專利名稱：等離子處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在對(duì)半導(dǎo)體晶圓等作用由微波產(chǎn)生的等離 子來施加處理時(shí)使用的等離子處理裝置。
背景技術(shù)：
近年來，隨著半導(dǎo)體制品的高密度化和高微細(xì)化，在半導(dǎo) 體制品的制造工序中，為了成膜、蝕刻、灰化等處理使用等離
子處理裝置。特別是，即使在O，lmTorr( 13.3mPa )~幾十mTorr (幾Pa)左右的壓力比較低的高真空狀態(tài)下，也可以穩(wěn)定地產(chǎn) 生等離子，因此，有使用采用微波產(chǎn)生高密度等離子的微波等 離子裝置的傾向。
這樣的等離子處理裝置在日本特開平3-191073號(hào)公報(bào)、日 本特開平5-343334號(hào)公報(bào)、日本特開平9-181052號(hào)公報(bào)、曰本 特開2003-332326號(hào)公報(bào)等已公開。在此，參照?qǐng)D8，對(duì)使用了 微波的 一 般微波等離子處理裝置進(jìn)行概略說明。圖8是表示以 往的 一般微波等離子處理裝置的概略構(gòu)成圖。
如圖8所示，該等離子處理裝置202具有處理空間204和載 置臺(tái)206,該處理空間204可以被抽吸為真空，該載置臺(tái)206承 載設(shè)置在處理空間204內(nèi)的半導(dǎo)體晶圓W。在與載置臺(tái)206相對(duì) 的頂部，氣密地設(shè)置有頂板208,頂板208由可透過微波的圓板 狀的氮化鋁或石英等形成。而且，在處理空間204的側(cè)壁設(shè)置 氣體噴嘴209，該氣體噴嘴209用于向處理空間204內(nèi)導(dǎo)入規(guī)定 的氣體。
在頂板208的上表面或上方設(shè)置厚度為幾mm左右的圓板 狀的平面天線構(gòu)件210。為了縮短平面天線構(gòu)件210的半徑方向的微波的波長(zhǎng)，在平面天線構(gòu)件210的上表面或上方設(shè)置有由例如電介體形成的滯波件212。在平面天線構(gòu)件210中形成有許多的由例如長(zhǎng)槽狀的通孔 形成的微波i文射孔214。該微波放射孔214—般來說做成配置成 同心圓形或配置成螺旋狀。另外，在平面天線構(gòu)件210的中心 部連接同軸波導(dǎo)管216的中心導(dǎo)體218,使由微波發(fā)生器2 2 0產(chǎn) 生的例如2.45GHz的微波在由模式轉(zhuǎn)換器222轉(zhuǎn)換到規(guī)定的振 動(dòng)模式后被引導(dǎo)。由此，微波向天線構(gòu)件210的半徑方向呈放 射狀傳播，且從設(shè)置在平面天線構(gòu)件210上的微波放射孔214 放出，通過頂^反208，導(dǎo)入處理空間204的內(nèi)部。通過該微波， 可以在處理空間204內(nèi)的處理空間S中產(chǎn)生等離子，對(duì)載置臺(tái) 2 0 6上的半導(dǎo)體晶圓W實(shí)施蝕刻或成膜等規(guī)定的等離子處理。另外，在進(jìn)行上述等離子處理時(shí)，需要對(duì)晶圓面內(nèi)均勻地 進(jìn)行處理。但是，等離子處理所需要的處理氣體由設(shè)置在處理 空間204的側(cè)壁的氣體噴嘴209供給。因此，在氣體噴嘴209的 出口附近的區(qū)域和晶圓W的中心區(qū)域，擴(kuò)散的處理氣體曝露在 等離子中的時(shí)間不同，因此，氣體的離解度不同。以此為起因， 晶圓面內(nèi)的等離子處理(具體來說，蝕刻速度或成膜時(shí)的膜厚) 成為面內(nèi)不均勻的狀態(tài)。該現(xiàn)象有如下傾向特別是隨著晶圓 尺寸例如從8英寸到12英寸變大，表現(xiàn)得特別明顯。關(guān)于這一點(diǎn)，在例如日本特開2003-332326號(hào)公報(bào)中記載 有使通過同軸波導(dǎo)管216的中心的棒狀的中心導(dǎo)體218為中空 狀態(tài)，并在該中心導(dǎo)體218的內(nèi)部設(shè)置氣體流路，再設(shè)置貫通 頂板208的氣體流路，連通(連接)這兩條氣體流路。此時(shí)， 處理氣體直接導(dǎo)入處理空間S的中心部。但是，此時(shí)，形成在頂板208的中央部的氣體流路內(nèi)部的 電場(chǎng)強(qiáng)度升高到某種程度，所以在處理氣體的出口附近的氣體流路內(nèi)，有產(chǎn)生等離子異常放電的情況。這樣的等離子異常放電對(duì)頂板208的中央部過度加熱，有可能使頂板208破損。另外，此時(shí)，也可以考慮在頂板208自身上形成從頂板208 的周邊部延伸到其中心部的氣體流路。但是，在這種情況下， 也有可能由于氣體流路內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度變高，而產(chǎn)生上述的等離 子異常放電。發(fā)明內(nèi)容本申請(qǐng)發(fā)明人等對(duì)等離子處理裝置的頂板中的電場(chǎng)分布進(jìn) 行了深入研究。