專利名稱：等離子體處理裝置及其使用的滯波板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使規(guī)定頻率的電磁波透過并將其導(dǎo)向處理容器，生成等離子體以對被處理體進行等離子體處理的等離子體處理裝置及其使用的滯波板。
背景技術(shù)：
作為對半導(dǎo)體晶片等被處理體，進行例如氧化處理和氮化處理、蝕刻處理、 CVD (Chemical Vapor D印osition，化學(xué)氣相沉積)處理等等離子體處理的等離子體處理裝置，已知有使用具有多個縫隙(slot，狹縫)的平面天線向處理容器內(nèi)導(dǎo)入微波來生成等離子體的縫隙天線方式的等離子體處理裝置。這樣的微波等離子體處理裝置中，能夠在處理容器內(nèi)生成高密度的表面波等離子體。為了面向下一代之后的設(shè)備開發(fā)，例如為了實現(xiàn)對三維設(shè)備加工和微細(xì)化的應(yīng)對的同時提高生產(chǎn)性，即使在處理大型基板情況下，也需要確?；迕鎯?nèi)的處理的均勻性。因此，在大型化的處理容器內(nèi)，需要與基板對應(yīng)地提高生成的等離子體分布的可控性。上述縫隙天線方式的等離子體處理裝置中，在處理容器內(nèi)生成的等離子體的分布的控制，通過縫隙的形狀和配置、處理容器和微波透過板的形狀設(shè)計等進行。例如，為了與處理內(nèi)容對應(yīng)地改變等離子體的分布，需要更換成不同的縫隙形狀和配置的平面天線，但是更換該平面天線是需要勞力和時間的大規(guī)模作業(yè)。另外，存在如下問題由于平面天線、 處理容器等的制作公差、組裝誤差、同一規(guī)格的裝置間的機器偏差等諸多因素，在處理容器內(nèi)等離子體的對稱性破壞而使等離子體分布發(fā)生偏心的情況下，也沒有用簡易的方法對此進行修正的手段，由此，導(dǎo)致必須進行更換平面天線等大規(guī)模的裝置改變。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題本發(fā)明是鑒于上述問題而完成的，其目的在于提供一種能夠用簡易的手段控制在處理容器內(nèi)生成的等離子體的分布的等離子體處理裝置。用于解決課題的手段為了解決上述課題，本發(fā)明的等離子體處理裝置，其對被處理體進行等離子體處理，上述等離子體處理裝置的特征在于，包括收容被處理體的能夠抽真空的處理容器；將由電磁波發(fā)生裝置產(chǎn)生的電磁波導(dǎo)入上述處理容器內(nèi)的平面天線部件；向上述平面天線部件供給上述電磁波的波導(dǎo)管；重疊地設(shè)置在上述平面天線部件上，改變從上述波導(dǎo)管供給的上述電磁波的波長的滯波板；和從上方覆蓋上述滯波板和上述平面天線部件的罩部件， 其中，上述滯波板由電介質(zhì)構(gòu)成，并且上述平面天線部件與上述罩部件之間的區(qū)域的介電常數(shù)，在與上述平面天線部件的上表面平行的截面中是非均勻的。根據(jù)另一方面，本發(fā)明是重疊設(shè)置在等離子體處理裝置的平面天線部件上，改變從上述波導(dǎo)管供給的上述電磁波的波長的滯波板，上述滯波板由電介質(zhì)構(gòu)成，并且上述平面天線部件和從上方覆蓋上述平面天線部件的罩部件之間的區(qū)域的介電常數(shù)，在與上述平面天線部件的上表面平行的截面中是非均勻的。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，由電介質(zhì)構(gòu)成的滯波板以在平面天線部件與罩部件之間的區(qū)域的介電常數(shù)在與平面天線部件的上表面平行的截面中發(fā)生變化的方式構(gòu)成，因此能夠控制電磁波的波長，即使不更換平面天線部件，也能夠控制處理容器內(nèi)的等離子體分布。從而，能夠起到在處理容器內(nèi)以所希望的分布穩(wěn)定地維持等離子體的效果。另外，在與基板的大型化對應(yīng)地使處理容器大型化的情況下，通過改變滯波板的結(jié)構(gòu)，也能夠簡單地調(diào)節(jié)在處理容器內(nèi)生成的等離子體分布。


圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)例的概略截面圖。圖2是平面天線板的平面圖。圖3是表示本發(fā)明的第一實施方式的滯波板的配置的外觀立體圖。圖4是圖3的滯波板的平面圖。圖5是表示滯波板的安裝狀態(tài)的等離子體處理裝置的主要部分截面圖。圖6是表示第一實施方式的滯波板的變形例的平面圖。圖7是表示第一實施方式的滯波板的另一變形例的平面圖。圖8是表示第一實施方式的滯波板的又一變形例的平面圖。圖9是表示第一實施方式的滯波板的又一變形例的平面圖。圖10是表示圖1的等離子體處理裝置的控制系統(tǒng)的概略結(jié)構(gòu)的方框圖。圖11是本發(fā)明的第二實施方式的滯波板的平面圖。圖12是表示第二實施方式的滯波板的變形例的平面圖。圖13是表示第二實施方式的滯波板的另一變形例的平面圖。圖14是表示本發(fā)明的第三實施方式的滯波板的配置的外觀立體圖。圖15是表示圖14的滯波板的安裝狀態(tài)的等離子體處理裝置的主要部分截面圖。圖16是表示第三實施方式的滯波板的變形例的等離子體處理裝置的主要部分截面圖。圖17是表示本發(fā)明的第四實施方式的滯波板的安裝狀態(tài)的等離子體處理裝置的主要部分截面圖。圖18是表示第四實施方式的滯波板的另一安裝狀態(tài)的等離子體處理裝置的主要部分截面圖。圖19是本發(fā)明的第五實施方式的滯波板的平面圖。圖20是表示第五實施方式的滯波板的變形例的平面圖。圖21是表示在仿真實驗中透過板正下方的電場強度分布的附圖。圖22是表示在仿真實驗中透過板正下方的電場強度分布的附圖。
