CN1185030A - 等离子体处理设备 - Google Patents

Abstract

向一天线1馈加由射频电源10产生的射频电力,从而产生等离子体。前述天线的一端通过一可变电容器9接地。一法拉第屏蔽8与地电绝缘,同时前述可变电容器的电容被确定为这样一个值:可使前述天线两端的电压绝对值相等而相位相反,以在等离子体发生之后减少前述室壁的部分磨损。在激发前述等离子体6的时刻,前述电容器9的电容被调到与前述最小化真空室壁磨损的值相比更大或更小的值。

Description

等离子体处理设备

本发明涉及一种利用等离子体蚀刻基片或者形成薄膜镀层的，用于表面处理的等离子体处理设备，前述等离子体是通过向一个天线馈送一射频电场，从而产生电场，进而由该电场产生的。本发明尤其涉及一种用于加工半导体器件的半导体加工设备。

在向一线圈形天线馈送电流而感应产生等离子体的半导体加工设备中，存在一个问题，这就是，用非导体制成、封闭等离子体发生单元以形成一真空环境的一个真空室的室壁的一部分会被前述等离子体磨损。为解决这个问题，有人设想了一种方法，比如在公开号为502971/1993的日本专利中所公开的，该方法使用一种叫做“法拉第屏蔽”(Faraday shield)的场。但是，如果利用法拉第屏蔽，前述等离子体的可激发性就被大大降低，以致于直到加在前述线圈形天线的馈电部的电压高达数十千伏前述等离子体才能被激发。这种设备由于有很大的可能性在前述天线和邻近的导电结构间发生放电而可能失灵。为了预防这种放电，就需要一个附加结构将前述天线与前述已有的导电结构绝缘隔离，从而使前述设备变得很复杂。

当一个法拉第屏蔽被用来减少前述室壁的部分磨损时，外来杂质倾向于粘附于前述室壁，如果它们从前述等离子体向室壁的粘附速率被加速，杂质就会在真空室中出现。因此，室壁的部分磨损必须根据进程而加以调整。

前述等离子体的密度分布主要是由发生速率分布和离子及电子的运动状态所确定的。在不存在外部磁场的情况下，前述等离子体的运动在所有方向各向同性地散射。这时，电子即刻逃逸，倾向于到达真空室的室壁，因为其质量不超过一个离子的1/1000。但它们被形成于真空室壁附近的离子层弹回。结果是，前述电子和离子密度的准中性条件在前述等离子体中总是可以满足，从而，前述电子和离子向前述室壁双极散射。这时，前述等离子体的电势在等离子体密度亦即离子密度最大处获最大值。这个电势被定义为等离子体势Vp，近似表达为Vp＝Te×λn(mi/me)，其中，Te、mi、me分别是电子温度、单个离子质量和单个电子的质量。在等离子体中，电势分布是由前述电势Vp和前述室壁电势(依次为0V)确定的，从而密度分布也被相应确定。在这种情况下，由于前述等离子体受其自己建立起来的电场的约束，其密度分布由前述设备的形状、前述感应电场强度最大的位置以及发生比与前述双极散射通量之比来确定。

例如，当前述线圈在前述真空室内绕几匝时，该线圈产生的磁通量在其中心部分取最大值，从而前述感应电场也在该中心部分有最大值。而且，前述感应电场不能贯穿大于有效肤深比如1cm的深度，从而电离系数和离解系数均在径向中心部分(箭头r方向)，刚好在介电元件(箭头z方向)的下方取最大值。然后，前述等离子体向晶片一侧(等离子体流下游一侧)散射。因此，在圆柱形的普通真空室的情形下，等离子体密度在前述中心部分沿箭头r方向最大，其中心集中度向下游升高，从而，等离子体密度在前述晶片放置处的区域内变得不均匀。

本发明的第一个目的是控制前述环绕等离子体发生部的真空室壁被等离子体磨损的程度。本发明的第二个目的是改善等离子体的可激发性。

本发明的第三个目的是实现一种高密度的均一等离子体。

为了达到上述目的，根据本发明，提供了一种等离子体处理设备，包括一个在等离子体发生部产生电场的天线，一个向前述天线提供射频电力的射频电源，一个封闭前述等离子体发生部以形成一真空环境的真空室，一个安装在前述真空室周围的法拉第屏蔽，一个向前述真空室供气的供气单元，一个在其上放置待处理对象的样品台，以及一个向前述样品台施加一射频电场的射频电源；通过加速电子，并通过与前述天线产生的电场相撞击而使气体离子化，而生成一等离子体，从而处理前述待处理对象，其特征在于，在前述天线的接地端加上一载荷，该天线的平均电势被调整以提高在等离子体激发时刻的等离子体可激发性，在生成等离子体之后，调整前述载荷，以使前述天线的平均电势接近地电势，这样，等离子体发生后前述真空室壁的磨损量可以很小。