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過在頂板的中央部上表面設(shè)置 規(guī)定尺寸形狀的凹部，可以衰減降低該凹部處的電場(chǎng)強(qiáng)度，最 終想到本發(fā)明。本發(fā)明是著眼于如以上的問題點(diǎn)，為有效地解決該問題點(diǎn) 而提出的。本發(fā)明的目的在于提供一種等離子處理裝置，該等 離子處理裝置可以衰減或降低頂板的中心部的電場(chǎng)強(qiáng)度，抑制 在氣體通路內(nèi)產(chǎn)生等離子異常放電。本發(fā)明是一種等離子處理裝置，具有處理空間、載置臺(tái)、 頂板、平面天線構(gòu)件和同軸波導(dǎo)管；該處理空間的頂部有開口 ， 內(nèi)部可被抽真空；該載置臺(tái)設(shè)置在上述處理空間內(nèi)，用于載置 被處理體；該頂板氣密地安裝在上述頂部的開口處，由透過微 波的電介體形成；該平面天線構(gòu)件設(shè)置在上述頂板的上表面， 用于向上述處理空間內(nèi)導(dǎo)入微波；該同軸波導(dǎo)管具有與上述平 面天線構(gòu)件的中心部連接的中心導(dǎo)體，用于供給微波；其特征 在于，以貫通上述中心導(dǎo)體、上述平面天線構(gòu)件的中心部和上 述頂板的中心部的方式形成氣體通路，在上述頂板的中心區(qū)域 的上表面?zhèn)仍O(shè)置用于衰減該頂板的中心部的電場(chǎng)強(qiáng)度的衰減電 場(chǎng)用凹部。釆用本發(fā)明，在頂板的中心區(qū)域的上表面?zhèn)仍O(shè)置用于衰減 形成有氣體通^各的頂板中心部的電場(chǎng)強(qiáng)度的衰減電場(chǎng)用凹部， 由此，可以抑制在氣體通路內(nèi)產(chǎn)生等離子異常力文電。而且，通 過抑制等離子異常放電，不會(huì)出現(xiàn)頂板被局部過度加熱的情況， 從而可以防止頂^反石皮損。另夕卜，因?yàn)閺捻擽反的中心部供給氣體， 所以可以將處理空間內(nèi)的氣體被等離子照射的時(shí)間平均化，其 結(jié)果可以使氣體的解離狀態(tài)均勻化。例如，上述頂板中心部的電場(chǎng)強(qiáng)度實(shí)質(zhì)上被衰減到零。另外，優(yōu)選的是，在上述平面天線構(gòu)件的上表面?zhèn)仍O(shè)置用 于縮短上述微波的波長(zhǎng)的板狀的滯波件。另外，例如，上述衰減電場(chǎng)用凹部形成為圓筒狀，該衰減 電場(chǎng)用凹部的直徑D1為上述微波在上述滯波件中的波長(zhǎng)入的1/2的整數(shù)倍，并且，該衰減電場(chǎng)用凹部的深度H1為上述波長(zhǎng) 入的l/4的奇數(shù)倍。另外，優(yōu)選的是，在上述氣體通路的氣體出口側(cè)安裝用于 將氣體擴(kuò)散到上述處理空間內(nèi)的多孔質(zhì)構(gòu)件。此時(shí)，可以使氣 體擴(kuò)散而導(dǎo)入到處理空間內(nèi)。另外，還可以防止處理空間內(nèi)的 等離子繞入到氣體通路內(nèi)。另外，例如，上述中心導(dǎo)體的前端部貫通上述平面天線構(gòu) 件的中心部，延伸到上述頂板的上表面，在上述中心導(dǎo)體的前 端部和上述頂板的上表面之間夾設(shè)有密封構(gòu)件。另外，例如，上述微波的頻率為2.45GHz,上述氣體通路 的直徑至少為16mm。另外，優(yōu)選的是設(shè)置有輔助氣體導(dǎo)入部件，該輔助氣體 導(dǎo)入部件具有被設(shè)置成貫通上述處理空間的側(cè)壁的氣體導(dǎo)入噴 嘴。此時(shí)，通過利用輔助氣體導(dǎo)入部件，可以進(jìn)一步使處理空 間中的氣體的離解狀態(tài)均勻化。


圖l是表示本發(fā)明的一種實(shí)施方式的等離子處理裝置的構(gòu) 成圖。
圖2是表示圖1所示的等離子處理裝置的平面天線構(gòu)件的
俯視圖。
圖3是表示圖l所示的等離子處理裝置的衰減電場(chǎng)用凹部 的俯一見圖。
圖4是表示圖1所示的等離子處理裝置的衰減電場(chǎng)用凹部 的局部放大剖視圖。
圖5是表示圖l所示的等離子處理裝置的同軸波導(dǎo)管的放 大剖視圖。
圖6是表示沿圖5的A-A線剖切的剖視圖。 圖7A是表示與以往的頂板相關(guān)的微波的電場(chǎng)分布的狀態(tài) 的照片。
圖7B是表示與本發(fā)明的一種實(shí)施方式的頂板相關(guān)的微波 的電場(chǎng)分布的狀態(tài)的照片。
圖8是表示以往的 一般等離子處理裝置的概略構(gòu)成圖。
具體實(shí)施例方式
以下，基于附圖，對(duì)本發(fā)明的等離子處理裝置的實(shí)施方式 進(jìn)4亍詳細(xì)"i兌明。