具體實施例方式[第一實施方式]
以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行詳細(xì)說明。圖1是示意性地表示本發(fā)明的第一實施方式的等離子體處理裝置100的結(jié)構(gòu)例的截面圖。圖2是表示在圖1的等離子體處理裝置100中使用的平面天線的平面圖。等離子體處理裝置100中，用具有多個縫隙狀的孔的平面天線特別是RLSA(Radial Line Slot Antenna，徑向線縫隙天線)將微波導(dǎo)入處理容器內(nèi)以產(chǎn)生等離子體，由此作為能夠產(chǎn)生高密度且低電子溫度的等離子體的等離子體處理裝置而構(gòu)成。在等離子體處理裝置100中，能夠通過以109/Cm3 1013/Cm3的等離子體密度，并且具有以下的低電子溫度的等離子體進行處理。從而，等離子體處理裝置 100能夠應(yīng)用在各種半導(dǎo)體裝置的制造過程中。等離子體處理裝置100，作為主要的結(jié)構(gòu)，具備氣密地構(gòu)成的處理容器1 ；向處理容器1內(nèi)供給氣體的氣體供給裝置18 ；與該氣體供給裝置18連接的氣體導(dǎo)入部15 ；用于對處理容器1內(nèi)進行減壓排氣的排氣裝置M ；設(shè)置在處理容器1的上部、向處理容器1內(nèi)導(dǎo)入微波的微波導(dǎo)入機構(gòu)27 ；和作為控制上述等離子體處理裝置100的各結(jié)構(gòu)部的控制單元的控制部50。此外，氣體供給裝置18、排氣裝置M和微波導(dǎo)入機構(gòu)27構(gòu)成在處理容器1內(nèi)生成處理氣體的等離子體的等離子體生成單元。此外，等離子體處理裝置100的構(gòu)成部分中也可以不包含氣體供給裝置18，而是構(gòu)成為將外部的氣體供給裝置與氣體導(dǎo)入部15連接來使用。處理容器1由接地的大致圓筒狀的容器形成。此外，處理容器1也可以由方筒形狀的容器形成。處理容器1具有由鋁等材質(zhì)構(gòu)成的底壁Ia和側(cè)壁lb。在處理容器1的內(nèi)部，設(shè)置有用于水平地支承作為被處理體的硅晶片(以下，簡單記作“晶片”)W的載置臺2。載置臺2由熱傳導(dǎo)性高的材質(zhì)例如AIN等陶瓷構(gòu)成。該載置臺2通過從排氣室11的底部中央向上方延伸的圓筒狀的支承部件3支承。支承部件3由例如AIN等陶瓷構(gòu)成。另外，載置臺2具備加熱或冷卻機構(gòu)并能夠?qū)⒕琖的溫度控制在例如從室溫到 900°C為止的范圍內(nèi)。另外，在載置臺2設(shè)置有用于支承并升降晶片W的晶片支承銷(未圖示)。各晶片支承銷相對于載置臺2的表面能夠突出沒入地設(shè)置。在處理容器1的底壁Ia的大致中央部形成有圓形的排氣口 10。在底壁Ia設(shè)置有與該排氣口 10連通的、向下方突出的排氣室11。該排氣室11與排氣管12連接，通過該排氣管12與排氣裝置M連接。在處理容器1的上端，配置有作為開閉處理容器1的蓋的、內(nèi)周形成為環(huán)狀的板 13。板13的內(nèi)周部形成為向內(nèi)側(cè)(處理容器內(nèi)空間)突出的、支承透過板觀的環(huán)狀的支承部13a。該板13與處理容器1之間，通過密封部件14被氣密地密封。在處理容器1的側(cè)壁Ib設(shè)置有構(gòu)成環(huán)狀的氣體導(dǎo)入部15。該氣體導(dǎo)入部15通過配管與供給含氧氣體和等離子體激勵用氣體的氣體供給裝置18連接。此外，氣體導(dǎo)入部 15也可以設(shè)置為向處理容器1內(nèi)突出的噴嘴狀，或者具有多個氣體孔的噴頭狀。氣體供給裝置18具有氣體供給源(未圖示)，該氣體供給源例如供給等離子體生成用的Ar、Kr、Xe、He等稀有氣體、氧化處理中的氧氣等氧化性氣體、氮化處理中的氮化氣體等處理氣體等。另外，還能夠設(shè)置供給如下氣體的氣體供給源在蝕刻處理的情況下供給C12、BC13、CF4等蝕刻氣體，在CVD處理的情況下供給成膜原料氣體，在置換處理容器內(nèi)的氣氛時使用的N2、Ar等吹掃氣體(purge gas)，在處理容器1內(nèi)進行清洗時使用的C1F3、NF3 等清洗氣體等。各氣體供給源具備未圖示的質(zhì)量流控制器和開閉閥，以能夠進行供給氣體的切換和流量等的控制。另外，在處理容器1的側(cè)壁lb，設(shè)置有在等離子體處理裝置100和與其相鄰的搬送室(未圖示)之間用于搬入搬出晶片W的搬入搬出口 16，和開閉該搬入搬出口 16的閘閥 17。排氣裝置M具備例如渦輪分子泵等高速真空泵。如上所述，排氣裝置M通過排氣管12與處理容器1的排氣室11連接。通過使排氣裝置M工作，使處理容器1內(nèi)的氣體均勻地流向排氣室11的空間Ila內(nèi)，然后從空間Ila通過排氣管12向外部排氣。由此，能夠使處理容器1內(nèi)高速地減壓到例如0. 133Pa。接著，對微波導(dǎo)入機構(gòu)27的結(jié)構(gòu)進行說明。微波導(dǎo)入機構(gòu)27，作為主要的結(jié)構(gòu)具備透過板觀、平面天線板31、滯波板33、罩部件34、波導(dǎo)管37、匹配電路38和電磁波發(fā)生裝置39。使微波透過的透過板28在板13設(shè)置于向內(nèi)周側(cè)突出的支承部13a上。