專利名稱：等離子體處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及等離子體處理裝置，特別涉及微波等離子體處理裝置。
等離子體處理處理及等離子體處理裝置，對于近年來的被稱為深亞微米(deep submicron)元件或深次微米(deep subquarter micron)元件、具有接近于0.1μm或其以下柵極長度的超微小化半導(dǎo)體器件的制造，或?qū)τ诤幸壕э@示裝置的高清晰度平面顯示裝置的制造來說，是不可缺少的技術(shù)。
作為在半導(dǎo)體器件或液晶顯示裝置的制造中使用的等離子體處理裝置，以往使用各種等離子體的激發(fā)方式，特別是平行平板型高頻激發(fā)等離子體處理裝置或電感耦合型等離子體處理裝置很常見。但是這些現(xiàn)有的等離子體處理裝置，具有由于等離子體形成不均勻、電子密度高的區(qū)域被限定因而難于以高處理速度即處理能力在被處理基片的整個面上進行均勻的處理的問題。該問題特別在處理大直徑的基片的時候變得嚴(yán)重。并且在這些現(xiàn)有的等離子體處理裝置中，具有由于電子溫度高因而在被處理基片上形成的半導(dǎo)體元件中產(chǎn)生損傷、且處理室壁的濺射導(dǎo)致的金屬污染大等幾個本質(zhì)的問題。因此，在現(xiàn)有的等離子體處理裝置中，滿足與半導(dǎo)體器件或液晶顯示裝置的更加微小化或進一步提高生產(chǎn)率相應(yīng)的嚴(yán)格要求變得越發(fā)困難。
另一方面，以往公布有不使用直流磁場而使用由微波電場激發(fā)的高密度等離子體的微波等離子體處理裝置。例如，公布有如下結(jié)構(gòu)的等離子體處理裝置，即，從具有多個縫隙的平面形狀的天線(徑向線縫隙天線)向處理容器內(nèi)發(fā)射微波，通過此微波電場電離真空容器內(nèi)的氣體來使等離子體激發(fā)，其中，所述縫隙被排列成能夠產(chǎn)生均勻微波的形狀。例如參照日本專利特開平9-63793號公報。以這種方法激發(fā)的微波等離子體中可以覆蓋天線正下方的寬廣區(qū)域得到高等離子體密度，能夠在短時間內(nèi)進行均勻的等離子體處理。而且在以所述方法形成的微波等離子體中由于使用微波激發(fā)等離子體因而電子溫度低，可以避免被處理基片的損傷或金屬污染。另外，由于在大面積基片上也可以容易地激發(fā)均勻的等離子體，因而，也可以容易地適用于使用大口徑半導(dǎo)體基片的半導(dǎo)體器件的制造工序或大型液晶顯示裝置的制造。
背景技術(shù)：
圖1A、1B是使用了所述徑向線縫隙天線的現(xiàn)有微波等離子體處理裝置100的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，圖1A是微波等離子體處理裝置100的截面圖，此外，圖1B是徑向線縫隙天線的結(jié)構(gòu)示意圖。
參照圖1A，微波等離子體處理裝置100具有從多個排氣口116排氣的處理室101，在所述處理室101中形成有支承被處理基片114的支承臺115。為實現(xiàn)所述處理室101的均勻排氣，在所述支承臺115的周圍形成有環(huán)狀空間101A，并且，以相等的間隔、即相對于被處理基片軸對稱地形成所述多個排氣口116，使其與所述空間101A連通，從而，可以通過所述空間101A及排氣口116均勻排出所述處理室101的氣體。
在所述處理室101上面，且在與所述支承臺115上的被處理基片114相對應(yīng)的位置上，作為所述處理室101的外壁的一部分，經(jīng)密封圈109形成有板狀噴盤103，所述板狀噴盤103由低損耗電介質(zhì)構(gòu)成，并具有多個開口部分107，另外，在所述噴盤103的外測經(jīng)其他的密封圈108還設(shè)有同樣由低損耗電介質(zhì)構(gòu)成的蓋板102。
在所述噴盤103上面形成有等離子氣體的通路104，并形成有所述多個開口部分107，每個開口部分都與所述等離子體通路104連通。另外，在所述噴盤103的內(nèi)部，形成有等離子氣體的供給通路108，該通路與設(shè)置在所述處理容器101的外壁上的等離子氣體供給口105連通，供給到所述等離子氣體供給口105的Ar或Kr等的等離子氣體通過所述通路104從所述供給通路108被供給到所述開口部分107，以實際均勻的濃度從所述開口部分107排出到所述處理容器101內(nèi)部的所述噴盤103正下方的空間101B中。