圖l是表示本發(fā)明的一種實(shí)施方式的等離子處理裝置的構(gòu) 成圖。圖2是表示圖l所示的等離子處理裝置的平面天線構(gòu)件的 俯視圖。圖3是表示圖l所示的等離子處理裝置的衰減電場(chǎng)用凹 部的俯視圖。圖4是表示圖l所示的等離子處理裝置的衰減電場(chǎng) 用凹部的局部放大剖視圖。圖5是表示圖l所示的等離子處理裝 置的同軸波導(dǎo)管的放大剖視圖。圖6是表示沿圖5的A-A線剖切的剖視圖。如圖l所示，本實(shí)施方式的等離子處理裝置(等離子蝕刻裝置)32具有整體形成為圓筒狀的處理空間34。處理空間34 的側(cè)壁、底部由鋁等導(dǎo)體構(gòu)成且被接地。使得處理空間34的內(nèi) 部構(gòu)成為密封的處理空間S ，并在該處理空間S內(nèi)形成等離子。在處理空間34內(nèi)容納有在上表面載置作為被處理體的例 如半導(dǎo)體晶圓W的載置臺(tái)36。載置臺(tái)36例如由經(jīng)陽極化處理后 的鋁等構(gòu)成，呈平坦圓板狀。載置臺(tái)36由從處理空間34的底部 立起的，例如絕緣性材料形成的支柱38支承。在載置臺(tái)36的上表面設(shè)置有用于保持半導(dǎo)體晶圓W的靜 電卡盤或夾持機(jī)構(gòu)(未圖示)。另外，載置臺(tái)36可與例如 13.56MHz的偏壓用高頻電源連接。而且，根據(jù)需要，在載置 臺(tái)36的內(nèi)部可以i殳置;^口熱用加熱器。作為輔助氣體導(dǎo)入部件40，在處理空間34的側(cè)壁設(shè)置有用 于向處理空間34內(nèi)導(dǎo)入規(guī)定氣體的石英管制的氣體導(dǎo)入噴嘴 40A。根據(jù)需要，可從該各噴嘴40A對(duì)氣體進(jìn)行流量控制的同 時(shí)進(jìn)行供給。根據(jù)需要設(shè)置輔助氣體導(dǎo)入部件40。也可以做成 由多個(gè)噴嘴導(dǎo)入多種氣體。另外，在處理空間34的側(cè)壁設(shè)置用于相對(duì)于處理空間34的 內(nèi)部拍殳入或拍殳出晶圓而打開關(guān)閉的閘閥42。另夕卜，在處理空間 34的底部設(shè)置有排氣口 44。在排氣口 44連接有中間連接了未圖 示的真空泵的排氣通路46。由此，可根據(jù)需要將處理空間34內(nèi) 真空抽吸到規(guī)定壓力。另外，處理空間34的頂部開有口 (具有開口部)。在此， 借助0型密封圏等密封構(gòu)件5 0氣密地設(shè)置對(duì)微波具有透過性的 頂板4 8 。頂板4 8例如由石英或陶資材料等形成?？紤]到耐壓性， 頂板48的厚度例如設(shè)定為20mm左右。而且，在頂一反48的中央部(中心區(qū)域)的上表面?zhèn)刃纬捎?凹成圓筒形而成的作為本發(fā)明的特征的衰減電場(chǎng)用凹部52。關(guān) 于該衰減電場(chǎng)用凹部52的結(jié)構(gòu)的詳細(xì)內(nèi)容將在后面說明。另 外，圓板狀的平面天線構(gòu)件54被設(shè)置成與頂板48的上表面相接觸。
在對(duì)應(yīng)于尺寸為8英寸的晶圓的情況下，平面天線構(gòu)件54 例如由直徑為300 400mm、厚度為l-幾mm左右的導(dǎo)電性材料 構(gòu)成。更為具體來說，例如可由表面鍍了銀的銅板或鋁板構(gòu)成。 如圖2所示，在平面天線構(gòu)件54上形成有許多例如由長(zhǎng)槽狀的 通孔形成的微波放射孔56。微波放射孔56的配置方式?jīng)]有特別 限定。例如，可配置為同心圓狀、螺旋狀、放射狀等。或者可 在平面天線構(gòu)件整個(gè)表面上均勻地分布。例如，如圖2所示的 例子中，將兩個(gè)微波放射孔56稍微保持一點(diǎn)間隔地配置成T字 狀而成為一組，在中心部側(cè)配置6組，在周邊側(cè)配置24組，由 此，實(shí)現(xiàn)在整體上兩個(gè)同心圓狀的配置。
在平面天線構(gòu)件54的中心部形成有規(guī)定大小的通孔58。借 助該通孔58如后述那樣供給氣體。 回到圖1,
間S中。微波供給部件60具有同軸波導(dǎo)管62。
另外，在平面天線構(gòu)件54的上表面?zhèn)仍O(shè)置有具有高介電常 數(shù)特性的板狀的滯波件6 4 。滯波件6 4縮短被傳播的微波的波 長(zhǎng)。作為滯波件64例如可以使用石英或氮化鋁等。
滯波件6 4的上方和側(cè)方的大致整個(gè)表面被由導(dǎo)電性的中 空?qǐng)A筒狀容器形成的波導(dǎo)箱66覆蓋。平面天線構(gòu)件54構(gòu)成為波 導(dǎo)箱66的底板，與載置臺(tái)36相對(duì)。
