抗，控制環(huán)內(nèi)的電流的大小、方向。通過設(shè)置這種帶有電容器的浮動線圈，能夠任意或者形式多樣地控制環(huán)形等離子 體內(nèi)的等離子體密度分布。這樣，就能在基板保持部上的基板附近，任意并且精細(xì)地控制等 離子體密度分布，也容易提高等離子體工藝的均勻性。在上述等離子體處理裝置中，所述浮動線圈也可以被配置在如下位置，即所述浮 動線圈與所述處理容器內(nèi)的所述基板保持部的距離和所述RF天線與所述處理容器內(nèi)的所 述基板保持部的距離相等的位置。本發(fā)明的第二觀點的電感耦合型等離子體處理裝置包括在頂壁(頂部)具有電 介質(zhì)窗的處理容器；具有內(nèi)側(cè)線圈和外側(cè)線圈的RF天線，該內(nèi)側(cè)線圈和外側(cè)線圈在所述電 介質(zhì)窗之上彼此沿著徑向(即徑方向)隔開間隔地配置在內(nèi)側(cè)和外側(cè)，且與所述高頻供電 部電并聯(lián)連接；在所述處理容器內(nèi)保持被處理基板的基板保持部；為了對所述基板實施所 希望的等離子體處理，向所述處理容器內(nèi)供給所希望的處理氣體的處理氣體供給部；為了 在所述處理容器內(nèi)通過感應(yīng)耦合生成處理氣體的等離子體，向所述RF天線供給適合于處 理氣體的高頻放電的一定頻率的高頻電力的高頻供電部；處于電浮動狀態(tài)，配置在通過電 磁感應(yīng)能夠與所述RF天線的所述內(nèi)側(cè)線圈和所述外側(cè)線圈中的至少一個耦合的位置，并 被配置在所述電介質(zhì)窗之上的浮動線圈；和在所述浮動線圈的環(huán)(loop)內(nèi)設(shè)置的電容器。本發(fā)明的第二觀點的電感耦合型等離子體處理方法，是在等離子體處理裝置中對 被處理基板實施所希望的等離子體處理的等離子體處理方法，該等離子體處理裝置包括 在頂壁具有電介質(zhì)窗的處理容器；包括內(nèi)側(cè)線圈和外側(cè)線圈的RF天線，該內(nèi)側(cè)線圈和外側(cè) 線圈在所述電介質(zhì)窗之上彼此沿著徑向(半徑方向)隔開間隔地配置在內(nèi)側(cè)和外側(cè)，且與 所述高頻供電部電并聯(lián)連接；在所述處理容器內(nèi)保持被處理基板的基板保持部；為了對所 述基板實施所希望的等離子體處理，向所述處理容器內(nèi)供給所希望的處理氣體的處理氣體 供給部；和為了在所述處理容器內(nèi)通過感應(yīng)耦合生成處理氣體的等離子體，向所述RF天線 供給適合于處理氣體的高頻放電的頻率的高頻電力的高頻供電部，該電感耦合型等離子體 處理方法將浮動線圈配置在所述電介質(zhì)窗之上，該浮動線圈處于電浮動狀態(tài)，通過電磁感 應(yīng)能夠與所述RF天線的所述內(nèi)側(cè)線圈和所述外側(cè)線圈中的至少一個耦合，在環(huán)內(nèi)設(shè)置有 固定電容器或者可變電容器，選擇所述電容器的靜電容量或者對所述電容器的靜電容量進(jìn) 行可變控制，控制所述基板上的等離子體密度分布。在上述第二觀點的等離子體處理裝置或者等離子體處理方法中，如果從高頻供電 部向RF天線供給高頻電力，則因分流至RF天線的內(nèi)側(cè)線圈和外側(cè)線圈而分別流動的高頻 電流，在各個線圈導(dǎo)體的周圍產(chǎn)生RF磁場，在處理容器內(nèi)生成用于處理氣體的高頻放電的 感應(yīng)電場。另一方面，由于RF天線的內(nèi)側(cè)線圈和/或外側(cè)線圈與浮動線圈之間的電磁感應(yīng)， 在浮動線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢并流動感應(yīng)電流。在該浮動線圈內(nèi)流動的感應(yīng)電流也在處理 容器內(nèi)的等離子體生成空間形成感應(yīng)電場，消極(負(fù)面)地或者積極(正面)地參與處理 氣體的高頻放電或者電感耦合等離子體的生成。
浮動線圈對在處理容器內(nèi)通過電感耦合所生成的核心的等離子體(環(huán)形等離子 體)的密度分布施加的作用不僅依賴于RF天線的內(nèi)側(cè)和/或外側(cè)線圈與浮動線圈的相對 的位置關(guān)系，而且，也因在浮動線圈內(nèi)流動的電流的大小、方向而大幅變化。在浮動線圈內(nèi)流動的電流的電流值以及相位(方向)依賴于在浮動線圈的環(huán)內(nèi)產(chǎn) 生的感應(yīng)電動勢和環(huán)內(nèi)的阻抗。在該等離子體處理裝置中，通過在浮動線圈的環(huán)內(nèi)設(shè)置的 電容器的靜電容量，調(diào)整環(huán)內(nèi)的阻抗特別是電抗，控制環(huán)內(nèi)的電流的大小、方向。通過配置這種帶有電容器的浮動線圈，能夠任意或者形式多樣地控制環(huán)形等離子 體內(nèi)的等離子體密度分布。這樣，就能在基板保持部上的基板附近，任意且精細(xì)地控制等離 子體密度分布，也容易提高等離子體工藝的均勻性。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明的等離子體處理裝置或等離子體處理方法，根據(jù)上述的構(gòu)造以及作 用，無需對來自高頻電源的等離子體生成用的高頻電流所流經(jīng)的RF天線和高頻供電系統(tǒng) 進(jìn)行特別的處理，就能夠使用處于電浮動狀態(tài)的線圈自由且精細(xì)地控制等離子體密度分布。


圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式的電感耦合型等離子體處理裝置的構(gòu)造的縱 截面圖。圖2是表示第一實施方式中的浮動線圈的基本構(gòu)造(結(jié)構(gòu))及RF天線的配置關(guān) 系的立體圖。圖3表示在第一實施方式中依賴于浮動線圈的容量(電容)而變化的電流特性及 Vpp特性(電磁場模擬的結(jié)果)。圖4表示根據(jù)電磁場模擬求得的圖3的典型的電容位置的半徑方向的電感耦合等 離子體中的電流密度分布。圖5是表示用來說明當(dāng)改變浮動線圈內(nèi)的可變電容器的靜電容量時的作用的模 型(基本構(gòu)造)圖。圖6表示當(dāng)改變浮動線圈內(nèi)的可變電容器的靜電容量時，天線電流與感應(yīng)電流之 比發(fā)生變化的特性。圖7是圖5的模型的一個變形例。圖8是表示在圖5或者圖7的模型中，互感(S卩，mutual inductance 互感系數(shù)) 和角頻率之積根據(jù)浮動線圈的半徑發(fā)生變化的特性。圖9是表示本發(fā)明的第二實施方式的電感耦合型等離子體處理裝置的構(gòu)造的縱 截面圖。圖10是表示圖9的電感耦合型等離子體處理裝置中的RF天線及浮動線圈的配置 構(gòu)造的立體圖。圖IlA是表示在第二實施方式中，RF天線及浮動線圈的優(yōu)選配置及電連接構(gòu)造的 圖。圖IlB表示在第二實施方式中，RF天線以及浮動線圈的優(yōu)選配置以及電連接構(gòu)造。
圖12表示在第二實施方式中，在實驗中獲得的各個線圈電流的數(shù)據(jù)。圖13表示在第二實施方式中，在實驗中獲得徑向的電子密度分布(相當(dāng)于等離子 體密度分布)的數(shù)據(jù)。圖14A表示在RF天線的內(nèi)側(cè)線圈的徑向內(nèi)側(cè)配置浮動線圈的構(gòu)造的例子。圖14B表示在RF天線的外側(cè)線圈的徑向外側(cè)配置浮動線圈的構(gòu)造的例子。圖15A表示在RF天線的徑向兩側(cè)配置內(nèi)側(cè)浮動線圈以及外側(cè)浮動線圈的構(gòu)造的 例子。圖15B表示在RF天線的徑向內(nèi)側(cè)配置內(nèi)側(cè)浮動線圈以及外側(cè)浮動線圈雙方的構(gòu) 造的例子。圖15C表示在RF天線的徑向外側(cè)配置內(nèi)側(cè)浮動線圈以及外側(cè)浮動線圈的構(gòu)造的 例子。圖15D表示在RF天線的內(nèi)側(cè)線圈和外側(cè)線圈的中間配置內(nèi)側(cè)浮動線圈，在外側(cè)線 圈的外側(cè)配置外側(cè)浮動線圈的構(gòu)造的例子。圖16表示浮動線圈采用多圈的構(gòu)造的例子。圖17表示將浮動線圈沿著圓周方向(即環(huán)繞方向)分割成多個線圈段的構(gòu)造的 例子。圖18表示RF天線的各個線圈以及浮動線圈由空間上為電并聯(lián)關(guān)系的一對螺旋線 圈組成的構(gòu)造的例子。圖19表示浮動線圈按照在徑向夾著RF天線的方式橫跨該RF天線的兩側(cè)配置的 構(gòu)造的例子。圖20是表示由分別配置在RF天線的正上方以及同一平面上、且電串聯(lián)連接的上 部線圈段和下部線圈段構(gòu)成浮動線圈的例子。圖21表示RF天線和浮動線圈分別形成為四邊形(或方形)的形狀的構(gòu)造的例子。圖22表示RF天線和浮動線圈分別形成為扇形的形狀的構(gòu)造的例子。圖23A表示RF天線和浮動線圈在腔室的縱方向上偏移(offset)且被配置在腔室 側(cè)壁的周圍的構(gòu)造的例子。圖2 表示RF天線被配置在腔室的側(cè)壁的周圍，浮動線圈被配置在腔室的頂板之 上的構(gòu)造。圖23C表示RF天線和浮動線圈被載放配置在腔室的圓屋頂(即，dome 圓拱頂或 圓丘)形頂板之上的構(gòu)造的例子。圖M表示在浮動線圈的環(huán)內(nèi)設(shè)置固定電容器的實施例。圖25是表示一個實施例中的浮動線圈構(gòu)造的立體圖。圖26A是表示一個實施例中的浮動線圈構(gòu)造的立體圖。圖^B是表示圖2隊的浮動線圈中的縫隙的構(gòu)造的平面圖。圖26C是表示圖^B的縫隙的構(gòu)造的一個變形例的部分放大平面圖。圖27A表示一個實施例中的浮動線圈的構(gòu)造。圖27B是表示浮動線圈中的線圈導(dǎo)體的截面形狀的截面圖。圖28是表示一個實施例中的浮動線圈的構(gòu)造的立體圖。圖四是表示圖28的浮動線圈的一個變形例的立體圖。