这里，前述天线的平均电势接近地电势的现象的意思是，图4中的电势30a和30b异相但大致相等，也就是，Va ≈-Vb。

解决上面所描述的问题的装置将参照图2描述。图2示出了一种普通的感应型等离子体发生设备。用这种设备，通过改变前述法拉第屏蔽及天线的接地方式，来研究降低环绕前述等离子体发生部的真空室壁被等离子体磨损的程度以及提高等离子体可激发性的方法。

在这种设备中，一种氯气和三氯化硼气的混合气体由前述供气单元4注入一个由氧化铝制成的真空室2。通过绕前述真空室2两匝的线圈形天线1所产生的电场，该气体被电离，生成一等离子体6。在生成等离子体后，该气体由一排放单元7排出真空室。前述生成等离子体的电场是由一射频电源10所生成的13.56MHz的射频电能向前述天线1馈电而产生的。为了抑制电能的反射，一阻抗匹配单元3用来匹配前述天线1的阻抗和前述射频电源10的输出阻抗。该阻抗匹配单元是两个电容不同的电容器，一般被称作“反L型”。前述天线的另一端通过一电容器9接地，一开关21用来使该电容器9短路。而且，为了防止真空室2被等离子体6侵蚀，在前述天线1和前述真空室2之间放置一法拉第屏蔽8。通过开关一组开关22，该法拉第屏蔽可分别处于接地状态或非接地状态。图3是一个透视图，示出了前述法拉第屏蔽被安装的状态。该法拉第屏蔽具有裂隙14，用来将由线圈形天线1产生的感应性电场15a传入前述真空室但阻断一电容性电场15b。前述等离子体主要由前述电容性电场15b激发。但是，当前述法拉第屏蔽接地时，前述天线的电容性电场很难传入前述真空室，从而降低了等离子体的可激发性。当法拉第屏蔽不接地时，前述天线和法拉第屏蔽电容性耦合，从而使该法拉第屏蔽的电势接近该天线平均电势。这样，就认为在前述法拉第屏蔽8和一个电极5之间建立起了前述电容性电场，所以前述等离子体的可激发性就没有被太多地削弱。

前述电容性电场15b是与前述真空室2的室壁正交的，所以前述等离子体中的带电离子被加速而撞击并损伤前述室壁。用一分光镜20观测到了从前述等离子体发出的光16。当前述室壁的铝被磨损时，通过观测前述等离子体中的铝的发光强度，测量了前述室壁的磨损。

首先，这里描述一种使在图2所示的试验设备中与前述天线接地端相连的电容器9的电容最优化，从而减少前述室壁的磨损的方法。在下文中，开关两端的导电状态被称为“开”，断开状态则称为“关”。下面描述当开关21被关时，即，前述电容器9不被短路时，前述电容器9的电容的最优值。图2中的前述试验设备可被示为图4中的等效电路。那么，前述天线1就相当于一个互感器的初级线圈，前述等离子体6就相当于该互感器的次级线圈。前述天线1和前述等离子体6电容性耦合，它们的电容由电容器31a和31b表示。电容器9的电容C这样确定，使得当前述天线具有电感L时，在前述电路的点30a处的电势Va和点30b处的电势Vb之间总是成立等式Va＝-Vb。当该条件被满足时，作用于前述电容器31a和31b的两端的电势被最小化，从而最小化了对前述室壁的损伤。图5进一步简化了图4中的电路，也就是，前述天线和前述等离子体被合并为一个具有复合阻抗的元件17。该元件的阻抗被通过实验确定为Z1＝2.4+141j(Ω)，其中j是复数。该阻抗的测定可简单地通过测定流经一测量对象的电流及该对象两端的电压而完成。前述电容器9的阻抗是Z2＝-(1-ωC)j，其中ω是对应于13.56MHz的角频率。Va＝-Vb时，前述阻抗Z1、Z2间的关系是(Z1+Z2)∶Z2＝1∶-1，因为Z1的实部太小而可被忽略。前述电容器9的计算而得的电容为约150pF，因此等式Va＝-Vb成立。图6图解了点30a处的电势(虚曲线)和点30b处的电势(实曲线)的振幅的计算结果。该曲线图将电容器9的电容作为横坐标，而将感应电势的振幅作为纵坐标。结果是，在电容器9的150pF电容附近，前述二感应电势相等，此时的振荡电压相位被相移180度，满足等式Va＝-Vb。这使得可以用到目前为止所描述的方法确定连接于前述天线接地端的前述电容器的这样的一个电容值，以使对前述室壁的损伤被最小化。