波導(dǎo)箱66和平面天線構(gòu)件54的周邊部都與處理空間34導(dǎo)通且被接地。在波導(dǎo)箱66的上表面連接有同軸波導(dǎo)管62的外側(cè) 導(dǎo)體70。同軸波導(dǎo)管62由中心導(dǎo)體68和外側(cè)導(dǎo)體70構(gòu)成，該外 側(cè)導(dǎo)體70例如被設(shè)計(jì)成截面為圓形的筒狀，用于與中心導(dǎo)體68 保持規(guī)定間隔地呈同軸狀地圍繞在該中心導(dǎo)體68的周圍。這些 中心導(dǎo)體68和外側(cè)導(dǎo)體70例如由不銹鋼或銅等導(dǎo)體形成。在波 導(dǎo)箱6 6上部的中心連接有同軸波導(dǎo)管6 2的筒狀的外側(cè)導(dǎo)體7 0 ， 內(nèi)部的中心導(dǎo)體68經(jīng)由在滯波件64的中心形成的孔72,且通過 焊接等連接方式與平面天線構(gòu)件54的中心部連接。通過焊接等 連接方式形成有連接部74。中心導(dǎo)體68進(jìn)一步通過平面天線構(gòu)件54的通孔58(參照?qǐng)D 4)向下方延伸，直到設(shè)置在頂板48的上表面?zhèn)鹊乃p電場(chǎng)用 凹部52的內(nèi)部，中心導(dǎo)體68的下端部的直徑增大，形成連接凸 緣76。而且，在頂^反48的衰減電場(chǎng)用凹部52的中心部，形成有 穿透到下方的處理空間S的通孔78 (且參照?qǐng)D3)。在該通孔78 的周邊部，借助0型密封圏等密封構(gòu)件80，氣密地連接中心導(dǎo) 體68的連接凸纟彖76。同軸波導(dǎo)管62的上部，經(jīng)由夾置在模式轉(zhuǎn)換器82和匹配電 路86之間的波導(dǎo)管84與例如2.45GHz的微波發(fā)生器88相連接。 由此，可以向平面天線構(gòu)件54傳播^敖波。；微波的頻率不限于 2.45GHz,也可以是其他頻率，例如8.35GHz等。在此，中心 導(dǎo)體68的上端部與模式轉(zhuǎn)換器82的頂部分隔壁連接。作為波導(dǎo)管84,可以使用截面為圓形或截面為矩形的波導(dǎo) 管。另外，波導(dǎo)箱66的上部還可以設(shè)置未圖示的頂部冷卻夾套。 而且，在波導(dǎo)箱66內(nèi)的設(shè)置在平面天線構(gòu)件54的上表面?zhèn)龋?具有高介電常數(shù)特性的滯波件6 4,通過其縮短波長(zhǎng)效用來縮短 微波的波長(zhǎng)。另外，作為滯波件64例如可以使用石英或氮化鋁 等。具體來說，氣體導(dǎo)入部件
90具有將同軸波導(dǎo)管62的中心導(dǎo)體68和頂板48貫通而形成的 氣體通路92。還如圖6所示，通過將中心導(dǎo)體68做成中空或管 狀，氣體通路92在中心導(dǎo)體68中形成為中空通路。另外，在 頂板48中，在頂板的中心部形成的通孔78成為氣體通路92的一 部分。另外，在本實(shí)施方式中，中心導(dǎo)體68貫通滯波件64和平 面天線構(gòu)件54,由此，氣體通路92貫通滯波件64和平面天線構(gòu) 件54。
另一方面，在形成于中心導(dǎo)體68的上端部的氣體入口 94 處，連接有夾設(shè)了如開關(guān)閥96或質(zhì)量流控制器之類的流量控制 器98等的氣體供給系統(tǒng)100。由此，根據(jù)需要，可對(duì)所期望的 氣體進(jìn)行流量控制的同時(shí)，將該期望的氣體供給到氣體通路 92。另外，在作為氣體通路92的氣體出口側(cè)的頂板48的通孔78 處，為了擴(kuò)散從此處放出的氣體，安裝有多孔質(zhì)構(gòu)件102。作 為多孔質(zhì)構(gòu)件102,可以使用例如石英多孔質(zhì)材料或鋁多孔質(zhì) 材料。特別是在頂板48由石英板構(gòu)成時(shí)，通過使用熱膨脹率大 致相同的石英多孔質(zhì)材料，可以提高安裝性。
在此，對(duì)設(shè)置在頂板48的衰減電場(chǎng)用凹部52的尺寸進(jìn)行說 明。衰減電場(chǎng)用凹部52是衰減頂板48中心部的電場(chǎng)強(qiáng)度的結(jié) 構(gòu)，是根據(jù)條件將電場(chǎng)強(qiáng)度衰減到大致為零的結(jié)構(gòu)。因此，優(yōu) 選的是如下述式1和式2所示那樣，衰減電場(chǎng)用凹部52的直徑 Dl為微波的滯波件64中的波長(zhǎng)入的l/2的整數(shù)倍，并且其深度 Hl設(shè)定為波長(zhǎng)人的l/4的奇數(shù)倍(參照?qǐng)D3和圖4)。
Dl二入/2xn (式l)
Hl=A/4x (2n-1) (式2)
(其中，n為正整數(shù))
即，如圖4所示，在衰減電場(chǎng)用凹部52中，也含有微波的反射波，微波從其整個(gè)周向和上下方向傳播而來。因此，對(duì)于 從整個(gè)周向傳播來的微波Ex,通過滿足上述式l,使相互相反 方向的微波Ex相互抵消。另外，對(duì)于從上下方向傳播來的微波 Ey，因?yàn)槠渲幸粋€(gè)方向?yàn)榉瓷洳ǎ酝ㄟ^滿足上述式2，使 相互相反方向的微波Ey相互抵消。該結(jié)果是可以衰減該部分 即頂板48的中央部處的電場(chǎng)強(qiáng)度，甚至還可能將該電場(chǎng)強(qiáng)度衰 減到例如大致為零。接著，參照?qǐng)D5和圖6對(duì)于同軸波導(dǎo)管6 2的結(jié)構(gòu)進(jìn)行更詳細(xì) 的說明。在本實(shí)施方式中的模式轉(zhuǎn)換器82,將由微波發(fā)生器88產(chǎn)生 的微波的振動(dòng)模式從TE模式轉(zhuǎn)換到TEM模式的同時(shí)，使得微 波的行進(jìn)方向彎曲90度。