專利名稱：等離子加工設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用微波來進(jìn)行預(yù)定的等離子加工的微波等離子 加工設(shè)備，特別涉及一種通過電磁波耦合在加工腔體中給等離子體提供
微波能量的微波等離子加工設(shè)備。
背景技術(shù)：
在制造半導(dǎo)體裝置、液晶顯示器(LCD)等的等離子加工中，在真空 加工腔體中使用射頻(RF)波和微波來使加工氣體放電或電離。RF等離 子設(shè)備在所設(shè)置的一對(duì)電極處主要利用電容耦合，其中在加工腔體中一 個(gè)電極與另一個(gè)電極平行，電極之間留有合適的間隙。RF波通過電容 施加在其中一個(gè)電極上，而另一個(gè)電極則接地。但是，在RF等離子設(shè) 備中很難在相對(duì)低的壓力下產(chǎn)生高密度的等離子體。此外，不利的是， 由于RF等離子體本身具有很高的電子溫度，因此晶片上的裝置元件在 等離子加工過程中更加頻繁地受到損壞。
與之相反，微波等離子設(shè)備的優(yōu)勢在于微波在相對(duì)低的壓力下能夠 產(chǎn)生具有低電子溫度的高密度等離子體。此外，微波等離子設(shè)備的另一 個(gè)優(yōu)勢在于，當(dāng)應(yīng)用了將微波導(dǎo)入腔體中的平面微波導(dǎo)入窗時(shí)，微波等 離子體能夠在更寬的壓力范圍下在二維的大面積上高效地產(chǎn)生。另外， 由于不需要磁場，因此微波等離子設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)可以很簡單(參見專 利文獻(xiàn)1)。
專利文獻(xiàn)l: WO2005/045913 Al (圖l(A)、圖2)。
在微波等離子加工設(shè)備中，由于微波等離子體是通過把微波和加工 氣體導(dǎo)入加工腔體中而從加工氣體中產(chǎn)生的，因此，微波和加工氣體的 導(dǎo)入方式可能是確定等離子體特性和設(shè)備性能的重要因數(shù)。
在采用平面微波導(dǎo)入窗的微波等離子設(shè)備中，按照加工氣體被導(dǎo)入 腔體中的方式有兩種類型的結(jié)構(gòu)。第一種結(jié)構(gòu)具有與基座相對(duì)的用作微 波導(dǎo)入窗的噴射板。在這種結(jié)構(gòu)中，加工氣體通過均勻分布在噴 板中的多個(gè)氣體射出孔向下射出。
另一方面，第二種結(jié)構(gòu)具有一個(gè)或多個(gè)形成在腔體的側(cè)壁中的氣體 射出孔，以《更在腔體中將加工氣體射入等離子體區(qū)域中。
在第一種結(jié)構(gòu)中，雖然有利的是等離子體能夠在基座上均勻地產(chǎn) 生，但是等離子體的密度通常更低，這就使得等離子加工設(shè)備為蝕刻機(jī) 時(shí)蝕刻速率很低，并且總體加工效率也很低。這是因?yàn)榫哂卸鄠€(gè)氣體射 出孔的噴射板給微波(電磁波)的通過提供了通道。此外，這種結(jié)構(gòu)可能 會(huì)產(chǎn)生污染等問題。
另一方面，在第二種結(jié)構(gòu)中，由于微波并不通過形成在腔體側(cè)壁中 的氣體射出孔，因此，不可能發(fā)生非正常的放電。但是，很難在徑向方 向上使加工氣體均勻地散射，從而產(chǎn)生了非均勻分布的等離子體。特別 地，由于單晶片等離子加工設(shè)備的腔體是從基座和腔體內(nèi)壁之間的環(huán)形 空間進(jìn)行排放的，因此，加工氣體趨向于在腔體中以非均勻的流動(dòng)形態(tài) 流動(dòng)。這是因?yàn)楸粚?dǎo)入以便在環(huán)形空間上流動(dòng)的加工氣體受到向低于環(huán) 形空間的排放端口前進(jìn)的氣體的流動(dòng)的影響。
此外，加工氣體可以經(jīng)由通過介電窗口形成(穿入)的氣體射出孔而 被導(dǎo)入加工腔體中，該介電窗口對(duì)應(yīng)于加工腔體的頂面并且與基座相 對(duì)。
在這種情況下，由于介電窗口充當(dāng)微波導(dǎo)入窗，即，充當(dāng)微波傳播 通道，因此在介電窗口內(nèi)部存在電場。因此，當(dāng)加工氣體流過介電窗口 時(shí)暴露在微波電場下，從而可能在介電窗口中的氣體導(dǎo)管中或者在氣體 射出孔附近被電離，這就引起了非正常放電。這種非正常放電可能會(huì)影 響介電窗口，因此介電窗口在相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)會(huì)受到破壞或損壞，并且 可能會(huì)影響加工性能。
本發(fā)明的目的是為了消除前面所述缺點(diǎn)中的至少一個(gè)，并且提供能 夠在微波傳輸線或發(fā)射通道中，或者加工氣體射出部分中防止非正常放 電的等離子加工設(shè)備，從而使等離子體的密度均勻并且可以實(shí)現(xiàn)可控 性，從而提高等離子加工的性能或質(zhì)量。
此外，本發(fā)明可以提供一種能夠輕易并且有效地監(jiān)控等離子體情況或等離子加工的等離子加工設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服前面所述的任何缺點(diǎn)，本發(fā)明的第一方面提供了一種利用 等離子加工基體的等離子加工設(shè)備.該等離子加工設(shè)備包括加工腔體，
其容納要進(jìn)行預(yù)定的等離子加工的基體，且可以被排放至減小的壓力； 微波發(fā)生器，其產(chǎn)生用于形成等離子體的微波；導(dǎo)波管，其將微波從微 波發(fā)生器傳輸?shù)郊庸で惑w；導(dǎo)波管/同軸管轉(zhuǎn)換器，其連接到導(dǎo)波管的 一端；同軸管，其形成微波從導(dǎo)波管-同軸管轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)郊庸で惑w所 要通過的線路，其中，同軸管的內(nèi)部導(dǎo)體具有中空部分；和第一加工氣 體供應(yīng)部分，其通過同軸管的內(nèi)部導(dǎo)體的中空部分將加工氣體提供給加 工腔體。
在第一方面所述的等離子加工設(shè)備中，從微波發(fā)生器輸出的微波通 過包括導(dǎo)波管、導(dǎo)波管/同軸管轉(zhuǎn)換器和同軸管的微波傳輸線傳播，并 且被導(dǎo)入加工腔體，而來自加工氣體供應(yīng)器的加工氣體則流過包圍微波 傳播路徑的同軸管的內(nèi)部導(dǎo)體的中空部分，并且被導(dǎo)入加工腔體。加工 氣體被微波電離，從而在加工腔體中產(chǎn)生等離子體。利用該等離子體， 就可以加工基體。
作為本發(fā)明的其中一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，第一方面所述的等離子加工設(shè) 備可以進(jìn)一步包括在加工腔體中在其上放置基體的基座，和用于將微波 導(dǎo)入加工腔體的介電窗口，其中介電窗口充當(dāng)頂面，其與基座相對(duì)。這 樣，微波作為表面波沿介電窗口的下表面?zhèn)鞑?，該表面波產(chǎn)生了等離子 體。此外，介電窗口可以設(shè)置有與內(nèi)部導(dǎo)體的中空部分相通的氣體噴射 開口，在那里，加工氣體能夠從氣體噴射開口噴入加工腔體。
根據(jù)本發(fā)明的另 一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，介電窗口可以是連接到同軸管的 端部的平面天線的一個(gè)組成元件。該平面天線可以為縫隙天線，以便高 效地產(chǎn)生高密度的等離子體。此外，該平面天線可以包括徑向線縫隙天 線，以便產(chǎn)生大面積或者大直徑的等離子體。