透過板28 由電介質(zhì)例如石英、A1203、AIN等陶瓷構(gòu)成。該透過板28與支承部13a之間，通過密封部件四被氣密地密封。從而，透過板觀通過板13將處理容器1的上部的開口封閉，以保持處理容器1內(nèi)的氣密性。平面天線板31在透過板28的上方，與載置臺2相對地設(shè)置。平面天線板31構(gòu)成為圓板狀。此外，平面天線板31的形狀不限于圓板狀，也可以是例如四方板狀。該平面天線板31卡止在板13的上端。平面天線板31由例如表面鍍有金或銀的銅板或鋁板構(gòu)成。平面天線板31具有放射微波的多個縫隙狀的微波放射孔32。微波放射孔32以規(guī)定的圖案貫通平面天線板31地形成。每個微波放射孔32，例如如圖2所示，為細(xì)長的長方形狀(縫隙狀)。而且，典型地相鄰的微波放射孔32被配置為“T”字狀。此外，這樣組合成規(guī)定形狀(例如T字狀)配置的微波放射孔32進一步整體配置為同心圓狀。微波放射孔32的長度和配列間隔，與微波的波長Ug)對應(yīng)地被決定。例如配置成微波放射孔32的間隔為λ g/4 λ g。在圖2中，形成為同心圓狀的相鄰的微波放射孔32彼此的間隔用Ar表示。另外，微波放射孔32的形狀可以是圓形狀、圓弧狀等其他形狀。進而，微波放射孔32的配置形狀沒有特別限定，除同心圓狀外例如也能夠配置成螺旋狀、放射狀等。在平面天線板31上設(shè)置有滯波板33。滯波板33由具有與真空相比具有更大的介電常數(shù)的材料構(gòu)成。作為滯波板33的材料，能夠列舉例如石英、氧化鋁、氮化鋁等。該滯波板33具有如下功能與空氣中相比更加縮短微波的波長并且調(diào)整平面天線板上表面的微波的電解分布。滯波板33的下表面與平面天線板31抵接，上表面與金屬制的罩部件34抵接。在本實施方式中，作為滯波板33，使用分離為內(nèi)外兩重的構(gòu)造的滯波板。圖3是表示滯波板33的配置的外觀立體圖，圖4是滯波板33的平面圖。圖5是表示配置在平面天線板31上的滯波板33的主要部分截面圖。滯波板33由配置在內(nèi)側(cè)的小徑部件101和包圍小徑部件101的大徑部件103構(gòu)成。小徑部件101和大徑部件103都是形成為環(huán)狀的平板。小徑部件101和大徑部件103既可以由具有相同介電常數(shù)的材質(zhì)形成，也可以由不同介電常數(shù)的材質(zhì)形成。在小徑部件101的中央部，為了固定到通過同軸波導(dǎo)管37a的中心的內(nèi)導(dǎo)體41 (后述)，設(shè)置有貫通厚度方向的開口部105。S卩，小徑部件101 在開口部105被固定于內(nèi)導(dǎo)體41。大徑部件103在其周邊部103a，例如被固定于罩部件34 或平面天線板31。小徑部件101和大徑部件103隔著間隔地配置。在小徑部件101與大徑部件103 之間，存在空氣層(空氣間隙AG)。在本實施方式的等離子體處理裝置100中，利用小徑部件101和大徑部件103的材質(zhì)，根據(jù)需要利用空氣間隙AG，來控制平面天線板31與罩部件 34之間的區(qū)域的介電常數(shù)。小徑部件101和大徑部件103都由相對介電常數(shù)ε超過1的電介質(zhì)材料構(gòu)成。與此相對，作為空氣層的空氣間隙AG的相對介電常數(shù)ε大致為1。從而，將與平面天線板31相鄰的上方區(qū)域(平面天線板31與罩部件34之間)作為一個統(tǒng)一的單位進行考慮時，通過配置小徑部件101和大徑部件103，該區(qū)域的介電常數(shù)在與平面天線板31的上表面平行的截面中是非均勻的。例如，在作為小徑部件101和大徑部件103 的材質(zhì)使用相對介電常數(shù)ε是3. 8的石英的情況下，與平面天線板31相鄰的上方區(qū)域的介電常數(shù)，在與平面天線板31的上表面平行的截面中，從中心的內(nèi)導(dǎo)體41 一側(cè)向直徑外方向，以相對介電常數(shù)ε = 3.8(小徑部件101)、ε =1(空氣間隙AG)、e = 3. 8 (大徑部件 103)的方式變化。在本實施方式中，小徑部件101與大徑部件103的間隔(即空氣間隙AG的寬度L)， 能夠設(shè)定為任意的大小。例如如圖6所示，能夠?qū)⒖諝忾g隙AG的寬度L設(shè)定得比圖4小。 通過改變空氣間隙AG的寬度L，能夠改變空氣層相對于小徑部件101和大徑部件103的合計體積的體積比率。另外，設(shè)置空氣間隙AG的徑向的位置也能夠可變地調(diào)節(jié)。在寬度L相同的情況下，通過改變設(shè)置空氣間隙AG的位置，能夠改變小徑部件101與大徑部件103的比率(面積比率和體積比率)。這樣，通過調(diào)節(jié)小徑部件101、大徑部件103和空氣間隙AG的配置和比率，能夠簡單地改變平面天線板31和罩部件34之間的區(qū)域的介電常數(shù)的分布。此外，滯波板33中的小徑部件101和大徑部件103不限于圓環(huán)狀，能夠采用任意的形狀。例如圖7是大徑部件103為非均等的形狀的示例。在該示例中，大徑部件103A的內(nèi)周變形為具有第一圓弧部分CAl和與第一圓弧部分CAl相比曲率半徑小的第二圓弧部分 CA2。通過這樣的形狀，小徑部件101與大徑部件103A的間隔即空氣間隙AG的寬度L是不均勻的，與第二圓弧CA2之間隔局部變小。另外，雖然省略圖示，但是通過使小徑部件101 的外周形狀變形而不是使大徑部件103的內(nèi)周形狀變形，也能夠得到同樣的結(jié)構(gòu)。另外，例如在圖8中，使小徑部件IOlA從大徑部件103的中心(與平面天線板31 的中心或同軸波導(dǎo)管37a的中心相同)偏離(偏心)地配置。