模式轉(zhuǎn)換器82的外側(cè)分隔壁做成矩形 狀的箱體。而且，作為同軸波導(dǎo)管62的中心導(dǎo)體68的上端部的 基端部成為上側(cè)為大直徑的圓錐形狀的接合部104，其上側(cè)與 作為模式轉(zhuǎn)換器82的頂部的分隔壁82A相接合。為了使從波導(dǎo) 管8 4側(cè)行進(jìn)過來的^f鼓波的行進(jìn)方向彎曲9 0度后朝向下方前進(jìn)， 該圓錐形狀的接合部104的圓錐面的傾斜角度6設(shè)定為45度。而且，與以往的等離子處理裝置的情況相比，同軸波導(dǎo)管 62的中心導(dǎo)體68和外側(cè)導(dǎo)體70的直徑，在可維持與微波傳播相 關(guān)的基本性能的范圍內(nèi)，都設(shè)定為更大。而且，將中心導(dǎo)體68 為中空(空洞)而形成的氣體通路92的內(nèi)徑D2設(shè)定為第1規(guī)定 值以上。在此，第l規(guī)定值為以往的微波發(fā)生裝置的中心導(dǎo)體 的一般粗細(xì)(外徑)的16mm左右。即內(nèi)徑D2設(shè)定為16mm以 上的較大的值。另外，中心導(dǎo)體68和外側(cè)導(dǎo)體70的各厚度都設(shè)定為至少 2mm左右。若厚度比這還薄，有可能被微波加熱。在此，僅將中心導(dǎo)體6 8或外側(cè)導(dǎo)體7 0的直徑設(shè)定為較大，則可能產(chǎn)生在微波中多種振動(dòng)模式混合存在，或微波的反射特 性變差等不良情況。因此，需要滿足如以下說明的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。
作為第l基準(zhǔn)，將外側(cè)導(dǎo)體70內(nèi)徑的半徑rl和中心導(dǎo)體68 外徑的半徑r2之比r 1/r2維持在第2規(guī)定值，并且使外側(cè)導(dǎo)體70 的內(nèi)徑D3 ( =2 x rl )為第3規(guī)定值以下。
進(jìn)入例如40 60Q的范圍內(nèi)。具體來說，滿足這樣的特性阻抗 值的第2規(guī)定值為在e"3 e ( e=2.718...)的范圍內(nèi)的一定值。
Zo=h/2 7i ln( rl/r2) (式3)
h:電波阻抗(電場(chǎng)和》茲場(chǎng)的比)
ln:自然對(duì)數(shù)
(在式3中，若使40《Zo《60,則可確定rl/r2的比值范
圍。)
另外，對(duì)于同軸線路的特性阻抗的求出方法和限定于T E M 模式的微波的傳播，在文獻(xiàn)《微波工程學(xué)》(森北電氣工程學(xué)系 列3,微波光學(xué)一基礎(chǔ)和原理，作者中島將光，出版社森 北出版社，1998年12月18日發(fā)行)的同軸線路(67 70頁) 中已有詳細(xì)表述。因此，在此省略其說明。
另外，考慮到經(jīng)驗(yàn)安全系數(shù)，第3規(guī)定值是傳播的微波在 大氣中的波長(zhǎng)入o的"0.59-0.1" ( =0.49)倍波長(zhǎng)。因此，如下 述式4中所示，設(shè)定上述內(nèi)徑D3為0.49 x入o以下的值。
D3 " o ( 0.59-0.1 ) (式4 )
通過滿足該條件，可以使在模式轉(zhuǎn)換后的同軸波導(dǎo)管6 2 內(nèi)傳播的微波的振動(dòng)模式僅為T E M模式，即可以做成不混合有 其他振動(dòng)模式的狀態(tài)。
按如下方法求出式4所表示的條件式。即，在除了TEM模 式以外的圓形波導(dǎo)管(非同軸波導(dǎo)管)中最容易傳播的模式從傳播系數(shù)較高的 一方為TE11模式，此時(shí)的隔斷頻率fc為下式。/c =1.841/2^7^在此，上述fc、 r、 ja 、 s分別表示隔斷頻率數(shù)、圓形波導(dǎo) 管的半徑、大氣中的透磁率、大氣中的介電常數(shù)。若將該式變形，則r二0.295入o (入o為電^f茲波在大氣中的 波長(zhǎng))，圓形波導(dǎo)管的直徑2r二0.59入o。在此，若使用波長(zhǎng)比入o長(zhǎng)的電磁波，則僅以TEM模式傳 播。另外，若將圓形波導(dǎo)管當(dāng)作同軸波導(dǎo)管，則使得在2r^ 2rl=D3< 0.59 A o的條件下，僅以TEM模式傳播。而且，若考 慮到經(jīng)驗(yàn)安全系數(shù)，則為"D3< (0.59-0.1)人o",導(dǎo)出上述 式4。該結(jié)果為，可以使外側(cè)導(dǎo)體70的內(nèi)徑D3: ( 2 x rl )為最大 60mm,另夕卜，可以使中心導(dǎo)體68的外徑(2xr2)為30mm左 右，且若使中心導(dǎo)體68的厚度為2mm，則可以使該內(nèi)徑D2為 26mm。另外，優(yōu)選的是作為第2基準(zhǔn)，希望如下述式5所示，將 包含模式轉(zhuǎn)換器82和同軸波導(dǎo)管62的整體長(zhǎng)度H2設(shè)定為微波 在大氣中的波長(zhǎng)入o的l/4波長(zhǎng)的奇數(shù)倍。