根據(jù)本發(fā)明的另 一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，導(dǎo)波管-同軸管轉(zhuǎn)換器將導(dǎo)波管中 的傳輸模式轉(zhuǎn)換成同軸管中的TEM模式.優(yōu)選地，導(dǎo)波管可以為方形 形狀，內(nèi)部導(dǎo)體的一端伸入方形導(dǎo)波管，并且所伸入的端部在導(dǎo)波管-同軸管轉(zhuǎn)換器中沿伸入方向變厚。此外，中空部分穿透同軸管的內(nèi)部導(dǎo) 體，以l更允許加工氣體從在內(nèi)部導(dǎo)電部分的伸入端部中所加工的進(jìn)口開 口中進(jìn)入中空部分，并且從朝向加工腔體內(nèi)部的孔噴射。此外，同軸管 的內(nèi)部導(dǎo)體可以包括冷卻劑導(dǎo)管，冷卻劑從其中流過。
作為本發(fā)明的另外一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，具有至少一個(gè)上面所述的附加 特征的等離子加工設(shè)備可以設(shè)置有將加工氣體導(dǎo)入腔體的第二加工氣 體供應(yīng)部分。第二加工氣體供應(yīng)部分可以包括側(cè)壁噴射孔，加工氣體從
該側(cè)壁噴射孔噴向加工腔體的中心部分。在這種情況下，可以提供通過 笫一加工氣體供應(yīng)部分被導(dǎo)入加工腔體的加工氣體的流率的笫一流率
控制部分；和通過第二加工氣體供應(yīng)部分被導(dǎo)入加工腔體的加工氣體的 流率的第二流率控制部分。這樣，就可以控制從相應(yīng)的加工氣體供應(yīng)部 分導(dǎo)入加工腔體的加工氣體的流率或流動(dòng)比率，從而提高等離子體的密 度和分布的均勻性。
此外，根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例的等離子加工設(shè)備可以包括給基座 提供射頻波以便在基座中產(chǎn)生自偏壓的射頻波發(fā)生器，或者圍繞加工腔 體的磁場產(chǎn)生部分，以便在加工腔體周圍產(chǎn)生磁場，從而在加工腔體中 的等離子體中產(chǎn)生電子回旋共振。
本發(fā)明的第二方面提供了一種等離子加工設(shè)備，其中，要進(jìn)行預(yù)定 的等離子加工的基體被容納在可以排放至減小的壓力的加工腔體中，并 且通過導(dǎo)入微波在被導(dǎo)入加工腔體中的加工氣體中產(chǎn)生等離子體，從而 在基體上執(zhí)行預(yù)定的等離子加工。該等離子加工設(shè)備包括將微波從微波 發(fā)生器傳輸?shù)郊庸で惑w的微波傳輸線，其中，微波傳輸線的預(yù)定部分， 即包括微波傳輸線一端的部分由同軸線形成，并且同軸線的內(nèi)部導(dǎo)體由 將加工氣體導(dǎo)入加工腔體的中空管形成。
本發(fā)明的第三方面提供了一種等離子加工設(shè)備，其中，要進(jìn)行預(yù)定 的等離子加工的基體被容納在可以排放至減小的壓力的加工腔體中，并 且通過導(dǎo)入微波在被導(dǎo)入加工腔體中的加工氣體中產(chǎn)生等離子體，從而 在基體上執(zhí)行預(yù)定的等離子加工。該等離子加工設(shè)備包括將微波從微波 發(fā)生器傳輸?shù)郊庸で惑w的微波傳輸線，和監(jiān)控部分，其中，微波傳輸線 的預(yù)定部分，即包括微波傳輸線一端的部分由同軸線形成，同軸線的內(nèi) 部導(dǎo)體由中空管形成，監(jiān)控部分通過中空管監(jiān)控加工腔體中的等離子加在第三方面所述的等離子加工設(shè)備中，從微波發(fā)生器輸出的微波通 過微波傳輸線傳播，并且被導(dǎo)入加工腔體中，微波將加工氣體電離以便 在加工腔體中產(chǎn)生等離子體。用等離子體加工基體。當(dāng)進(jìn)行這種加工時(shí)， 加工腔體中的等離子體情況或等離子加工可以通過同軸管的內(nèi)部導(dǎo)體 的中空部分由監(jiān)控部分進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)控，所述中空部分可以構(gòu)成微波傳輸 線的至少一部分。監(jiān)控部分包括分光測量加工腔體中的等離子體發(fā)射的 等離子體發(fā)射測量部分、測量加工腔體中的基座上所夾持的基體上的薄 膜厚度的光學(xué)厚度測量部分，或者測量加工腔體內(nèi)部溫度的溫度傳感 器.
本發(fā)明的第四方面提供了 一種利用等離子體在基體上進(jìn)行預(yù)定加 工的等離子加工設(shè)備。該等離子加工設(shè)備包括加工腔體，其容納要進(jìn)行
預(yù)定的等離子加工的基體，且可以被排放至減小的壓力；微波發(fā)生器， 其產(chǎn)生用于形成等離子體的微波；介電窗口，通過該窗口能夠?qū)⑽⒉▽?dǎo) 入加工腔體；微波傳輸線，其將微波從微波發(fā)生器傳輸?shù)浇殡姶翱?；?第一加工氣體供應(yīng)部分，其包括穿透介電窗口到達(dá)加工腔體以便將加工 氣體提供給加工腔體的氣體導(dǎo)管，該氣體導(dǎo)管是導(dǎo)電且接地的。
在本發(fā)明的第四方面所述的等離子加工設(shè)備中，來自第一加工氣體 供應(yīng)部分的加工氣體供應(yīng)器的加工氣體流過接地的氣體導(dǎo)管和介電窗 口。因此，由于微波的作用加工氣體并未暴露在電場中，從而可以防止 非正常放電。
作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，在第四方面所述的等離子加工設(shè)備 中，氣體導(dǎo)管可以穿透介電窗口的一部分，或者多個(gè)氣體導(dǎo)管可以穿透 介電窗口的對(duì)應(yīng)的多個(gè)部分.由于對(duì)稱的氣體流動(dòng)模式，當(dāng)氣體導(dǎo)管穿 透介電窗口的一部分時(shí)，氣體導(dǎo)管優(yōu)選為穿透介電窗口的大致中心部 分，所述多個(gè)部分優(yōu)選相對(duì)于介電窗口的大致中心部分對(duì)稱設(shè)置。
作為另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，氣體導(dǎo)管的氣體噴射部分可以從介電窗口 伸入加工腔體，特別地，在第四方面所述的等離子加工設(shè)備中氣體導(dǎo)管 的氣體噴射部分優(yōu)選距離介電窗口 10mm或更遠(yuǎn)。由于這種結(jié)構(gòu)，氣體 噴射部分能夠設(shè)置在等離子體發(fā)生區(qū)域的外面，或者設(shè)置在等離子體散射區(qū)域中，從而防止氣體噴射部分周圍的非正常放電。
此外，本發(fā)明第四方面所述的等離子加工設(shè)備可以包括基座，基體 在加工腔體中放置在基座上，其中，介電窗口充當(dāng)與基座相對(duì)的頂面。 當(dāng)設(shè)置基座時(shí)，優(yōu)選在該等離子加工設(shè)備設(shè)置施加射頻波的射頻波發(fā)生 器，以便在基座中產(chǎn)生自偏壓，從而吸引等離子體中的離子。
作為本發(fā)明的另 一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，在具有至少 一個(gè)前面所述的附加 特征的第四方面所述的等離子加工設(shè)備中，介電窗口為平面天線的一個(gè) 組成元件。在這種情況下，平面天線可以包括徑向線縫隙天線。此外， 微波傳輸線包括其端部連接到平面天線的同軸管。
作為本發(fā)明的另 一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，在具有至少一個(gè)前面所述的附加 特征的第四方面所述的等離子加工設(shè)備中，氣體導(dǎo)管形成在內(nèi)部導(dǎo)體 中。在這種情況下，內(nèi)部導(dǎo)體優(yōu)選包括可以用于使氣體流動(dòng)通過的中空 部分，該中空部分沿內(nèi)部導(dǎo)體的中心軸延伸。此外，氣體導(dǎo)管優(yōu)選與中 空部分相通，并且通過介電窗口中所加工的通孔伸入加工腔體。這樣， 加工氣體就可以通過有效且簡單的氣體導(dǎo)入結(jié)構(gòu)被導(dǎo)入加工腔體。
