專利名稱：等離子體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過向容器內(nèi)供給電磁場而生成等離子體的等離子體裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體裝置或平面顯示器的制造中，為了進行氧化膜的形成或半導(dǎo)體層的結(jié)晶成長、蝕刻、還有灰化等處理，經(jīng)常要用到等離子體裝置。在這些等離子體裝置中，有一種使用天線向容器內(nèi)供給高頻電磁場、通過該電磁場而產(chǎn)生高密度等離子體的高頻等離子體裝置。因為這種高頻等離子體裝置即使等離子體氣體的壓力比較低也能夠穩(wěn)定地生成等離子體，所以具有用途廣泛的特點。
圖8所示的是現(xiàn)有技術(shù)的高頻等離子體裝置的一個結(jié)構(gòu)的例子圖。在此圖中示出了部分結(jié)構(gòu)的縱剖面結(jié)構(gòu)。此外，圖9A、9B所示的是將圖8中用虛線圍起來的部分IX進行放大的剖面圖。
如圖8所示，此等離子體裝置具有上部開口、底部有底的圓筒形處理容器511。在此處理容器511的底部上固定有裝載臺522，在此裝載臺522的上面配置有襯底521。在處理容器511的側(cè)壁設(shè)置有用于供給氣體的噴嘴517，在處理容器511的底部設(shè)置有用于真空排氣的排氣口516。在處理容器511的上部開口處設(shè)置有電介質(zhì)板513，在處理容器511的側(cè)壁上面和電介質(zhì)板513的下面周邊部分的結(jié)合處，通過作為密封部件的O形環(huán)514，使結(jié)合處密封。
在該電介質(zhì)板513的上配置有徑向天線530。徑向天線530的中心部分通過波導(dǎo)路徑與產(chǎn)生高頻電磁場的高頻發(fā)生器545相連接。此外，在處理容器511的側(cè)壁的上面配置有環(huán)狀的屏蔽材料512。此屏蔽材料512覆蓋電介質(zhì)板513以及徑向天線530的外周，形成了不讓電磁場泄漏到處理容器511外部的構(gòu)造。
在從徑向天線530所放射出的電磁場中，穿過電介質(zhì)板513而被導(dǎo)入到處理容器511內(nèi)的電磁場F使處理容器511內(nèi)的氣體電離，在襯底521的上部空間S2中生成等離子體。這時，由于生成等離子體，因未被吸收而反射回來的電磁場F1和來自于徑向天線530但沒有直接導(dǎo)入到處理容器511內(nèi)的電磁場F2在徑向天線530的發(fā)射面和等離子體表面之間的區(qū)域S1內(nèi)反復(fù)地反射，而形成駐波。該駐波也與等離子體的生成有關(guān)。
在現(xiàn)有技術(shù)的等離子體裝置中，當將屏蔽材料512配置在處理容器511的側(cè)壁的上面時，不考慮從處理容器511的側(cè)壁內(nèi)表面的邊緣511A到屏蔽材料512的內(nèi)表面的距離L1。然而，如圖9A所示，對于由處理容器511的側(cè)壁的上面、徑向天線530的發(fā)射面和屏蔽材料512的內(nèi)表面所形成的凹部(圖9A、圖9B中附加梨皮紋圖案的區(qū)域)518內(nèi)的電磁場的波長λg，若L1大約是λg/4，那么凹部518的開口部的邊緣511A的位置則正好位于駐波的波腹，所以在邊緣511A位置處的電壓變大，有時會發(fā)生異常的放電。一旦發(fā)生這種異常的放電，就會產(chǎn)生下面的問題處理容器511的金屬原子由于電子沖擊而脫離，成為處理容器511內(nèi)污染的原因。
此外，在現(xiàn)有技術(shù)的等離子體裝置中，也不考慮從屏蔽材料512的內(nèi)表面到O形環(huán)514的配置位置的距離L2。然而，如圖9B所示，如果L2大約是λg/4，那么由于駐波的強的電磁場會造成O形環(huán)514喪失彈性，存在O形環(huán)514的壽命變短這樣的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問題而提出的。即，其目的在于要抑制生成等離子體的容器內(nèi)的污染。
此外，本發(fā)明其他的目的在于延長O形環(huán)等的密封部件的壽命。
為了實現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明的等離子體裝置具有帶有開口部分的容器；電介質(zhì)部件，由該容器的開口部分外周的端面支撐并堵塞開口部分；電磁場供給裝置，通過該電介質(zhì)部件從開口部分向容器內(nèi)部供給電磁場；以及屏蔽材料，至少在容器的端面和電磁場供給裝置之間設(shè)置、覆蓋電介質(zhì)部件的外周并屏蔽所述電磁場，其特征在于，從容器端面上的容器內(nèi)表面到屏蔽材料的內(nèi)表面之間的距離，大約是由容器的端面、電磁場供給裝置和屏蔽材料所圍起來的區(qū)域內(nèi)的電磁場的波長的N/2倍(N是0以上的整數(shù))。由此，容器的內(nèi)表面的位置大約位于上述區(qū)域內(nèi)所出現(xiàn)的駐波的節(jié)點位置，在此位置處的電壓大約為零，所以不會在此位置上發(fā)生異常放電。還有，上述距離是參考上述區(qū)域內(nèi)的電介質(zhì)部件的相對介電常數(shù)(relative permittivity)而決定的。