H2=l/4 x入o x ( 2n-l ) (式5 )N:正整數(shù)高度H 2具體是指模式轉(zhuǎn)換器8 2的頂部的分隔壁8 2 A和波 導(dǎo)箱66的頂板之間的距離。通過滿足該第2基準(zhǔn)，可以有效地 使行進(jìn)在同軸波導(dǎo)管62內(nèi)的行進(jìn)波和來自平面天線構(gòu)件54側(cè) 的反射波相4氐消。另外還有，優(yōu)選的是作為第3基準(zhǔn)，希望如下述式6所示， 位于進(jìn)入模式轉(zhuǎn)換器82的微波的行進(jìn)方向的里側(cè)的端面(圖5 的左端面)即短路板82B和接合部104的該側(cè)的圓錐面的中間點(diǎn)之間的距離H4設(shè)定為微波在大氣壓中的波長(zhǎng)人o的1/2波長(zhǎng)的 整數(shù)倍的長(zhǎng)度。
<formula>formula see original document page 16</formula>
n:正整數(shù)
在此，使接合部104的圓錐狀斜面的中間點(diǎn)的位置位于同 軸波導(dǎo)管6 2的筒狀的外側(cè)導(dǎo)體7 0的垂直方向的延長(zhǎng)線上。
通過滿足該第3基準(zhǔn)，從波導(dǎo)管8 4傳播來的行進(jìn)波和由模 式轉(zhuǎn)換器8 2的短路板8 2 B反射的反射波同步而有效地被合成， 該合成波可向下方的同軸波導(dǎo)管62 (變換90度的行進(jìn)方向)行 進(jìn)。
如上通過滿足上述第l基準(zhǔn)，可以維持與微波相關(guān)的基本 性能，并且可以擴(kuò)大形成于中心導(dǎo)體內(nèi)的氣體通路92的內(nèi)徑。 而且，通過滿足上述第2基準(zhǔn)和第3基準(zhǔn)，可以進(jìn)一步提高上述 作用效果。
接著，對(duì)使用如上構(gòu)成的等離子處理裝置32來進(jìn)行處理的 方法(蝕刻法)進(jìn)行說明。
首先，借助閘閥42,半導(dǎo)體晶圓W由搬運(yùn)臂(未圖示)放 置于處理空間34內(nèi)。通過使升降銷(未圖示)上下移動(dòng)，將半 導(dǎo)體晶圓W載置在作為載置面的載置臺(tái)36的上表面。
另外，借助輔助氣體導(dǎo)入部件40的氣體供給噴嘴40A、和 氣體導(dǎo)入部件90的氣體通路92等，在處理空間34內(nèi)，對(duì)與處理 方式對(duì)應(yīng)的氣體，例如若為蝕刻處理則是蝕刻氣體(若為成膜 處理則是成膜用氣體)進(jìn)行流量控制的同時(shí)供給該氣體。在氣 體導(dǎo)入部件90中，應(yīng)供給的氣體流過氣體供給系統(tǒng)IOO,從設(shè) 置在同軸波導(dǎo)管62的中心導(dǎo)體68的上端部的氣體入口 94進(jìn)入 氣體通路92內(nèi)，從氣體通路92中流下后，從設(shè)置在頂板48上的 通孔78的下端部的氣體出口導(dǎo)入到處理空間S內(nèi)。而且，將處理空間34內(nèi)維持在規(guī)定的處理壓力，例如0.01 幾Pa的范圍內(nèi)。與此同時(shí)，由微波供給部件60的微波發(fā)生器88產(chǎn)生的TE 模式的微波經(jīng)由波導(dǎo)管84傳播到模式轉(zhuǎn)換器82中，在模式轉(zhuǎn)換 器8 2中振動(dòng)模式轉(zhuǎn)換為T E M模式之后，經(jīng)由同軸波導(dǎo)管6 2供給 到平面天線構(gòu)件54。從平面天線構(gòu)件54向處理空間S,導(dǎo)入被 滯波件64縮短了波長(zhǎng)的微波。由此，在處理空間S內(nèi)產(chǎn)生等離 子，進(jìn)行規(guī)定的蝕刻處理。在此，由微波發(fā)生器82產(chǎn)生的例如2.45GHz的微波，如上 所述，在同軸波導(dǎo)管62內(nèi)傳送，傳送到波導(dǎo)箱66內(nèi)的平面天線 構(gòu)件54。而且，在乂人圓^1狀的平面天線構(gòu)件54的中心部向周邊 部呈放射狀傳送的期間，微波從形成在平面天線構(gòu)件54的許多 微波放射孔56透過頂板48，導(dǎo)入到平面天線構(gòu)件54的正下方的 處理空間S內(nèi)。由該微波激發(fā)氬氣或蝕刻氣體而進(jìn)行等離子化， 并向下方擴(kuò)散，使處理氣體活性化，制作活性種。而且，由該 活性種的作用來蝕刻晶圓W的表面薄膜。在此，在構(gòu)成氣體通路92的一部分的頂板48的通孔78內(nèi)， 因?yàn)闅怏w流過此處，所以有可能由微波產(chǎn)生的電場(chǎng)產(chǎn)生等離子 異常放電。但是，在本實(shí)施方式中，在頂板48的中央部(中心 區(qū)域)的上表面?zhèn)仍O(shè)置有衰減電場(chǎng)用凹部52，衰減該部分的電 場(chǎng)強(qiáng)度(例如使電場(chǎng)強(qiáng)度大致為零)，因此，可以有效地防止等 離子異常放電的產(chǎn)生。