CN101595768B - 感应线圈、等离子发生装置及等离子发生方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种感应线圈、等离子发生装置及等离子发生方法，由于产生均匀性高的等离子非常困难，因此为了产生均匀性极高的等离子，在规定的空间中产生等离子时，具备以两个端子间的基准面为对称的形状的感应线圈，其构成为向上述规定的空间供给等离子发生用的气体，通过向上述感应线圈供给高频电功率而使在上述规定的空间中产生等离子。上述基准面是通过上述两个端子间和线圈的纵向方向的轴芯的面。

Description

感应线圈、等离子发生装置及等离子发生方法

技术领域

本发明涉及用于等离子的发生的感应线圈、等离子发生装置及等离子发生方法。

背景技术

以往提供了一种作为在利用于半导体制造或等离子的蚀刻处理或表面处理或蒸镀处理等的装置中可以使用的等离子发生源(Inductive PlasmaSource：IPS)的等离子发生装置。等离子发生装置，例如，众所周知的方式是：其具备圆柱形的离子腔(chamber)，并在其周围螺旋状地缠绕了感应线圈。

另外，在离子腔上方具备平面状的涡旋型的感应线圈的方式的等离子发生装置也是众所周知的(参照专利文献1)。

在上述的等离子发生装置中，向离子腔内部供给处理用的气体。另外，通过向感应线圈供给高频电功率，从而在离子腔内部生成基于大致环状的涡电流的等离子。

专利文献1：美国专利第4948458号

其中，在如上述的等离子发生装置中使用了感应线圈的多数情况下，产生了以下的问题。即，在向感应线圈供给高频的情况下，由于高频沿着感应线圈流动，因此在线圈上的各位置生成各不相同的电位，其结果是在不同电位的各位置间发生电容性电流(capacitive current)。所涉及的现象是在等离子发生装置的离子腔内发生不均匀的电功率集中。

另外，图6由纵向剖视图来表示以往所用的等离子发生装置的一个例子。该图表示在内部发生等离子的圆柱形的离子腔1和在离子腔1的外围螺旋状缠绕的感应线圈2。不过，对感应线圈2简化了图示而只表示其剖面位置。另外，在离子腔1的下方表示了等离子处理用的空间3及在空间3内所设置的基板支撑台4。基板支撑台4支撑着成为等离子处理的对象的基板5。在该图中，在将感应线圈2的两端中的一端2a连接于高频电源6而另一端2b接地的情况下，在这两端之间产生电位差，并且产生由两端的位置关系所引起的且存在于作为等离子发生用空间的离子腔1内部的电容性电流。该图中，以在离子腔1内发生的整体的电容性电流(从感应线圈2的各个位置所产生的电容性电流之和)作为D来示意表示。

如上述产生的电容性电流对离子腔内的磁场赋予不均匀性，其结果，成为对离子腔内所生成的等离子赋予不均匀性。

发明内容

本发明鉴于上述课题，其目的在于提供一种可产生均匀性(uniformity)极高的等离子的感应线圈、等离子发生装置及等离子发生方法。

为了达到上述目的，在本发明中，感应线圈是用于使在规定的空间中产生等离子的等离子发生装置的感应线圈，上述感应线圈构成为：具有在水平面至少缠绕两圈的绕线部位和两个端子，且相对于通过上述两个端子间和线圈的纵向方向的轴芯的基准面是对称的形状。

即，该感应线圈的也包括了两侧的端子的位置·高度的整体的形状，在上述基准面的两侧成为对称。

上述基准面可定义为包含距上述两个端子等距离的点、并且与上述感应线圈的纵轴平行的面。

虽然这种感应线圈的具体形状有各种考虑，但是作为一例，上述感应线圈可构成为，至少具有一处以上的与上述纵向方向交叉的交叉部，并由在与该纵轴垂直的面上以环状形成的绕线部分和从与该绕线部分接近的两端部在该纵向方向上分别延伸的线部分，即在延伸端部分别连接上述端子的端子连接线部分。

在作为相关的构成的情况下，在线圈部分使线交叉的地方个数可以是一个、可以是两个、也可以是两个以上。另外，当交叉的地方为一处时，感应线圈成为两圈的线圈，交叉的地方为两处时，感应线圈成为三圈的线圈。