然后，在前述电容器9的电容被固定在图2所示的150pF的条件下，检测了当开关21和22开或关时前述室壁的磨损量和前述等离子体可激发性，检测结果列表于图15中。结果发现，当开关21开而开关22关时前述室壁磨损最大。在这种条件下，前述等离子体可激发性是极佳的。但是，在其它条件下，室壁磨损被减少了，但等离子体可激发性很低。因此，我们发现，在这样的系统中，同时满足小的室壁磨损和好的等离子体可激发性的条件是不存在的。但是，这两个目的可以这样达到：在激发时刻，开关21开而开关22关，在此条件下等离子体被激发后，再来操作开关21或开关22以减少室壁磨损。这里，为了简化设备的结构，最好仅仅使用开关21。这部分是因为，前述法拉第屏蔽的电势必须尽可能地降低到零，以通过使用开关22减少室壁损伤，从而前述开关22必须系列安装，还部分地因为前述法拉第屏蔽必须以最短的距离接地，因此前述系列开关22必须就安装在前述天线和前述法拉第屏蔽的近旁。如果该系列开关为了前述需要而被安装在前述天线和法拉第屏蔽邻近区域，结果就是形成一个很复杂的结构。考虑到开关21，可以避免这种复杂的结构，因为只有一个开关21连接在前述电容器9一侧，而该电容器与前述天线有相当远的距离。

前述开关21的“关”状态就是前述150pF电容器连接于前述天线和地问的状态，而该开关21的“开”状态就等同于前述电容器9的电容上升到位于HF频带或VHF频带的无限大值的状态。这意味着，当前述电容器9的电容从150pF上升到一较高水平时，室壁磨损增加。即使前述电容器9的电容从150pF降低，前述室壁的磨损量也要增加。这样，通过改变前述电容器9的电容，就可以控制室壁磨损量。

在一个示于图7的设备中，与前述天线1的接地端相连的电容器9的电容是可变的，从而可通过改变该电容器的电容而减少由等离子体造成的室壁磨损。而且，在激发等离子体时通过使前述电容器9的电容远远大于或小于150pF，前述等离子体可激发性可以急剧提高。

通过调整与前述天线接地端相连的电容器的电容，如上面所描述的，由前述等离子体造成的室壁磨损量可被减少，以达到本发明的第一个目的。而且，在等离子体激发时刻，可以改变与前述天线接地端相连的电容器的电容以建立一极佳的可激发状态，从而达到本发明的第二个目的。

下面将分析一种产生均一的等离子体的方法。当前述线圈形天线被置于前述真空室的上表面时，即使变化该天线的直径以改变其感应电场在径向的强度，在其中心部分仍产生感应电场，从而使前述等离子体的密度分布在该中心不均匀地集中。即使安装一系列天线以改变每一天线和介电元件间的距离，前述等离子体密度在中心的这种集中倾向也不会改变。图21图解了当前述天线如图21(a)所示置于前述真空室上面时，前述等离子体密度分布计算结果的一个例子。从这个计算结果可知，当该设备的高度H半径R比(纵横比)为H/R＝20/25时，如图21(b)所示，前述等离子体密度在前述天线所在处，在贴近该天线的下方(z＝2cm)取其最大值，且其绝对值(z＝10cm)向下游方向(z值增加的方向)增大，但在贴近基片的上方取一小值。由此可以发现前述等离子体密度是不均一的。从z方向观察，该密度在前述设备的中心z＝10cm取最大值。当前述纵横比被减小时，如图21(c)所示，前述密度分布基本上与图21(b)相同，但等离子体的分布在贴近前述基片的上方处比(b)为弱，而集中于前述中心。

前述等离子体密度分布是由等离子体密度在前述真空室壁上为零的边界条件和等离子体发生速率分布亦即前述天线位置所确定的。即使天线位置被改变，如图21(d)所示，并且即使安置了一系列天线以改变电源分布，前述密度分布模式仍不改变。当前述线圈被安装在上表面时，前述由该天线产生的感应电场就在该天线下方取其最大值，从而在下游总是形成一种中心集中式分布。