作為本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，微波傳輸線包括導(dǎo)波管，其一端
連接到微波發(fā)生器；導(dǎo)波管/同軸管轉(zhuǎn)換器，其將導(dǎo)波管的另一端與同 軸管的一端相連，以便將導(dǎo)波管中的一種電磁波傳輸模式轉(zhuǎn)換成同軸管 中的另一種傳輸模式。在這種情況下，從微波發(fā)生器輸出的微波通過導(dǎo) 波管、導(dǎo)波管/同軸管轉(zhuǎn)換器和同軸管傳播，并且被導(dǎo)入加工腔體，而 來自加工氣體供應(yīng)部分的加工氣體則流過接地的且包括同軸管的內(nèi)部
導(dǎo)體的氣體導(dǎo)管，由于微波的作用不會(huì)暴露在電場下并且被導(dǎo)入加工腔 體。
作為本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，第四方面所述的等離子加工設(shè)備 進(jìn)一步包括將加工氣體導(dǎo)入腔體的第二加工氣體供應(yīng)部分。第二加工氣 體供應(yīng)部分可以包括側(cè)壁噴射孔，加工氣體從所述側(cè)壁噴射孔噴向加工 腔體的中心部分。在這種情況下，第四方面所述的等離子加工設(shè)備進(jìn)一 步包括第一流率控制部分，其控制通過第一加工氣體供應(yīng)部分被導(dǎo)入加 工腔體的加工氣體的流率；和控制通過笫二加工氣體供應(yīng)部分被導(dǎo)入加 工腔體的加工氣體的流率的第二流率控制部分。這樣，就可以控制從相
12應(yīng)的加工氣體供應(yīng)部分導(dǎo)入加工腔體的加工氣體的流率或流動(dòng)比率，從 而提高等離子體的密度和分布的均勻性。
本發(fā)明的第五方面提供了一種利用等離子體在基體上進(jìn)行預(yù)定加 工的等離子加工設(shè)備。該等離子加工設(shè)備包括加工腔體，其容納要進(jìn)行
預(yù)定的等離子加工的基體；排放部分，其將加工腔體排放至減小的壓力； 氣體供應(yīng)線，其用于將加工氣體傳輸?shù)郊庸で惑w中，氣體供應(yīng)線是導(dǎo)電 且接地的；微波發(fā)生器，其產(chǎn)生用于形成等離子體的微波；介電窗口， 通過該窗口能夠?qū)⑽⒉▽?dǎo)入加工腔體，介電窗口圍繞氣體供應(yīng)線延伸； 微波傳輸線，其將微波從微波發(fā)生器傳輸?shù)浇殡姶翱凇?br> 在第五方面所述的等離子加工設(shè)備中，來自加工氣體供應(yīng)部分的加 工氣體供應(yīng)器的加工氣體流過氣體供應(yīng)線，并且被導(dǎo)入加工腔體，而從 微波發(fā)生器輸出的微波則通過微波傳輸線傳播，并且通過圍繞氣體供應(yīng) 線延伸的介電窗口被導(dǎo)入加工腔體.從氣體供應(yīng)線一端的氣體噴射開口 噴出的加工氣體在腔體中散射，并且在介電窗口附近被微波電離。即使 在這種等離子加工設(shè)備中，氣體供應(yīng)線的端部優(yōu)選從介電窗口伸入加工 腔體。
根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例，提供了能夠防止微波傳輸線中或輻射路 徑中、或加工氣體噴射部分中的非正常放電的等離子加工設(shè)備，因此， 能夠得到等離子體的密度均勻且可控的等離子體，從而提高等離子加工 的性能或質(zhì)量。此外，同樣提供了能夠輕易監(jiān)控等離子體情況或等離子 加工的等離子加工i更備。


圖1為本發(fā)明的第一實(shí)施例中的等離子加工i殳備的示意性剖面圖2示意示出了圖1所示的等離子加工設(shè)備的主要部分；
圖3為圖l所示的等離子加工設(shè)備中的縫隙天線的平面視圖4為對(duì)本發(fā)明的第一實(shí)施例中的等離子加工設(shè)備進(jìn)行變動(dòng)的例子的 示意性剖面圖5為對(duì)本發(fā)明的第一實(shí)施例中的等離子加工設(shè)備進(jìn)行另一種變動(dòng)的例子的示意性剖面圖6為本發(fā)明的第二實(shí)施例中的等離子加工i更備的示意性剖面圖7示意示出了圖6所示的等離子加工設(shè)備的主要部分；
圖8顯示了在圖6所示的等離子加工設(shè)備中沿從介電窗口到基座的 方向上電子密度分布的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；
圖9顯示了在圖6所示的等離子加工設(shè)備中沿從介電窗口到基座的 方向上電子溫度分布的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；
圖10為對(duì)本發(fā)明的笫二實(shí)施例中的等離子加工設(shè)備進(jìn)行變動(dòng)的例子 的示意性剖面圖。
具體實(shí)施例方式
非限制性地，將參照附圖對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例進(jìn)行描述。在圖 中，相同或相應(yīng)的附圖標(biāo)記表示相同或相應(yīng)的元件或部件。應(yīng)該注意的 是，這些圖只是示意說明了本發(fā)明，而不是想單獨(dú)或相聯(lián)系地指出各個(gè) 元件或部件的尺寸或相對(duì)比例。因此，具體厚度或尺寸應(yīng)該由本領(lǐng)域技 術(shù)人員根據(jù)下述非限制性實(shí)施例進(jìn)行確定。
第一實(shí)施例
圖1為按照本發(fā)明的第一實(shí)施例的微波等離子蝕刻設(shè)備l的示意性剖 面圖。被構(gòu)造為平面SWP型等離子加工設(shè)備的微波等離子蝕刻設(shè)備1具 有由金屬，例如鋁或不銹鋼制成的圓柱形腔體(加工腔體)IO。為了安全將 腔體10接地。
首先，描^L微波等離子蝕刻設(shè)備1的腔體10中對(duì)微波等離子的產(chǎn)生 并無直接貢獻(xiàn)的部件或元件。
在腔體10的較低中心部分中，有個(gè)其上放置了半導(dǎo)體晶片W(后面稱 為晶片W)的基座12。基座12由從腔體10的底部向上延伸的圓柱形支撐 部分14水平支撐。圓柱形支撐部分14由絕緣材料制成。此外，基座12 被成型為圓形板，并且由，例如鋁制成，同時(shí)充當(dāng)施加射頻波的下電極。
14環(huán)形排放通道18i殳置在腔體10的內(nèi)壁和從腔體10的底部向上延伸并 且沿著圓柱形支撐部分14的周5t^面的另 一圓柱形支撐部分16之間。圓 柱形支撐部分16是可導(dǎo)電的。環(huán)形擋板20設(shè)置在排放通道18的頂部(或 者入口部分)，排放端口 22設(shè)置在排放通道18的下面。為了在腔體10中 獲得相對(duì)于基座12上的晶片W對(duì)稱分布的均勻的氣體流動(dòng)形態(tài)，最好沿 周長方向以相同的角度間隙設(shè)置多個(gè)排放端口 22。各個(gè)排放端口 22通過 排放管24連接到排放設(shè)備26。排放設(shè)備26可以帶有真空泵，例如渦輪分 子泵(TMP)，其能夠?qū)⑶惑w10排放到所需的降低的壓力。閘門閥28打開 或關(guān)閉從腔體IO輸入或輸出晶片W的輸送開口.
基座12電連接到通過匹配單元32和功率輸送桿34將RF偏壓施加到 基座12上的射頻電源30上。電源30以預(yù)定的電功率值輸出具有相對(duì)低的 頻率，例如，13.56MHz的射頻波。這種低頻適于控制被吸引至基座12上 的晶片W的例子的能量。匹配單元32包括將電源30的輸出阻抗與包括電 極(基座)、腔體10中所產(chǎn)生的等離子體和腔體10在內(nèi)的負(fù)載的阻抗進(jìn)行 匹配的匹配元件。匹配元件具有產(chǎn)生自偏壓的級(jí)間耦合電容.
