专利名称：具有甚高频并联谐振天线的等离子体处理设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及等离子体处理设备，更具体地说，涉及具有甚高频(veryhigh frequency)并联谐振天线的电感耦合等离子体处理设备。
图1a是表示传统电感耦合等离子体处理设备的示意图。
参看图1a，晶片卡盘20放置在真空室10中。晶片30装在晶片卡盘20上。真空室10有一个气体注入孔12和气体排出孔14。通过以一个稳定的流速将气体从气体注入孔12注入并将气体从气体排出孔14排出，使真空室10维持在恒压状态。
真空室10包括绝缘板50，它装在真空室的上部。在绝缘板50上装有并联谐振天线60。如果通过一个射频(RF)电源75将RF电源施加到并联谐振天线60上，由于并联谐振天线60具有如图1b所示的结构，就在并联谐振天线中感生磁场，并由此再产生感应电场。感应电场将真空室10中的气体激活，由此产生等离子体40。在并联谐振天线60和真空室10之间形成寄生电容Cs。
为了达到RF电源75与并联谐振天线60间的阻抗匹配，安装了阻抗匹配盒(IMB)70。尽管没有在图中表示出来，为了产生等离子体，甚至将一个独立的RF电源连接到晶片卡盘20上并将RF电源施加到上面。
图1b是表示图1a中并联谐振天线60和阻抗匹配盒70之间位置关系的示意图，图1c和1d是等价电路图，其中包括图1b中的寄生电容Cs。
参看图1b到1d，并联谐振天线60包括天线线圈L1、L2、L3和L4，相互之间并联。这里，各个天线线圈的环形直径互不相同。天线线圈L4排在最外边。
在阻抗匹配盒70和最外圈天线线圈L4之间装有一个谐振电容C3，这在图1a中没有示出。在图1b中，符号La代表并联谐振天线60的总电感。
如果故意忽略内部天线线圈L1、L2和L3，寄生电容Cs就处于与最外天线线圈L4并联的状态。当从RF电源75施加的RF电能的频率增大时，能转换成等离子体能量的电容能量高于感生能量。换句话说，当等离子体电能的频率增大时，寄生电容Cs的贡献增大，因此等离子体40通过电容耦合类型形成。因此，电容耦合等离子体(CCP)对电感耦合等离子体(ICP)的影响增大到不可忽略的程度，破坏了等离子体的均匀性。
同时，谐振电容C3和并联谐振天线607之间的谐振频率ω可用方程式1/(La·C3)1/2表示。这样，由于La是由并联谐振天线60的几何结构确定的，因此仅用很小的C3值就能产生20MHz至300MHz的RF区内的谐振。但是，传统的用作谐振电容C3的可变电容器所制作的产品的电容为5pF或更大，所以实际上不能产生所需的20MHz至300MHz的RF区内的谐振。
这样，如果不能产生所需的谐振，寄生电容Cs的贡献将增大，因此等离子体40主要是由电容耦合类型产生的。
为了达到上述目标，提供一种等离子体处理设备，在其中进行使用等离子体的半导体装置的制造过程。该设备包括在其中进行半导体制造过程的真空室；产生甚高频(VHF)电能的VHF电源；具有多个相互间并联连接的天线线圈的VHF并联谐振天线；与天线线圈串联的多个可变电容器，天线安装在真空室外面的上部，由VHF电源提供VHF电能；以及用于在VHF电能和VHF并联谐振天线间阻抗匹配的阻抗匹配盒。
可变电容器优选安装在VHF并联谐振天线中最外边的天线线圈中。优选的是，可变电容器的电容量范围为1pF～5pF。
VHF并联谐振天线可选择螺旋形并联天线，并需要将可变电容器分别安装到天线线圈中。VHF并联谐振天线包括相互间并联并有不同直径的环形线圈天线。
优选的是，可变电容器是同轴电容器，其包括第一绝缘管；分别从第一绝缘管的两个端部延伸出来的第一两个金属管；围绕第一绝缘管并部分围绕装在邻接第一绝缘管两侧的第一两个金属管的第二绝缘管；以及围绕第二绝缘管并且能沿第二绝缘管外侧表面滑动的第二金属管。
优选实施方式的详细描述现在，参考附图对本发明的优选实施方式进行详细描述。对于各个附图中指定各元件的参考数字，应注意的是与指定给传统工艺中元件的数字相同的数字代表执行相同功能的元件，因此有意省去了对它们的重复描述。
图2a至2c是表示按照本发明的甚高频并联谐振天线的示意图。具体地说，图2a和2b是表示甚高频(VHF)并联谐振天线60′和阻抗匹配盒70之间位置关系的示意图，图2c表示的是等价电路图，其中包括了图2a和2b中的寄生电容。
参看图2a至2c，VHF并联谐振天线60′包括天线线圈L1、L2、L3和L4，相互间并联连接。各个天线线圈有不同的环形直径。天线线圈L4位于最外边。
通过RF(射频)电源75施加20MHz至300MHz范围内的VHF电能。传递到内部天线线圈L1、L2和L3的VHF电能用于产生电感等离子体，而传递到天线线圈L4上的VHF电能用于产生电容等离子体。
为了减小寄生电容Cs的影响，需要将谐振电容的容量减小到最低，从而在谐振电容C3和VHF并联谐振天线60′之间产生谐振。