在前述天线象图22(a)那样水平环绕于前述真空室周围的方案中，感应电场在该真空室的侧面取最大值。在该真空室的侧面安装一个屏蔽层，以使得前述等离子体密度在该屏蔽层的少许内侧，在最靠近前述天线的位置取其最大值。如此时的一水平剖面所示，该屏蔽层末端的电势高于前述室壁处的电势，也高于前述等离子体中心的电势，以使前述等离子体从该屏蔽层向两侧迁移。与此同时，等离子体从该位置向下游流动，因此其密度分布在一水平剖面的一个在z方向距密度最大区域一定距离的区域内是均一的。在一圆柱形设备的情况下，例如，对于一小的H/R值，可在前述晶片附近形成一种凹形分布，而当H/R足够大时则可形成一凸形分布(H是设备的高度，R是其半径)，从而前述等离子体密度分布可在某种程度上被控制(参图22(b))。这时，支配因素是该设备的形状，即比值H/R。但是，如果前述天线安装在侧面，由于前述天线和等离子体之间很大的耦合区域而造成耦合系数的降低，且由于密度最大区域邻近前述侧面室壁而造成等离子体的大量衰减，这两方面造成了前述等离子体密度的降低。如果所提供的电源和真空室尺寸是相同的，这种情况下的等离子体密度与前面所述的天线安装于上表面的情形中的等离子体密度相比是较低的。这就产生了一个问题，即，处理待处理对象的速度也降低了。

如同迄今为止所描述的，前述感应耦合等离子体的密度分布随设备形状及天线的安装方式而变，但本发明的第三个目的可通过这样一种结构来实现：其中，前述真空室壁的上表面比其下表面面积要小，且上表面是平的。

在前述等离子体处理设备中，连接前述下表面和上表面的侧面与上表面的法线之间所形成的角最好不小于5度。

在前述等离子体处理设备中，设备高度H(从待处理对象到前述上表面的距离)与前述真空室下表面半径Rd之比最好不大于1。

图1示出了本发明的第一种实施方式的一种结构。

图2示出了用来验证本发明的一种试验系统的结构。

图3示出了安装了一个法拉第屏蔽的状态。

图4示出了前述用来验证本发明的试验系统的一等效电路图。

图5示出了用来验证本发明的一种试验系统的一等效电路图。

图6示出了一曲线图，该曲线图图解了在一天线的两端间形成的电势的振幅。

图7示出了用来验证本发明的一试验系统的示意图。

图8示出了本发明的第二种实施方式的一种结构。

图9示出了本发明的第三种实施方式的一种结构。

图10示出了本发明的第四种实施方式的一种结构。

图11示出了本发明的第五种实施方式的一种结构。

图12示出了本发明的第六种实施方式的一种结构。

图13示出了本发明的第七种实施方式的一种结构。

图14示出了一种等离子体处理设备的透视图，该图标明了本发明的前述第七种实施方式中的涡流的流动。

图15是一表格，该表表示了开关21和22的状态、一真空室室壁的磨损量及激发一等离子体所需的射频电源。

图16示出了本发明的第八种实施方式的一种等离子体处理设备。

图17(a)和图17(b)示出了本发明的第九种实施方式的等离子体处理设备。

图18示出了本发明的第十种实施方式的一种等离子体处理设备。

图19示出了本发明的第十一种实施方式的一种等离子体处理设备。

图20示出了本发明的第十二种实施方式的一种等离子体处理设备。

图21(a)、图21(b)、图21(c)和图21(d)示出了当前述天线被安装在前述上表面上时前述等离子体的密度分布。

图22(a)和图22(b)示出了当前述天线被安装在前述侧面时入射到前述晶片上的离子流的分布。

图23(a)和图23(b)示出了图解本发明原理的原理图。

图24(a)、图24(b)和图24(c)是图解本发明中入射到前述晶片上的离子流的分布的图表。

图25也是一个图表，图解了本发明的第十一种实施方式的效果。

下面将描述本发明的实施方式。图1示出了根据本发明的半导体加工设备的第一种实施方式。在该设备中，一种用来加工半导体的原料气体氧、氯、三氯化硼或类似气体通过一供气单元4被注入一个真空室，在由一线圈形天线1产生的电场作用下而被电离，生成等离子体。在生成等离子体之后，该气本通过一排放单元7而被排出该真空室。前述生成等离子体的电场是通过向前述天线1馈送由一13.56MHz、27.12MHz、40.68MHz或类似频率的射频电源10所产生的射频电力而产生的。但是，为了抑制前述射频电力的反射，使用一阻抗匹配单元3以使前述天线1的阻抗与前述射频电源10的输出阻抗相匹配。该阻抗匹配单元是所谓的“反L型”的。但是，取决于前述天线的频率或者结构，有必要使用容易匹配的阻抗匹配单元。前述天线1的另一端通过一个具有可变电容的电容器9接地。在前述天线1和前述真空室2之间安装一法拉第屏蔽8，以防止该真空室2受到等离子体6的有害侵蚀。该法拉第屏蔽电学上不接地。此外，如图3所示，该法拉第屏蔽具有垂直于侵蚀天线线圈环绕方向的狭缝。一待处理的半导体晶片13被置于一电极5上。为了将等离子体中的离子吸引到前述晶片13上的空间，用一射频电源12向前述电极5馈加一振荡电压。如同已在“解决问题的手段”部分所描述的，重要的是前述可变电容器9的电容应在一个使前述设备的部分磨损最小化的值。在图1中，标号29指示的是一恒温室，在该恒温室中有一风扇或/和加热器，其温度控制前述真空室2的温度。