即，在上述线圈与上述基准面的交叉部，上述线圈部位至少具有一个交叉。另外，在该情况下，上述绕线部位被缠绕N圈，且上述交叉成为(N-1)的个数。

当然也能考虑搭载了如上所述的在形状上具有特征的感应线圈的等离子发生装置。

其中，该等离子发生装置可以构成为具有感应线圈，其具有两个端子且相对于通过该两个端子间和线圈的纵向方向的轴芯的基准面是对称的形状；和处理容器(处理离子腔)，其在规定位置配置有上述感应线圈，且向上述感应线圈供给高频电功率来使得在上述处理容器中产生等离子。

即使在该情况下，上述基准面是通过上述两个端子间和线圈的纵向方向的轴芯的面。另外，换言之，上述基准面可设为含有距上述两个端子等距离的点，并且与上述感应线圈的纵轴平行的面。

更具体而言，搭载了上述感应线圈的等离子发生装置可构成为，具有：壁构件，其在一个面上至少形成一个作为等离子发生用空间的环状沟，在另一个面上与所述一个面上所形成的环状沟同心状地至少形成一个的环状沟且在上述另一个面上所形成的环状沟中收容上述感应线圈。

另外，并不限于具有实体装置的这一范畴，就采用了上述感应线圈的等离子发生方法的观点而言也能获得发明。

即，能够掌握一种方法的发明，该方法是使用感应线圈来使得在规定的空间中产生等离子的等离子发生方法，上述感应线圈具有在水平面上至少缠绕两圈的绕线部位和两个端子，且相对于通过上述两个端子间和线圈的纵向方向的轴芯的基准面是对称的形状，向上述规定的空间供给等离子发生用的气体，并通过向上述感应线圈供给高频电功率来使得在上述规定的空间中产生等离子。

本发明还可掌握以下的内容。

即，本发明是采用了以缠绕(假设)圆柱表面的方式所形成的感应线圈的感应型的等离子发生方法。

并且，上述感应线圈由分别成为绕线起点和绕线终点的第一端子和第二端子、及将这些第一端子和第二端子进行连接而形成线圈部分的电线构成，

从第一端子侧所缠绕的电线和从第二端子侧所缠绕的电线形成为，以沿着上述(假设)圆柱表面成为对称的位置的方式进行缠绕，在半周的位置以绝缘状态彼此交叉，再次以沿着上述(假设)圆柱表面成为对称的位置的方式进行缠绕，对此反复进行之后进行连接。

在采用了上述构成的状态下，将电源连接于第一端子来供给高频电功率，并且将可变电容器连接于第二端子，通过该可变电容器的作用将感应线圈的两端设为同电位，并使上述电线的中间点的电位大致成为0，从而使基于电容性电流的等离子的电位对称，并通过向感应线圈所供给的高频电功率使得在同感应线圈的内侧生成磁场，且由该磁场的作用生成等离子。

根据本发明，由于感应线圈是以两个端子间的基准面为对称的形状，因此，在以两端子的电位成为同电位的方式从外部接受高频电功率的供给的情况下，从两端子所分别分配的电容性电流也对称。其结果，产生的等离子也具有极高的均匀性。

附图说明

图1是表示感应线圈的一个例子的立体图。

图2是表示感应线圈的俯视图。

图3是表示感应线圈的其他例子的立体图。

图4是表示等离子发生装置的主要部分的构成的一个例子的局部纵向剖视图。

图5是表示使用了由本发明相关的等离子发生装置所产生的等离子的溅射法(sputtering)的结果的图。

图6是表示以往的等离子发生装置的概略图。

图中：10、20-感应线圈，10a、20a-电线，11a、21a-第一端子，11b、21b-第二端子，30-等离子发生装置，31-上壁，32-上面，32a-环状沟，32b-气体供给口，33-下面，33a-环状沟(等离子发生用空间)，37-电源，38-可变电容器。

具体实施方式

按照以下的顺序对本发明的实施方式进行说明。

(1)感应线圈的形状

(2)等离子发生装置的例子

(3)实例

(1)感应线圈的形状

图1是本实施方式相关的感应线圈的形状例子，是表示两圈类型的感应线圈10。

由该图所示，感应线圈10在电线10a的两端设置了第一端子11a及第二端子11b。感应线圈10是含有距第一端子11a及第二端子11b等距离的中间点M1及交叉点C1的面，且为以与Z轴(纵轴)平行的面左右对称的形状。上述面相当于本发明的基准面。