具體來說，如上所述，如式1和式2所示，衰減電場(chǎng)用凹部 52的直徑D1設(shè)定為微波在滯波件64中的波長(zhǎng)入的l/2的整數(shù) 倍，并且其深度H1設(shè)定為波長(zhǎng)入的l/4的奇數(shù)倍(參照?qǐng)D3和圖 4)。假定微波的頻率為2.45GHz，構(gòu)成頂板48和滯波件64的材 料為石英，且其相對(duì)介電常數(shù)為3.8,則A^62mm,因此，例 如可設(shè)定Dl二31mm、 Hl二15.1mm。而且，如圖4所示，在衰減電場(chǎng)用凹部52中，還包含孩￡波 的反射波，微波從其整個(gè)周向和上下方向傳播而來。此時(shí)，對(duì) 于從整個(gè)周向傳播來的微波Ex,通過滿足上述式l，使相互相 反方向的微波Ex相互抵消。另外，對(duì)于從上下方向傳播來的微 波Ey，因?yàn)槠渲幸粋€(gè)方向?yàn)榉瓷洳?，所以通過滿足上述式2， 使相互相反方向的微波Ey相互抵消。該結(jié)果是可以衰減該部 分即頂板48的中央部的電場(chǎng)強(qiáng)度，甚至還可能將該電場(chǎng)強(qiáng)度衰 減到例如大致為零。若頂板48的通孔78內(nèi)和中心導(dǎo)體68的下端部附近的電場(chǎng) 強(qiáng)度變成大致為零，則可以防止在該部分產(chǎn)生等離子異常放電。 因此，不會(huì)出現(xiàn)頂^反48^皮局部加熱到高溫的情況，由此還可以 防止頂板48^皮損。而且，在頂板48的通孔78內(nèi)安裝有多孔質(zhì)構(gòu)件102，因此， 通過該多孔質(zhì)構(gòu)件102的功能可以使應(yīng)導(dǎo)入處理空間S的氣體 以擴(kuò)散狀態(tài)導(dǎo)入處理空間S。另外，在處理空間S內(nèi)產(chǎn)生的等離 子放電受到多孔質(zhì)構(gòu)件102阻礙，可以防止其繞入通孔78內(nèi)。 其結(jié)果可以防止密封中心導(dǎo)體68的下端部的密封件80被等離 子損傷。給，因此，該氣體向處理空間S內(nèi)的周邊部均勻地?cái)U(kuò)散開。由 此，與以往裝置相比較，可以提高處理空間S的氣體離解度的 均勻性。而且，如果不僅從氣體導(dǎo)入部件90,而且從設(shè)置在處理空可以合成來自中心的擴(kuò)散的氣體和來自周邊的擴(kuò)散的氣體。其 結(jié)果使得在整個(gè)處理空間S內(nèi)氣體均勻地?cái)U(kuò)散開，可以進(jìn)一步 提高處理空間S中的氣體離解度的均勻性。另夕卜，在頂板48的中心部的正下方的處理空間S內(nèi)，等離 子電場(chǎng)強(qiáng)度衰減，所以在該部分難以產(chǎn)生等離子放電。但是， 因?yàn)閺钠渲苓叢砍浞盅a(bǔ)給解離氣體，所以等離子處理自身不會(huì) 產(chǎn)生問題。
在此，對(duì)頂^反48中的^f效波的電場(chǎng)強(qiáng)度分布進(jìn)行實(shí)際測(cè)定， 并進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)該評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行說明。
圖7A是表示關(guān)于以往的頂板的微波的電場(chǎng)強(qiáng)度分布的狀
場(chǎng)強(qiáng)度分布的狀態(tài)的照片。為了容易理解，分別將示意圖一并 表示。
如圖7A所示，在以往結(jié)構(gòu)的頂板的情況下，在頂板的中心 部的等離子的電場(chǎng)強(qiáng)度表現(xiàn)為較大。對(duì)此，如圖7B所示，可以 確認(rèn)本實(shí)施方式的情況下，在頂板的中心的等離子的電場(chǎng)強(qiáng) 度變成大致為零。
另外，在此，作為等離子處理裝置以等離子蝕刻裝置為例 進(jìn)行了說明，但不限于此。本發(fā)明也可以適用于等離子CVD裝 置、等離子灰化裝置、氧化裝置以及氮化裝置。另外，不言而 喻，可以根據(jù)需要設(shè)置膜厚測(cè)定器86。
另外，在上述實(shí)施方式中，作為被處理體以半導(dǎo)體晶圓為 例進(jìn)行了說明，但不限于此。本發(fā)明也可以適用于LCD基板、 玻璃基板、陶瓷基板等。
特別是在最近大型化的LCD基板中，還可以對(duì)平面天線構(gòu) 件的多個(gè)部位供給微波。由此，在大面積的處理空間內(nèi)，能夠 進(jìn)行比較均勻的等離子放電。即使在該情況下，也可以在供給 微波的多個(gè)部位的各部位，設(shè)置本申請(qǐng)發(fā)明的衰減電場(chǎng)用凹部。
權(quán)利要求