在本实施方式中，在激发前述等离子体6的时刻，前述电容器9的电容被调整到一个值，该值大于或小于前述最小化真空室磨损量的值。该值被调整到前述最小化真空室磨损量的值的两倍或一半，从而使前述等离子体可以用几十瓦的射频电源来激发。

在激发等离子体之后，前述电容器9的电容值被恢复到接近前述最小化真空室磨损量的值，以使前述真空室壁的磨损被最小化。如果因为外来杂质的原因而需要将前述真空室壁部分清理，前述电容器9的电容就被置于一个可产生理想的磨损效果的值。该电容的最优值必须通过重复前述半导体加工过程而被确定。

下面参照图8描述本发明的第二种实施方式。本实施方式的设备的基本结构与第一种实施方式是相同，但不同之处在于这种结构：安装在前述天线1接地一侧的电容器。在本实施方式中，两个电容器9a和9b并联地与前述天线1的接地端相连。其中，电容器9a直接接地而电容器9b通过开关21接地。

当前述电容器9a被调到最小化前述磨损的值时，通过在激发等离子体的时刻打开前述开关21，前述天线1接地端的电容被提高对应于前述电容器9b电容的值，从而，通过使电容器9b的电容足够高，可提高前述等离子体可激发性。在等离子体激发后，开关21被关，以最小化前述真空室壁的磨损。如果因为外来杂质的原因而需要对前述真空室壁进行部分清理，如同在第一种实施方式中一样，前述电容器9a的电容可被调到一个可获得理想的室壁等离子体侵蚀的值。

下面参照图9描述本发明的第三种实施方式，本实施方式的设备的基本结构与第二种实施方式是相同的，但不同之处在于图8的电容器被一个电感线圈19取代。当电容器9的电容为C，前述电感线圈19的电感为L，前述射频电源10输出角频率为ω的射频波时，前述天线接地端和地间的阻抗Z，当开关21关时，表示为Z＝-(1/ωC)j，当开关21开时表示为Z＝-(1/(ωC-1/ωL))j。当前述电容器9的电容被调整以最小化室壁磨损量时，开关21断开，为改善等离子体可激发性，Z值可通过操作开关21而被改变。因此，在激发等离子体的时刻，开关21被打开，以激发等离子体。在等离子体激发后，开关21断开以最小化前述真空室壁的磨损。如果因为外来杂质的原因而需要对前述真空室壁进行部分清理，前述电容器9的电容可被设定到可获得理想的室壁侵蚀的值。

在第三种实施方式中，已经描述了一种通过组合电容器、电感线圈和开关而改变前述连接在前述天线和地间的载荷的阻抗的方法。通过不同于本实施方式的其它改变前述载荷阻抗的手段，也可以建立起达到良好的等离子体可激发性的状态和达到更小的室壁磨损量的状态。

下面参照图10描述本发明的第四种实施方式，本实施方式的设备的基本结构与第一、第二和第三种实施方式是相同的，但不同之处在于，用导电材料制成的法拉第屏蔽8埋在由非导电材料制成的真空室2的室壁中。至于真空室2的材料，这里用的是氧化铝或玻璃。由于诸如金属铬或铝很容易被熔合进氧化铝，这种金属的成型体可在氧化铝内作成。当使用玻璃时，可在其中埋入一金属箔，如同在汽车的防冻加热器中那样。

从这种法拉第屏蔽8被埋于真空室2的室壁中的结构得到的好处是，可以免除前述天线和法拉第屏蔽间的绝缘结构，并可以使前述真空室2和前述天线1间的距离减小，以使设备结构紧凑。

下面参照图11描述本发明的第五种实施方式，本实施方式的设备的基本结构与第四种实施方式是相同的，但不同之处在于，前述由一种非导电材料制成的真空室2的室壁表面被覆盖了一层导电材料的薄膜以作为前述法拉第屏蔽。在本实施方式中，作为例子，前述真空室在等离子体一侧的内侧覆有导电的法拉第屏蔽，但甚至当前述真空室的空气一侧被法拉第屏蔽8覆盖时也可获得相似的效果。