圖30是表示在浮動線圈中一體地組裝固定電容器的一個實施例的立體圖。圖31是表示圖30的實施例的一個變形例的立體圖。圖32是表示在浮動線圈中一體地組裝固定電容器的其它實施例的一部分截面正 面圖。圖33是表示在浮動線圈中一體地組裝可變電容器的其它實施例的一部分截面正 面圖。圖34是表示按照與電容器串聯(lián)連接和/或并聯(lián)連接的方式設(shè)置開關(guān)的構(gòu)造的等 價電路圖。圖35是用來說明圖33的實施例的作用的主要部分的截面圖。圖36A是表示在浮動線圈中一體地組裝可變電容器的其它實施例的立體圖。圖36B是表示圖36A的可變電容器的主要部分的一部分截面立體圖。圖37A是表示用來改變浮動線圈內(nèi)的可變電容器的靜電容量的一個實施例的立 體圖。圖37B是表示圖36A的可變電容器的主要部分的一部分截面立體圖。圖37C是表示在圖37A的可變電容器中使用的電介質(zhì)(電介體)的溫度-介電常 數(shù)特性的圖。圖38是表示用來改變浮動線圈內(nèi)的可變電容器的靜電容量的其它實施例的立體 圖。圖39是表示一個實施例中的浮動線圈的繞組構(gòu)造的平面圖。圖40A是表示其它實施例中的浮動線圈的繞組構(gòu)造的平面圖。圖40B是表示其它實施例中的浮動線圈的繞組構(gòu)造的平面圖。圖41是表示其它實施例中的浮動線圈的繞組構(gòu)造的平面圖。圖42是表示其它實施例中的浮動線圈的繞組構(gòu)造的平面圖。圖43表示在浮動線圈的環(huán)內(nèi)設(shè)置電容器以及開關(guān)的構(gòu)造的例子。圖44A表示采用空冷方式冷卻浮動線圈的實施例。圖44B表示通過制冷劑冷卻浮動線圈的實施例。圖45是表示浮動線圈的副功能(另一種功能)的一個實施例的裝置構(gòu)造的立體 圖。圖46A是表示螺旋線圈形狀的RF天線的一個例子的立體圖。圖46B是表示同心圓線圈形狀的RF天線的一個例子的立體圖。附圖標(biāo)記的說明10 腔室12 基座沈排氣裝置52電介質(zhì)窗54RF 天線54i內(nèi)側(cè)線圈54。外側(cè)線圈55 地線
56 (等離子體生成用)高頻電源66處理氣體供給源70浮動線圈72電容(容量)可變機(jī)構(gòu)74可變電容器75主控制部94可變電容器96電容控制部
具體實施例方式下面，參照附圖，說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。(實施方式1)根據(jù)圖1 圖4，說明本發(fā)明的第一實施方式。圖1表示第一實施方式的電感耦合型等離子體處理裝置的構(gòu)造。該電感耦合型等 離子體處理裝置構(gòu)成為使用平面線圈式的RF天線的等離子體蝕刻裝置，例如具有由鋁或 者不銹鋼等金屬制成的有底圓筒形真空腔室(處理容器)10。腔室10被安全接地。首先，說明在該電感耦合型等離子體蝕刻裝置中與生成等離子體沒有直接關(guān)系的 各個部分的構(gòu)造。在腔室10內(nèi)的下部中央，載放作為被處理基板的例如半導(dǎo)體晶片W的圓板狀的基 座12作為兼作高頻電極的基板保持臺被水平地配置。該基座12例如由鋁形成，并且被從 腔室10的底部向垂直上方延伸的絕緣性的筒狀支承部14所支承。在沿著絕緣性筒狀支承部14的外周從腔室10的腔底向垂直上方延伸的導(dǎo)電性筒 狀支承部16與腔室10的內(nèi)壁之間形成環(huán)狀的排氣通道18，在該排氣通道18的上部或者入 口安裝環(huán)狀的擋板20，并且在底部設(shè)置排氣口 22。為了使腔室10內(nèi)的氣流相對于基座12 上的半導(dǎo)體晶片W呈軸對稱地均勻，優(yōu)選沿著圓周方向等間隔地設(shè)置多個排氣口 22。各個 排氣口 22經(jīng)排氣管M與排氣裝置沈連接。排氣裝置沈具有渦輪分子泵等真空泵，能夠 將腔室10內(nèi)的等離子體處理空間減壓至所希望的真空度。在腔室10的側(cè)壁之外安裝有用 來開閉半導(dǎo)體晶片W的搬入搬出口 27的閘閥觀。RF偏壓用的高頻電源30通過匹配器32及供電棒34與基座12電連接。該高頻 電源30能夠以希望的功率輸出適合于控制引入半導(dǎo)體晶片W中的離子的能量的一定頻率 (13. 56MHz以下)的高頻R&。匹配器32容納電抗可變的匹配電路，該電抗可變的匹配電 路用于獲得高頻電源30側(cè)的阻抗與負(fù)載(主要是基座、等離子體、腔室)側(cè)的阻抗之間的 匹配。在該匹配電路中包括生成自偏壓用的阻隔電容器(blocking condenser 隔直流電 容器)。在基座12的上表面設(shè)置用于利用靜電吸附力保持半導(dǎo)體晶片W的靜電吸盤(靜 電卡盤)36，在靜電吸盤36的半徑方向外側(cè)設(shè)置呈環(huán)狀圍繞半導(dǎo)體晶片W的周圍的聚焦環(huán) 38。靜電吸盤36是將由導(dǎo)電膜構(gòu)成的電極36a夾在一對絕緣膜36b、36c之間而構(gòu)成的，高 壓直流電源40經(jīng)開關(guān)42及絕緣線(被覆線)43與電極36a電連接。利用從直流電源40 施加的高壓直流電壓，能夠利用靜電力將半導(dǎo)體晶片W吸附保持在靜電吸盤36上。
在基座12的內(nèi)部設(shè)置有例如沿著圓周方向延伸的環(huán)狀制冷劑室44。通過制冷單 元(未圖示)，規(guī)定溫度的制冷劑例如冷卻水經(jīng)配管46、48被循環(huán)供給至該制冷劑室44。能 夠通過制冷劑的溫度控制靜電吸盤36上的半導(dǎo)體晶片W的處理溫度。與此相關(guān)，來自傳熱 氣體供給部(未圖示)的傳熱氣體例如He (氦)氣通過氣體供給管50被供給到靜電吸盤 36的上表面與半導(dǎo)體晶片W的背面之間。此外，為了裝載/卸載半導(dǎo)體晶片W，還設(shè)置有沿 著垂直方向貫通基座12且能夠上下移動的升降銷及其升降機(jī)構(gòu)(未圖示)等。下面，說明在該電感耦合型等離子體蝕刻裝置中與生成等離子體有關(guān)的各個部分 的構(gòu)造。腔室10的頂部或者頂板與基座12空出較大的距離間隔地設(shè)置，作為該頂板，例如 氣密(密閉，密封)地安裝有例如由石英板形成的圓形電介質(zhì)窗52。在該電介質(zhì)窗52之 上，天線室15與腔室10 —體地設(shè)置，在該天線室15內(nèi)，線圈形狀的RF天線M通常按照與 腔室10或者基座12同軸的方式被水平地配置。該RF天線M優(yōu)選具有例如螺旋(spiral) 線圈(圖46A)或者在各個一周(S卩，一圈)內(nèi)半徑固定的同心圓(圓環(huán)狀)線圈(圖46B) 的形狀，并且被由絕緣體構(gòu)成的天線固定部件(未圖示)固定在電介質(zhì)窗52之上。此外， 圖46B所示的圓環(huán)狀線圈是多圈，但是，也可以是單圈(一圈)。等離子體生成用的高頻電源56的輸出端子經(jīng)匹配器58以及高頻供電導(dǎo)體60與 RF天線M的一端電連接。RF天線M的另一端通過地線55與地電位電連接。高頻電源56能夠按照希望的功率輸出適合于通過高頻放電生成等離子體的一定 頻率(13.56MHz以上)的高頻Ri^匹配器58容納有電抗可變的匹配電路，該電抗可變的 匹配電路用于在高頻電源56 —側(cè)的阻抗與負(fù)載(主要是RF天線、等離子體、浮動線圈)一 側(cè)的阻抗之間保持匹配。用于向腔室10內(nèi)的處理空間供給處理氣體的處理氣體供給部具有在比電介質(zhì) 窗52略低的位置，在腔室10的側(cè)壁內(nèi)部(或者外部)設(shè)置的環(huán)狀歧管(即，manifold 總 管)或者緩沖部62 ；沿著圓周方向等間隔地從緩沖部62面向等離子體生成空間的多個側(cè) 壁氣體排出孔64 ；和從處理氣體供給源66延伸至緩沖部62的氣體供給管68。處理氣體供 給源66包括流量控制器以及開閉閥(未圖示)。為了在徑向可變地控制在腔室10內(nèi)的處理空間生成的電感耦合等離子體的密度 分布，該電感耦合型等離子體蝕刻裝置在腔室10的頂壁(頂板)之上設(shè)置的大氣壓空間的 天線室15內(nèi)設(shè)置有通過電磁感應(yīng)能夠與RF天線M耦合的帶可變電容器的浮動線圈70 ； 和用于可變地控制該浮動線圈70的靜電容量(更準(zhǔn)確地來講是可變電容器的靜電容量) 的電容可變機(jī)構(gòu)(也稱為容量可變機(jī)構(gòu))72。