靜電卡盤36設(shè)置在基座12的上表面上。靜電卡盤36通過靜電力將晶 片W保持在基座12上。靜電卡盤36具有由導(dǎo)電薄膜形成的電極36a和一 對(duì)將電極36a夾在中間的絕緣薄膜36b、 36c。直流電源40經(jīng)由開關(guān)42電 連接到電極36a上。從直流電源40施加到靜電卡盤36上的直流電壓產(chǎn)生 了庫倫力，該力又將晶片W保持在靜電卡盤36上。在靜電卡盤36的外側(cè)， 設(shè)置了聚焦環(huán)38以便圍繞晶片W。
冷卻介質(zhì)腔44設(shè)置在基座12的內(nèi)部。冷卻介質(zhì)腔44為在圓周方向上 延伸的環(huán)形。通過導(dǎo)管46、 48從冷卻單元(未顯示)將預(yù)定溫度的冷卻介質(zhì) 或冷卻 !Ml供給冷卻介質(zhì)腔44，以便通過冷卻介質(zhì)腔44和導(dǎo)管46、 48進(jìn) 行循環(huán)。由于該溫度可控的冷卻介質(zhì)等，就可以控制靜電卡盤36上的晶片 W的溫度。此夕卜，通過氣體供應(yīng)管50從熱傳導(dǎo)氣體供應(yīng)部分(未顯示)將熱 傳導(dǎo)氣體，例如氦氣傳輸?shù)骄琖和靜電卡盤36之間。另外，腔體IO 設(shè)置有可升降的提升銷(未顯示)，當(dāng)晶片W從腔體10載入或卸載時(shí)提升 銷垂直穿透基座12并使晶片W上升/下降。提升銷可以由升降^M勾(未顯 示)驅(qū)動(dòng)。
接下來，描i^微波等離子蝕刻設(shè)備1的腔體10中對(duì)微波等離子體的產(chǎn)生有貢獻(xiàn)的部件或元件。
平面天線55設(shè)置在基座12的上方，以便將微波導(dǎo)入腔體11中。平面 天線55包括作為介電窗口的圓形石英板52,和圓形徑向線縫隙天線(radial line slot antenna)(RLSA) 54。特別地，石英板52密封連接到腔體10上并 且用作腔體ll的與基座12相對(duì)的頂面。RLSA 54位于石英板52的上表 面，并且具有多個(gè)沿同心圓分布的槽。RLSA54經(jīng)由介電材料，例如石英 制成的慢波板56電磁耦合到微波傳輸線58上。
微波傳輸線58具有導(dǎo)波管62、導(dǎo)波管/同軸管轉(zhuǎn)換器64和同軸管 66，并且將從微波發(fā)生器60輸出的微波傳輸?shù)絉LSA54。導(dǎo)波管62由， 例如方形管制成，并且以TE模式通過導(dǎo)波管-同軸管轉(zhuǎn)換器64從微波 發(fā)生器60傳輸微波。
導(dǎo)波管/同軸管轉(zhuǎn)換器64耦聯(lián)導(dǎo)波管62與同軸管66，并且將導(dǎo)波 管62中的TE模式微波轉(zhuǎn)換成同軸管66中的TEM模式微波。轉(zhuǎn)換器 64優(yōu)選在連接到導(dǎo)波管62的上部部位具有較大的直徑，在連接到同軸 管66的內(nèi)部導(dǎo)體68的下部部位具有較小的直徑，以避免電磁場的集中， 這種集中可能會(huì)在高功率傳輸時(shí)出現(xiàn)。換言之，轉(zhuǎn)換器64的形狀優(yōu)選 如圖l和2所示為倒錐形(或者為球形把手(doorknob))。下面，為了 便于解釋，可以將轉(zhuǎn)換器64稱為倒錐形部分68a。
同軸管66從轉(zhuǎn)換器64垂直向下延伸到腔體10的上面中心部分， 并且與RLSA54耦聯(lián)。特別地，同軸管66具有外部導(dǎo)體70和內(nèi)部導(dǎo) 體68.外部導(dǎo)體70上端連接到導(dǎo)波管62，并且向下延伸以便到達(dá)慢波 板56。內(nèi)部導(dǎo)體68上端連接到轉(zhuǎn)換器64，并且向下延伸以便到達(dá)RLSA 54.微波以TEM模式在內(nèi)部導(dǎo)體68和外部導(dǎo)體70之間傳播。
從微波發(fā)生器60輸出的微波通過包括導(dǎo)波管62、轉(zhuǎn)換器64和同軸 管66的微波傳輸線58進(jìn)行傳輸，并且穿透慢波板56提供給RLSA54。 之后，微波在慢波板56中徑向蔓延，并且通過RLSA54的槽向腔體10 發(fā)射。發(fā)射穿透槽的微波沿石英板52的下表面以表面波傳播，并且將 石英板52下表面附近的氣體電離，從而在腔體10中產(chǎn)生等離子體。
在慢波板56的上表面上設(shè)置了天線背面板72。天線背面板72由， 例如鋁制成。天線背面板72包含連接有致冷單元(未顯示)的流體導(dǎo)管
1674，以便z使冷卻介質(zhì)或冷卻水以預(yù)定的溫度通過導(dǎo)管74和管76、 78進(jìn) 行循環(huán)。即，天線背面板72充當(dāng)吸收石英板52中所產(chǎn)生的熱量并將熱 量傳輸?shù)酵饷娴睦鋮s套。
如圖1所示，在這個(gè)實(shí)施例中，設(shè)置氣體導(dǎo)管80以便貫穿同軸管 66的內(nèi)部導(dǎo)體68。此外，第一氣體供應(yīng)管84(圖l)一端連接到氣體導(dǎo)管 80的上開口，另一端連接到加工氣體供應(yīng)器82。另外，氣體噴射開口 86形成在石英板52的中心部分上，并且開口朝向腔體IO。在具有上述 結(jié)構(gòu)的第一加工氣體導(dǎo)入部分88中，來自加工氣體供應(yīng)器82的加工氣 體流過第一氣體供應(yīng)管84以及同軸管66中的氣體導(dǎo)管80，并且從氣體 噴射開口 86朝位于氣體噴射開口 86下面的基座12噴射。所噴射的加 工氣體在腔體10中在徑向方向上向外蔓延，部分是因?yàn)榧庸怏w通過 排放設(shè)備26被推向圍繞基座12的排放通道18。附帶地，第一氣體供應(yīng) 管84在中間設(shè)置有質(zhì)量流量控制器(MFC)90和開-關(guān)閥92。
在這個(gè)實(shí)施例中，除了第一加工氣體導(dǎo)入部分88之外還提供了第 二加工氣體導(dǎo)入部分94，以便將加工氣體導(dǎo)入腔體10。第二加工氣體 導(dǎo)入部分94包括緩沖腔96、多個(gè)側(cè)噴射孔98和氣體供應(yīng)管100。緩沖 腔98形成為在腔體IO的側(cè)壁部分內(nèi)延伸并沿著側(cè)壁部分的周向方向的 空心環(huán)，并且設(shè)置得比石英板52稍低。多個(gè)側(cè)噴射孔98在腔體10內(nèi) 開口朝向等離子體區(qū)域，其沿腔體10的內(nèi)壁以相同的角度間隔設(shè)置， 并且與緩沖腔96氣體相通。氣體供應(yīng)管100將緩沖腔96連接到加工氣 體供應(yīng)器82。氣體供應(yīng)管100在中間設(shè)置有MFC102和開-關(guān)閥104。
在第二加工氣體導(dǎo)入部分94中，來自加工氣體供應(yīng)器82的加工氣 體通過第二加工氣體供應(yīng)管100被導(dǎo)入腔體10的側(cè)壁部分中的緩沖腔 96中.充滿加工氣體的緩沖腔96中的壓力沿緩沖腔96的周向方向變得 均勻，這就使得加工氣體能夠從多個(gè)噴射孔98向腔體10中的等離子體 區(qū)域均勻而水平地噴射。在這種情況下，可能很難使從噴射孔98噴出 的加工氣體均勻分布在晶片W上方，這是因?yàn)楫?dāng)加工氣體流過排放通 道18時(shí)，加工氣體被拉向排放端口 22。但是，由于從位于石英板52 中心的氣體噴射開口 86噴出的加工氣體在徑向向外的方向上芟延，并 且如上所述流向排放通道18，因此，在這個(gè)實(shí)施例中從側(cè)噴射孔98噴 出的加工氣體并不會(huì)受到排放設(shè)備26很大的影響。因此，等離子體能
17夠均勻地分布在基座12上的晶片W上方.
此外，分別從第一加工氣體導(dǎo)入部分88和第二加工氣體導(dǎo)入部分 94導(dǎo)入腔體10的加工氣體可以相同，或者不同。氣體的流率能夠分別 由MFC90和102控制，或者在預(yù)定的流率比率下將氣體導(dǎo)入腔體中， 從而使氣體以及等離子體在徑向方向上均勻分布。
參考圖2，其詳細(xì)顯示了導(dǎo)波管-同軸管轉(zhuǎn)換器64和同軸管66。內(nèi) 部導(dǎo)體68由，例如鋁制成。氣體導(dǎo)管80沿內(nèi)部導(dǎo)體68的中心軸貫穿 內(nèi)部導(dǎo)體68。此外，冷卻介質(zhì)導(dǎo)管106制成與氣體導(dǎo)管80平行。冷卻 介質(zhì)導(dǎo)管106包括由垂直隔板(未顯示)分開的輸入通路106a和輸出通路 106b。在倒錐形部分68a的上部，管108連接到冷卻介質(zhì)導(dǎo)管106的輸 入通路106a。管108的另一端連接到致冷單元(未顯示)。此外，管110 連接到冷卻介質(zhì)導(dǎo)管106的輸出通路106b。管110的另一端連接到相同 的致冷單元。由于這種結(jié)構(gòu)，由致冷單元提供的冷卻介質(zhì)或冷卻水向下 流過輸入通路106a，從而到達(dá)輸入通路106a的底部并且通過輸出通路 106b向上返回，從而流入管110。以這種方式，就可以冷卻內(nèi)部導(dǎo)體68。
如圖2所示，在RLSA54的中心，有一個(gè)裝配氣體導(dǎo)管80的開口 54a。此外，開口 54a設(shè)置成與石英板52的氣體噴射開口 86同軸排列。 由于這種結(jié)構(gòu)，從RLSA 54發(fā)射的電磁波(微波)不會(huì)到達(dá)氣體噴射 開口86，從而在氣體噴射開口 86中不會(huì)發(fā)生放電。此外，氣體噴射開 口 86可以在石英板52中分支成多個(gè)孔。所述多個(gè)孔可以設(shè)置在石英板 52的徑向方向上的一定的范圍內(nèi)。
圖3顯示了這個(gè)實(shí)施例中的RLSA 54中的槽的形態(tài)。如圖所示， RLSA54具有多個(gè)分布在同心圓中的槽。特別地，其縱向方向基本成直 角的兩種槽54b、 54c分布在交替的同心圓中。這些同心圓根據(jù)沿RLSA 54的徑向傳播的微波的波長以徑向間隔設(shè)置.根據(jù)這樣的槽的形態(tài)，微 波被轉(zhuǎn)換成具有兩個(gè)彼此交叉的極分量的環(huán)狀極化平面波，這些平面波 從RLSA54發(fā)射。按照前面所述構(gòu)造的RLSA54的優(yōu)勢在于，微波可 以從天線的基本上整個(gè)區(qū)域均勻地發(fā)射到腔體IO(圖l)中，并且適于產(chǎn) 生非均勻且穩(wěn)定的等離子體。
此外，排空設(shè)備26、 RF電源30、 DC電源40的開關(guān)42、微波發(fā)生器60、加工氣體導(dǎo)入部分88、 94、致冷單元(未顯示)和熱傳導(dǎo)氣體供 應(yīng)部分(未顯示)的各種操作，以及作為整體的全部操作都由控制部分(未 顯示)控制，所述控制部分由，例如根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例中的微 波等離子蝕刻設(shè)備l中的微計(jì)算機(jī)組成.