這里，如果設(shè)容器端面和所述天線的間隔為D、上述區(qū)域內(nèi)的相對空氣密度為δ、上述區(qū)域內(nèi)的所述電磁場的波長為λg，則期望從容器的內(nèi)表面到屏蔽材料的內(nèi)表面的距離L1滿足下式(N/2)·λg-ΔL＜L1＜(N/2)·λg+ΔL其中，L1＞0ΔL＝(θ/360)·λgθ＝sin-1(1/Γ)Γ＝1+{0.328/(δ·D)1/2}此外，對介于容器的端面和電介質(zhì)部件的結(jié)合處之間的、密封該結(jié)合處的密封部件，其特征在于，配置在間隔距離屏蔽材料的內(nèi)表面大約相當于上述區(qū)域內(nèi)的電磁場的波長的M/2倍(M是0以上N以下的整數(shù))的位置上。此密封部件的配置位置大約正好位于上述區(qū)域內(nèi)所出現(xiàn)的駐波的節(jié)點位置，駐波的電磁場很弱。
這里，如果設(shè)容器的端面和天線的間隔為D、上述區(qū)域內(nèi)的相對空氣密度為δ、上述區(qū)域內(nèi)的所述電磁場的波長為λg，那么期望從屏蔽材料的內(nèi)表面到密封部件的配置位置的距離L2滿足下式(M/2)·λg-ΔL＜L2＜(M/2)·λg+ΔL其中，L2＞0ΔL＝(θ/360)·λgθ＝sin-1(1/Γ)
Γ＝1+{0.328/(δ·D)1/2}本發(fā)明的等離子體裝置具有容器，形成有導(dǎo)電體穿過的貫通孔；電磁場供給裝置，向此容器內(nèi)部供給電磁場；以及屏蔽材料，堵塞容器的貫通孔并屏蔽電磁場，其特征在于，從容器的貫通孔內(nèi)的容器內(nèi)表面到屏蔽材料的內(nèi)表面的距離大約是貫通孔內(nèi)的電磁場的波長的N/2倍(N是0以上的整數(shù))。由此，容器內(nèi)表面的位置大約位于在貫通孔內(nèi)出現(xiàn)的駐波的節(jié)點位置上，因為在此位置上的電壓大約為零，所以在此位置上不會發(fā)生異常放電。還有，作為穿過貫通孔的導(dǎo)體的例子，有用于測量等離子體密度的探針等。
這里，如果設(shè)容器的貫通孔的直徑為D、貫通孔內(nèi)的相對空氣密度為δ、貫通孔內(nèi)的電磁場的波長為λg，那么期望從容器的內(nèi)表面到屏蔽材料的內(nèi)表面的距離L3滿足下式(N/2)·λg-ΔL＜L3＜(N/2)·λg+ΔL其中，L3＞0ΔL＝(θ/360)·λgθ＝sin-1(1/Γ)Γ＝1+{0.328/(δ·D)1/2}此外，對于密封容器的貫通孔的密封部件，其特征在于，配置在距離屏蔽材料的內(nèi)表面大約相當于貫通孔內(nèi)的電磁場波長的M/2倍(M是0以上N以下的整數(shù))的位置上。此密封部件的配置位置大約位于貫通孔內(nèi)出現(xiàn)的駐波的節(jié)點位置上，駐波的電磁場較弱。
這里，如果設(shè)容器的貫通孔的直徑為D、貫通孔內(nèi)的相對空氣密度為δ、貫通孔內(nèi)的電磁場的波長為λg，那么期望從屏蔽材料的內(nèi)表面到密封部件配置位置的距離L4滿足下式(M/2)·λg-ΔL＜L4＜(M/2)·λg+ΔL其中，L4＞0ΔL＝(θ/360)·λgθ＝sin-1(1/Γ)
Γ＝1+{0.328/(δ·D)1/2}本發(fā)明的等離子體裝置的制造方法，在制造等離子體裝置時具有容器，帶有開口部分；電介質(zhì)部件，支撐在此容器的開口部分的外周的端面、堵塞上述開口部分；電磁場供給裝置，通過此電介質(zhì)部件而從開口部分向容器內(nèi)部供給電磁場；以及屏蔽材料，至少在容器的端面和所述電磁場供給裝置之間設(shè)置、覆蓋電介質(zhì)部件的外周并屏蔽電磁場，其特征在于，調(diào)整使得從容器的端面上的容器的內(nèi)表面到屏蔽材料的內(nèi)表面的距離大約是由容器的端面、電磁場供給裝置和屏蔽材料所圍起來的區(qū)域內(nèi)的電磁場的波長的N/2倍(N是0以上的整數(shù))。
此外，其特征還在于，將容器的端面和電介質(zhì)部件的結(jié)合處進行密封的密封部件配置在距離屏蔽材料的內(nèi)表面大約相當于上述區(qū)域內(nèi)的電磁場波長的M/2倍(M是0以上N以下的整數(shù))的位置上。
此外，在將電磁場供給裝置是采用面對電介質(zhì)部件而設(shè)置的天線所構(gòu)成的情況下，也可以通過改變電介質(zhì)部件和天線之間的間隔來對由容器的端面、天線和屏蔽材料所圍起來的區(qū)域內(nèi)的電磁場的波長進行調(diào)整。