浮動線圈70以及電容可變機(jī)構(gòu)72的詳細(xì)構(gòu) 造及作用將在后面進(jìn)行說明。主控制部75例如包括微型計算機(jī)，用于控制該等離子體蝕刻裝置內(nèi)的各個部分， 例如排氣裝置26 ；高頻電源30、56 ；匹配器32、58 ；靜電吸盤用開關(guān)42 ；處理氣體供給源66 ； 電容可變機(jī)構(gòu)72 ；制冷單元(未圖示)；傳熱氣體供給部(未圖示)等各個部分的動作以及 整個裝置的動作(順序)。在該電感耦合型等離子體蝕刻裝置中，為了進(jìn)行蝕刻，首先，使閘閥觀處于打開 狀態(tài)，將加工對象的半導(dǎo)體晶片W搬入腔室10內(nèi)，放置(載置)在靜電吸盤36之上。接著， 關(guān)閉間閥觀，按照規(guī)定的流量和流量比，從處理氣體供給源66經(jīng)氣體供給管68、緩沖部62以及側(cè)壁氣體排出孔64，將蝕刻氣體(一般是混合氣體)導(dǎo)入腔室10內(nèi)，利用排氣裝置沈 將腔室10內(nèi)的壓力調(diào)整至設(shè)定值。進(jìn)一步，接通高頻電源56，按照希望的RF功率輸出等 離子體生成用的高頻RFh，經(jīng)匹配器58、供電導(dǎo)體60向RF天線討供給高頻Ri^11的電流。另 一方面，接通高頻電源30，按照希望的RF功率輸出離子引入控制用的高頻R&，經(jīng)匹配器32 及供電棒；34向基座12施加該高頻R&。此外，利用傳熱氣體供給部，向靜電吸盤36和半導(dǎo) 體晶片W之間的接觸界面供給傳熱氣體(氦氣)，并且，使開關(guān)42導(dǎo)通(0N)，利用靜電吸盤 36的靜電吸附力將傳熱氣體密封在上述接觸界面中。從側(cè)壁氣體排出孔64排出的蝕刻氣體向電介質(zhì)窗52之下的處理空間擴(kuò)散。因流 經(jīng)RF天線M的高頻RFh的電流，在RF天線M的周圍產(chǎn)生磁力線貫通電介質(zhì)窗52并通過 腔室內(nèi)的等離子體生成空間的RF磁場，由于該RF磁場的時間變化而在處理空間的方位角 方向上產(chǎn)生RF感應(yīng)電場。于是，因該感應(yīng)電場而沿著方位角方向被加速的電子與蝕刻氣體 的分子、原子發(fā)生電離撞擊，呈環(huán)形地生成等離子體。該環(huán)形等離子體的自由基、離子在寬 闊的處理空間朝著四周擴(kuò)散，自由基各向同性地紛紛而降，離子被直流偏壓吸引，被供給至 半導(dǎo)體晶片W的上表面(被處理面)。這樣，在晶片W的被處理面，等離子體的活性種發(fā)生 化學(xué)反應(yīng)和物理反應(yīng)，被加工膜被蝕刻成希望的圖形。該電感耦合型等離子體蝕刻裝置，如上所述，在接近RF天線M的電介質(zhì)窗52之 下，呈環(huán)形地生成電感耦合的等離子體，使該環(huán)形的等離子體在寬闊的處理空間內(nèi)分散，在 基座12附近(即，半導(dǎo)體晶片W上)使等離子體的密度變得平均。此處，環(huán)形等離子體的 等離子體密度依賴于感應(yīng)電場的強(qiáng)度，進(jìn)而依賴于被供給至RF天線M的高頻RFh的功率 (更準(zhǔn)確地講是在RF天線M流動的電流)的大小。即，高頻Ri711的功率越大，環(huán)形等離子 體的密度越高，通過等離子體的擴(kuò)散，基座12附近的等離子體的密度整體提高。另一方面， 環(huán)形等離子體朝著四方(特別是徑向)擴(kuò)散的方式依賴于腔室10內(nèi)的壓力，壓力越低，在 腔室10的中心部就會聚集越多的等離子體，基座12附近的等離子體密度分布在中心部有 隆起(高漲，變高)的傾向。此外，環(huán)形等離子體內(nèi)的等離子體密度分布也存在根據(jù)被供給 至RF天線M的高頻RFh的功率、被導(dǎo)入腔室10內(nèi)的處理氣體的流量等發(fā)生變化的情況。此處所說的“環(huán)形等離子體”是指，并不限于等離子體不存在于腔室10的徑向內(nèi) 側(cè)(中心部)、等離子體僅存在于徑向外側(cè)這樣的嚴(yán)格意義上的環(huán)形等離子體，而是與腔室 10的徑向內(nèi)側(cè)相比，徑向外側(cè)的等離子體的體積或者密度更大這樣的意思。此外，根據(jù)處理 氣體所使用的氣體的種類、腔室10內(nèi)的壓力的值等條件的不同，也存在不會成為此處所說 的“環(huán)形等離子體”的情況。在該等離子體蝕刻裝置中，為了沿著徑向任意地控制基座12附近的等離子體密 度分布，利用帶可變電容器的浮動線圈70對RF天線M產(chǎn)生的RF磁場進(jìn)行電磁場校正，并 且，根據(jù)由工藝處理方案(recipe)設(shè)定的規(guī)定的工藝參數(shù)(例如壓力、RF功率、氣體流量 等)，利用電容可變機(jī)構(gòu)72使得浮動線圈70的靜電容量可變。下面，對作為該等離子體蝕刻裝置中的主要特征部分的浮動線圈70和電容可變 機(jī)構(gòu)72構(gòu)造及作用進(jìn)行說明。圖2表示浮動線圈70的基本構(gòu)造以及和RF天線M的配置關(guān)系。如圖所示，作為 基本的配置關(guān)系，浮動線圈70處于電浮動狀態(tài)。此處，本發(fā)明中的電浮動狀態(tài)是指，與電源 及接地(接地電位)中的任意一個均電浮游(electrically floating 電浮，電浮動)或者分離(分開)的狀態(tài)，與周圍的導(dǎo)體完全沒有或者幾乎沒有電荷或者電流的交換，通過專 門的電磁感應(yīng)能夠在該物體流動電流的狀態(tài)。此外，作為浮動線圈70的基本的構(gòu)造，該浮動線圈70由兩端夾著縫隙(gap)G開 口的單圈線圈(也稱單匝線圈)(或者多匝線圈(也稱多圈線圈))構(gòu)成，在該縫隙G設(shè)置 有可變電容器74。如后所述，可變電容器74例如可以是可變電容器或者變?nèi)荻O管(varicap diode)這種在市場上銷售的通用型產(chǎn)品，或者是被一體地組裝在浮動線圈70中的特別訂 購的產(chǎn)品或者獨有產(chǎn)品。浮動線圈70優(yōu)選按照與RF天線M同軸的方式配置，并且具有在徑向上線圈導(dǎo)體 位于RF天線M的內(nèi)周(內(nèi)圈)與外周(外圈)之間(例如，正中間附近)的線圈直徑。 方位角方向上的浮動線圈70的配置方向如圖所示，可變電容器74的位置(S卩，縫隙G的位 置)與RF天線MWRF輸入輸出用的斷開(縫隙)位置重疊。浮動線圈70的線圈導(dǎo)體的 材質(zhì)優(yōu)選是導(dǎo)電率高的金屬，例如鍍銀的銅。另外，本發(fā)明中所說的“同軸”是指，在具有軸對稱的形狀的多個物體(例如線圈 或者天線)之間，各自的中心軸線相互重疊(重合)的位置關(guān)系，它不僅包括在多個線圈或 者天線之間各個線圈面或者天線面在軸向或者縱向上相互偏移(offset)的情況，而且也 包括在同一面上一致的情況(同心狀的位置關(guān)系)。電容可變機(jī)構(gòu)72由在浮動線圈70的環(huán)內(nèi)設(shè)置的上述可變電容器74、以及利用機(jī) 械驅(qū)動機(jī)構(gòu)或者電驅(qū)動電路典型地能夠可變控制該可變電容器74的靜電容量的電容控制 部76構(gòu)成。關(guān)于可變電容器74的靜電容量，電容控制部76通過主控制部75，通過控制信號 Sc接收容量設(shè)定值或者成為容量設(shè)定值的基礎(chǔ)的處理方案信息或者工藝參數(shù)等。進(jìn)一步， 作為線圈容量可變控制用的監(jiān)視信號或者反饋信號，電容控制部76從Vpp檢測器78 (圖1) 接收表示被輸入RF天線M之前的高頻電壓的峰值Vpp的信號SVPP，從線圈電流測定器80接 收表示流經(jīng)浮動線圈70的感應(yīng)電流Iind的電流值(有效值)的信號SIIND。為了測定匹配 器58的輸出電壓的峰值VPP，Vpp檢測器78可以利用匹配器58中的常備檢測器。此處，說明浮動線圈70及電容可變機(jī)構(gòu)72的作用。本發(fā)明人對本實施方式的電 感耦合型等離子體蝕刻裝置實施了以下的電磁場模擬(運(yùn)算)。S卩，作為參數(shù)，使浮動線圈70的靜電容量(具體來講是可變電容器74的靜電容 量)能夠在IOOpF 1400pF的范圍變化，算出當(dāng)按照規(guī)定的功率向RF天線M施加高頻RFh 時流經(jīng)RF天線M的天線電流(RF電流)Ikf和流經(jīng)浮動線圈70的線圈電流(感應(yīng)電流) Iind之比IIND/IKF，并且算出被輸入RF天線M之前的高頻電壓的峰值(Wave height value 波高值，振幅的最高值)VPP。而且，以浮動線圈70的靜電容量為橫軸，電流比(IIND/IKF)以 及電壓峰值Vpp為縱軸，用坐標(biāo)圖表示算出值，得到圖3所示的特性。在該電磁場模擬中，將RF天線M的外徑(半徑)設(shè)定為250mm，浮動線圈70的內(nèi) 徑(半徑)以及外徑(半徑)分別設(shè)定為IOOmm和130mm，RF天線M和浮動線圈70之間 的距離間隔設(shè)定為5mm。