這樣，能夠設(shè)計為通過以小徑部件IOlA的外周和大徑部件103的內(nèi)周不形成為同心圓的方式將小徑部件IOlA偏心地配置，來使空氣間隙AG的寬度L在偏心(偏離中心)方向上局部縮小了偏心寬度，相反地， 在與偏心方向相反的一側(cè)增大了偏心寬度。如圖7和圖8所示，構(gòu)成滯波板33的部件的非對稱形狀和非對稱配置，能夠使介電常數(shù)在與平面天線板31的上表面平行的平面上，在徑向和周向兩個方向上不均勻。從而，例如在處理容器1內(nèi)的等離子體的分布中存在局部強弱而發(fā)生偏斜的情況下，在修正該偏斜時是有效的。而且，如圖9所示，通過使大徑部件103的內(nèi)周發(fā)生偏心也能夠得到同樣的結(jié)構(gòu)。另外，在本實施方式中，小徑部件IOl(IOlA)和大徑部件103(103A)的材質(zhì)也能夠使用不同介電常數(shù)的材料。例如，在圖3 圖5中的小徑部件101的材質(zhì)使用石英，大徑部件103的材質(zhì)使用相對介電常數(shù)ε是8. 5的氧化鋁(Al2O3)的情況下，與平面天線板 31的上表面平行的上方區(qū)域，從中心的內(nèi)導(dǎo)體41 一側(cè)向徑外方向，以相對介電常數(shù)ε = 3.8(小徑部件101)、ε =1(空氣間隙AG)、e = 8. 5 (大徑部件103)的方式變化。這樣， 通過改變小徑部件101和大徑部件103的材質(zhì)，也能夠簡單地改變平面天線板31與罩部件 34之間的區(qū)域的介電常數(shù)的分布。另外，在小徑部件101和大徑部件103的材質(zhì)不同的情況下，只要不因熱膨脹等產(chǎn)生破損，即使不設(shè)置空氣間隙AG而使小徑部件101與大徑部件 103接觸，也能夠使介電常數(shù)成為不均勻的狀態(tài)。在這種情況下，優(yōu)選選擇小徑部件101和大徑部件103的熱膨脹系數(shù)為相同程度的材質(zhì)。這樣，在本實施方式的等離子體處理裝置100中，通過設(shè)置多個分離的滯波板33 而不是設(shè)置單體的滯波板，能夠?qū)⑵矫嫣炀€板31的正上方的區(qū)域細(xì)分為具有不同介電常數(shù)的多個小區(qū)域。因此，與使用單體的滯波板的情況相比，能夠更加細(xì)微地控制微波波長的調(diào)節(jié)，能夠更加細(xì)微地控制在處理容器1內(nèi)生成的等離子體的分布。另外，作為構(gòu)成滯波板 33的部件，不僅限于小徑部件101和大徑部件103這兩個部件，也能夠組合使用三個以上的部件。另外，滯波板33的厚度優(yōu)選考慮了因構(gòu)成滯波板33的材質(zhì)的介電常數(shù)而引起的波長縮短和在滯波板33內(nèi)的駐波的周期性來設(shè)定。在處理容器1的上部，以覆蓋該平面天線板31和滯波板33的方式，設(shè)置有還具有形成波導(dǎo)(waveguide)的功能的罩部件34。罩部件34例如由鋁和不銹鋼、銅等金屬材料形成。板13的上端與罩部件34通過具有導(dǎo)電性的螺旋屏蔽環(huán)等密封部件35來密封，以使得微波不會泄漏到外部。另外，在罩部件34中形成有冷卻水流路34a。通過使冷卻水在該冷卻水流路34a中流通，能夠冷卻罩部件34、滯波板33、平面天線板31和透過板28。通過該冷卻機構(gòu)，能夠防止由罩部件34、滯波板33、平面天線板31、透過板觀和板13因等離子體的熱而引起的變形、破損。另外，板13、平面天線板31和罩部件34接地。在罩部件34的中央形成有開口部36，該開口部36與波導(dǎo)管37的下端連接。波導(dǎo)管37的另一端側(cè)通過匹配電路38與產(chǎn)生微波的電磁波發(fā)生裝置39連接。由電磁波發(fā)生裝置39產(chǎn)生的微波的頻率，例如優(yōu)選使用2. 45GHz,除此之外，還能夠使用800MHz IGHz (優(yōu)選 800MHz 915MHz)、8. 35GHz、l. 98GHz 等。波導(dǎo)管37具有從上述罩部件34的開口部36向上方延伸的截面為圓形的同軸波導(dǎo)管37a ；和通過模式轉(zhuǎn)換器40與該同軸波導(dǎo)管37a的上端部連接的沿水平方向延伸的矩形波導(dǎo)管37b。模式轉(zhuǎn)換器40具有將在矩形波導(dǎo)管37b內(nèi)以TE模式傳播的微波轉(zhuǎn)換為 TEM模式的功能。內(nèi)導(dǎo)體41沿同軸波導(dǎo)管37a的中心延伸。該內(nèi)導(dǎo)體41中，在其下端部連接固定有平面天線板31的中心。通過這樣的構(gòu)造，微波通過具有內(nèi)導(dǎo)體41的同軸波導(dǎo)管37a以放射狀高效且均勻地向平面天線板31傳播。通過如上述結(jié)構(gòu)的微波導(dǎo)入機構(gòu)27，使由電磁波發(fā)生裝置39產(chǎn)生的微波通過波導(dǎo)管37傳播到平面天線板31，進而通過透過板28被導(dǎo)入處理容器1內(nèi)。