在本实施方式中，等离子体6直接与法拉第屏蔽8接触，因此前述真空室2的室壁在前述法拉第屏蔽8的狭缝处被部分磨损。在用氧气作为原料气体的氧化膜蚀刻加工中，尽管依赖于处理过程，氧化铝和铝的良好的熔合性仍被用来实现用导电材料覆盖绝缘材料的结构，利用导电的铝制成法拉第屏蔽8，利用绝缘的氧化铝制成真空室2。在原料气体是氯气或三氯化硼的金属处理的情况下，可以用氧化铝作为绝缘材料而用碳化硅作为导电材料以达到前述目的。还可以设想其它的组合，而且类似的效果可从任何这种组合中获得，只要这种组合具有下述性能，即：即使真空室温度上升，其导电材料覆盖层也很难被剥离，而且导电材料和绝缘材料均难以被等离子体磨损。

下面参照图12描述本发明的第六种实施方式，本实施方式的设备的基本结构与第一、第二、第三种实施方式是相同的，但不同之处在于，前述法拉第屏蔽8通过一电阻器18接地。

预计到在重新装配设备时工人可能频繁地接触法拉第屏蔽8。需要一种防止法拉第屏蔽在此时被充电的机制。在本实施方式中，一电阻器18用来将前述法拉第屏蔽接地。在产生等离子体的射频电源10的频率下，该电阻器阻值的阻抗必须大于前述法拉第屏蔽8和地间的电容的阻抗。为此，如果该接地的电阻器18的阻值为R，且前述射频电源10输出的射频波的角频率为ω，该阻值R应满足R＞1/ωC。换句话说，前述法拉第屏蔽和地与前述载荷相耦合，该载荷在生成等离子体的高频下具有与前述法拉第屏蔽和地间的阻抗相比更高的阻抗，而在直流条件下其阻抗低，从而防止了前述法拉第屏蔽在操作过程后期被充电。

下面参照图13描述本发明的第七种实施方式，本实施方式的设备的基本结构与第六种实施方式是相同的，但不同之处在于，前述真空室2由导电材料制成，起到前述法拉第屏蔽的作用。

由于同时用作法拉第屏蔽的真空室不能带有已参照图3描述的前述狭缝以阻断前述感应电场，前述感应电场必须能通过调整前述导电真空室的室壁厚度而得以穿过。这里将公开一种结构，其中，前述真空室通过一个绝缘法兰24而相对于地电悬浮。

在本实施方式的情况下，不需要环绕前述真空室安装法拉第屏蔽，这使得(设备)容易制造。在本实施方式中，用来将前述平均电势调整到比地附近或地本身的电势更高的一绝对值的电路与第六种实施方式是相同的。

图14是一透视图，该图示出了本实施方式中前述真空室内涡流的流动。阻止已参照图3描述的一感应电场15a向前述真空室2内传播的前述涡流沿圆柱形状的真空室的圆周方向流动，如箭头25所示。如果前述电阻R、涡流路径内的电感L以及由前述射频电源10输出的射频波的角频率ω满足R＞ωL，由前述电阻器造成的涡流衰减就增大，前述感应电场就被传播进前述真空室。

该真空室必须由这样的材料制成，即该种材料很难被等离子体磨损，因为与第五种实施方式一样，它直接向前述等离子体暴露。由于前述真空室通常具有2cm厚的室壁，它可以用电阻率约为0.02Ωm的材料制成，以达到在13.56MHz频率下的有效肤深。

通过使用前述绝缘法兰24前述真空室与地绝缘，并如同第六种实施方式一样装有一防充电电阻器18。该电阻器18的电阻必须具有与前述法拉第屏蔽和地间在生成等离子体的射频电源10的频率下的阻抗相比更高的阻抗。在半导体加工中，通过一射频电源12向前述电极5施加一偏转电压。但是，如果前述等离子体相对于地是电悬浮的，在前述等离子体和电极之间不产生高的偏转电压。为了防止这样，必须使前述等离子体尽可能地与地接触以降低其电势。前述等离子体的这种电势降低可以这样达到：使前述电阻器18的电阻具有与前述法拉第屏蔽和地间在射频电源10的频带内的阻抗相比更低的阻抗。

本实施方式的目标在于一种其真空室完全由导电材料制成的设备。通过取消前述各实施方式中的法拉第屏蔽上的狭缝，并如同本实施方式一样调整导电材料的厚度，同样可以达到相似的效果。

上面所描述的各个实施方式都包括一个圆柱形的真空室2。即使该真空室2的侧面倾斜，具有一不规则四边形截面，装有一线圈和法拉第屏蔽，这样的真空室也可同样用于前面各实施方式中。