為了在這個(gè)微波等離子蝕刻設(shè)備1中執(zhí)行蝕刻加工，打開門閥門28， 并將要進(jìn)行蝕刻加工的晶片W傳輸?shù)角惑w10中并放置在靜電卡盤36 上.然后，以預(yù)定的流速和預(yù)定的比率將蝕刻氣體(通常為混合氣體)分 別從第 一加工氣體導(dǎo)入部分88和第二加工氣體導(dǎo)入部分94導(dǎo)入。此時(shí)， 腔體10已經(jīng)被排空設(shè)備26排空，因此，腔體10的內(nèi)部壓力變成所設(shè) 定的壓力。此外，激勵(lì)RF電源30以便在預(yù)定的功率能級(jí)下通過匹配單 元32和功率輸送桿34將RF波輸出到基座12。另外，開通開關(guān)42，以 便從DC電壓源44給靜電卡盤36的電極36a提供DC電壓，由此晶片 W被緊緊地夾持在靜電卡盤36上。然后，開通微波發(fā)生器60以便通過 微波傳輸線58將微波提供給RLSA54，由此，通過石英板52將微波從 RLSA 54導(dǎo)入腔體10中。
從第一加工氣體導(dǎo)入部分88的氣體噴射開口 86和第二加工氣體導(dǎo) 入部分94的側(cè)噴射孔98導(dǎo)入腔體10的蝕刻氣體在石英板52下面散射， 并且被沿石英板52的下表面?zhèn)鞑サ谋砻娌?微波)所輻射的微波能量電 離，從而產(chǎn)生表面等離子體。然后，在石英板52下面產(chǎn)生的等離子體 向下散射，從而在等離子體中以各向同性的方式蝕刻晶片W上的薄膜， 或者在等離子體中通過離子輻射垂直蝕刻薄膜。
在作為微波等離子蝕刻設(shè)備的微波等離子蝕刻設(shè)備l中，通過表面 波的激發(fā)產(chǎn)生了高密度的等離子體，從而使靠近基座12上的晶片W的 等離子體的電子溫度低達(dá)大約0.7到大約1.5eV。因此，降低了離子輻 射能，從而緩減了對(duì)待蝕刻薄膜的損害。此外，由于微波能量是通過 RLSA54被大面積地導(dǎo)入，因此等離子蝕刻設(shè)備能夠輕易地加工大尺寸 晶片。另外，由于氣體導(dǎo)管80被制成通過同軸管66的內(nèi)部導(dǎo)體68，其 為微波傳輸線58的端部，并且加工氣體通過氣體導(dǎo)管80從氣體噴射開 口86被導(dǎo)入腔體10，因此能夠改善等離子體的密度均勻性，進(jìn)而改善 晶體上方的蝕刻速率的一致性，而不會(huì)帶來降低天線性能和非正常放電 的任何不利結(jié)果。
19此外，由于微波蝕刻設(shè)備1在無需將磁場施加到腔體10上就能產(chǎn)
生微波等離子體，因此消除了對(duì)包括永磁鐵、磁芯等的磁場發(fā)生機(jī)構(gòu)的 需求，從而使微波等離子蝕刻設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡單。即使這樣，根據(jù)該實(shí)施
例的等離子蝕刻設(shè)備也可以是應(yīng)用，例如，電子回旋共振(ECR)的另一 種類型的等離子蝕刻設(shè)備.
參考圖4， ECR等離子加工設(shè)備包括磁場發(fā)生機(jī)構(gòu)112，它具有圍 繞腔體10的永磁鐵或磁芯。磁場發(fā)生機(jī)構(gòu)112能夠?qū)⒋艌鍪┘拥角惑w 10中的等離子體發(fā)生空間，因此在等離子體發(fā)生空間中的任意點(diǎn)上微波 的頻率4于電子回旋頻率，由此產(chǎn)生高密度的等離子體。在2.45GHz 的情況下，該磁場可能為875高斯(Gauss)。
此外，如圖4所示，可以省略第二加工氣體導(dǎo)入部分94(圖1)，而 應(yīng)用第一加工氣體導(dǎo)入部分88以^f更從腔體10的上部中心部分(氣體噴 射開口 86)導(dǎo)入加工氣體。
此外，形成在同軸管66的內(nèi)部導(dǎo)體68中的對(duì)應(yīng)于圖2中的氣體導(dǎo) 管80的中空空間在本發(fā)明的其他實(shí)施例中可以用于其他目的。參考圖 5，監(jiān)控部分114設(shè)置在倒錐形部 分68a的上方，內(nèi)部導(dǎo)體68的中空空 間用作光學(xué)測量線，監(jiān)控部分114可以通過該測量線監(jiān)控等離子加工。 例如，為了檢測等離子蝕刻的終點(diǎn)，監(jiān)控部分114可以通過插入腔體10 的上部中心部分上的中空空間中的光學(xué)纖維探針(未顯示)來觀察等離子 體光諮，并且通過光譜儀來進(jìn)行分析。這樣，當(dāng)從特定的氣體樣本中產(chǎn) 生的特定發(fā)射的峰值強(qiáng)度增加或減小時(shí)，就可以知道終點(diǎn)。此外，內(nèi)部 導(dǎo)體68的中空空間可以用作激光束傳播的光通道，以便測量晶片W上 的減反射薄膜或抗反射薄膜的厚度.另外，可以將遠(yuǎn)端具有熱電偶的溫 度傳感器通過內(nèi)部導(dǎo)體68的中空空間插過，以便測量腔體10的上部中 心部分上和周圍的溫度。
此外，同軸管66的內(nèi)部導(dǎo)體68可以具有不同于導(dǎo)管80的導(dǎo)管。 例如，多管結(jié)構(gòu)，例如雙管可以應(yīng)用在同軸管66的內(nèi)部導(dǎo)體68中，以 取代氣體導(dǎo)管80。在這種情況下，多管的各個(gè)管可以用作獨(dú)立的線(氣 體供應(yīng)線、測量線等)，另外，除了或取代第一和第二加工氣體導(dǎo)入部 分88、 94，可以為本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例中的等離子蝕刻設(shè)備l提供第三 加工氣體導(dǎo)入部分，以便將加工氣體導(dǎo)入腔體10中。另外，可以對(duì)前面所述的各個(gè)部件或元件或它們的功能進(jìn)行各種改
變或變形。例如，可以使用其他類型的槽天線，以取代RLSA54。特別 地，當(dāng)不需要大的等離子體區(qū)域時(shí)，微波可以不通過天線而是通過孔道 被導(dǎo)入腔體，這可以被稱為微波噴射方法.此外，微波傳輸線58的結(jié) 構(gòu)可以不同。例如，可以在微波發(fā)生器60和具有方形形狀開口的導(dǎo)波 管62之間插入其他傳輸線。此外，可以用環(huán)形管代替導(dǎo)波管62。此外， 轉(zhuǎn)換器64的倒錐形部分68a可以制成山脊導(dǎo)引形狀，而不是球形把手 形狀。進(jìn)一步地，環(huán)形導(dǎo)波管可以不采用轉(zhuǎn)換器64而電磁耦合到腔體 10。
第二實(shí)施例
參考圖6到9，描述了本發(fā)明的第二實(shí)施例中的等離子加工設(shè)備。 圖6是本發(fā)明的第二實(shí)施例中的等離子加工設(shè)備2的示意性剖面圖。在 該第二實(shí)施例中的等離子加工設(shè)備2運(yùn)行時(shí)，當(dāng)以與第一實(shí)施例中的等離 子加工設(shè)備1基4^目同的方式蝕刻晶片W時(shí)，等離子加工設(shè)備2與本發(fā)明 的第一實(shí)施例中的等離子加工設(shè)備l的不同之處在于，在腔體10的頂部中 心部分上的氣體噴射結(jié)構(gòu)。下面的"i兌明側(cè)重于該差異。
如圖6所示，氣體導(dǎo)管80通過同軸管66的內(nèi)部導(dǎo)體68,并且氣體導(dǎo) 管80的頂部通過第一氣體供應(yīng)管84連接到加工氣體供應(yīng)器82，這就使氣 體導(dǎo)管80與笫一氣體供應(yīng)管84氣體相通。此外，導(dǎo)電的噴射部分110連 接到內(nèi)部導(dǎo)體68的下部，從而與氣體導(dǎo)管80氣體相通。噴射部分110穿 透石英板52并從石英板52的下表面向下伸出。此外，噴射部分110在底 端具有氣體噴射開口 uoa，加工氣體從該噴射開口噴射到腔體IO中。
在具有這種結(jié)構(gòu)的第一加工氣體導(dǎo)入部分88中，以預(yù)定壓力從加工氣 體供應(yīng)器82輸送的加工氣體依次流過笫一氣體供應(yīng)管84、氣體導(dǎo)管80和 噴射部分110，并且從噴射部分110的氣體噴射開口 110a噴射到腔體10 的等離子體區(qū)域中。此外，笫一加工氣體供應(yīng)管84具有質(zhì)量流量控制器 (MFC)卯和開/關(guān)閥92。