本發(fā)明的等離子體裝置的制造方法，在制造等離子體裝置時具有容器，形成有導(dǎo)電體穿過的貫通孔；電磁場供給設(shè)裝置，向該容器內(nèi)部供給電磁場；以及屏蔽材料，堵塞容器的貫通孔、屏蔽電磁場，其特征在于，調(diào)整使得從容器的貫通孔內(nèi)的容器的內(nèi)表面到屏蔽材料的內(nèi)表面的距離大約是貫通孔內(nèi)的電磁場的波長的N/2倍(N是0以上的整數(shù))。還有，作為穿過貫通孔的導(dǎo)電體的例子，有用于測量等離子體密度的探針等。
此外，其特征還在于，將容器的貫通孔進行密封的密封部件配置在距離屏蔽材料的內(nèi)表面大約相當于貫通孔內(nèi)的電磁場的波長的M/2倍(M是0以上N以下的整數(shù))的位置上。
圖1是本發(fā)明的第一實施例的蝕刻裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是將圖1中虛線圍起來的部分II放大的剖面圖。
圖3是等價相對介電常數(shù)及波長縮短系數(shù)與電介質(zhì)占有率的關(guān)系圖。
圖4是本發(fā)明的第二實施例的蝕刻裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖5是將圖4中虛線圍起來的部分V放大的剖面圖。
圖6是本發(fā)明的第三實施例的ECR蝕刻裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖7是將圖6中虛線圍起來的部分VII放大的剖面圖。
圖8是現(xiàn)有技術(shù)的高頻等離子體裝置的一個構(gòu)成例的圖。
圖9A、9B是將圖8中虛線圍起來的部分IX放大的剖面圖。
具體實施例方式
下面，參考附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。其中，將采用本發(fā)明的等離子體裝置適用于蝕刻裝置的情況為例進行說明。
(第一實施例)圖1是本發(fā)明的第一實施例的蝕刻裝置的結(jié)構(gòu)圖。在該圖中示出了一部分結(jié)構(gòu)的縱剖面構(gòu)成。
此蝕刻裝置具有上部帶有開口部分而下部有底的圓筒形處理容器11。此處理容器11用鋁等金屬制成。
處理容器11的側(cè)壁上設(shè)置用于向處理容器11內(nèi)導(dǎo)入Ar等的等離子體氣體及CF4等的蝕刻氣體的噴嘴17。此噴嘴17用石英管等制成。
在處理容器11的底部設(shè)置由陶瓷等構(gòu)成的絕緣板15。此外，設(shè)置有貫通此絕緣板15以及處理容器11底部的排氣口16，通過與此排氣口16連通的真空泵(圖未示出)，就能使處理容器11內(nèi)達到期望的真空度。
在處理容器11的內(nèi)含有將處理對象的襯底21裝載在上面的圓柱狀的裝載臺22。此裝載臺22由貫通處理容器11底部的升降軸23所支撐，能夠上下自由運動。此外，對裝載臺22，通過匹配器25與用于偏置的高頻電源26連接。此高頻電源26的輸出頻率為數(shù)百kHz～十幾MHz范圍內(nèi)的規(guī)定頻率。還有，為了確保處理容器11內(nèi)的氣密性，在裝載臺22和絕緣板15之間設(shè)置有波紋管(bellows)24來圍繞升降軸23。
在處理容器11的開口部分配置厚度為20～30mm左右的由石英玻璃或者陶瓷(例如Al2O3，AlN)等構(gòu)成的電介質(zhì)板13。此電介質(zhì)板13的直徑大于開口部分，電介質(zhì)板13由處理容器11的開口部分外周的側(cè)壁的上面(處理容器11的端面)所支撐。然后，在處理容器11的側(cè)壁的上面和電介質(zhì)板13的周邊部分的下面的結(jié)合處，通過作為密封部件的O形環(huán)14，使該結(jié)合處密封。O形環(huán)14例如由氟化橡膠(1，1-二氟乙烯-六氟丙烯)制成。
在電介質(zhì)板13上配置有作為通過此電介質(zhì)板13向處理容器11內(nèi)供給電磁場的電磁場供給裝置的徑向天線30。此徑向天線30通過電介質(zhì)板13與處理容器11隔離，并離開處理容器11內(nèi)生成的等離子體而被保護。
此外，在處理容器11的側(cè)壁的上面，配置有覆蓋電介質(zhì)板13和徑向天線30的外周的環(huán)狀屏蔽材料12。此屏蔽材料12由鋁等的金屬制成，具有屏蔽電磁場的作用。通過此屏蔽材料12能夠防止電磁場向處理容器11的外部泄漏。還有，屏蔽材料可以是至少在處理容器11的側(cè)壁的上面和徑向天線30的下面之間設(shè)置、并覆蓋電介質(zhì)板13外周的結(jié)構(gòu)。
徑向天線30由形成徑向波導(dǎo)路徑33的相互平行的兩個圓形導(dǎo)體板31、32以及連接這些導(dǎo)體板31、32的周邊部分的導(dǎo)體環(huán)34構(gòu)成。在成為徑向波導(dǎo)路徑33的上面的導(dǎo)體板32的中心處，形成有向徑向波導(dǎo)路徑33內(nèi)導(dǎo)入電磁場的導(dǎo)入口35，在成為徑向波導(dǎo)路徑33的下面的導(dǎo)體板31上，形成多個向處理容器11內(nèi)供給徑向波導(dǎo)路徑33內(nèi)傳輸?shù)碾姶艌龅目p隙36。此導(dǎo)體板31為徑向天線30的放射面。