等離子體處理裝置100的各結(jié)構(gòu)部，為與控制部50連接并被控制的結(jié)構(gòu)。如圖10 所示，控制部50具備包括CPU的處理控制器51、與該處理控制器51連接的用戶界面52 和存儲部53。在等離子體處理裝置100中，處理控制器51是統(tǒng)括地控制例如氣體流量、壓力、微波輸出等與工藝條件有關(guān)的各結(jié)構(gòu)部(例如氣體供給裝置18、排氣裝置M、電磁波發(fā)生裝置39等)的控制單元。用戶界面52具有工序管理者為了管理等離子體處理裝置100進行命令輸入操作等的鍵盤，和使等離子體處理裝置100的運行狀態(tài)可視化并顯示的顯示器等。另外，在存儲部53中保存有用于實現(xiàn)通過處理控制器51來控制等離子體處理裝置100中執(zhí)行的各種處理的控制程序；和記錄有處理條件數(shù)據(jù)等的處理方案。而且，根據(jù)需求，通過來自用戶界面52的指示等，將任意處理方案從存儲部53中調(diào)出并由處理控制器51執(zhí)行，由此，在處理控制器51的控制下，在等離子體處理裝置100 的處理容器1內(nèi)進行所希望的處理。另外，上述控制程序和處理條件數(shù)據(jù)等處理方案，能夠利用存儲在計算機可讀取的存儲介質(zhì)例如CD-ROM、硬盤、軟盤、閃爍存儲器、DVD、藍(lán)光盤等中的處理方案，或者也能夠從其他裝置例如通過專用線路隨時傳送以在線利用。通過這樣構(gòu)成的等離子體處理裝置100，能夠?qū)啄さ冗M行無損害(damage free)的等離子體處理。另外，等離子體處理裝置100由于等離子體的均勻性優(yōu)異，能夠?qū)崿F(xiàn)工藝的均勻性。接著，對使用本實施方式的等離子體處理裝置100的等離子體處理的步驟的示例進行說明。在此處，以使用含氮的氣體作為處理氣體，對晶片表面進行等離子體氮化處理的情況為例。首先，例如從用戶界面52輸入指令使等離子體處理裝置100進行等離子體氮化處理。接受該指令后，處理控制器51讀出保存在存儲部53中的處理方案。然后，在基于處理方案的條件下從處理控制器51向等離子體處理裝置100的各終端設(shè)備例如氣體供給裝置18、排氣裝置24、電磁波發(fā)生裝置39等送出控制信號，以執(zhí)行等離子體氮化處理。然后，打開閘閥17從搬入搬出口 16將晶片W搬入到處理容器1內(nèi)，并載置在載置臺2上。接著，一邊對處理容器1內(nèi)減壓排氣，一邊從氣體供給裝置18以規(guī)定的流量分別通過氣體導(dǎo)入部15向處理容器1內(nèi)導(dǎo)入惰性氣體和含氮氣體。進而，調(diào)整排氣量和氣體供給量，將處理容器1內(nèi)調(diào)節(jié)成規(guī)定的壓力。然后，接通電磁波發(fā)生裝置39的電源來產(chǎn)生微波。接著，規(guī)定頻率例如2. 45GHz 的微波，通過匹配電路38導(dǎo)入到波導(dǎo)管37。被導(dǎo)入到波導(dǎo)管37的微波，順次通過矩形波導(dǎo)管37b和同軸波導(dǎo)管37a，被供給到平面天線板31。微波在矩形波導(dǎo)管37b內(nèi)以TE模式傳播，該TE模式的微波通過模式轉(zhuǎn)換器40被轉(zhuǎn)換為TEM模式，在同軸波導(dǎo)管37a內(nèi)向平面天線板31傳播。而且，微波沿平面天線板31與罩部件34之間的扁平(平坦)波導(dǎo)路傳送時，因滯波板33而使得波長縮短。在本實施方式的等離子體處理裝置100中，為了使上述扁平波導(dǎo)路的介電常數(shù)在平面天線板31的徑外方向上為非均勻的，作為滯波板33使用由具有小徑部件101和大徑部件103的內(nèi)外雙重的部件構(gòu)成，并且根據(jù)需要使空氣間隙AG介于其間的結(jié)構(gòu)。其結(jié)果是，能夠?qū)⑼ㄟ^扁平波導(dǎo)路的微波控制為所希望的波長。因滯波板33而使波長縮短的微波，從貫通形成于平面天線板31的孔即微波放射孔32，通過透過板觀放射到處理容器1內(nèi)的晶片W的上方空間。從高效供給微波的觀點出發(fā)，微波輸出優(yōu)選將作為平面天線板31的每Icm2面積的功率密度設(shè)為0. 41 4. 19ff/cm2的范圍內(nèi)。微波輸出能夠從例如500 5000W左右的范圍內(nèi)根據(jù)目的進行選擇，以成為上述范圍內(nèi)的功率密度。通過從平面天線板31經(jīng)過透過板28放射到處理容器1的微波，在處理容器1內(nèi)形成電磁場，例如在進行氮化處理的情況下，分別使惰性氣體和含氮氣體等離子體化。由于微波從平面天線板31的多個微波放射孔32被放射，由該微波激發(fā)出的等離子體成為IO9/ cm3 1013/Cm3的高密度的在晶片W附近大約為以下的低電子溫度的等離子體。這樣形成的高密度等離子體是由朝向基底膜的離子等造成的等離子體損害較少的等離子體。而且，通過等離子體中的活性種例如自由基和離子的作用，晶片W的硅表面被氮化，形成氮化硅膜SiN的薄膜。另外，通過使用含氧氣體代替含氮氣體能夠進行硅的氧化處理，此外，通過使用成膜原料氣體也能夠利用等離子體CVD法進行成膜，也能夠使用蝕刻氣體進行蝕刻處理。從處理控制器51發(fā)出使等離子體處理結(jié)束的控制信號時，將電磁波發(fā)生裝置39 的電源斷開(切斷)，等離子體處理結(jié)束。接著，停止從氣體供給裝置18供給處理氣體并對處理容器內(nèi)抽真空。然后，從處理容器1內(nèi)搬出晶片W，針對一個晶片W的等離子體處理結(jié)