在所述處理容器101的上面，且在所述蓋板102的外側(cè)，從所述蓋板102離開4～5mm的位置上，設(shè)有具有如圖1B所示發(fā)射面的徑向線縫隙天線110。所述徑向線縫隙天線110通過同軸導(dǎo)波管110A與外部的微波源(圖中未示出)相連，通過來自所述微波源的微波，激發(fā)排出到所述空間101B中的等離子氣體。用大氣填充所述蓋板102與所述徑向線縫隙天線110的發(fā)射面之間的空隙。
所述徑向線縫隙天線110，由與所述同軸導(dǎo)波管110A的外側(cè)導(dǎo)波管相連的平坦圓盤狀的天線主體110B，和形成在所述天線主體110B的開口部分上的、形成了圖1B所示的多個縫隙110a以及與之正交的多個縫隙110b的發(fā)射板110C組成，在所述天線主體110B與所述發(fā)射板110C之間，插有由厚度一定的電介質(zhì)板構(gòu)成的滯相板110D。
在所述結(jié)構(gòu)的徑向線縫隙天線110中，從所述同軸導(dǎo)波管110提供的微波在半徑方向上擴散的同時行進，通過所述圓盤狀的天線主體110B與發(fā)射板110C之間的空間，但在行進過程中由于所述滯相板110D的作用波長被壓縮，因此，通過與這樣在半徑方向上行進的微波的波長相對應(yīng)使得所述縫隙110a及110b形成同心圓形狀、并且相互正交，可以向與所述發(fā)射板110C實際垂直的方向發(fā)射具有圓偏振波的平面波。
通過使用所述徑向線縫隙天線110，在所述噴盤103正下方的空間101B中形成均勻的高密度等離子體。這樣形成的高密度等離子體電子溫度低，因此在被處理基片114中不會產(chǎn)生損傷，并且也不會產(chǎn)生由處理容器101器壁的濺射而導(dǎo)致的金屬污染。
在圖1的等離子體處理裝置100中，另外在所述處理容器101中，在所述噴盤103與被處理基片114之間形成有導(dǎo)體結(jié)構(gòu)部件111，該導(dǎo)體結(jié)構(gòu)部件形成有從外部處理氣體源(圖中未示出)通過在所述處理容器101中形成的處理氣體通路112供給處理氣體的多個噴嘴113，所述噴嘴113的每一個都向所述導(dǎo)體結(jié)構(gòu)部件111與被處理基片114之間的空間101C排出處理氣體。在所述導(dǎo)體結(jié)構(gòu)部件111中，在相鄰的兩個所述噴嘴113之間形成有較大的開口部分，在所述空間101B中形成的等離子體通過從所述空間101B向所述空間101C的擴散，能夠從所述開口部分有效通過。
因此，在這樣從所述導(dǎo)體結(jié)構(gòu)部件111通過所述噴嘴113向所述空間101C排出處理氣體的時候，所排出的氣體被在所述空間101B中形成的高密度等離子體激發(fā)，從而，在所述被處理基片114上，可以高效率且高速地進行均勻的等離子體處理，同時還不會損傷基片及基片上的元件結(jié)構(gòu)，也不會污染基片。另一方面，由于從所述徑向線縫隙天線110發(fā)射的微波被所述導(dǎo)體結(jié)構(gòu)部件111阻擋，因此，不會損傷被處理基片114。
但是在圖1A、1B的現(xiàn)有等離子體處理裝置100中，由于所述噴盤103與所述被處理基片114之間的間隔狹窄，在所述空間101B及101C中形成向噴盤103的徑向的連續(xù)穩(wěn)定的等離子體流，即使所述被處理基片114為大口徑基片也能夠進行非常均勻的等離子體處理，但是，另一方面在所述處理容器101內(nèi)的壓力降低時，特別地在噴盤103的周圍部分中會產(chǎn)生等離子體密度容易降低的問題。例如在處理容器101內(nèi)的壓力在Ar氣氛氣體中降低到300mTorr以下的時候，在噴盤103的周圍部分中的等離子體密度大大降低?？上攵@會在處理容器101內(nèi)的壓力降低的時候促進分離電子的擴散，從而導(dǎo)致其在處理容器101的內(nèi)壁面上消失。由于等離子體的截止(cutoff)密度為7.5×1010cm-3，如果等離子體密度降低到所述截止密度以下則不能維持等離子體。所述噴盤103周圍部分的等離子體密度的降低，不僅會產(chǎn)生導(dǎo)致處理速度降低的問題，而且還會產(chǎn)生由于微波被直接施加在被處理基片114上而引起損傷的問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的總的目的在于，提供一種解決現(xiàn)有問題的、新型實用的等離子體處理裝置。
本發(fā)明更為具體的目的在于，提供一種等離子體處理裝置，使得即使在低處理壓下也可以對整個被處理基片表面進行均勻的處理。