在图2中表示感应线圈10的俯视图。感应线圈10的绕线部分是圆环状，Z轴通过感应线圈10的圆环的中心位置，即距所形成的圆环状的电线10a上的各位置等距离的位置。在图2中表示从电线10a上的各位置到Z轴的距离S1、S2、S3、S4全部相等。Z轴是向着图2的纸面垂直的方向。在本实施方式中，第一端子11a和第二端子11b是以一个作为用于从电源接受高频电功率的供给的端子，以另一个作为用于与可变电容器(variable capacitor)连接的端子。第一端子11a和第二端子11b相互接近并且设置在相同的高度。从第一端子11a延伸的电线10a和从第二端子11b延伸的电线10a以大致平行的状态，分别在与感应线圈10的Z轴方向上行进相同距离的位置(P1，P2)，向着与Z轴垂直的方向且彼此相反方向地、从此高度不变地在与Z轴垂直的面上一边描绘环状的曲线一边延伸。此时，在向着相反方向描绘共同的圆环。另外，只要不作特别的事先声明，，在本实施方式中所谓的高度的变化的情况，是指在Z轴方向上的变化。

在假设了包含Z轴、第一端子11a与第二端子11b的中间点M1及交叉点C1的上述面(基准面)时，如上所述，从第一端子11a延伸的电线10a和从第二端子11b延伸的电线10a在通过基准面的地方，分别一边只下降相同的高度一边交叉(参照图的交叉点C1)。该交叉之后，从第一端子11a延伸的电线10a和从第二端子11b延伸的电线10a再次不改变高度地一边描绘环状的曲线一边延伸，接着在与基准面相交的地方连接。该连接的地方是感应线圈10的中间点M1。

即，感应线圈10夹持上述基准面并呈左右对称的形状。

关于基准面的定义并不限定于此，例如，也可以是将通过上述两个端子间和线圈的纵向方向的轴芯的面作为基准面，且相对于该基准面上述感应线圈10为对称形状。

在该情况下，上述感应线圈10在作为绕线部位的电线10a与上述基准面的交叉部具有交叉点(C1)。

另外，若作为上述绕线部位的电线10a缠绕N圈，则上述交叉等于(N-1)的个数。

这种大致全部的部位都夹持上述基准面而呈左右对称的形状的线圈的例子并不限定于图1中所示的形状。

图3是本实施方式相关的感应线圈的形状例子，是表示三圈类型的感应线圈20。感应线圈10与感应线圈20不同的地方在于电线交叉的地方的个数。在感应线圈10中电线交叉的地方为一个地方，但是在感应线圈20中在两个地方电线交叉。

即，感应线圈20也成为含有距第一端子21a及第二端子21b等距离的中间点M2及交叉点C1、C2、以与Z轴平行的面(基准面)呈左右对称的形状。并且，感应线圈20的Z轴也与感应线圈10的Z轴相同，通过距以环状形成的电线20a上的各位置等距离的位置。感应线圈20与感应线圈10相同，在电线20a的两端设置了第一端子21a及第二端子21b。第一端子21a和第二端子21b，一个是用于从电源接受高频电功率的供给的端子，另一个是用于与可变电容器连接的端子。感应线圈20的电线20a在与上述感应线圈10的中间点M1相当的地方不必连接，且还一边降低高度一边交叉(参照图的交叉点C2)，该交叉之后，从第一端子21a延伸的电线20a和从第二端子21b延伸的电线20a不改变高度地一边描绘环状的曲线一边延伸，接着在与基准面相交的地方(交叉点C1的下方位置)连接。该连接的地方是感应线圈20的中间点M2。

在此，在形成感应线圈10(20)的电线10a(20a)中，以环状形成的部分相当于绕线部分，从构成绕线部分的多个环中的最上级(或最下级)的环上接近的两点(P1，P2)与Z轴大致平行地延伸，在延伸的前端(延伸端部)分别设置了第一端子11a(21a)和第二端子11b(21b)的电线10a(20a)的部分相当于端子连接线部分。当然，本发明相关的感应线圈只要成为大致全部的部位以两端的端子间的基准面呈对称的形状，则并不限于如图1、2所示的形状。虽然在以下以利用上述感应线圈10的情况为例继续说明，但是在采用感应线圈10的所有情况下，能以感应线圈20等其他的对称形状的线圈来代替。