束ο如上所述，在本實施方式的等離子體處理裝置100中，由電介質(zhì)構(gòu)成的滯波板33 構(gòu)成為使平面天線板31與罩部件34之間的區(qū)域的介電常數(shù)，在與平面天線板31的上表面平行的截面中沿徑向和/或周向變化，因此通過控制微波的波長，即使不更換平面天線板31也能夠控制處理容器1內(nèi)的等離子體分布。從而，能夠在處理容器1內(nèi)以所希望的分布穩(wěn)定地維持等離子體。另外，與晶片W大型化對應(yīng)地使處理容器1大型化的情況下，也能夠通過改變滯波板33的結(jié)構(gòu)，來簡單地調(diào)節(jié)在處理容器1內(nèi)生成的等離子體分布。[第二實施方式]接著，參照圖11至圖13，對本發(fā)明的第二實施方式的等離子體處理裝置進行說明。由于本實施方式的等離子體處理裝置，除了滯波板33的結(jié)構(gòu)不同之外，其他與第一實施方式的等離子體處理裝置100(圖1)相同，所以省略全部說明，只對滯波板33的結(jié)構(gòu)進行說明。圖11是第二實施方式的滯波板33的平面圖。滯波板33具有配置在內(nèi)側(cè)的小徑部件101、包圍小徑部件101的大徑部件103、配置在小徑部件101與大徑部件103之間的多個(在圖11中為8個)裝卸自由的塊部件(piece) 107。塊部件107都由電介質(zhì)構(gòu)成。 塊部件107可以是與小徑部件101和大徑部件103相同的材質(zhì)，也可以是不同的材質(zhì)。另外，每個塊部件107也能夠使用不同的材質(zhì)。在本實施方式中，塊部件107在滯波板33可裝卸自由地構(gòu)成，能夠安裝或拆卸一個和多個塊部件107。圖11表示卸下了一個塊部件107的狀態(tài)。在卸下了塊部件107的情況下，該部分成為空氣層(空氣間隙AG)。從而，通過改變塊部件107的安裝個數(shù)、配置，能夠簡單地改變平面天線板31與罩部件34之間的區(qū)域的介電常數(shù)的分布。S卩，該區(qū)域中的介電常數(shù)能夠在與平面天線板31的上表面平行的截面中沿徑向和周向以各種圖案非均勻地變化。在圖11中，使塊部件107與小徑部件101和/或大徑部件103接觸地配置，但是也可以分離。在使塊部件107與小徑部件101和/或大徑部件103接觸的情況下，優(yōu)選選擇與小徑部件101和/或大徑部件103為相同程度的熱膨脹系數(shù)的材質(zhì)。在使塊部件107與小徑部件101和/或大徑部件103分離的情況下，在分離部分存在空氣層(空氣間隙AG， 圖示省略)。圖12表示作為圖11所示的滯波板33的變形例，組合小徑部件101和能夠裝卸的多個塊部件107A(在圖12中有8個)的方式。在該滯波板33，以包圍小徑部件101的方式在其周圍配置有塊部件107A。塊部件107A都由電介質(zhì)構(gòu)成。塊部件107A既可以是與小徑部件101相同的材質(zhì)，也可以是不同的材質(zhì)。此外，每個塊部件107A也能夠使用不同的材質(zhì)。如圖12所示，塊部件107A構(gòu)成為能夠使用臂60進行裝卸，能夠安裝或拆卸一個和多個塊部件107A。在卸下了塊部件107A的情況下，該部分成為空氣層(空氣間隙AG)。 從而，通過改變塊部件107A的安裝個數(shù)、配置，能夠簡單地改變平面天線板31與罩部件34 之間的區(qū)域的介電常數(shù)的分布。即，該區(qū)域中的介電常數(shù)能夠在與平面天線板31的上表面平行的截面中沿徑向和周向以各種圖案非均勻地變化。在圖12中，使塊部件107A與小徑部件101接觸地配置，但是也可以分離。在使塊部件107A與小徑部件101接觸的情況下，優(yōu)選選擇與小徑部件101的熱膨脹系數(shù)相同程度的材質(zhì)。在使塊部件107A與小徑部件101分離的情況下，在分離部位存在空氣層(空氣間隙AG，圖示省略)。另外，相鄰的塊部件107A彼此既可以接觸也可以分離，在接觸的情況下， 優(yōu)選選擇熱膨脹系數(shù)相同程度的材質(zhì)。在塊部件107A彼此分離的情況下，在分離部位存在空氣層(空氣間隙AG，圖示省略)。圖13表示實施方式的又一變形例，具有基板111和與該基板111組合配置的可裝卸的平面矩形的多個塊部件113?；?11和塊部件113都由電介質(zhì)構(gòu)成。塊部件113既可以是與基板111相同的材質(zhì)，也可以是不同的材質(zhì)。此外，每個塊部件113也能夠使用不同的材質(zhì)。在基板111設(shè)置有多個缺口部111a，通過使塊部件113嵌入或脫離該缺口部 111a，能夠簡單地改變平面天線板31與罩部件34之間的區(qū)域的介電常數(shù)的分布。在未組合基板111和塊部件113的狀態(tài)下，因為在缺口部11 Ia形成空氣層(空氣間隙AG)，所以介電常數(shù)在與平面天線板31的上表面平行的截面中沿徑向和周向是非均勻的。在將塊部件 113插入基板111的缺口部Illa使它們組合的情況下，如果基板111和塊部件113為相同材質(zhì)，則在與平面天線板31的上表面平行的截面中介電常數(shù)為非均勻的狀態(tài)被消除，如果基板111和塊部件113為不同材質(zhì)，則介電常數(shù)在與平面天線板31的上表面平行的截面中沿徑向和周向是非均勻的，產(chǎn)生介電常數(shù)的分布。本實施方式的其他結(jié)構(gòu)和效果與第一實施方式相同。[第三實施方式]接著，參照圖14至圖16，對本發(fā)明的第三實施方式的等離子體處理裝置進行說明。由于本實施方式的等離子體處理裝置，除了滯波板33的結(jié)構(gòu)不同之外，其他與第一實施方式的等離子體處理裝置100(圖1)相同，所以省略全部說明，只對滯波板33的結(jié)構(gòu)進行說明。圖14是表示第三實施方式中使用的滯波板33的外觀結(jié)構(gòu)的立體圖。圖15是表示安裝有滯波板33的狀態(tài)的等離子體處理裝置的主要部分截面圖。滯波板33具有作為與平面天線板31大致相同程度面積的平板的圓盤部件115 ；和重疊地配置在該圓盤部件115 上的環(huán)狀部件117。