此外，用圖2所示的圓盤形狀的電阻體85模擬在RF天線M下方 的腔室內(nèi)處理空間通過電感耦合所生成的環(huán)形的等離子體，將該電阻體85的直徑設(shè)定為 500mm，電阻率設(shè)定為IOOQcm,趨膚深度(skin depth)設(shè)定為10mm。假設(shè)等離子體生成用18高頻RI7h的頻率為13. 56MHz，從輸入部負(fù)載阻抗有相當(dāng)于1000瓦的輸入，算出電壓峰值VPP。如圖3所示，線圈電流Iind和天線電流Ikf之比IIND/IKF在橫軸(橫坐標(biāo))上(在 線圈電容的可變范圍內(nèi))呈現(xiàn)中間部向上突出這樣的外形(profile:輪廓)，在從線圈電 容的最小值(IOOpF)至中間的500pF附近的區(qū)間單調(diào)增加，在500pF附近達(dá)到極大值(約 800% )，在其后的區(qū)間單調(diào)減少，在約10%以下 約800%的范圍變化。此外，雖然省略了圖示，但是如果進(jìn)一步增加線圈電容使其大于1400pF，那么，電 流比IindAkf大約在60%穩(wěn)定，不會再繼續(xù)下降。即，當(dāng)可變電容器74短路時，與天線電流 Ief相比，約60 %的線圈電流Iind流經(jīng)浮動線圈70。另一方面，RF電壓峰值Vpp在橫軸上(線圈電容的可變范圍內(nèi))呈現(xiàn)中間部呈研 缽狀下沉這樣的外形，在從線圈電容的最小值(IOOpF)至中間的730pF附近的區(qū)間單調(diào)地 減少，在730pF附近達(dá)到極小值(約350伏特)，在其后的區(qū)間單調(diào)地增加，在約350伏特 約1800伏特的范圍變化。在該電磁場模擬中，對于圖3中的A (線圈電容最小)、B (線圈電流極大)、C (Vpp極 小)、D (線圈電容最大)的有代表性的各個電容位置，求出環(huán)形等離子體內(nèi)部(與上表面相 距5mm的位置)的半徑方向的電流密度分布(相當(dāng)于等離子體密度分布)，從而得到圖4所 示的曲線(profile)。在A(線圈電容最小)的電容位置(即容量位置)，成為在浮動線圈70中幾乎不 流動線圈電流Iind的狀態(tài)，即，成為接近沒有浮動線圈70時的狀態(tài)。在該A的電容位置所 獲得的徑向的電流密度(等離子體密度)分布呈現(xiàn)圖4(A)所示的曲線即，在環(huán)形等離子 體的中心位置(r = Omm)以及外周邊緣位置(r = 250mm)分別為零，在中間部(r = 120 160mm)平緩地隆起至約ΙΟΟΑ/m2的高度。在B (線圈電流極大)的電容位置，線圈電流Iind在大致接近串聯(lián)諧振的狀態(tài)下流 經(jīng)浮動線圈70。此處，浮動線圈70的等價負(fù)載或者無源電路由線圈70的環(huán)(電流路)中 包括的電阻、電感和電容的串聯(lián)電路賦予。浮動線圈70的電阻由其線圈導(dǎo)體的材質(zhì)(電阻 率)、截面積及長度決定。浮動線圈70的電感(inductance，感應(yīng)系數(shù))不僅包括由線圈70 本身的構(gòu)造決定的自感，也包括線圈70和RF天線M之間的互感以及線圈70和等離子體 之間的互感。浮動線圈70的阻抗由上述電感以及可變電容器74的靜電容量確定。在該B的電容位置所獲得的徑向的電流密度(等離子體密度)分布呈現(xiàn)如下所述 的圖4(B)所示的曲線即，在與浮動線圈70的線圈導(dǎo)體重疊的位置(r = 100 120mm)附 近，局部地隆起至超過200A/m2的高度，與該位置相比，在徑向的內(nèi)側(cè)及外側(cè)的位置，比A的 電容位置時略低。這樣，如果浮動線圈70內(nèi)的無源電路成為串聯(lián)諧振狀態(tài)，那么，非常大的線圈電 流Ind就會流經(jīng)浮動線圈70，在與浮動線圈70的線圈導(dǎo)體重疊的位置，環(huán)形等離子體內(nèi)的 等離子體密度在局部明顯增高(沒有浮動線圈70時的兩倍以上)。在C(VPP極小)的電容位置，即將被輸入RF天線M之前的RF電壓的峰值Vpp變 得極小。該C的電容位置的徑向電流密度(等離子體密度)分布呈現(xiàn)圖4(C)所示的曲線， 與選擇B的電容位置時的曲線相比，在與浮動線圈70的線圈導(dǎo)體重疊的位置(r = 100 120mm)附近，局部隆起略微減弱，而在徑向的內(nèi)側(cè)及外側(cè)的位置略微變高(增強(qiáng))。在D(線圈電容最大)的電容位置，浮動線圈70成為接近拆下可變電容器74并短路的狀態(tài)。在該D的電容位置所獲得的徑向的電流密度(等離子體密度)分布呈現(xiàn)圖4(D) 所示的曲線，與選擇A的電容位置時的曲線相比，在與浮動線圈70的線圈導(dǎo)體重疊的位置 (r = 100 120mm)附近，局部大幅下跌，相反在周邊部(r = 160 230mm)則隆起至超過 ΙΟΟΑ/m2的高度。雖然省略了圖示，但能夠知道環(huán)形等離子體內(nèi)的半徑方向的電流密度分布根據(jù) 在浮動線圈70設(shè)置的可變電容器74的靜電容量的值連續(xù)地變化，即，在從A的電容位置至 B的電容位置的區(qū)間，在圖4(A)的曲線與圖4⑶的曲線之間連續(xù)地變化，在從C的電容位 置至D的電容位置的區(qū)間，在圖4(C)的曲線和圖4(D)的曲線之間連續(xù)地變化。因此，能夠很容易地推測出在從A的電容位置至B的電容位置的區(qū)間，可變電容 器74的靜電容量越大，則在與浮動線圈70的線圈導(dǎo)體重疊的位置(r = 100 120mm)附 近，即在浮動線圈70的正下方位置附近，環(huán)形等離子體內(nèi)的等離子體密度就會隆起越高。 此外，還能很容易地推測出在從C的電容位置至D的電容位置的區(qū)間，可變電容器74的靜 電容量越大，則在浮動線圈70的正下方位置附近，環(huán)形等離子體內(nèi)的等離子體密度就會越 低或者下降。如圖3所示，依賴于線圈電容而發(fā)生變化的線圈電流/天線電流之比IIND/IKF的特 性和RF電壓峰值Vpp的特性相互呈上下對稱，B(線圈電流極大)的電容位置和C(Vpp極小) 的電容位置，從圖4的電流密度(等離子體密度)分布的類似性來看也能夠看成是相近的 電容位置。因此，也能將B、C的兩個電容位置合成一個模式，在此基礎(chǔ)上包括A的電容位置 的模式和D的電容位置的模式，這三個模式為典型的選擇模式。這樣，在本實施方式中，通過使浮動線圈70的靜電容量(具體來講是可變電容器 74的靜電容量)可變，就能在徑向上形式多樣且自如地控制在腔室10內(nèi)的處理空間生成的 環(huán)形等離子體內(nèi)的等離子體密度分布，進(jìn)而能夠在徑向上形式多樣且自如地控制作為環(huán)形 等離子體在處理空間向四周(特別是徑向)擴(kuò)散的結(jié)果而得到的基座12附近的等離子體 密度分布。因此，也很容易使基座12附近的等離子體密度分布在徑向上均勻。在本實施方式中，根據(jù)在上述電磁場模擬中獲得的檢驗結(jié)果，如圖1所示，用線圈 電流測定器80測定流經(jīng)浮動線圈70的線圈電流(感應(yīng)電流)Iind的電流值，或者用Vpp檢 測器78測定即將被輸入RF天線M之前的高頻電壓的峰值VPP，將這些測定值SIim、SVPP提 供給電容控制部76。進(jìn)一步，也可以如圖2所示，用RF電流計86測定流經(jīng)RF天線M的天 線電流(RF電流)1皿的電流值(有效值)，將該測定值SIkf提供給電容控制部76。作為一 例，線圈電流測定器80由電流傳感器82以及根據(jù)該電流傳感器82的輸出信號計算線圈電 流Iind的電流值(有效值)的線圈電流測定電路84構(gòu)成。由于浮動線圈70的電感不僅包括與RF天線M的互感，也包括與等離子體的互 感，因此，如果工藝參數(shù)(壓力、RF功率等)的值改變，那么，受到等離子體的影響，浮動線 圈70的阻抗發(fā)生改變，在圖3所示的特性中，存在B (線圈電流極大)的電容位置或者C (Vpp 極小)的電容位置不固定地變動的情況。但是，通過設(shè)置上述線圈電流監(jiān)視部、RF天線電 流監(jiān)視部和/或Vpp監(jiān)視部，即使工藝參數(shù)的設(shè)定值改變，也能隨時確定B的電容位置或者 C的電容位置。電容控制部76優(yōu)選包括微型計算機(jī)，例如，也能預(yù)先將圖3所示的電流比IIND/IKF 或者Vpp的線圈電容依賴特性繪制(mapping，繪圖)在表存儲器中，根據(jù)從主控制部75傳20送來的容量設(shè)定值(目標(biāo)值)或者工藝處理方案或工藝參數(shù)等信息，通過使用上述電流監(jiān) 視部或者Vpp監(jiān)視部的反饋控制等，選擇最適合于該工藝的可變電容器74的電容位置，或者 使最適合于該工藝的可變電容器74的電容位置動態(tài)地可變。如利用上述電磁場模擬所示，在浮動線圈70未設(shè)置可變電容器74的情況下(縫 隙G在線圈導(dǎo)體中短路的情況下)，在浮動線圈70內(nèi)，感應(yīng)電流Iind按照比流經(jīng)RF天線M 的天線電流Ikf小的一定比率(在上述例子中約為60%)流動。