還有，當徑向波導(dǎo)路徑33內(nèi)的電磁場的波長為λgl時，可以使在導(dǎo)體板31的徑向的縫隙間隔為λgl左右而作為放射型天線；也可以使上述間隔為λgl/20～λgl/30而作為泄漏型天線。導(dǎo)體板31、32以及導(dǎo)體環(huán)34由銅或者鋁等金屬制成。
在徑向天線30的中央處連接有同軸線路41。此同軸線路41的外導(dǎo)體41A與導(dǎo)體板32的導(dǎo)入口35相連接。而同軸線路41的內(nèi)導(dǎo)體41B的前端呈圓錐狀，此圓錐的底部與導(dǎo)體板31的中心相連接。
這樣與徑向天線30的中央處相連接的同軸線路41通過矩形/同軸變換器42以及矩形波導(dǎo)管43而連接到高頻發(fā)生器45上。此高頻發(fā)生器45產(chǎn)生1GHz～十幾GHz范圍內(nèi)的規(guī)定頻率(例如2.45GHz)的高頻電磁場。此外，通過在矩形波導(dǎo)管43的中途部位設(shè)置實現(xiàn)阻抗匹配的匹配電路44，就能夠提高電能的使用效率。還有，從高頻發(fā)生器45到徑向天線30之間也可以用圓筒波導(dǎo)管連接。
圖2是將圖1中虛線圍起來的部分II放大的剖面圖。
設(shè)由處理容器11的側(cè)壁的上面、徑向天線30的發(fā)射面(導(dǎo)體板31)和屏蔽材料12的內(nèi)表面所形成的凹部(圖2中附加梨皮紋圖案的區(qū)域)18內(nèi)的電磁場的波長為λg，則對屏蔽材料12進行如下配置，使得從處理容器11的側(cè)壁內(nèi)表面的邊緣11A到屏蔽材料12的內(nèi)表面的距離(亦即凹部18的開口部分到端面的深度)L1大約為λg/2。而把O形環(huán)14配置在距離屏蔽材料12的內(nèi)表面稍微小于λg/2的位置上。
凹部18內(nèi)的電磁場的波長λg如下表示。首先，設(shè)電介質(zhì)板13的厚度和相對介電常數(shù)分別為d1、ε1，此電介質(zhì)板13和徑向天線30的發(fā)射面(導(dǎo)體板31)之間的距離與相對介電常數(shù)分別為d2、ε2，且d1+d2＝d，那么，則徑向天線30外部的等價相對介電常數(shù)εr為εr＝ε1·ε2/[ε1·(1-α)+ε2·a]…(1)其中，α為d1/d，稱為電介質(zhì)占有率。然后，設(shè)自由空間的電磁場的波長為λ，則凹部18內(nèi)的電磁場的波長λg可以用等價相對介電常數(shù)εr表示為λg＝λ/(εr)1/2…(2)其中，1/(εr)1/2稱為波長縮短系數(shù)。
圖3是等價相對介電常數(shù)及波長縮短系數(shù)與電介質(zhì)占有率的關(guān)系圖。橫軸是電介質(zhì)占有率α、縱軸是等價相對介電常數(shù)εr和波長縮短系數(shù)1/(εr)1/2。其中，電介質(zhì)板13的相對介電常數(shù)ε1為4，電介質(zhì)板13和徑向天線30之間的空間的相對介電常數(shù)ε2為1。
從此圖可以看出，如果電介質(zhì)占有率α變化，那么由于徑向天線30外部的等價相對介電常數(shù)εr變化、波長縮短系數(shù)1/(εr)1/2變化，所以與其對應(yīng)的凹部18內(nèi)的電磁場的波長λg也變化。電介質(zhì)占有率α根據(jù)電介質(zhì)板13的厚度d1或者電介質(zhì)板13和徑向天線30的間隔d2而變化。因而，例如使徑向天線30上下運動，通過改變電介質(zhì)板13和徑向天線30的間隔d2，而使波長λg產(chǎn)生變化，能夠把L1、L2調(diào)整為λg/2左右。
下面，對圖1所示的蝕刻裝置的操作進行說明。
在裝載臺22上放置襯底21的狀態(tài)下，使處理容器11內(nèi)的真空度例如為0.01～10Pa左右。在維持該真空度的同時，從噴嘴17供給作為等離子體氣體的Ar和作為蝕刻氣體的CF4。在此狀態(tài)下，將來自高頻發(fā)生器45的電磁場通過矩形波導(dǎo)管43、矩形/同軸變換器42以及同軸線路41供給到徑向天線30。
被導(dǎo)入到徑向天線30的電磁場從徑向波導(dǎo)路徑33的中心處向外周部成放射狀傳輸，同時，不斷從多個縫隙36一點點地發(fā)射出去。從徑向天線30發(fā)射的電磁場F穿過電介質(zhì)板13而被導(dǎo)入到處理容器11內(nèi)。然后，使處理容器11內(nèi)的Ar產(chǎn)生電離，在襯底21的上部空間生成等離子體，同時離解CF4。
等離子體通過施加在裝載臺22上的偏置電壓對能量和各向異性進行控制，與襯底21上附著的基CFx(x＝1，2，3)一起被用于蝕刻處理。