參考圖7，其詳細(xì)顯示了同軸管66和噴射部分110。同軸管66的內(nèi) 部導(dǎo)體68由，例如鋁制成，并且具有沿內(nèi)部導(dǎo)體68的中心軸穿透內(nèi)部 導(dǎo)體68的氣體導(dǎo)管80。噴射部分110同樣由，例如鋁制成，并且具有
21在同軸管66的內(nèi)部導(dǎo)體68中與氣體導(dǎo)管80氣體相通的氣體導(dǎo)管112. 此外，第一氣體供應(yīng)管84可以由金屬(或?qū)w)或樹脂(或絕緣體)制成。
噴射部分110由直徑較大的上半部分114和直徑較小的下半部分116 組成。上半部分114裝入形成在石英板52中的凹入部分118中，下半 部分116插入從凹入部分118的底部中心延伸到石英板52的下表面的 通孔120中。諸如O形團(tuán)的密封元件122夾在上半部分114和凹入部分 118的底表面之間，由此相對(duì)于凹入部分118(石英板52)氣密地密封上 半部分114。此外，同軸管66和噴射部分110最好沿穿透軸對(duì)稱中心或 者RLSA54(腔體10和基座12)中心的法線設(shè)置。
如圖7所示，噴射部分110的上面部分與RLSA54的開口 54a接觸。 因此，噴射部分110可以經(jīng)由RLSA54和腔體10接地，或者依次通過 同軸管66的內(nèi)部導(dǎo)體68、外部導(dǎo)體70、天線背面板72和腔體10接地。 此外，直徑較小的下半部分116從石英板52的通孔120向下伸入腔體 10中。為了下面將要描述的原因，下半部分116的伸出長度d(或者， 氣體噴射開口 110a與石英板52的下表面之間的距離)可以是大約10mm 或者更大。
如上所述，氣體導(dǎo)管80穿透同軸管66的內(nèi)部導(dǎo)管68，其是微波傳 輸線58的端部。此外，與氣體導(dǎo)管80氣體相通的導(dǎo)電的噴射部分110 連接到內(nèi)部導(dǎo)體68的下端部，并且與內(nèi)部導(dǎo)體68—起接地。另外，噴 射部分IIO穿透RLSA54和石英板52，從而伸入腔體10中。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，由于內(nèi)部導(dǎo)體68和，加工氣體從加工氣體供應(yīng)器 82流到腔體10所流經(jīng)的導(dǎo)電的噴射部分110通過腔體10接地，因此加 工氣體在到達(dá)腔體10之前并未暴露在微波中。因此，在加工氣體從加 工氣體供應(yīng)器82到氣體噴射開口 110a的流動(dòng)路徑中不會(huì)發(fā)生不期望的 電離(非正常放電)。特別地，石英板52內(nèi)的電場不會(huì)泄露到噴射部分 110的氣體導(dǎo)管112，這是因?yàn)闅怏w導(dǎo)管112由噴射部分IIO屏蔽不受電 場影響。因此，在石英板52中不會(huì)發(fā)生非正常放電。由此，能夠穩(wěn)定 地維持等離子體的特性，諸如等離子體產(chǎn)生效率、等離子體密度分布等， 從而改善加工性能。此外，防止了石英板52的損壞或損傷，從而延長 了石英板52的工作壽命。此外，由于噴射部分110伸入腔體10合適的長度d，因此在這個(gè)實(shí)施 例中能夠防止在氣體噴射開口 110a處的放電。如上所述，由于表面波所輻 射的微波能量沿石英板52的下表面?zhèn)鞑?，因此靠近下表面的加工氣體分子 被電離，從而靠i^英板52下表面的微波等離子體高度集中。但是，在 離石英板52的下表面很小距離處表面波的能量快速減小。表面波能量減小 的區(qū)域被稱為等離子體散射區(qū)域，在該區(qū)域中等離子體中所產(chǎn)生的活化物 質(zhì)只能散射。即，當(dāng)噴射部分110的氣體噴射開口 110a遠(yuǎn)離石英板52的 下表面設(shè)置并且位于等離子體散射區(qū)域中時(shí)，加工氣體在氣體噴射開口 110a處的電離被有效地阻止。
圖8顯示了在本發(fā)明的第二實(shí)施例的微波等離子加工設(shè)備2中沿垂直 方向(Z)的等離子體密度分布的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖9顯示了在本發(fā)明的第二實(shí)施 例中的微波等離子加工設(shè)備2中沿垂直方向(Z)的等離子體溫度分布的實(shí) 驗(yàn)結(jié)果。從這些圖中可以理解到與介電窗口(石英板52)距離大約10mm或 更;U巨離的任意位置都處于等離子體嘲:射區(qū)域中。這就是為什么將氣體噴 射開口 110a的伸出長度d確定為大約10mm或更大的原因。但是，當(dāng)伸 入長度d變得更大時(shí)，對(duì)于從氣體噴射開口 110a噴出的加工氣體來說m^ 向上流動(dòng)并到達(dá)石英板52。因此，伸入長度d最好是大約30mm或者更小。 此夕卜，考慮到噴射部分110的下端是否M礙晶片W進(jìn)出腔體10的輸送， 影響微波的分布和施加到基座12上的RF偏壓，其可以影響蝕刻速率，和 加工氣體在晶片W上方散射的距離是否足以得到所需的加工氣體分布，噴 射部分110的氣體噴射開口 110a最好設(shè)置在離基座12上的晶片W大約 20mm或更大距離處。
此外，雖然圖7顯示了加工氣體從氣體噴射開口 110a向下噴射，加 工氣體也可以從噴射部分110的下端部，或者在腔體10的徑向方向上 水平噴射.此外，采用例如雙管的多管結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用在同軸管66的內(nèi) 部導(dǎo)體68中。在這種情況下，多管的各個(gè)管能夠用于可以用作獨(dú)立的 線(氣體供應(yīng)線、測量線等)。
在第二實(shí)施例中，由于位于同軸管66的內(nèi)部導(dǎo)體68中以便通過石 英板(頂板)52導(dǎo)入加工氣體的氣體導(dǎo)管80被用作第一加工氣體導(dǎo)入部 分88的氣體供應(yīng)線的一部分，因此氣體供應(yīng)線(尤其是噴射部分IIO)所 經(jīng)過的石英板52的通孔能夠盡可能地短，從而減小非正常放電的概率。
23但是，可以改變第一加工氣體導(dǎo)入部分88中的氣體供應(yīng)線，從而 氣體供應(yīng)線不用穿透同軸管66的內(nèi)部導(dǎo)體68。例如，第一氣體供應(yīng)管 84可以通過腔體10的側(cè)壁中所加工的開口從石英板52的側(cè)壁插入，并 在石英板52中水平延伸，并且可以在石英板52的中心部分彎曲，以便 從石英板52的下表面向下伸出，如圖10所示?；蛘?，第一氣體供應(yīng)管 84可以連接到石英板52內(nèi)的噴射部分IIO中所加工的側(cè)開口。在這種 情況下，笫一氣體供應(yīng)管84的至少一部分，即位于石英板52內(nèi)的那部 分由導(dǎo)電物質(zhì)制成，并且通過腔體10的側(cè)壁接地。
作為第二實(shí)施例中的等離子加工設(shè)備2的另一個(gè)變形的例子，雖然 沒有顯示， 一端連接到加工氣體供應(yīng)器82的第一氣體供應(yīng)管84可以依 次通過天線背面板72、慢波板56、 RLSA54和石英板52，而不是同軸 管66的內(nèi)部導(dǎo)體68。在這種情況下，第一氣體供應(yīng)管84的另一端可以 從石英板52的下表面向下伸出.或者，第一氣體供應(yīng)管84的另一端可 以連接到在石英板52內(nèi)部的噴射部分IIO中所加工的側(cè)開口。在這種 結(jié)構(gòu)下，噴射部分IIO的多管可以軸向?qū)ΨQ地設(shè)置成環(huán)形形狀。此外， 第一氣體供應(yīng)管84的至少一部分，即位于石英板52內(nèi)的那部分由導(dǎo)電 物質(zhì)制成，并且通過天線背面板72或RLSA54接地。
作為另一種變形，除了或者替代第一和第二加工氣體導(dǎo)入部分88、 94 ，還可以給本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例中的等離子蝕刻設(shè)備2提供第三加工 氣體導(dǎo)入部分，以便將加工氣體導(dǎo)入腔體10。此外，可以省略第二加工 氣體導(dǎo)入部分94(圖1)，而采用第一加工氣體導(dǎo)入部分88以l更將加工氣 體從腔體10的上面中心部分(氣體噴射開口 86)導(dǎo)入。