1.一種等離子處理裝置，具有處理空間、載置臺(tái)、頂板、平面天線構(gòu)件和同軸波導(dǎo)管；該處理空間的頂部有開口，內(nèi)部可被抽真空；該載置臺(tái)設(shè)置在上述處理空間內(nèi)，用于載置被處理體；該頂板氣密地安裝在上述頂部的開口處，由透過微波的電介體形成；該平面天線構(gòu)件設(shè)置在上述頂板的上表面，用于向上述處理空間內(nèi)導(dǎo)入微波；該同軸波導(dǎo)管具有與上述平面天線構(gòu)件的中心部連接的中心導(dǎo)體，用于供給微波；其特征在于，以貫通上述中心導(dǎo)體、上述平面天線構(gòu)件的中心部和上述頂板的中心部的方式形成氣體通路，在上述頂板的中心區(qū)域的上表面?zhèn)仍O(shè)置用于衰減該頂板的中心部的電場(chǎng)強(qiáng)度的衰減電場(chǎng)用凹部。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的等離子處理裝置，其特征在 于，上述頂板的中心部的電場(chǎng)強(qiáng)度實(shí)質(zhì)上被衰減到零。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的等離子處理裝置，其特征在 于，在上述平面天線構(gòu)件的上表面?zhèn)仍O(shè)置用于縮短上述微波的 波長(zhǎng)的板狀滯波件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的等離子處理裝置，其特征在 于，上述衰減電場(chǎng)用凹部形成為圓筒狀，該衰減電場(chǎng)用凹部的 直徑D1為上述微波在上述滯波件中的波長(zhǎng)？v的l/2的整數(shù)倍， 并且該衰減電場(chǎng)用凹部的深度H1為上述波長(zhǎng)A的l/4的奇數(shù) 部。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1 4任意一項(xiàng)所述的等離子處理裝置，其 特征在于，在上述氣體通路的氣體出口側(cè)安裝有用于將氣體擴(kuò) 散到上述處理空間內(nèi)的多孔質(zhì)構(gòu)件。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1 5任意一項(xiàng)所述的等離子處理裝置，其 特征在于，上述中心導(dǎo)體的前端部貫通上述平面天線構(gòu)件的中 心部，并延伸到上述頂板的上表面，在上述中心導(dǎo)體的前端部和上述頂板的上表面之間夾設(shè)有密封構(gòu)件。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1 6任意一項(xiàng)所述的等離子處理裝置，其 特征在于，上述微波的頻率為2.45GHz，上述氣體通路的直徑 為至少16mm。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1 7任意一項(xiàng)所述的等離子處理裝置，其 特征在于，設(shè)置有被設(shè)置成貫通上述處理空間的側(cè)壁的具有氣體導(dǎo)入噴嘴的輔助氣體導(dǎo)入部件。
9. 一種等離子處理裝置，具有處理空間、載置臺(tái)、頂板、 平面天線構(gòu)件和同軸波導(dǎo)管；該處理空間的頂部有開口，內(nèi)部 可被抽真空；該載置臺(tái)設(shè)置在上述處理空間內(nèi)，用于載置被處 理體；該頂板氣密地安裝在上述頂部的開口處，由透過微波的 電介體形成；該平面天線構(gòu)件設(shè)置在上述頂板的上表面，用于 向上述處理空間內(nèi)導(dǎo)入微波；該同軸波導(dǎo)管具有與上述平面天 線構(gòu)件連接的中心導(dǎo)體，用于供給微波；其特征在于，以貫通 上述中心導(dǎo)體、上述平面天線構(gòu)件和上述頂板的方式形成氣體 通路，在上述頂板的上表面?zhèn)仍O(shè)置用于衰減該頂板的電場(chǎng)強(qiáng)度 的衰減電場(chǎng)用凹部。
全文摘要
本發(fā)明提供一種等離子處理裝置，具有處理空間、載置臺(tái)、頂板、平面天線構(gòu)件和同軸波導(dǎo)管；該處理空間的頂部有開口，內(nèi)部可被抽真空；該載置臺(tái)設(shè)置在上述處理空間內(nèi)，用于載置被處理體；該頂板氣密地安裝在上述頂部的開口處，由透過微波的電介體形成；該平面天線構(gòu)件設(shè)置在上述頂板的上表面，用于向上述處理空間內(nèi)導(dǎo)入微波；該同軸波導(dǎo)管具有與上述平面天線構(gòu)件的中心部連接的中心導(dǎo)體，用于供給微波；其特征在于，以貫通上述中心導(dǎo)體、上述平面天線構(gòu)件的中心部和上述頂板的中心部的方式形成氣體通路，在上述頂板的中心區(qū)域的上表面?zhèn)仍O(shè)置用于衰減該頂板的中心部的電場(chǎng)強(qiáng)度的衰減電場(chǎng)用凹部。
文檔編號(hào)H05H1/46GK101316946SQ20068004454
公開日2008年12月3日 申請(qǐng)日期2006年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月29日
發(fā)明者田才忠, 西哲也, 野澤俊久 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社