但是，在浮動線圈70設(shè)置 可變電容器74的情況下，在浮動線圈70內(nèi)流動的感應(yīng)電流Iind的電流值根據(jù)可變電容器 74的靜電容量大范圍地發(fā)生變化，于是，在浮動線圈70的正下方附近，環(huán)形等離子體內(nèi)的 等離子體密度大范圍地發(fā)生變化。特別是在從上述A的電容位置(IOOpF)至上述B的電容位置(500pF)的區(qū)間，隨 著可變電容器74的靜電容量的增大，感應(yīng)電流Iind從天線電流Ikf的大約10%單調(diào)地增加 至約800%，于是，環(huán)形等離子體內(nèi)的等離子體密度在浮動線圈70的正下方位置附近明顯 地從大致平坦的狀態(tài)變化為高高隆起的狀態(tài)。此外，在從上述C的電容位置(730pF)至上述D的電容位置(1400pF)的區(qū)間，隨 著可變電容器74的靜電容量的增大，感應(yīng)電流Iind從天線電流Ikf的大約320%單調(diào)地減少 至約120%，于是，環(huán)形等離子體內(nèi)的等離子體密度在浮動線圈70的正下方位置附近明顯 地從局部隆起的狀態(tài)變?yōu)榫植堪枷莸臓顟B(tài)。進(jìn)一步，應(yīng)該注意的是，雖然在浮動線圈70內(nèi)流動的感應(yīng)電流Iind在D的電容位 置比在A的電容位置大10倍以上，但是，通過對比圖4的㈧、⑶兩個曲線可知，浮動線圈 70的正下方位置附近的環(huán)形等離子體內(nèi)的等離子體密度在A的電容位置時大致平坦，而在 D的電容位置時局部大幅凹陷。如果考察圖5所示的簡單的模型(基本結(jié)構(gòu))，那么，上述浮動線圈70的作用，特 別是改變可變電容器74的靜電容量時的作用則更容易理解。在圖5中，RF天線M以及浮 動線圈70是半徑各異的圓環(huán)狀單圈線圈(單匝線圈)，并且相鄰地同軸配置。在圖5的模型中，從高頻電源56向RF天線M供給一定頻率f的高頻RFH，當(dāng)天線 電流Ikf流經(jīng)RF天線M時，因電磁感應(yīng)而在浮動線圈70內(nèi)產(chǎn)生的電動勢、即感應(yīng)電動勢 Vind根據(jù)法拉第定律用下式(1)表示。Vind = -dO/dt = -i ω MIef (1)此處，ω是角頻率(ω = 2 π f)，M是RF天線M和浮動線圈70之間的互感。此 外，在上述式(1)中，浮動線圈70和等離子體之間的互感相對較小，因此忽略不計。因該感應(yīng)電動勢Vind而在浮動線圈70內(nèi)流動的電流(感應(yīng)電流)I·用下式(2) 表不。Iind = VIND/Z70 = - Μ ω Ief/ {R70+i (L70 ω -1/C74 ω)} (2)此處，Z7tl是浮動線圈70的阻抗，R7tl是浮動線圈70的電阻(也包括因被等離子體 吸收的功率而產(chǎn)生的電阻成分)，L7tl是浮動線圈70的自感，C74是可變電容器74的靜電容Mo在浮動線圈70的一般材質(zhì)和構(gòu)造、以及通常的使用方式下，IrtoI彡L70W-I/ C74GJ I，因此，感應(yīng)電流Iind用下面的近似式⑶表示。Iind -M ω Ief/ (L70 ω -!/C74 ω)} (3)
該式(3)表示，在浮動線圈70內(nèi)流動的感應(yīng)電流Iind的方向根據(jù)可變電容器74的 靜電容量C74，在圓周方向上發(fā)生變化。S卩，如果令在浮動線圈70內(nèi)發(fā)生串聯(lián)諧振時的可變電容器74的靜電容量C74的 值為Ck，那么，在Cm大于Ck的情況下，L7tl ω > l/C74co，g卩，浮動線圈70內(nèi)的電抗(L70 ω-1/ C74ω)為正值，在浮動線圈70內(nèi)流動負(fù)極性(與天線電流Ikf在圓周方向上反向)的感應(yīng)電 流ΙΜ。但是，在C74小于Ck的情況下，L7tl ω < l/C74co，g卩，浮動線圈70內(nèi)的電抗(L7tl ω-1/ C74ω)為負(fù)值，在浮動線圈70內(nèi)流動正極性(與流經(jīng)RF天線電流討的電流‘在圓周方 向上同向)的感應(yīng)電流IIND。圖6的坐標(biāo)圖(曲線圖)表示該特性。在圖6的圖表中，橫軸是可變電容器74的靜電容量C74，從20pF連續(xù)地變化至 1000pF?？v軸是感應(yīng)電流Ikf和天線電流Ikf之比(IIND/IKF)，表示與流經(jīng)RF天線M的天線 電流‘相比多少倍的感應(yīng)電流Iind在浮動線圈70內(nèi)流動。當(dāng)電流比(IIND/IKF)為正值時， 感應(yīng)電流Ikf在圓周方向上與天線電流Ikf同向流動。相反，當(dāng)電流比(IindAkf)為負(fù)值時， 感應(yīng)電流Iind在圓周方向上與天線電流Ikf反向流動。在該圖表的計算例子中， ·(ω/2π) =13. 56MHz，M = 350nH, L70 = 580nH。在此情況下，根據(jù)L70 ω = 1/0Εω的諧振條件，在浮 動線圈70內(nèi)發(fā)生串聯(lián)諧振的靜電容量C74的值Ck是Ck 230pF。如圖6所示，當(dāng)可變電容器74的靜電容量C74為20pF時，感應(yīng)電流Iind是接近零 的正值。如果從20pF其增大Cm的值，那么，感應(yīng)電流Iind在正向(與天線電流Ikf同向) 逐漸增大，最終超過天線電流Ikf，從此處起如指數(shù)函數(shù)地增大，在即將到達(dá)引起串聯(lián)諧振的 靜電容量值Ck時成為最大。在C74的值剛超過Ck時，感應(yīng)電流Iind在負(fù)向(天線電流Ikf 的反向)成為大的電流。如果進(jìn)一步增大Cm的值，那么，感應(yīng)電流Iind在保持為負(fù)向的情 況下呈對數(shù)函數(shù)地變小，最終逐漸接近絕對值比天線電流Ikf小的值Is。此處，飽和值Is是 Is ^ MIKF/L7。，在上述例子(M = 350nH, L70 = 580nH)中，Is 0. 6IKF。圖3以及圖4的模擬結(jié)果如果適用圖6的特性，那么，就容易理解。即，從上述A 的電容位置(IOOpF)至上述B的電容位置(500pF)的區(qū)間與圖6中電流比(IIND/IKF)為正 值的區(qū)間對應(yīng)，感應(yīng)電流Iind在圓周方向上與天線電流Ikf同向流動。此外，從上述C的電 容位置(730pF)至上述D的電容位置(HOOpF)的區(qū)間與圖6中電流比(IIND/IEF)為負(fù)值的 區(qū)間對應(yīng)，感應(yīng)電流Iind在圓周方向上與天線電流Ikf反向流動。浮動線圈70的作用中尤其重要的一點是，感應(yīng)電流Iind的流向根據(jù)可變電容器74 的靜電容量發(fā)生變化，由此，對在腔室10內(nèi)生成的環(huán)形等離子體內(nèi)的等離子體密度分布的 影響(作用效果)完全不同。S卩，當(dāng)感應(yīng)電流Iind在浮動線圈70內(nèi)在圓周方向上與天線電流Ikf反向流動時， 在其線圈導(dǎo)體的正下方位置附近，能夠獲得局部地降低感應(yīng)磁場的強(qiáng)度乃至電感耦合等離 子體的密度的作用效果，感應(yīng)電流Iind的電流值越大，其等離子體密度降低效果的程度就越尚ο與此相反，當(dāng)感應(yīng)電流Iind在浮動線圈70內(nèi)在圓周方向上與天線電流Ikf同向流 動時，在其線圈導(dǎo)體的正下方位置附近，能夠獲得局部地增強(qiáng)感應(yīng)磁場的強(qiáng)度乃至電感耦 合等離子體的密度的作用效果，感應(yīng)電流Iind的電流值越大，其等離子體密度增強(qiáng)效果的程 度就越高。因此，通過改變可變電容器74的靜電容量，在將浮動線圈70固定在固定位置的狀態(tài)下，就能自如地控制在腔室10內(nèi)生成的環(huán)形等離子體內(nèi)的等離子體密度分布，甚至能夠 在徑向上任意且形式多樣地控制作為環(huán)形等離子體在處理空間向四方(特別是徑向)擴(kuò)散 的結(jié)果而獲得的基座12附近的等離子體密度分布。此外，如上所述，通過使與天線電流‘在圓周方向上同向的感應(yīng)電流Iind在浮動 線圈70內(nèi)流動，不僅使RF天線54，也使浮動線圈70對電感耦合等離子體的生成起到積極 或者有利的作用，此時的效果也有提高RF功率供給效率的一面。即，在使浮動線圈有利于 (正面地影響)電感耦合等離子體的生成的情況下，RF天線M側(cè)的負(fù)擔(dān)減輕，能夠降低供 向RF天線M的高頻電流IKF。這樣就能夠降低在高頻供電系統(tǒng)的各個部分(特別是匹配 器58、高頻供電導(dǎo)體60等)產(chǎn)生的高頻RFh的功率損失。上述圖5的模型在RF天線M的徑向內(nèi)側(cè)配置了浮動線圈70，但是如圖7所示，即 使采用在RF天線M的徑向外側(cè)配置浮動線圈70的構(gòu)造，作用也完全相同。