此外，可以對(duì)前面所述的各個(gè)部件或元件或它們的功能進(jìn)行各種改 變或變形。例如，可以使用其他類型的縫隙天線，以取代RLSA54。特 別地，當(dāng)不需要大的等離子體區(qū)域時(shí)，微波可以不通過天線而是通過孔 道被導(dǎo)入腔體，這可以被稱為微波噴射方法。此外，微波傳輸線58的 結(jié)構(gòu)可以不同。例如，可以在微波發(fā)生器60和具有方形形狀開口的導(dǎo) 波管62之間插入其他傳輸線。此外，可以用環(huán)形管代替導(dǎo)波管62。此 外，轉(zhuǎn)換器64可以包括山脊導(dǎo)引形狀的元件，以代替球形把手形狀的 倒錐形部分68a。進(jìn)一步地，環(huán)形導(dǎo)波管可以不采用轉(zhuǎn)換器64而電磁耦 合到腔體10中。
24此外，由于本發(fā)明的第二實(shí)施例中的微波等離子蝕刻設(shè)備2在無需 將磁場施加到腔體10上就能產(chǎn)生微波等離子體，因此消除了對(duì)包括永 磁鐵、磁芯等的磁場發(fā)生機(jī)構(gòu)的需求，從而使微波等離子蝕刻設(shè)備2的 結(jié)構(gòu)簡單。即使這樣，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的等離子蝕刻設(shè)備也可以是 應(yīng)用，例如，電子回旋共振(ECR)的另一種類型的等離子蝕刻設(shè)備，正 如在第一實(shí)施例中參考圖4所描述的那樣。
本發(fā)明的實(shí)施例并不限于上述實(shí)施例中的微波等離子蝕刻設(shè)備，也 可以是等離子化學(xué)氣相沉積(CVD)設(shè)備、等離子氧化設(shè)備、等離子滲氮 設(shè)備、等離子噴濺設(shè)備等。此外，等離子加工的基體并不限于半導(dǎo)體晶 片，也可以是制造平板顯示器、光掩膜、CD基體、印制基體等所使用 的各種基體。
本申請(qǐng)包含與下述申請(qǐng)相關(guān)的技術(shù)主題，即2007年3月29日在曰 本專利局所提交的日本專利申請(qǐng)2007-088407和2007-088653，和分別 于2007年6月25日和2007年7月2日在美國專利和商標(biāo)局提交的美 國臨時(shí)申請(qǐng)60/945,958和60/947,524，這些申請(qǐng)的全部內(nèi)容在此引入作 為參考。
權(quán)利要求
1.一種利用等離子加工基體的等離子加工設(shè)備，所述等離子加工設(shè)備包括加工腔體，其容納要進(jìn)行預(yù)定的等離子加工的基體，且可以被排放至減小的壓力；微波發(fā)生器，其產(chǎn)生用于形成等離子體的微波；導(dǎo)波管，其將微波從微波發(fā)生器傳輸?shù)郊庸で惑w；導(dǎo)波管/同軸管轉(zhuǎn)換器，其連接到導(dǎo)波管的一端；同軸管，其形成微波從導(dǎo)波管-同軸管轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)郊庸で惑w所要通過的線路，其中，同軸管的內(nèi)部導(dǎo)體具有中空部分；和第一加工氣體供應(yīng)部分，其通過同軸管的內(nèi)部導(dǎo)體的中空部分將加工氣體提供給加工腔體。
2. 如權(quán)利要求1所述的等離子加工設(shè)備，進(jìn)一步包括 基座，在加工腔體中其上放置基體；和 用于將微波導(dǎo)入加工腔體的介電窗口， 其中介電窗口充當(dāng)與基座相對(duì)的頂面。
3. 如權(quán)利要求2所述的等離子加工設(shè)備，其特征在于，所述介電窗口 設(shè)置有與內(nèi)部導(dǎo)體的中空部分相通的氣體噴射開口 。
4. 如權(quán)利要求2所述的等離子加工設(shè)備，其特征在于，所述介電窗 口是平面天線的一個(gè)組成元件。
5. 如權(quán)利要求4所述的等離子加工設(shè)備，其特征在于，所述平面天線 電磁耦合到同軸管的 一端。
6. 如權(quán)利要求4所述的等離子加工設(shè)備，其特征在于，所述平面天線 為縫隙天線。
7. 如權(quán)利要求6所述的等離子加工設(shè)備，其特征在于，所述縫隙天線 為徑向線縫隙天線。
8. 如權(quán)利要求4所述的等離子加工設(shè)備，其特征在于，所述平面天線 圍繞同軸管的內(nèi)部導(dǎo)體設(shè)置。
9. 如權(quán)利要求l所述的等離子加工設(shè)備，其特征在于，導(dǎo)波管-同軸 管轉(zhuǎn)換器將導(dǎo)波管中的傳輸模式轉(zhuǎn)換成同軸管中的TEM模式。
10. 如權(quán)利要求9所述的等離子加工設(shè)備，其特征在于，所述導(dǎo)波管 為方形形狀，其中內(nèi)部導(dǎo)體的一端伸入方形形狀導(dǎo)波管，所伸入的端部 在導(dǎo)波管-同軸管轉(zhuǎn)換器中沿伸入方向變厚。
11. 如權(quán)利要求10所述的等離子加工設(shè)備，其特征在于，所述中空部分穿透同軸管的內(nèi)部導(dǎo)體，以便允許加工氣體從在內(nèi)部導(dǎo)電部分的伸入 端部中所加工的進(jìn)口開口中進(jìn)入中空部分，并且從朝向加工腔體內(nèi)部的 孔噴射。
12. 如權(quán)利要求l所述的等離子加工設(shè)備，其特征在于，同軸管的內(nèi) 部導(dǎo)體包括冷卻劑導(dǎo)管，冷卻劑可以從該冷卻劑導(dǎo)管中流過。
13. 如權(quán)利要求l所述的等離子加工設(shè)備，進(jìn)一步包括將加工氣體導(dǎo) 入腔體的第二加工氣體供應(yīng)部分。
14. 如權(quán)利要求13所述的等離子加工設(shè)備，其特征在于，所述第二加 工氣體供應(yīng)部分包括側(cè)壁噴射孔，加工氣體從該側(cè)壁噴射孔噴向加工腔 體的中心部分。
15. 如權(quán)利要求13所述的等離子加工設(shè)備，進(jìn)一步包括 第一流率控制部分，其控制通過第一加工氣體供應(yīng)部分被導(dǎo)入加工腔體的加工氣體的流率；和第二流率控制部分，其控制通過第二加工氣體供應(yīng)部分被導(dǎo)入加工 腔體的加工氣體的流率。
16. 如權(quán)利要求2所述的等離子加工設(shè)備，進(jìn)一步包括給基座提供射 頻波以便在基座中產(chǎn)生自偏壓的射頻波發(fā)生器。
17. 如權(quán)利要求l所述的等離子加工設(shè)備，進(jìn)一步包括圍繞加工腔體 的磁場產(chǎn)生部分，以便在加工腔體周圍產(chǎn)生磁場，從而在加工腔體中的 等離子體中產(chǎn)生電子回旋共振。
18. —種等離子加工設(shè)備，其中，要進(jìn)行預(yù)定的等離子加工的基體 被容納在可以排放至減小的壓力的加工腔體中，加工氣體和微波被導(dǎo)入 加工腔體以便從加工氣體中產(chǎn)生等離子體，從而在基體上執(zhí)行預(yù)定的等 離子加工，所述等離子加工設(shè)備包括將微波從微波發(fā)生器傳輸?shù)郊庸で惑w的微波傳輸線， 其中，微波傳輸線的預(yù)定部分，即包括微波傳輸線一端的部分由同 軸線形成，以及其中，同軸線的內(nèi)部導(dǎo)體由將加工氣體導(dǎo)入加工腔體的中空管形成。
19. 一種等離子加工設(shè)備，其中，要進(jìn)行預(yù)定的等離子加工的基體 被容納在可以排放至減小的壓力的加工腔體中，加工氣體和微波被導(dǎo)入 加工腔體以便從加工氣體中產(chǎn)生等離子體，從而在基體上執(zhí)行預(yù)定的等 離子加工，所述等離子加工設(shè)備包括將微波從微波發(fā)生器傳輸?shù)郊庸で惑w的微波傳輸線，其中，微波傳輸線的預(yù)定部分，即包括微波傳輸線一端的部分由同軸線形成，同軸線的內(nèi)部導(dǎo)體由中空管形成；以及監(jiān)控部分，其通過中空管監(jiān)控加工腔體中的等離子加工過程.