本發(fā)明的其他目的在于，提供一種等離子體處理裝置，其特征在于，所述等離子體處理裝置由以下部分構(gòu)成處理容器，由外壁圍成，配有支承被處理基片的支承臺；排氣系統(tǒng)，其與所述處理容器結(jié)合；微波透過窗，作為所述外壁的一部分設(shè)置在所述處理容器上，并與所述支承臺上的被處理基片相對；等離子氣體供給部分，用于向所述處理容器供給等離子氣體；微波天線，對應(yīng)于所述微波設(shè)置在所述處理容器上；其中，所述微波透過窗的正對所述被處理基片一側(cè)的內(nèi)表面成凹面形狀，從而，與所述被處理基片表面一致的平面和所述內(nèi)表面之間的間隔沿所述微波透過窗的徑向向外減小。
根據(jù)本發(fā)明，通過在所述噴盤的與被處理基片相對的一側(cè)上形成凹面，減小了被處理基片周圍部分中的形成高密度等離子體的噴盤下表面與被處理基片表面之間的間隔，從而，補償了噴盤周圍部分的等離子體密度的降低。其結(jié)果，即使在進行蝕刻等低壓下的等離子體處理時，也可以在被處理基片表面附近維持穩(wěn)定均勻的等離子體。而且，通過所述結(jié)構(gòu)，還可以促進等離子體的點火。通過形成所述凹面來使等離子體穩(wěn)定化，不僅適用于在被處理基片與等離子體供給部分之間設(shè)置處理氣體供給部分的結(jié)構(gòu)，也可適用于省略了處理氣體供給部分的結(jié)構(gòu)。
作為具有所述凹面的噴盤，可以使用形成有等離子氣體通路及與其連通的多個開口部分的致密的陶瓷部件，但是也可以使用多孔質(zhì)的陶瓷部件代替所述致密的陶瓷部件。這些噴盤被設(shè)置成處理容器外壁的一部分，與構(gòu)成等離子體透過窗的致密的蓋板緊密連接，但是，本發(fā)明在微波透過窗自身上還形成所述凹部，從而，不必使用噴盤，可以另外通過管等將等離子氣體導(dǎo)入所述處理室中。
在本發(fā)明的噴盤或微波透過窗中，如果與形成所述凹面的內(nèi)表面相對的外表面為平坦面，則可以容易地確保與微波天線的緊密連接，能夠通過天線冷卻噴盤，因而效果較好。


圖1A、1B是使用現(xiàn)有徑向線縫隙天線的微波等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2A、2B是本發(fā)明第一實施例的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是在圖2A、圖2B的等離子體處理裝置中使用的處理氣體供給結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意仰視圖；圖4是圖2A、2B的等離子體處理裝置的各種變形例的示意圖；圖5是本發(fā)明第二實施例的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明第三實施例的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本發(fā)明第四實施例的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是本發(fā)明第五實施例的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是本發(fā)明第六實施例的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是本發(fā)明第七實施例的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；以及圖11是本發(fā)明第八實施例的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
(第一實施例)圖2A、2B是本發(fā)明第一實施例的微波等離子體處理裝置10的結(jié)構(gòu)示意圖。
參照圖2A，所述微波等離子體處理裝置10含有處理容器11和支承臺13，所述支承臺13設(shè)置在所述處理容器11內(nèi)，通過靜電吸盤支承被處理基片12，所述支承臺13最好由通過熱等靜壓法(HIP)形成的AlN或Al2O3制成，在所述處理容器11的包圍所述支承臺13的空間11A中，以相等間隔、即相對于所述支承臺13上的被處理基片12大體以軸對稱關(guān)系，至少在兩處、最好在三處以上的位置形成排氣口11a。所述處理容器11通過所述排氣口11a由不同斜度不同傾角的螺旋泵進行排氣和減壓。
所述處理容器11最好由含有A1的奧氏體不銹鋼制成，在內(nèi)壁面上通過氧化處理形成有由氧化鋁組成的保護膜。此外，在所述處理容器11的外壁內(nèi)與所述被處理基片12相對應(yīng)的部分中，作為所述外壁的一部分形成有圓盤狀噴盤14，所述噴盤14由通過HIP法形成的致密的Al2O3形成，并具有多個噴嘴開口部分14A。所述通過HIP法形成的Al2O3噴盤14在形成時使用Y2O3作為燒結(jié)助劑，氣孔率為0.03％以下實際上不含氣孔或氣泡，達到30W/m·K，作為陶瓷具有非常大的熱傳導(dǎo)率。