另外，若以其他的表现进行说明，则上述感应线圈10(20)由分别成为绕线起点和绕线终点的第一端子11a(21a)和第二端子11b(21b)、及将这些第一端子11a(21a)和第二端子11b(21b)进行连接而形成线圈部分的电线10a(20a)构成，且形成为：

从第一端子11a(21a)侧缠绕的电线10(20)和从第二端子11b(21b)侧缠绕的电线，以沿着上述(假设)圆柱表面成为对称的位置的方式进行缠绕，在半周的位置以绝缘状态相互交叉(交叉点C1、C2)，再次以沿着上述(假设)圆柱表面成为对称的位置的方式进行缠绕，对此反复进行之后进行连接。

并且，作为感应线圈10、20的原料，可考虑以铜为代表适合于加工的各种金属构件。另外，感应线圈10、20可以由电线掩埋其剖面，也可以在全长的内部形成中空。

(2)等离子发生装置的例子

其次，对采用了感应线圈10的等离子发生装置进行说明。

图4由局部纵向剖视图来表示等离子发生装置30的主要部分。

等离子发生装置30具备作为处理容器的真空腔的上壁31。上壁31例如由硅、陶瓷、蓝宝石、石英、其他的电介质所形成的周围是大致椭圆形的平板状构件。在上壁31的上面32至少形成一个以上(在该图中为三个)同心圆状的环状沟32a。另外，在上壁31的下面33，在比上面32的各环状沟32a更靠近平板上构件的中心侧的各位置，形成与环状沟32a呈同心圆状的环状沟33a。即，在上壁31，从圆盘的外侧朝向中心交互形成了环状沟32a和环状沟33a。在下面33所形成的各环状沟33a相当于等离子发生用空间。

在上面32的环状沟32a中收容感应线圈10。虽然在图中表示了在三个环状沟32a中的正中间的环状沟32a中收容感应线圈10的样子，但是即使在其他的环状沟32a中也可以分别收容与对应线圈径相适合的环状沟32a的感应线圈10。在一个上壁31的全部的环状沟32a中可以收容相同形状的感应线圈10或感应线圈20，可以按每个环状沟32a任意选择感应线圈10和感应线圈20中的任意一个来收容。

在与各环状沟32a的底部对应的上面32的各位置，形成有多个从上面32一直贯通到环状沟33a的气体供给孔32b。即，通过将未图示的气体供给系统与气体供给孔32b连接，从而成为借助气体供给孔32b向各环状沟33a(等离子发生用空间)供给等离子发生用的气体的构成。

在下面33的下方，在距下面33规定距离的位置，配置有作为基板支撑台的阴极部35。阴极部35是用于载置成为等离子处理(灰化、蚀刻、溅射等的各种等离子处理)的对象的晶片(wafer)等的基板的台，由下面33和阴极部35所夹持的空间成为等离子处理空间34。针对阴极部35，连接了其输出功率独立且可变的电源36，，从电源36对阴极部35供给高频电功率。

在上述的构成中，在本实施方式中，将电源37连接于上壁31中收容的感应线圈10的第一端子11a，来供给高频电功率，并且第二端子11b与可变电容器38连接。通过该可变电容器38的作用将感应线圈10的两端设为同电位。其结果，通过感应线圈10的两端的中间点M1的电位成为“0”，从而基于电容性电流的等离子的电位成为左右对称。通过向感应线圈10供给电功率，从而在上壁31附近生成磁场。然后，通过该磁场的作用，从而在各环状沟33a内生成等离子。

通过由此所发生的等离子作为作业介质来使用，从而能够进行上述的各种等离子处理。这里，在执行各种等离子处理之后，优选上述发生的等离子为其分布均匀。

即，作为收容于真空腔的上壁、且其两端的电位被调整的感应线圈，通过采用上述的对称形状的感应线圈10或感应线圈20，能够产生均匀性极高的等离子。

(3)实例

图5(a)通过图表表示以由等离子发生装置30所产生的等离子作为作业介质来实施的等离子处理的结果的一个例子。

在该图表中，在纵轴上表示由等离子发生装置30所产生的等离子的溅射量的变化率。另一方面，在该图表的横轴上表示基板W上的位置。

具体而言，如图5(b)所示，在基板W上假设上壁31和同轴的圆C，以该圆上的某个位置作为基准位置P0(0度)，根据从基准位置P0在圆C上沿着固定方向旋转时的角度Φ(0～360度)来定义基板W上的各位置。