和現(xiàn)有的技術(shù)一樣，由于生成的等離子體未被吸收而被反射的電磁場F1，和未直接從徑向天線30導(dǎo)入到處理容器11內(nèi)的電磁場F2，在徑向天線30的放射面(導(dǎo)體板31)和等離子體表面之間的區(qū)域S1反復(fù)反射，形成駐波。
但是，如圖2所示，在此蝕刻裝置中，從處理容器11的邊緣11A到屏蔽材料12的內(nèi)表面的距離L1大約為λg/2。因此，邊緣11A的位置大約處于駐波節(jié)點的位置。因此，邊緣11A和其對置位置的放射面(導(dǎo)體板31)之間的電壓大約為零，所以在邊緣11A不會產(chǎn)生異常放電。由此，可以防止因異常放電而造成的處理容器11內(nèi)的污染。
此外，從屏蔽材料12的內(nèi)表面到O形環(huán)14的距離L2大約也為λg/2。因此，O形環(huán)14的位置大約也處于駐波的節(jié)點位置，因為駐波的電磁場弱，O形環(huán)14受到駐波的影響小。由此，能夠延長O形環(huán)14的壽命。
以上，對從處理容器11的邊緣11A到屏蔽材料12的內(nèi)表面的距離L1大約為λg/2的例子進行了說明，然而，可以使邊緣11A大約位于駐波的節(jié)點位置，所以L1也可以大約是λg的N/2倍(N是0以上的整數(shù))。
同樣，可以使從屏蔽材料12的內(nèi)表面到O形環(huán)14的距離L2大約也為λg的M/2倍(M是0以上N以下的整數(shù))。但是，當N≠M時，從O形環(huán)14來看，在處理容器11的內(nèi)部側(cè)存在駐波的波腹。這里，若發(fā)生異常放電的話，由于電子沖擊而從處理容器11脫離的金屬原子向處理容器11內(nèi)發(fā)散，使處理容器11內(nèi)部受到污染。因此，希望取N＝M，從邊緣11A來看，將O形環(huán)稍微配置在屏蔽材料12的一側(cè)。
此外，L1、L2不必嚴格等于λg·N/2、λg·M/2。下面，對L1、L2的允許范圍進行說明。
在用平行板電極形成的均勻電場中，使用交流電場發(fā)生火花放電時的電場強度E1和電極間的等效距離D(cm)的關(guān)系由下式給出E1＝24.05δ[1+
](kV/cm) …(3)δ稱為相對空氣密度，為常溫常壓(20℃，1013hPa)下的空氣密度為1時的空氣密度，可用下式求出δ＝0.289p/(273+t) …(4)p是壓力(hPa)，t是溫度(℃)。
當把(3)式的關(guān)系應(yīng)用于圖2所示的結(jié)構(gòu)時，生成均勻電場的平行板電極相當于處理容器11的側(cè)壁的上面和徑向天線30的放射面(導(dǎo)體板31)。因此，(3)式中的電極間等效距離D相當于凹部18的直徑。但是，在這里由于忽略了側(cè)壁的上面和電介質(zhì)板13之間的真空部分，因此電極間等效距離D為D＝(ε1)1/2·d1+(ε2)1/2·d2…(5)另一方面，在(3)式中，當D取無限大時，給出在不均勻電場中發(fā)生火花放電時的電場強度E2為E2＝24.05(kV/cm) …(6)這就示出了在處理容器11的側(cè)壁內(nèi)表面的邊緣11A上發(fā)生火花放電的條件。
取(3)式和(6)式的比，有Γ＝E1/E2＝1+
…(7)如果在邊緣11A上的電壓是尖峰電壓的(1/Γ)以下，可以認為在邊緣11A上不會放電。電壓成為尖峰電壓的1/Γ的角度θ由下式給出θ＝sin-1(1/Γ)(°)…(8)因而，L1、L2的允許值ΔL為ΔL＝(θ/360)·λg…(9)因此，L1、L2可以設(shè)定在下面的范圍內(nèi)，(N/2)·λg-ΔL＜L1＜(N/2)·λg+ΔL …(10)(M/2)·λg-ΔL＜L2＜(M/2)·λg+ΔL …(11)以具體的例子表示。在圖2所示結(jié)構(gòu)中，在電極間由厚度d1＝3.1(cm)、相對介電常數(shù)ε1＝3.8的石英玻璃(電介質(zhì)板13)、與厚度d2＝0.5(cm)、相對介電常數(shù)ε1＝1.0的空氣(電介質(zhì)板13和徑向天線30之間的空間)構(gòu)成的情況下，從(5)式得出電極間等效距離D為6.5(cm)。此外，在(4)式中，設(shè)壓力p＝1013(hPa)、溫度t＝40(℃)時，從(7)式及(8)式得到θ＝61.9(°)。另一方面，因為電極間的等價相對介電常數(shù)εr從(1)式得出為2.73，因此頻率為2.45(GHz)的電磁場的波長λg從(2)式得出為7.4(cm)。因而，把θ以及λg的值代入(9)式～(11)式中，得到L1、L2的允許范圍(3.7·N-1.27)(cm)＜L1＜(3.7·N+1.27)(cm)(3.7·M-1.27)(cm)＜L2＜(3.7·M+1.27)(cm)其中，式中，L1和L2兩者都是正數(shù)。
還有，這一條件是不發(fā)生放電的限制，而不是對由于等離子體中的電子的沖擊而使金屬原子從處理容器11脫離的限制。
(第二實施例)圖4是本發(fā)明的第二實施例的蝕刻裝置的結(jié)構(gòu)圖。在此圖中，和圖1相同或者相當?shù)牟糠钟猛瑯拥姆柋硎?，適當?shù)厥÷栽摬糠值恼f明。此外，圖5是將圖4中的虛線圍起來的部分V放大的剖面圖。