環(huán)狀部件117以面積比圓盤部件115小的方式形成。圓盤部件115和環(huán)狀部件117都由電介質(zhì)構(gòu)成。圓盤部件115和環(huán)狀部件117既可以是相同的材質(zhì)，也可以是不同的材質(zhì)。在本實施方式中，通過與圓盤部件115組合地配置環(huán)狀部件117，能夠簡單地改變平面天線板31與罩部件34之間的區(qū)域的介電常數(shù)的分布。即，在圓盤部件115的正上方的區(qū)域，具有規(guī)定介電常數(shù)的環(huán)狀部件117存在的部分以外為空氣層(空氣間隙AG)，因此介電常數(shù)在與平面天線板31的上表面平行的截面中是非均勻的。另外，環(huán)狀部件117在圓盤部件115上以能夠通過臂60變更配置的方式可動式地構(gòu)成。因為通過變更環(huán)狀部件117的配置來改變空氣間隙AG的形狀，所以能夠簡單地使平面天線板31與罩部件34之間的區(qū)域的介電常數(shù)的分布，在與平面天線板31的上表面平行的截面中變化。接著，參照圖16對本實施方式的滯波板33的變形例進行說明。圖16是表示安裝有滯波板33的狀態(tài)的等離子體處理裝置100的主要部分截面圖。在該變形例中，環(huán)狀部件 117配置為與平面天線板31的上表面接觸，在其上重疊地配置有圓盤部件115。在這種情況下，不使環(huán)狀部件115為可動式，而是例如固定在通過同軸波導(dǎo)管37a的中心的內(nèi)導(dǎo)體41。 在本實施方式中，通過使環(huán)狀部件117配置在圓盤部件115與平面天線板31之間，能夠使平面天線板31與罩部件34之間的區(qū)域的介電常數(shù)在與平面天線板31的上表面平行的截面中是非均勻的。即，由于在圓盤部件115的正下方區(qū)域中，具有規(guī)定介電常數(shù)的環(huán)狀部件 117存在的部分以外為空氣層(空氣間隙AG)，所以在與平面天線板31的上表面平行的截面中產(chǎn)生介電常數(shù)的分布。本實施方式的其他結(jié)構(gòu)和效果與第一實施方式相同。[第四實施方式]接著，參照圖17和圖18對本發(fā)明的第四實施方式的等離子體處理裝置進行說明。 由于本實施方式的等離子體處理裝置，除滯波板33的結(jié)構(gòu)不同之外，其他與第一實施方式的等離子體處理裝置100(圖1)相同，所以省略全部說明，只對滯波板33的結(jié)構(gòu)進行說明。 圖17是表示在第四實施方式中使用的表示安裝有滯波板33的狀態(tài)的等離子體處理裝置的主要部分截面圖。本實施方式的滯波板33具有基板119和部分地形成于該基板119的凹部即槽121。即，在基板119的上表面(與平面天線板31接觸的面的相反側(cè))，部分地形成有一個和多個槽121。槽121的配置位置、形狀、深度、大小等沒有特別限定，例如可以設(shè)置成環(huán)狀以包圍同軸波導(dǎo)管37a，也可以在基板119的面內(nèi)分散地設(shè)置多個槽121。在本實施方式中，通過在基板119的上表面設(shè)置槽121，使平面天線板31與罩部件34之間的區(qū)域的介電常數(shù)，能夠在與平面天線板31的上表面平行的截面中細(xì)微地區(qū)分。 即，由于槽121的部分為空氣層(空氣間隙AG)，所以在與具有規(guī)定介電常數(shù)的基板119之間產(chǎn)生介電常數(shù)的差異。從而，能夠使平面天線板31與罩部件34之間的 地設(shè)置槽121，而且，雖然省略圖示，但是也可以在基板119的上下兩面部分地設(shè)置槽121。本實施方式的其他結(jié)構(gòu)和效果與第一實施方式相同。[第五實施方式]接著，參照圖19和圖20，對本發(fā)明的第五實施方式的等離子體處理裝置進行說明。由于本實施方式的等離子體處理裝置，除滯波板33的結(jié)構(gòu)不同之外，其他與第一實施方式的等離子體處理裝置100(圖1)相同，所以省略全部說明，只對滯波板33的結(jié)構(gòu)進行說明。圖19和圖20是本實施方式的滯波板33的平面圖。本實施方式的滯波板33具有單體的基板123和在其厚度方向上貫通的一個或多個(在圖19中有9個、在圖20中有1個) 貫通開口 125。基板123的貫通開口 125的形狀和大小、配置位置是任意的，沒有特別限定， 例如優(yōu)選以包圍同軸波導(dǎo)管37a的方式設(shè)置成螺旋狀、環(huán)狀、半圓狀、圓弧狀等。在本實施方式中，通過在基板123設(shè)置貫通開口 125，能夠使平面天線板31與罩部件34之間的區(qū)域的介電常數(shù)在與平面天線板31的上表面平行的截面中細(xì)微地區(qū)分。艮口， 由于貫通開口 125的部分是空氣層(空氣間隙AG)，在與具有規(guī)定介電常數(shù)的基板123之間產(chǎn)生介電常數(shù)的差異，能夠使介電常數(shù)在與平面天線板31的上表面平行的截面中是非均勻的。另外，在本實施方式的滯波板33，在基板123非均等地設(shè)置貫通開口 125，所以通過例如使基板123的安裝位置如圖19和圖20中的箭頭所示那樣以任意的角度旋轉(zhuǎn)，能夠簡單地改變平面天線板31與罩部件34之間的區(qū)域的介電常數(shù)的分布。本實施方式的其他結(jié)構(gòu)和效果與第一實施方式相同。接著，使用與圖1所示的等離子體處理裝置100為相同結(jié)構(gòu)的等離子體處理裝置， 通過基于有限要素法的3維仿真來驗證滯波板33的構(gòu)造對微波功率導(dǎo)入處理容器1內(nèi)的導(dǎo)入效率所施加的影響。