即，只要互感 系數(shù)(即互感)M相同，無論浮動線圈70在RF天線M的內(nèi)側(cè)還是外側(cè)，均在浮動線圈70 內(nèi)流動相同方向及相同大小的感應(yīng)電流IIND。如果浮動線圈70離RF天線M太遠(yuǎn)，那么，互感M就會變小，在浮動線圈70內(nèi)激 勵的感應(yīng)電動勢Vind就會變?nèi)?變低)。但是，即使在這種情況下，通過調(diào)整可變電容器74 的靜電容量C74，在浮動線圈70內(nèi)創(chuàng)造串聯(lián)諧振的狀態(tài)或者接近它的狀態(tài)，這樣也能獲得實 際使用時足夠大的感應(yīng)電流IIND。但是，當(dāng)在浮動線圈70內(nèi)產(chǎn)生串聯(lián)諧振狀態(tài)或者接近它的狀態(tài)時，上述的近似式 (3)不適合，下面的近似式⑷適合。Iind ^ -iMoIEF/R70 (4)由該式(4)可知，在浮動線圈70內(nèi)產(chǎn)生串聯(lián)諧振狀態(tài)或者接近它的狀態(tài)的情況 下，感應(yīng)電流Iind與天線電流Ikf相比具有90度左右的相位差。在此情況下，如果互感M過 小，即，式(4)的系數(shù)(Μω/Rj過小，那么，它就不適合于實際使用。因此，該系數(shù)(Μω/Rj 必須大于1，即，必須滿足下面的式(5)。M ω > R70 或者 2 π fM > R70(5)此處，如上所述，右邊的R7tl是浮動線圈70的電阻，是其線圈導(dǎo)體的電阻R7cc和相 當(dāng)于等離子體側(cè)的功率吸收的電阻R胃之和(R7(c+Rtop)，前者(R7J大致是主導(dǎo)部分，從設(shè)計 方面來看，后者(Rtop)可以忽略不計。從理論上來講，RF天線M以及浮動線圈70是圖5或者圖7所示的圓環(huán)狀單圈線 圈，如果兩者的半徑分別是a、b，兩者間的距離是d，那么，互感M能夠用下面的式(6)表示。(數(shù)1)
權(quán)利要求
1.一種等離子體處理裝置，其特征在于，包括 具有電介質(zhì)窗的處理容器；配置在所述電介質(zhì)窗之外的線圈形狀的RF天線； 在所述處理容器內(nèi)保持被處理基板的基板保持部；為了對所述被處理基板實施所希望的等離子體處理，向所述處理容器內(nèi)供給所希望的 處理氣體的處理氣體供給部；為了在所述處理容器內(nèi)通過感應(yīng)耦合生成處理氣體的等離子體，向所述RF天線供給 適合于處理氣體的高頻放電的一定頻率的高頻電力的高頻供電部；處于電浮動狀態(tài)，配置在通過電磁感應(yīng)能夠與所述RF天線耦合的位置，且位于所述處 理容器之外的浮動線圈；和在所述浮動線圈的環(huán)內(nèi)設(shè)置的電容器。
2.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述浮動線圈被配置為與所述RF天線同軸。
3.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述浮動線圈被配置在與所述RF天線相同的平面上。
4.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述浮動線圈被沿著徑向配置在所述RF天線的內(nèi)側(cè)或外側(cè)。
5.如權(quán)利要求4所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述浮動線圈具有所述RF天線的1/3 3倍的半徑。
6.如權(quán)利要求4或5所述的等離子體處理裝置，其特征在于當(dāng)令所述浮動線圈的電阻為R，所述浮動線圈與所述RF天線之間的互感系數(shù)為M，所述 高頻的頻率為f時，2 π fM > R。
7.如權(quán)利要求1 5中任一項所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述浮動線圈具有與所述RF天線相似的形狀。
8.如權(quán)利要求1 3中任一項所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述浮動線圈在徑向夾著所述RF天線且跨越所述RF天線的內(nèi)側(cè)和外側(cè)地配置。
9.如權(quán)利要求1 5中任一項所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述浮動線圈被配置在所述浮動線圈與所述RF天線相對于所述處理容器內(nèi)的所述基 板保持部為相等距離的位置。
10.如權(quán)利要求1 5中任一項所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述浮動線圈在圓周方向上被分割為多個線圈段。
11.如權(quán)利要求1或2所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述電介質(zhì)窗形成所述處理容器的頂壁，所述RF天線和所述浮動線圈均被載置在所述電介質(zhì)窗之上。
12.如權(quán)利要求1或2所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述電介質(zhì)窗形成所述處理容器的頂壁，所述RF天線被載置在所述電介質(zhì)窗之上，所述浮動線圈被配置在離開所述電介質(zhì)窗且比所述RF天線高的位置。
13.如權(quán)利要求1或2所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述電介質(zhì)窗形成所述處理容器的側(cè)壁，所述RF天線被配置在所述處理容器的側(cè)壁的周圍，所述浮動線圈在所述處理容器的縱方向上與所述RF天線偏移地配置在所述處理容器 的側(cè)壁的周圍。
14.如權(quán)利要求1或2所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述電介質(zhì)窗形成所述處理容器的側(cè)壁和頂壁，所述RF天線被配置在所述處理容器的側(cè)壁的周圍， 所述浮動線圈被配置在所述電介質(zhì)窗之上。
15.如權(quán)利要求1或2所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述電介質(zhì)窗形成所述處理容器的側(cè)壁和頂壁，所述RF天線被配置在所述電介質(zhì)窗之上， 所述浮動線圈被配置在所述處理容器的側(cè)壁的周圍。
16.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于在所述浮動線圈內(nèi)流動與流經(jīng)所述RF天線的電流在圓周方向上同向的電流。
17.如權(quán)利要求16所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述浮動線圈內(nèi)的電容器具有比在所述浮動線圈內(nèi)引起串聯(lián)諧振的靜電容量的值小 的靜電容量。
18.如權(quán)利要求16或17所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述浮動線圈具有負(fù)值的電抗。
19.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于在所述浮動線圈內(nèi)流動與流經(jīng)所述RF天線的電流在圓周方向上反向的電流。
20.如權(quán)利要求19所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述浮動線圈內(nèi)的電容器具有比在所述浮動線圈內(nèi)引起串聯(lián)諧振的靜電容量的值大 的靜電容量。
21.如權(quán)利要求19或20所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述浮動線圈具有正值的電抗。
22.如權(quán)利要求1 5中任一項所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述浮動線圈內(nèi)的電容器是可變電容器，其靜電容量的可變范圍包括比在所述浮動線 圈內(nèi)引起串聯(lián)諧振的靜電容量小的值。
23.如權(quán)利要求22所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述浮動線圈具有能夠使在所述浮動線圈內(nèi)流動的電流與流經(jīng)所述RF天線的電流 在圓周方向上同向、且能夠使在所述浮動線圈內(nèi)流動的電流從流經(jīng)所述RF天線的電流的 1/10以下連續(xù)或階段地變化至2倍以上的可變的靜電容量。
24.如權(quán)利要求1 5中任一項所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述浮動線圈內(nèi)的電容器是可變電容器，其靜電容量的可變范圍包括比在所述浮動線 圈內(nèi)引起串聯(lián)諧振的靜電容量小的值和大的值。