下面参照图16描述本发明的第八种实施方式，本实施方式的设备的基本结构与第一、第二、第三种实施方式是相同的。不同之处在于，前述真空室上表面2a(远离为待处理对象准备的前述电极5的面积小于其下表面的面积。该上表面最好是平的。在这种结构的本发明中，前述等离子体和天线的耦合程度和位置可根据前述天线的布局、该天线的匝数、该天线和前述真空室间的距离及其它因素的变化而变化。例如，当前述天线线圈的匝数为1并水平安装时，如图23(a)所示，前述耦合位置随该天线的垂直移动而变化。当前述线圈匝数多于1时，前述耦合状态可根据该天线的垂直位置及其每一匝与前述真空室间的距离的变化而变化(图23(b))。当前述中心部分的密度升高时该天线可向上移动，而当该密度分布倾向于周缘高时，该天线可向下移动。这样，由于该设备的形状具有从大的上表面面积到小的下表面面积的梯度变化而使前述耦合位置可以变化。在感应耦合的等离子体的情况下，电子/离子由于双极散射作用而向前述室壁各向同性地散射，因此其分布受前述真空室形状的影响。结果是，如果前述上表面是平的，前述等离子体分布就很容易被平化。前述天线的布局和特有的设备形状便利了对等离子体密度分布的控制。此外，由于前述天线1产生的静电场，在该天线附近由前述等离子体和前述真空室壁2的相互作用而产生了许多外来物和反应产物。但是，由于前述下表面的大的面积，沿前述真空室壁和排出管7形成了一条路径，可允许前述气体很容易地沿室壁流动，从而可以降低前述气体向待处理的晶片13流动的速率，以实现令人满意的加工效果。标号191指出了一线圈移动部件。该线圈移动部件向上或向下移动前述线圈1以控制前述等离子体密度分布。

下面参照图17描述本发明的第九种实施方式，本实施方式的设备的基本结构与第八种实施方式是相同的。不同之处在于，连接前述真空室2的上表面2a和下表面2b的侧面与上表面的法线之间所形成的角不小于5度。图24示出了当前述真空室的形状如下所述时，入射于前述待处理对象表面的离子流密度分布。前述真空室的形状是，例如，其上表面半径Ru与下表面半径Rd之比为4∶5。当前述真空室高度为H＝13cm时，前述离子流被展平到φ＝300(r＝15cm)。如果高度H加大，其分布由一其中心相当高的曲线示出。还已经证实，当高度H减小时，该曲线在前述周缘较高。如果tan^-1((Rd-Ru)/H)≥5度，就可以实现在中心部分和在周缘密度均更高的平化分布。

图18示出了本发明的第十种实施方式，本实施方式的设备的基本结构与第八种实施方式是相同的。不同之处在于，前述真空室2的高度H(即从前述电极5到上表面2a的距离)与该真空室2的下表面半径Rd的比值H/R为H/Rd≤1。这种关系是，例如，由图24(a)所示的真空室的形状来满足的。

图19示出了本发明的第十一种实施方式，本实施方式的设备的基本结构与第八种实施方式是相同的。不同之处在于，磁场产生装置26安装在真空室2之外。在前述磁场作用下，在贴近前述基片的上方处，等离子体密度分布被图解于图25中。从示出等离子体密度分布的该曲线图可以发现，当磁场增强时，前述等离子体密度在周缘较高。这样，前述磁场产生装置就用作可控制前述等离子体密度分布的辅助装置。图25中，参数D1代表向磁场方向的散射系数，Dp代表向垂直于前述磁场的方向的散射系数。

图20示出了本发明的第十二种实施方式，本实施方式的设备的基本结构与第八种实施方式是相同的。不同之处在于，由导体或半导体制成的一块极板27被安装在正对前述电极5的表面上，或者说是前述真空室上表面2a的内侧。此外，射频供压装置28最好与该极板27相连以向其施加射频波。也可用一脉冲直流电压代替前述射频波。另外，该极板27可以接地。根据本实施方式，电极5能够确定一等离子体电压并精细调整等离子体的分布。本实施方式在进行等离子体清洗时使用。通过控制真空室壁的条件，可以改变等离子体中的原子团和反应产物的数量和分布。

使用本实施方式，前述等离子体对封闭等离子体发生部的前述真空室室壁的部分磨损可得到控制，同时改善等离子体的可激发性。

此外，前述等离子体和天线的耦合程度和耦合位置可根据前述天线的布局、该天线的匝数、该天线和前述真空室间的距离及其它因素的变化而变化，借此，可控制前述等离子体的分布，以形成一种均一的等离子体。

Claims (16)

1、一种等离子体处理设备，包括一个在等离子体发生部产生电场的天线，一个向前述天线提供射频电力的射频电源，一个封闭前述等离子体发生部以形成一真空环境的真空室，一个安装在前述真空室周围的法拉第屏蔽，一个向前述真空室供气的供气单元，一个在其上放置待处理对象的样品台，以及一个向前述样品台施加一射频电场的射频电源；通过加速电子，并通过与前述天线产生的电场相撞击而使气体离子化，而生成一等离子体，从而处理前述待处理对象，其特征在于，在前述天线的接地端加上一载荷，该天线的平均电势被调整以提高在等离子体激发时刻的等离子体可激发性，在生成等离子体之后，调整前述载荷，以使前述天线的平均电势可接近地电势，这样，等离子体发生后前述真空室壁的磨损量可以很小。