在仿真中，作為軟件使用COMSOL(商品名，COMSOL公司制)，對安裝了下述3種滯波板的情況下，計算透過板觀的正下方的電場強度及其分布。滯波板33 的材質(zhì)都為石英。滯波板A(本發(fā)明實施例)在與圖3 圖5所示的滯波板相同的雙重環(huán)構(gòu)造的滯波板中，從中心到小徑部件101的外周部的徑向距離設(shè)定為大約160mm，空氣間隙AG的寬度分別設(shè)定為 10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、72. 5mm。滯波板B (本發(fā)明實施例):在與圖3 圖5所示的滯波板相同的雙重環(huán)構(gòu)造的滯波板中，從中心到小徑部件101的外周部的徑向距離設(shè)定為大約195mm，空氣間隙AG的寬度分別設(shè)定為 10mm、20mm、30mm、38. 5mm。滯波板S(比較例)為單體的圓板狀。仿真實驗的結(jié)果表示在表1和圖21中。并且，圖21以黑白表示透過板觀的正下方的電場強度分布，作為大致的傾向，白色區(qū)域表示電場強度強，黑色區(qū)域表示電場強度弱。[表1]
權(quán)利要求
1.一種等離子體處理裝置，其對被處理體進行等離子體處理，所述等離子體處理裝置的特征在于，包括收容被處理體的能夠抽真空的處理容器；將由電磁波發(fā)生裝置產(chǎn)生的電磁波導(dǎo)入所述處理容器內(nèi)的平面天線部件； 向所述平面天線部件供給所述電磁波的波導(dǎo)管；重疊地設(shè)置在所述平面天線部件上，改變從所述波導(dǎo)管供給的所述電磁波的波長的滯波板；和從上方覆蓋所述滯波板和所述平面天線部件的罩部件，其中所述滯波板由電介質(zhì)構(gòu)成，并且所述平面天線部件與所述罩部件之間的區(qū)域的介電常數(shù)，在與所述平面天線部件的上表面平行的截面中是非均勻的。
2.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述滯波板通過組合介電常數(shù)相同或不同的多個部件而形成。
3.如權(quán)利要求2所述的等離子體處理裝置，其特征在于 在所述多個部件之間存在空氣層。
4.如權(quán)利要求2所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述多個部件的一部分能夠拆卸。
5.如權(quán)利要求2所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述多個部件的配置位置是可變的。
6.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述滯波板包括第一部件；和比該第一部件大的第二部件，在所述第一部件的周圍配置有所述第二部件，在所述第一部件與所述第二部件之間存在空氣層。
7.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述滯波板包括第一部件；和比該第一部件大的第二部件，所述第一部件和所述第二部件在該第一部件和第二部件的厚度方向上重疊地配置。
8.如權(quán)利要求7所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述第一部件與所述平面天線部件接觸地配置，所述第二部件重疊地配置在所述第一部件上。
9.如權(quán)利要求7所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述第二部件與所述平面天線部件接觸地配置，所述第一部件重疊地配置在所述第二部件上。
10.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述滯波板為平板形狀，在該滯波板的厚度方向上具有多個凹部，在所述凹部存在空氣層。
11.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述滯波板為平板形狀，在該滯波板的厚度方向上具有多個貫通開口部，在所述貫通開口部存在空氣層。
12.—種滯波板，其重疊地設(shè)置在等離子體處理裝置的平面天線部件上，改變從波導(dǎo)管供給的電磁波的波長，所述滯波板的特征在于所述滯波板由電介質(zhì)構(gòu)成，并且所述平面天線部件與從上方覆蓋所述平面天線部件的罩部件之間的區(qū)域的所述滯波板的介電常數(shù)，在與所述平面天線部件的上表面平行的截面中是非均勻的。
全文摘要
本發(fā)明的等離子體處理裝置具備將由電磁波發(fā)生裝置產(chǎn)生的電磁波導(dǎo)入所述處理容器內(nèi)的平面天線部件；向平面天線部件供給電磁波的波導(dǎo)管；重疊設(shè)置在平面天線部件之上，改變從波導(dǎo)管供給的電磁波的波長的滯波板；和從上方覆蓋滯波板和平面天線部件的罩部件，其中，滯波板由電介質(zhì)構(gòu)成，并且平面天線部件與罩部件之間的區(qū)域的介電常數(shù)，在與平面天線部件的上表面平行的截面中是非均勻的。
文檔編號C23C16/511GK102396053SQ201080016868
公開日2012年3月28日 申請日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月30日
發(fā)明者太田龍作, 尾崎成則, 石坪誠, 足立光 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社