對于圖4所示的蝕刻裝置，在處理容器11的側(cè)壁上設(shè)置有用于穿插測量等離子體密度的導(dǎo)電體探針51的圓形貫通孔19。探針51配置在貫通孔19的中心軸上，和貫通孔19的內(nèi)表面一起形成同軸線路。因為同軸線路沒有高頻的截止，因此可以很好地用于高頻等離子體裝置的等離子體密度測量。探針51的一端與在處理容器11外部配置的等離子體密度測量裝置主體52相連接，另一端延伸到處理容器11的內(nèi)部。
在處理容器11的側(cè)壁上形成的貫通孔19，通過位于和探針51之間的作為密封部件的O形環(huán)53進行密封，來確保處理容器11內(nèi)部的氣密性。
此外，貫通孔19通過屏蔽材料54堵塞側(cè)壁外側(cè)，通過此貫通孔19對通向處理容器11外部的電磁場進行屏蔽。再者，探針51貫通屏蔽材料54的中心部，伸出到處理容器11的外部，而且，如圖5所示，通過絕緣部件55，以使探針51和屏蔽材料54之間不接觸。
這里，如果設(shè)貫通孔19的內(nèi)表面和屏蔽材料54的內(nèi)表面形成的凹部56內(nèi)的電磁場的波長為λg，那么，對屏蔽材料54進行如下配置，使從處理容器11的側(cè)壁的內(nèi)表面的邊緣11B到屏蔽材料54的內(nèi)表面的距離(即從凹部56的開口部分到端面的深度)L3大約為λg的N/2倍。而O形環(huán)14這樣配置，使之距屏蔽材料12的內(nèi)表面的距離L4大約為λg的M/2倍。L3的允許范圍通過在上述(10)式中用L3置換L1的范圍來表示，L4的允許范圍通過在上述(11)式中用L4置換L2的范圍來表示。
由此，即使凹部56內(nèi)出現(xiàn)駐波，邊緣11B也不會發(fā)生異常放電，因此，能夠抑制處理容器11內(nèi)的污染。此外，因為在O形環(huán)54的位置處駐波的電磁場弱，所以，能夠延長O形環(huán)54的壽命。
(第三實施例)本發(fā)明也可適用于利用電子回旋共振(electron cyclotron resonanceECR)對襯底進行蝕刻的ECR蝕刻裝置。圖6是本發(fā)明第三實施例的ECR蝕刻裝置的結(jié)構(gòu)圖。在此圖中，和圖1相同的部分用相同的符號表示，適當省略其說明。
如圖6所示，此蝕刻裝置具有由形成鏡像磁場的電磁線圈151設(shè)置在周圍的等離子體室111P和內(nèi)含作為處理對象的襯底21的反應(yīng)室111Q所構(gòu)成的真空容器111。在等離子體室111P的上部設(shè)置有導(dǎo)入Ar等的等離子體氣體的氣體供給噴嘴117A；在反應(yīng)室111Q的上部，設(shè)置有導(dǎo)入CF4等的蝕刻氣體的環(huán)形氣體供給部分117B。
在位于等離子體室111P的上部的開口部分配置有電介質(zhì)板113。該電介質(zhì)板113由位于等離子體室111P的開口部分處的側(cè)壁的上面(真空容器111的端面)所支撐。在此側(cè)壁的上面和電介質(zhì)板13的周邊部分的下面的結(jié)合處設(shè)置有作為密封部件的O形環(huán)114。
在電介質(zhì)板113上，配置有與產(chǎn)生高頻電磁場的高頻發(fā)生器145相連接的波導(dǎo)管144。在此ECR蝕刻裝置中，通過波導(dǎo)管144和高頻發(fā)生器145構(gòu)成電磁場供給裝置。此外，在真空容器111的側(cè)壁上面設(shè)置有覆蓋電介質(zhì)板113的外周的環(huán)形屏蔽材料112。
圖7是將圖6中的虛線圍起來的部分VII放大的剖面圖。
設(shè)由真空容器111的側(cè)壁的上面、波導(dǎo)管144的下面和屏蔽材料112的內(nèi)表面所形成的凹部(圖7中具有梨皮紋圖案的區(qū)域)118內(nèi)的電磁場的波長為λg，則對屏蔽材料112進行如下配置，使得從真空容器111的側(cè)壁內(nèi)表面的邊緣111A到屏蔽材料112的內(nèi)表面的距離(即從凹部118的開口部分到端面的深度)L5大約為λg/2。而O形環(huán)114設(shè)置在距離材料112的內(nèi)表面比λg/2略小的距離L6的位置上。L5的允許范圍通過在上述(10)式中用L5置換L1的范圍來表示，L6的允許范圍通過在上述(11)式中用L6置換L2的范圍來表示。
由此，即使凹部118內(nèi)出現(xiàn)駐波，邊緣111A也不發(fā)生異常放電，所以能夠抑制真空容器111內(nèi)的污染。此外，由于在O形環(huán)114的位置的駐波的電磁場弱，所以能夠延長O形環(huán)114的壽命。
還有，當在真空容器的側(cè)壁上具有用于穿插測量等離子體密度的探針的貫通孔時，屏蔽材料和O形環(huán)的配置位置可以與第二實施例中所表示的一樣來進行調(diào)整。
以上，以本發(fā)明的等離子體裝置適用于蝕刻裝置的情況為例進行了說明，當然，本發(fā)明的等離子體裝置也可以適用于例如等離子體CVD裝置等的其它等離子體裝置。