2、如权利要求1所述的一种等离子体处理设备，其特征在于，前述天线是一个线圈。

3、如权利要求1或2所述的一种等离子体处理设备，其特征在于，一可变电容器或可变电感器作为接入前述天线接地端的前述载荷，从而改变前述载荷的大小。

4、如权利要求1或2所述的一种等离子体处理设备，其特征在于，一固定电容值的电容器或一电感器与一开关相组合作为接入前述天线接地端的前述载荷，从而提供两种或更多种前述载荷的载荷值。

5、如权利要求1到4之任何一项所述的一种等离子体处理设备，其特征在于，即使是在等离子体发生之后，通过控制前述整个天线的平均电势水平，来控制前述真空室壁的被磨损量。

6、如权利要求1到5之任何一项所述的一种等离子体处理设备，其特征在于，前述法拉第屏蔽埋在由一种非导电材料制成的前述真空室室壁之中。

7、如权利要求1到5之任何一项所述的一种等离子体处理设备，其特征在于，前述真空室壁的表面覆盖一层导电材料，从而使前述法拉第屏蔽呈现为前述室壁的表面。

8、如权利要求7所述的一种等离子体处理设备，其特征在于，前述真空室壁与等离子体相接触的表面由前述导电材料所覆盖，该导电材料很难被等离子体剥离，从而减少了对前述室壁的磨损。

9、如权利要求1到4之任何一项所述的一种等离子体处理设备，其特征在于，前述法拉第屏蔽和地由一载荷相耦合，该载荷在生成等离子体的射电频率下具有与前述法拉第屏蔽和地间的阻抗相比更高的阻抗，而在直流条件下该载荷的阻抗降低，从而防止前述法拉第屏蔽在操作过程结束时被充电。

10、一种等离子体处理设备，包括一个在等离子体发生部产生电场的天线，一个向前述天线提供射频电力的射频电源，一个封闭前述等离子体发生部以形成一真空环境的真空室，一个向前述真空室供气的供气单元，一个在其上放置待处理对象的样品台，以及一个向前述样品台施加一射频电场的射频电源；通过加速电子，并通过与前述天线产生的电场相撞击而使气体离子化，而生成一等离子体，从而处理前述待处理对象，其特征在于，前述真空室由导电材料制成，该真空室的电势相对于地电悬浮，前述导电真空室的室壁厚度被调整到不传播前述天线产生的电容性电场，而传播一感应电场进入前述真空室。

11、一种等离子体处理设备，包括一个在等离子体发生部产生电场的天线，一个向前述天线提供射频电力的射频电源，一个封闭前述等离子体发生部以形成一真空环境的真空室，一个安装在前述真空室周围的法拉第屏蔽，一个向前述真空室供气的供气单元，一个在其上放置待处理对象的样品台，以及一个向前述样品台施加一射频电场的射频电源；通过加速电子，并通过与前述天线产生的电场相撞击而使气体离子化，而生成一等离子体，从而处理前述待处理对象，其特征在于，在等离子体产生前后改变前述法拉第屏蔽的电势。

12、一种等离子体处理设备，包括一个在等离子体发生部产生电场的天线，一个向前述天线提供射频电力的射频电源，一个封闭前述等离子体发生部以形成一真空环境的真空室，一个安装在前述真空室周围的法拉第屏蔽，一个向前述真空室供气的供气单元，一个在其上放置待处理对象的样品台，以及一个向前述样品台施加一射频电场的射频电源；通过加速电子，并通过与前述天线产生的电场相撞击而使气体离子化，而生成一等离子体，从而处理前述待处理对象，其特征在于，前述真空室的上表面的面积小于下表面的面积，而且该上表面是平的。

13、如权利要求12所述的一种等离子体处理设备，其特征在于，前述真空室的上表面具有一环形截面，连接前述上下表面的侧面与上表面的法线之间所形成的角不小于5度。

14、如权利要求12所述的一种等离子体处理设备，其特征在于，前述真空室高度H(即，从待处理对象到前述上表面的距离)与前述真空室上表面半径之比不大于1。

15、如权利要求12所述的一种等离子体处理设备，其特征在于，在前述真空室外装有磁场产生装置。

16、如权利要求12所述的一种等离子体处理设备，其特征在于，由导体或半导体制成的一块极板被安装于前述真空室上表面的内侧，射频或直流供压装置最好与该极板相连以向其施加射频波或者一直流电压，或者将该极板接地。

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