在图5(a)中，用线B表示在上壁31中收容感应线圈10(symmetricaltype)来进行处理时的溅射量的变化率，用线A表示在上壁31中取代感应线圈10而收容通常的螺旋状的感应线圈(asymmetrical type)来进行处理时的溅射量的变化率。基于该图判明，采用了通常的螺旋状的感应线圈(asymmetrical type)时的溅射量，在基板W上的各位置发生大的变动，相对与此，采用了感应线圈10(symmetrical type)时的溅射量，在基板W上的各位置几乎没有发生变动。具体而言，通常的螺旋状的感应线圈(asymmetrical type)的溅射量的变化率约为14％，相对与此，感应线圈10(symmetrical type)的溅射量的变化率约为4％。

总之，使用本发明相关的感应线圈10而产生的等离子的溅射量，如上述图表所示，在基板W上的所有角度上几乎没有变动，证明了使用上述感应线圈10而产生的等离子在感应线圈10的全部的径方向上保持了高度的均匀性。

Claims (6)

1.一种感应线圈，其用于使在规定的空间中产生等离子的等离子发生装置，

所述感应线圈具有在水平面上至少缠绕两圈的绕线部位和两个端子；

相对于通过所述两个端子间和线圈的纵向方向的轴芯的基准面是对称的形状；以及

在所述线圈与所述基准面的交叉部，所述绕线部位具有至少一个交叉。

2.根据权利要求1所述的感应线圈，其特征在于，

所述绕线部位被缠绕N圈，所述交叉等于N-1的个数。

3.一种等离子发生装置，具备：

感应线圈，其具有在水平面上至少缠绕两圈的绕线部位和两个端子；相对于通过该两个端子间和线圈的纵向方向的轴芯的基准面是对称的形状；以及在所述线圈与所述基准面的交叉部，所述绕线部位具有至少一个交叉；和

处理容器即处理离子腔，其在规定位置配置有所述感应线圈，向所述感应线圈供给电功率来使得在所述处理容器中产生等离子。

4.根据权利要求3所述的等离子发生装置，其特征在于，

所述处理容器具有：壁构件，其在一个面上至少形成一个作为等离子发生用空间的环状沟，在另一个面上与所述一个面上所形成的环状沟同心状地至少形成一个环状沟，

在所述另一个面上所形成的环状沟中收容所述感应线圈。

5.一种等离子发生方法，使用感应线圈来使得在规定空间中产生等离子，

所述感应线圈具有在水平面上至少缠绕两圈的绕线部位和两个端子；相对于通过所述两个端子间和线圈的纵向方向的轴芯的基准面是对称的形状；以及在所述线圈与所述基准面的交叉部，所述绕线部位具有至少一个交叉；以及

向所述规定的空间供给等离子发生用的气体，并通过向所述感应线圈供给电功率来使得在所述规定的空间中产生等离子。

6.一种感应型的等离子发生方法，采用了以缠绕假设圆柱表面的方式所形成的感应线圈，

所述感应线圈由分别成为绕线起点和绕线终点的第一端子和第二端子、及将该第一端子和第二端子进行连接而形成线圈部分的电线构成，

从第一端子侧所缠绕的电线和从第二端子侧所缠绕的电线形成为，以沿着所述圆柱表面成为对称的位置的方式进行缠绕，在半周的位置以绝缘状态彼此交叉，再次以沿着所述假设圆柱表面成为对称的位置的方式进行缠绕，对此反复进行之后进行连接，

将电源连接于第一端子来供给高频电功率，并且将可变电容器连接于第二端子，通过该可变电容器的作用将感应线圈的两端设为同电位，并使所述电线的中间点的电位大致成为0，从而使基于电容性电流的等离子的电位对称，并通过向该感应线圈所供给的高频电功率使得在该感应线圈的内侧生成磁场，且由该磁场的作用生成等离子。

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