但是，传统的作为谐振电容C3的真空可变电容器中没有容量为5pF或更小的产品。为了达到上述目的，即为了减小谐振电容C3的容量，应将几个可变电容串联，从而能简单地将总电容降低。此时，使用新型的容量为5pF或更小的可变电容将具有最大的效果。
多个可变电容串联后装在最外边的天线线圈L4上。如果仅通过新插入的可变电容能有效降低总电容，就不需要传统谐振电容C3。
由于寄生电容受内部天线线圈L1、L2和L3的影响小于最外边的天线线圈L4，多个可变电容仅装在最外边的天线线圈L4上。
图3是表示按照本发明的作为可变电容器的同轴电容器的示意图。
参看图3，第一两个金属管110和112通过第一绝缘管120相互连接。在连接位置处安装了第二绝缘管130，它围绕着第一绝缘管120。第二绝缘管130围绕着第一绝缘管并部分围绕着装在邻接第一绝缘管两侧的第一两个金属管110和112。
第二金属管140围绕第二绝缘管，它的安装能沿第二绝缘管的外侧表面滑动。在第二绝缘管130的一个末端装有挡板150，以挡住第二金属管140的滑动。最外边的天线线圈L4缠绕在每一个第一两个金属管110和112上，因此形成同轴电容，被插入安装在最外天线线圈L4上。
此同轴电容的优点在于可保证电容的范围为1pF～5pF，并且能精确控制电容量值。另外，可在第一两个金属管110和112以及第一绝缘管120中通过冷却水，其优势在于将VHF电能产生的热能辐射到外界。
图4a至4c是表示按照本发明的不同应用实例的示意图。具体地说，图4a表示多个同轴电容装在缠绕一次的天线线圈中，图4b表示多个同轴电容装在天线线圈缠绕几次的螺旋形串联天线中，图4c表示多个同轴电容装在螺旋形并联天线中，其中多个天线线圈互相并联连接。
在图4c的情况中，由于各个天线线圈完全起到最外边天线线圈的功能，优选的是，在各个天线线圈上安装同轴电容。由于并联型天线的总感应值小于串联型天线的，因此并联型天线对于VHF等离子体设备更有利。因此，对于VHF设备，图4c的情况比图4a和4b的更有优势。
如前所述，根据本发明的等离子体处理设备，甚至在VHF区域也能在并联谐振天线中产生谐振，因此将并联谐振天线与真空室之间的寄生电容对等离子处理设备的影响减小到了最低。这样，通过使用本发明的等离子体处理设备，产生均匀的高密度等离子体就变成可能。
尽管为了说明的目的对本发明的优选实施方式进行了描述，但本领域技术人员应理解的是，在不偏离由所附的权利要求所限定的本发明的范围和精神的条件下能对本发明作出各种修改、增添和替代。
权利要求
1.一种等离子体处理设备，在其中进行使用等离子体的半导体装置的制造过程，所述设备包括在其中进行半导体装置制造过程的真空室；产生甚高频(VHF)电能的VHF电源；VHF并联谐振天线，它具有多个互相并联连接的天线线圈以及串联地插入安装在天线线圈中的多个可变电容，天线安装在真空室的外面的上部，并从VHF电源供给VHF电能；用于VHF电能和VHF并联谐振天线间阻抗匹配的阻抗匹配盒。
2.如权利要求1所述的等离子体处理设备，其中可变电容安装在位于最外边的天线线圈上。
3.如权利要求1所述的等离子体处理设备，其中VHF并联谐振天线是螺旋形并联天线，可变电容分别安装在天线线圈中。
4.如权利要求1所述的等离子体处理设备，其中VHF并联谐振天线包括互相间并联连接并具有不同直径的环形天线线圈。
5.如权利要求1所述的等离子体处理设备，其中VHF电能的频率范围为20MHz至300MHz。
6.如权利要求1所述的等离子体处理设备，其中可变电容是同轴电容，其包括第一绝缘管；分别从第一绝缘管的两个端部延伸出来的第一两个金属管；围绕第一绝缘管并且部分围绕装在邻接第一绝缘管两侧的第一两个金属管的第二绝缘管；围绕第二绝缘管并且其安装能沿第二绝缘管外侧表面滑动的第二金属管。
7.如权利要求6所述的等离子体处理设备，其中冷却剂流过第一两个金属管和第一绝缘管。
8.如权利要求1所述的等离子体处理设备，其中可变电容的容量范围为1pF至5pF。
全文摘要
本发明涉及一种等离子体处理设备，在其中进行使用等离子体的半导体装置的制造过程，所述设备包括在其中进行半导体装置制造过程的真空室；产生甚高频(VHF)电能的VHF电源；VHF并联谐振天线，它具有多个互相并联连接的天线线圈以及串联地插入安装在天线线圈中的多个可变电容，天线安装在真空室的外面的上部，并从VHF电源供给VHF电能；以及用于VHF电能和VHF并联谐振天线间阻抗匹配的阻抗匹配盒。优选的是，可变电容是同轴电容，其包括第一绝缘管；分别从第一绝缘管的两个端部延伸出来的第一两个金属管；围绕第一绝缘管并且部分围绕装在邻接第一绝缘管两侧的第一两个金属管的第二绝缘管；围绕第二绝缘管并且其安装能沿第二绝缘管外侧表面滑动的第二金属管。
文档编号H01J37/32GK1392754SQ0212307
公开日2003年1月22日 申请日期2002年6月13日 优先权日2001年6月19日
发明者权奇清, 边洪植, 李承原, 金洪习, 韩淳锡, 高富珍, 金祯植 申请人:株式会社周星工程