25.如權(quán)利要求1 5中任一項所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述浮動線圈內(nèi)的電容器是可變電容器，其靜電容量的可變范圍包括比在所述浮動線 圈內(nèi)引起串聯(lián)諧振的靜電容量大的值。
26.如權(quán)利要求1 5中任一項所述的等離子體處理裝置，其特征在于 同軸地設(shè)置有多個所述浮動線圈。
27.一種等離子體處理裝置，其特征在于，包括 在頂部具有電介質(zhì)窗的處理容器；具有內(nèi)側(cè)線圈和外側(cè)線圈的RF天線，該內(nèi)側(cè)線圈和外側(cè)線圈在所述電介質(zhì)窗之上彼 此沿著徑向隔開間隔地配置在內(nèi)側(cè)和外側(cè)，且與所述高頻供電部電并聯(lián)連接； 在所述處理容器內(nèi)保持被處理基板的基板保持部；為了對所述被處理基板實施所希望的等離子體處理，向所述處理容器內(nèi)供給所希望的 處理氣體的處理氣體供給部；為了在所述處理容器內(nèi)通過感應(yīng)耦合生成處理氣體的等離子體，向所述RF天線供給 適合于處理氣體的高頻放電的一定頻率的高頻電力的高頻供電部；處于電浮動狀態(tài)，配置在通過電磁感應(yīng)能夠與所述RF天線的所述內(nèi)側(cè)線圈和所述外 側(cè)線圈中的至少一個耦合的位置，并被配置在所述電介質(zhì)窗之上的浮動線圈；和 在所述浮動線圈的環(huán)內(nèi)設(shè)置的電容器。
28.如權(quán)利要求27所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述內(nèi)側(cè)線圈、所述外側(cè)線圈和所述浮動線圈被同軸地配置。
29.如權(quán)利要求27所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述內(nèi)側(cè)線圈、所述外側(cè)線圈和所述浮動線圈被配置在同一平面上。
30.如權(quán)利要求27所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述內(nèi)側(cè)線圈、所述外側(cè)線圈和所述浮動線圈均被載置在所述電介質(zhì)窗之上。
31.如權(quán)利要求27所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述浮動線圈被沿著徑向配置在所述內(nèi)側(cè)線圈與所述外側(cè)線圈之間。
32.如權(quán)利要求31所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述浮動線圈被配置在與所述內(nèi)側(cè)線圈以及所述外側(cè)線圈等距離的位置。
33.如權(quán)利要求31或32所述的等離子體處理裝置，其特征在于在所述浮動線圈內(nèi)流動與分別流經(jīng)所述內(nèi)側(cè)線圈和所述外側(cè)線圈的電流在圓周方向 上同向的電流。
34.如權(quán)利要求33所述的等離子體處理裝置，其特征在于在所述浮動線圈內(nèi)流動比分別流經(jīng)所述內(nèi)側(cè)線圈和所述外側(cè)線圈的電流小的電流。
35.如權(quán)利要求34所述的等離子體處理裝置，其特征在于在所述浮動線圈內(nèi)流動的電流具有分別流經(jīng)所述內(nèi)側(cè)線圈和所述外側(cè)線圈的電流的 1/10以下的電流值。
36.如權(quán)利要求33所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述浮動線圈內(nèi)的電容器具有比在所述浮動線圈內(nèi)引起串聯(lián)諧振的靜電容量的值小 的靜電容量。
37.如權(quán)利要求33所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述浮動線圈具有負(fù)值的電抗。
38.如權(quán)利要求33所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述浮動線圈內(nèi)的電容器是可變電容器，其靜電容量的可變范圍包括比在所述浮動線圈內(nèi)引起串聯(lián)諧振的靜電容量小的值。
39.如權(quán)利要求38所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述浮動線圈具有能夠使在所述浮動線圈內(nèi)流動的電流與分別流經(jīng)所述內(nèi)側(cè)線圈和 所述外側(cè)線圈的電流在圓周方向上同向、且能夠使在所述浮動線圈內(nèi)流動的電流從分別流 經(jīng)所述內(nèi)側(cè)線圈和所述外側(cè)線圈的電流的1/10以下連續(xù)或階段地變化至2倍以上的可變 的靜電容量。
40.如權(quán)利要求27所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述浮動線圈被沿著徑向配置在所述內(nèi)側(cè)線圈的內(nèi)側(cè)。
41.如權(quán)利要求27所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述浮動線圈被沿著徑向配置在所述外側(cè)線圈的外側(cè)。
42.權(quán)利要求40所述的等離子體處理裝置，其特征在于同軸地設(shè)置有多個所述浮動線圈。
43.如權(quán)利要求40所述的等離子體處理裝置，其特征在于在所述浮動線圈內(nèi)流動與分別流經(jīng)所述內(nèi)側(cè)線圈和所述外側(cè)線圈的電流在圓周方向 上同向的電流。
44.如權(quán)利要求43所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述浮動線圈內(nèi)的電容器具有比在所述浮動線圈內(nèi)引起串聯(lián)諧振的靜電容量的值小 的靜電容量。
45.如權(quán)利要求43或44所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述浮動線圈具有負(fù)值的電抗。
46.如權(quán)利要求40 42中任一項所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述浮動線圈內(nèi)的電容器是可變電容器，其靜電容量的可變范圍包括比在所述浮動線 圈內(nèi)引起串聯(lián)諧振的靜電容量小的值。
47.如權(quán)利要求40 42中任一項所述的等離子體處理裝置，其特征在于在所述浮動線圈內(nèi)流動與分別流經(jīng)所述內(nèi)側(cè)線圈和所述外側(cè)線圈的電流在圓周方向 上反向的電流。
48.如權(quán)利要求47所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述浮動線圈內(nèi)的電容器具有比在所述浮動線圈內(nèi)引起串聯(lián)諧振的靜電容量的值大 的靜電容量。
49.如權(quán)利要求27所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述浮動線圈具有與所述內(nèi)側(cè)線圈和所述外側(cè)線圈中的至少一個相似的形狀。
50.如權(quán)利要求49所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述內(nèi)側(cè)線圈、所述外側(cè)線圈和所述浮動線圈彼此具有相似的形狀。
51.如權(quán)利要求27所述的等離子體處理裝置，其特征在于，具有為了調(diào)節(jié)分別流經(jīng)所述內(nèi)側(cè)線圈和所述外側(cè)線圈的電流的平衡，與所述內(nèi)側(cè)線圈和所 述外側(cè)線圈中的任一個電串聯(lián)連接的天線內(nèi)的電容器。
52.如權(quán)利要求51所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述天線內(nèi)的電容器是可變電容器。
53.如權(quán)利要求1 5和27 32中任一項所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述浮動線圈具有兩端夾著縫隙并且開路的單匝或多匝的線圈導(dǎo)體， 所述浮動線圈內(nèi)的電容器被設(shè)置在所述線圈導(dǎo)體的縫隙處。
54.如權(quán)利要求53所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述浮動線圈內(nèi)的電容器被配置成，比所述線圈導(dǎo)體更遠(yuǎn)離所述RF天線。
55.如權(quán)利要求53所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述線圈導(dǎo)體的縫隙與線圈的圓周方向或線圈的徑向成所希望的角度地傾斜地形成。