20. 如權(quán)利要求19所述的等離子加工設(shè)備，其特征在于，監(jiān)控部分包括分光測量加工腔體中的等離子體發(fā)射的等離子體發(fā)射測量部分。
21. 如權(quán)利要求19所述的等離子加工設(shè)備，其特征在于，監(jiān)控部分包 括測量加工腔體中的基座上所夾持的基體上的薄膜厚度的光學(xué)厚度測量部分。
22. 如權(quán)利要求19所述的等離子加工設(shè)備，其特征在于，監(jiān)控部分包 括測量加工腔體內(nèi)部溫度的溫度傳感器。
23. —種利用等離子體在基體上進(jìn)行預(yù)定加工的等離子加工設(shè)備， 所述等離子加工設(shè)備包括加工腔體，其容納要進(jìn)行預(yù)定的等離子加工的基體，且可以被排放 至減小的壓力；微波發(fā)生器，其產(chǎn)生用于形成等離子體的微波； 介電窗口，通過所述窗口能夠?qū)⑽⒉▽?dǎo)入加工腔體； 微波傳輸線，其將微波從微波發(fā)生器傳輸?shù)浇殡姶翱?；?第一加工氣體供應(yīng)部分，其包括穿透介電窗口到達(dá)加工腔體以便將加工氣體提供給加工腔體的氣體導(dǎo)管，所述氣體導(dǎo)管是導(dǎo)電且接地的。
24. 如權(quán)利要求23所述的等離子加工設(shè)備，其特征在于，所述氣體導(dǎo) 管穿透介電窗口的一部分。
25. 如權(quán)利要求24所述的等離子加工設(shè)備，其特征在于，所述氣體導(dǎo) 管穿透介電窗口的大致中心部分。
26. 如權(quán)利要求23所述的等離子加工設(shè)備，其特征在于，多個(gè)氣體 導(dǎo)管穿透介電窗口的對(duì)應(yīng)的多個(gè)部分，所述多個(gè)部分相對(duì)于介電窗口的 大致中心部分對(duì)稱設(shè)置。
27. 如權(quán)利要求23所述的等離子加工設(shè)備，其特征在于，所述氣體導(dǎo) 管的氣體噴射部分從介電窗口伸入加工腔體。
28. 如權(quán)利要求27所述的等離子加工設(shè)備，其特征在于，所述氣體導(dǎo) 管的氣體噴射部分距離介電窗口 10mm或更遠(yuǎn)。
29. 如權(quán)利要求23所述的等離子加工設(shè)備，進(jìn)一步包括基座，基體 在加工腔體中放置在基座上，其中，介電窗口充當(dāng)與基座相對(duì)的頂面。
30. 如權(quán)利要求29所述的等離子加工設(shè)備，進(jìn)一步包括施加射頻波 的射頻波發(fā)生器，以便在基座中產(chǎn)生自偏壓.
31. 如權(quán)利要求29所述的等離子加工設(shè)備，其特征在于，所述介電窗 口為平面天線的一個(gè)組成元件。
32. 如權(quán)利要求31所述的等離子加工設(shè)備，其特征在于，所述平面天 線包括徑向線縫隙天線。
33. 如權(quán)利要求31所述的等離子加工設(shè)備，其特征在于，微波傳輸 線包括其端部連接到平面天線的同軸管。
34. 如權(quán)利要求33所述的等離子加工設(shè)備，其特征在于，氣體導(dǎo)管 形成在內(nèi)部導(dǎo)體中。
35. 如權(quán)利要求34所述的等離子加工設(shè)備，其特征在于，內(nèi)部導(dǎo)體 包括可以用于使氣體流動(dòng)通過的中空部分，所述中空部分沿內(nèi)部導(dǎo)體的 中心軸延伸。
36. 如權(quán)利要求35所述的等離子加工設(shè)備，其特征在于，氣體導(dǎo)管 與中空部分相通，并且通過介電窗口中所加工的通孔伸入加工腔體。
37. 如權(quán)利要求33所述的等離子加工設(shè)備，其特征在于，微波傳輸 線包括導(dǎo)波管，其一端連接到微波發(fā)生器；導(dǎo)波管/同軸管轉(zhuǎn)換器，其將導(dǎo)波管的另一端與同軸管的一端耦聯(lián)， 以便將導(dǎo)波管中的 一種電磁波傳輸模式轉(zhuǎn)換成同軸管中的另 一種傳輸 模式。
38. 如權(quán)利要求23所述的等離子加工設(shè)備，進(jìn)一步包括將加工氣體 導(dǎo)入腔體的第二加工氣體供應(yīng)部分.
39. 如權(quán)利要求38所述的等離子加工設(shè)備，其特征在于，第二加工 氣體供應(yīng)部分包括側(cè)壁噴射孔，加工氣體從該側(cè)壁噴射孔噴向加工腔體 的中心部分。
40. 如權(quán)利要求38所述的等離子加工設(shè)備，進(jìn)一步包括 第一流率控制部分，其控制通過第一加工氣體供應(yīng)部分被導(dǎo)入加工腔體的加工氣體的流率；和第二流率控制部分，其控制通過笫二加工氣體供應(yīng)部分被導(dǎo)入加工 腔體的加工氣體的流率。
41. 一種利用等離子體在基體上進(jìn)行預(yù)定加工的等離子加工設(shè)備， 所述等離子加工設(shè)備包括加工腔體，其容納要進(jìn)行預(yù)定的等離子加工的基體；排放部分，其將加工腔體排放至減小的壓力；氣體供應(yīng)線，其用于將加工氣體傳輸?shù)郊庸で惑w中，氣體供應(yīng)線是導(dǎo)電且接地的；微波發(fā)生器，其產(chǎn)生用于形成等離子體的微波；介電窗口，通過所述窗口能夠?qū)⑽⒉▽?dǎo)入加工腔體，介電窗口圍繞 氣體供應(yīng)線延伸；微波傳輸線，其將微波從微波發(fā)生器傳輸?shù)浇殡姶翱凇?br> 42.如權(quán)利要求41所述的等離子加工設(shè)備，其特征在于，氣體供應(yīng)線 的氣體噴射部分從介電窗口伸Aj&p工腔體。
全文摘要
公開了一種等離子加工設(shè)備，其包括容納要進(jìn)行預(yù)定的等離子加工的基體且可以被排放至減小的壓力的加工腔體；微波發(fā)生器，其產(chǎn)生用于形成等離子體的微波；導(dǎo)波管，其將微波從微波發(fā)生器傳輸?shù)郊庸で惑w；導(dǎo)波管/同軸管轉(zhuǎn)換器，其連接到導(dǎo)波管的一端；同軸管，其形成微波從導(dǎo)波管-同軸管轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)郊庸で惑w所要通過的線路。同軸管的內(nèi)部導(dǎo)體具有中空部分；和第一加工氣體供應(yīng)部分，其通過同軸管的內(nèi)部導(dǎo)體的中空部分將加工氣體提供給加工腔體。
文檔編號(hào)H01L21/3065GK101647101SQ20088001056
公開日2010年2月10日 申請(qǐng)日期2008年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月29日
發(fā)明者巖崎征英 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社