如上所述，在本發(fā)明中，在由容器端面、電磁場供給裝置和屏蔽材料所圍起來的區(qū)域內(nèi)，從容器的內(nèi)表面到屏蔽材料的內(nèi)表面的距離調(diào)整到大約是上述區(qū)域內(nèi)的電磁場波長的N/2倍(N是0以上的整數(shù))。由此，容器內(nèi)表面的位置大約位于上述區(qū)域中出現(xiàn)的駐波的節(jié)點位置上，在該位置的電壓大約為零。因此，在容器內(nèi)表面的位置上不發(fā)生異常放電，所以能夠抑制容器內(nèi)的污染。
此外，在本發(fā)明中對密封部件進行這樣的配置，使其位于距離屏蔽材料內(nèi)表面大約相當于上述區(qū)域內(nèi)的電磁場的波長的大約M/2倍(M是0以上N以下的整數(shù))的位置上。因為這一位置大約位于在上述區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的駐波的節(jié)點位置上，駐波的電磁場弱，所以能夠延長密封部件的壽命。
此外，在電磁場供給裝置是由與電介質(zhì)部件相對配置的天線所構(gòu)成的情況下，通過改變電介質(zhì)部件和天線的間隔來對由容器端面、天線和屏蔽材料所圍起來的區(qū)域內(nèi)的電磁場的波長進行調(diào)整。即使從容器的內(nèi)表面到屏蔽材料的內(nèi)表面的距離在物理上是恒定的，但是通過改變電介質(zhì)部件和天線的間隔來調(diào)整上述區(qū)域內(nèi)的電磁場的波長，就能夠使上述距離大約為電磁場波長的N/2倍。
出于同樣的理由，即使密封部件的配置位置在物理上是恒定的，但是通過改變電介質(zhì)部件和天線的間隔，就能夠使從屏蔽材料的內(nèi)表面到密封部件的距離大約為電磁場的波長的M/2倍。
此外，在本發(fā)明中，在容器的貫通孔內(nèi)，把從容器的內(nèi)表面到屏蔽材料的內(nèi)表面的距離調(diào)整為大約是貫通孔內(nèi)的電磁場的波長的N/2倍(N是0以上的整數(shù))。由此，容器內(nèi)表面的位置大約位于貫通孔內(nèi)所出現(xiàn)的駐波的節(jié)點位置上，在該位置的電壓大約為零。由此，在容器內(nèi)表面的位置不發(fā)生異常放電，所以能夠抑制容器內(nèi)的污染。
此外，在本發(fā)明中，對密封部件進行這樣的配置，使其位于距離屏蔽材料內(nèi)表面大約相當于貫通孔內(nèi)的電磁場的波長的M/2倍(M是0以上N以下的整數(shù))的位置上。此位置大約位于貫通孔內(nèi)所出現(xiàn)的駐波的節(jié)點位置上，駐波的電磁場弱，所以能夠延長密封部件的壽命。
本發(fā)明可適用于半導(dǎo)體裝置和平面顯示器的制造中而進行氧化膜的形成和半導(dǎo)體層的結(jié)晶生長、蝕刻、以及灰化等處理的等離子體裝置。
權(quán)利要求
1.一種等離子體裝置，具有帶有開口部分的容器(11)；電介質(zhì)部件(13)，由該容器的開口部分外周的端面支撐并堵塞所述開口部分；電磁場供給裝置，通過該電介質(zhì)部件從所述開口部分向所述容器內(nèi)部供給電磁場；以及屏蔽材料(12)，至少在所述容器的端面和所述電磁場供給裝置之間設(shè)置、覆蓋所述電介質(zhì)部件的外周并屏蔽所述電磁場，其特征在于，從所述容器端面上的所述容器內(nèi)表面到所述屏蔽材料的內(nèi)表面之間的距離，大約是由所述容器的端面、所述電磁場供給裝置和所述屏蔽材料所圍起來的區(qū)域內(nèi)的所述電磁場的波長的N/2倍(N是0以上的整數(shù))。
2.如權(quán)利要求1所述的等離子體裝置，其特征在于，所述電磁場供給裝置是天線(30)，設(shè)所述容器(11)的端面和所述天線的間隔為D、所述區(qū)域內(nèi)的相對空氣密度為δ、所述區(qū)域內(nèi)的所述電磁場的波長為λg，則從所述容器的內(nèi)表面到所述屏蔽材料的內(nèi)表面的距離L1滿足下式(N/2)·λg-ΔL＜L1＜(N/2)·λg+ΔL其中，L1＞0ΔL＝(θ/360)·λgθ＝sin-1(1/Γ)Γ＝1+
。
3.如權(quán)利要求1所述的等離子體裝置，其特征在于，還具有密封部件(14)，介于所述容器(11)的端面和所述電介質(zhì)部件(13)的結(jié)合處、用于密封此結(jié)合處，該密封部件配置在距離所述屏蔽材料的內(nèi)表面大約相當于所述區(qū)域內(nèi)的所述電磁場的波長的M/2倍(M是0以上N以下的整數(shù))的位置上。
4.如權(quán)利要求3所述的等離子體裝置，其特征在于，設(shè)所述容器的端面和所述天線的間隔為D、所述區(qū)域內(nèi)的相對空氣密度為δ、所述區(qū)域內(nèi)的所述電磁場的波長為λg，則從所述屏蔽材料的內(nèi)表面到所述密封部件的配置位置的距離L2滿足下式(M/2)·λg-ΔL＜L2＜(M/2)·λg+ΔL其中，L2＞0ΔL＝(θ/360)·λgθ＝sin-1(1/Γ)Γ＝1+