56.如權(quán)利要求53所述的等離子體處理裝置，其特征在于在線圈的圓周方向上等間隔地設(shè)置有多個所述線圈導(dǎo)體的縫隙，在各個所述縫隙設(shè)置 有所述浮動線圈內(nèi)的電容器。
57.如權(quán)利要求53所述的等離子體處理裝置，其特征在于在線圈的圓周方向上等間隔地設(shè)置有多個所述線圈導(dǎo)體的縫隙，所述多個縫隙中的至 少一個是偽縫隙，在所述偽縫隙設(shè)置有導(dǎo)體。
58.如權(quán)利要求53所述的等離子體處理裝置，其特征在于隔著所述線圈導(dǎo)體的所述縫隙相對的一對開路端部構(gòu)成所述電容器的電極。
59.如權(quán)利要求58所述的等離子體處理裝置，其特征在于 在所述線圈導(dǎo)體的縫隙設(shè)置有電介質(zhì)。
60.如權(quán)利要求1 5和27 32中任一項所述的等離子體處理裝置，其特征在于，具有在所述浮動線圈的環(huán)內(nèi)與所述電容器電串聯(lián)連接的第一開關(guān)。
61.如權(quán)利要求1 5和27 32中任一項所述的等離子體處理裝置，其特征在于，具有在所述浮動線圈的環(huán)內(nèi)與所述電容器電并聯(lián)連接的第二開關(guān)。
62.如權(quán)利要求1 5和27 32中任一項所述的等離子體處理裝置，其特征在于 具有用于冷卻所述浮動線圈的線圈冷卻部。
63.一種等離子體處理方法，其是在等離子體處理裝置中對被處理基板實施所希望的 等離子體處理的方法，該等離子體處理裝置包括具有電介質(zhì)窗的處理容器；配置在所述電介質(zhì)窗之外的線圈形狀的RF天線；在所述處理容器內(nèi)保持所述被處理基板的基板保持部；為了對所述被處理基板實施所希望的等離子體處理，向所述處理容器內(nèi)供給所希望的 處理氣體的處理氣體供給部；和為了在所述處理容器內(nèi)通過感應(yīng)耦合生成處理氣體的等離子體，向所述RF天線供給 適合于處理氣體的高頻放電的頻率的高頻電力的高頻供電部， 所述等離子體處理方法的特征在于在所述處理容器之外配置浮動線圈，該浮動線圈被設(shè)置于電浮動狀態(tài)，通過電磁感應(yīng) 能夠與所述RF天線耦合，且在環(huán)內(nèi)設(shè)置有固定或者可變的電容器，選定或者可變地控制所述電容器的靜電容量，控制所述基板上的等離子體密度分布。
64.如權(quán)利要求63所述的等離子體處理方法，其特征在于選定或者可變地控制所述電容器的靜電容量，以使得在所述浮動線圈內(nèi)流動與流經(jīng)所述RF天線的電流在圓周方向上同向的電流。
65.如權(quán)利要求64所述的等離子體處理方法，其特征在于選定或者可變地控制所述電容器的靜電容量，以使得在所述浮動線圈內(nèi)流動比流經(jīng)所 述RF天線的電流小的電流。
66.如權(quán)利要求65所述的等離子體處理方法，其特征在于選定或者可變地控制所述電容器的靜電容量，以使得在所述浮動線圈內(nèi)流動流經(jīng)所述 RF天線的電流的1/10以下的電流。
67.如權(quán)利要求64所述的等離子體處理方法，其特征在于選定或者可變地控制所述電容器的靜電容量，以使得在所述浮動線圈內(nèi)流動比流經(jīng)所 述RF天線的電流大的電流。
68.如權(quán)利要求67所述的等離子體處理方法，其特征在于選定或者可變地控制所述電容器的靜電容量，以使得在所述浮動線圈內(nèi)流動流經(jīng)所述 RF天線的電流的2倍以上的電流。
69.如權(quán)利要求64 68中任一項所述的等離子體處理方法，其特征在于在比在所述浮動線圈內(nèi)引起串聯(lián)諧振的靜電容量小的區(qū)域選定或者可變地控制所述 電容器的靜電容量。
70.如權(quán)利要求69所述的等離子體處理方法，其特征在于為了減小在所述浮動線圈內(nèi)流動的電流，減小所述電容器的靜電容量；為了增大在所 述浮動線圈內(nèi)流動的電流，增大所述電容器的靜電容量。
71.如權(quán)利要求63所述的等離子體處理方法，其特征在于選定或者可變地控制所述電容器的靜電容量，以使得在所述浮動線圈內(nèi)流動與流經(jīng)所 述RF天線的電流在圓周方向上反向的電流。
72.如權(quán)利要求71所述的等離子體處理方法，其特征在于在比在所述浮動線圈內(nèi)引起串聯(lián)諧振的靜電容量大的區(qū)域選定或者可變地控制所述 電容器的靜電容量。
73.如權(quán)利要求72所述的等離子體處理方法，其特征在于為了減小在所述浮動線圈內(nèi)流動的電流，增大所述電容器的靜電容量；為了增大在所 述浮動線圈內(nèi)流動的電流，減小所述電容器的靜電容量。
74.如權(quán)利要求63所述的等離子體處理方法，其特征在于可變地控制所述電容器的靜電容量，在第一模式和第二模式之間進(jìn)行切換，其中該第 一模式是在所述浮動線圈內(nèi)流動的電流與流經(jīng)所述RF天線的電流在圓周方向上同向的模 式，該第二模式是在所述浮動線圈內(nèi)流動的電流與流經(jīng)所述RF天線的電流在圓周方向上 反向的模式。
75.一種等離子體處理方法，其是在等離子體處理裝置中對被處理基板實施所希望的 等離子體處理的方法，該等離子體處理裝置包括在頂部具有電介質(zhì)窗的處理容器；包括內(nèi)側(cè)線圈和外側(cè)線圈的RF天線，該內(nèi)側(cè)線圈和外側(cè)線圈在所述電介質(zhì)窗之上沿 著徑向彼此隔開間隔地配置在內(nèi)側(cè)和外側(cè)，且與所述高頻供電部電并聯(lián)連接；在所述處理容器內(nèi)保持所述被處理基板的基板保持部；為了對所述被處理基板實施所希望的等離子體處理，向所述處理容器內(nèi)供給所希望的 處理氣體的處理氣體供給部；和為了在所述處理容器內(nèi)通過感應(yīng)耦合生成處理氣體的等離子體，向所述RF天線供給 適合于處理氣體的高頻放電的頻率的高頻電力的高頻供電部，所述等離子體處理方法的特征在于將浮動線圈配置在所述電介質(zhì)窗之上，該浮動線圈處于電浮動狀態(tài)，通過電磁感應(yīng)能 夠與所述RF天線的所述內(nèi)側(cè)線圈和所述外側(cè)線圈中的至少一個耦合，在環(huán)內(nèi)設(shè)置有固定 或可變的電容器，選定或者可變地控制所述電容器的靜電容量，控制所述被處理基板上的等離子體密度 分布。
76.如權(quán)利要求75所述的等離子體處理方法，其特征在于將所述浮動線圈沿著徑向配置在所述內(nèi)側(cè)線圈與所述外側(cè)線圈的中間，選定或者可變地控制所述電容器的靜電容量，以使得在所述浮動線圈內(nèi)流動與分別流 經(jīng)所述內(nèi)側(cè)線圈和所述外側(cè)線圈的電流在圓周方向上同向的電流。
77.如權(quán)利要求76所述的等離子體處理方法，其特征在于選定或者可變地控制所述電容器的靜電容量，以使得在所述浮動線圈內(nèi)流動比分別流 經(jīng)所述內(nèi)側(cè)線圈和所述外側(cè)線圈的電流小的電流。
78.如權(quán)利要求75 77中任一項所述的等離子體處理方法，其特征在于設(shè)置與所述內(nèi)側(cè)線圈和所述外側(cè)線圈中的任一個電串聯(lián)連接的固定或者可變的天線 側(cè)電容器，為了調(diào)節(jié)分別流經(jīng)所述內(nèi)側(cè)線圈和所述外側(cè)線圈的電流的平衡，選定或者可變地控制 所述天線側(cè)電容器。
79.如權(quán)利要求63或75所述的等離子體處理方法，其特征在于在對一個被處理基板實施的等離子體處理中，根據(jù)工藝條件的改變、變化或者切換，可 變地控制所述電容器的靜電容量。
全文摘要
本發(fā)明提供一種等離子體處理裝置和等離子體處理方法。在感應(yīng)耦合型等離子體處理中，使用處于電浮動狀態(tài)的線圈，自由且精細(xì)地控制等離子體密度分布。該感應(yīng)耦合型等離子體處理裝置在接近RF天線(54)的電介質(zhì)窗(52)之下呈環(huán)形地生成感應(yīng)耦合的等離子體，使該環(huán)形等離子體在寬闊的處理空間內(nèi)分散，在基座(12)附近(即，半導(dǎo)體晶片(W)上)使等離子體的密度變得均勻。為了沿著徑向任意地控制基座(12)附近的等離子體密度分布，帶電容器的浮動線圈(70)對RF天線(54)產(chǎn)生的RF磁場以及在腔室(10)內(nèi)生成的環(huán)形等離子體的等離子體密度分布發(fā)揮消極或者積極的作用。
文檔編號H05H1/46GK102056395SQ20101052498
公開日2011年5月11日 申請日期2010年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月27日
發(fā)明者傳寶一樹, 山澤陽平, 山涌純, 輿水地鹽, 齊藤昌司 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社