。
5.一種等離子體裝置，具有容器(11)，形成有穿過導(dǎo)電體(51)的貫通孔；電磁場供給裝置(30)，向此容器內(nèi)部供給電磁場；以及屏蔽材料(54)，堵塞所述容器的貫通孔、屏蔽所述電磁場，其特征在于，從所述容器的貫通孔內(nèi)的所述容器的內(nèi)表面到所述屏蔽材料的內(nèi)表面的距離大約相當于所述貫通孔內(nèi)的所述電磁場波長的N/2倍(N是0以上的整數(shù))。
6.如權(quán)利要求5所述的等離子體裝置，其特征在于，設(shè)所述容器的貫通孔的直徑為D、所述貫通孔內(nèi)的相對空氣密度為δ、所述貫通孔內(nèi)的所述電磁場的波長為λg，則從所述容器的內(nèi)表面到所述屏蔽材料的內(nèi)表面的距離L3滿足下式(N/2)·λg-ΔL＜L3＜(N/2)·λg+ΔL其中，L3＞0ΔL＝(θ/360)·λgθ＝sin-1(1/Γ)Γ＝1+
。
7.如權(quán)利要求5所述的等離子體裝置，其特征在于，還具有密封所述容器的貫通孔的密封部件(53)，該密封部件配置在距離所述屏蔽材料內(nèi)表面大約相當于所述貫通孔內(nèi)的所述電磁場的波長的M/2倍(M是0以上N以下的整數(shù))的位置上。
8.如權(quán)利要求7所述的等離子體裝置，其特征在于設(shè)所述容器的貫通孔的直徑為D、所述貫通孔內(nèi)的相對空氣密度為δ、所述貫通孔內(nèi)的所述電磁場的波長為λg，則從所述屏蔽材料的內(nèi)表面到所述密封部件的配置位置的距離L4滿足下式(M/2)·λg-ΔL＜L4＜(M/2)·λg+ΔL其中，L4＞0ΔL＝(θ/360)·λgθ＝sin-1(1/Γ)Γ＝1+
。
9.一種等離子體裝置的制造方法，具有容器(11)，帶有開口部分；電介質(zhì)部件(13)，由此容器的開口部分外周端面所支撐、堵塞所述開口部分；電磁場供給裝置(30)，通過該電介質(zhì)部件從所述開口部分向所述容器內(nèi)部供給電磁場；以及屏蔽材料(12)，至少在所述容器的端面和所述電磁場供給裝置之間設(shè)置、覆蓋所述電介質(zhì)部件的外周并屏蔽所述電磁場，其特征在于，對從所述容器端面上的所述容器的內(nèi)表面到所述屏蔽材料的內(nèi)表面的距離進行調(diào)整，使其大約為由所述容器的端面、所述電磁場供給裝置和所述屏蔽材料所圍起來的區(qū)域內(nèi)的所述電磁場波長的N/2倍(N是0以上的整數(shù))。
10.如權(quán)利要求9所述的等離子體裝置的制造方法，其特征在于，將密封所述容器的端面和所述電介質(zhì)部件的結(jié)合處的密封部件(14)配置在距離所述屏蔽材料的內(nèi)表面大約相當于所述區(qū)域內(nèi)的所述電磁場波長的M/2倍(M是0以上N以下的整數(shù))的位置上。
11.如權(quán)利要求9所述的等離子體裝置的制造方法，其特征在于，所述電磁場供給裝置由面對所述電介質(zhì)部件而配置的天線所構(gòu)成，通過改變所述電介質(zhì)部件和所述天線之間的間隔來對由所述容器的端面、所述天線和所述屏蔽材料所圍起來的區(qū)域內(nèi)的電磁場的波長進行調(diào)整。
12.一種等離子體裝置的制造方法，具有容器，帶有使導(dǎo)電體(51)穿過的貫通孔；電磁場供給裝置(30)，向該容器內(nèi)部供給電磁場；以及屏蔽材料(54)，堵塞所述容器的貫通孔、屏蔽所述電磁場，其特征在于，調(diào)整從所述容器的貫通孔內(nèi)的所述容器的內(nèi)表面到所述屏蔽材料的內(nèi)表面的距離，使其大約相當于所述貫通孔內(nèi)的所述電磁場的波長的N/2倍(N是0以上的整數(shù))。
13.如權(quán)利要求12所述的等離子體裝置的制造方法，其特征在于，將密封所述容器的貫通孔的密封部件(53)配置在距離所述屏蔽材料的內(nèi)表面大約相當于所述貫通孔內(nèi)的所述電磁場的波長的M/2倍(M是0以上N以下的整數(shù))的位置上。
全文摘要
一種等離子體裝置，具有帶有開口部分的容器(11)，由此容器的開口部分的外周的端面所支撐的、并堵塞開口部分的電介質(zhì)部件(13)，通過此電介質(zhì)部件(13)向容器(11)內(nèi)部供給電磁場的電磁場供給裝置，以及覆蓋電介質(zhì)部件(13)的外周、屏蔽電磁場的屏蔽材料(12)。其中，從容器(11)端面上的容器(11)的內(nèi)表面到屏蔽材料(12)的內(nèi)表面的距離L
文檔編號H01J37/32GK1491430SQ02805069
公開日2004年4月21日 申請日期2002年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月16日
發(fā)明者石井信雄 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社