所述噴盤14通過密封圈11s安裝在所述處理容器11上，另外在所述噴盤14上通過密封圈11t還設(shè)有由通過相同的HIP處理而形成的致密的Al2O3制成的蓋板15。在所述噴盤14的與所述蓋板15相連的一側(cè)上形成有與每個所述噴嘴開口部分14A連通而形成等離子氣體通路的凹入部分14B，所述凹入部分14B形成在所述噴盤14的內(nèi)部，與連通形成在所述處理容器11的外壁上的等離子氣體入11p的其他等離子氣體通路14C相連通。
形成在所述處理容器11內(nèi)壁上的突出部分11b支承所述噴盤14，其中，所述突出部分11b的支承所述噴盤14的部分構(gòu)成圓形，以便抑制異常放電。
因此，在供給到所述等離子體入口11p中的Ar或Kr等的等離子氣體順次通過所述噴盤14內(nèi)部的通路14C及14B后，通過所述開口部分14A被均勻地供給到所述噴盤14正下方的空間11B中。
在所述蓋板15上，設(shè)置有徑向線縫隙天線20，其由以下部分構(gòu)成與所述蓋板15緊密連接且形成了如圖3B所述的多個縫隙16a、16b的圓盤狀縫隙板16，支承所述縫隙板16的圓盤狀天線主體17，以及夾在所述縫隙板16與所述天線主體17之間的由Al2O3、Si3N4、SiON或SiO2等低損耗電介質(zhì)材料組成的滯相板18。所述徑向線縫隙天線20通過密封圈11u安裝在所述處理容器11上，所述徑向線縫隙天線20中通過具有矩形或者圓形截面的同軸導(dǎo)波管21由外部微波源(圖中未示出)供給頻率為2.45GHz或8.3GHz的微波。供給的微波從所述縫隙板16上的縫隙16a、16b通過所述蓋板15及噴盤14向所述處理容器11中發(fā)射，在所述噴盤14正下方的空間11B中，在從所述開口部分14A供給的等離子氣體中激發(fā)等離子體。其中，所述蓋板15及噴盤14由Al2O3形成，作為高效的微波透過窗起作用。此時，由于在所述等離子體通路14A～14C中避免了等離子體激發(fā)，所述等離子氣體在所述通路14A～14C中保持在約6666Pa～13332Pa(約50～100Torr)的壓力上。
為提高所述徑向線縫隙天線20與所述蓋板15的密封性，在本實施例的微波等離子體處理裝置10中，在與所述縫隙板16相結(jié)合的所述處理容器11上面的一部分中形成有環(huán)狀的槽11g，通過與所述槽11g連通的排氣口11G排出所述槽11g內(nèi)的氣體，由此，使所述縫隙板16與所述蓋板15間的縫隙空間壓力減小，通過大氣壓力能夠切實地將所述徑向線縫隙天線20壓緊在所述蓋板15上。在所述縫隙空間中，含有形成在所述縫隙板16上的縫隙16a、16b，但是除此之外也有由于蓋板15表面的微小的凹凸等各種原因而形成的縫隙空間。所述縫隙空間通過所述徑向線縫隙天線20與處理容器11之間的密封圈11u被密封。
另外通過所述排氣口11G及槽15g向所述縫隙板16與所述蓋板15之間的縫隙空間中充填分子量小的惰性氣體，可以促進從所述蓋板15向所述縫隙板16傳輸熱量。作為所述惰性氣體，最好使用熱傳導(dǎo)率大且離子化能量高的He。在向所述縫隙空間充填He的時候，最好將壓力設(shè)定在0.8個大氣壓左右。在圖3的結(jié)構(gòu)中，為了排出所述槽15g的氣體及向槽15g充填惰性氣體，在所述排氣口11G上連接有閥門11V。
在所述同軸導(dǎo)波管21A內(nèi)，外側(cè)的導(dǎo)波管21A連接在所述圓盤狀的天線主體17上，中心導(dǎo)體21B通過在所述滯波板18上形成的開口部分與所述縫隙板16連接。因此，供給到同軸導(dǎo)波管21A中的微波，一邊在所述天線主體17與縫隙板16之間沿徑向行進，一邊通過所述縫隙16a、16b被發(fā)射出去。
圖2B是形成在所述縫隙板16上的縫隙16a、16b的示意圖。
參照圖2B，所述縫隙16a呈同心圓狀排列，與每個縫隙16a相對應(yīng)，并與其垂直的縫隙16b同樣形成同心圓形狀。所述縫隙16a、16b在所述縫隙板16的半徑方向上，以與被所述滯相板18壓縮的微波的波長相對應(yīng)的間隔形成，其結(jié)果，微波從所述縫隙板16大體成平面波發(fā)射。此時，由于所述縫隙16a及16b以相互正交的關(guān)系來形成，因而這樣發(fā)射的微波形成含有兩個正交的偏波成分的圓偏振波。
在本實施例的等離子體處理裝置10中，所述噴盤14的與所述被處理基片12相對側(cè)的表面形成有凹面形狀的彎曲面，其結(jié)果是，所述噴盤14和與所述被處理基片12的表面一致的平面之間的間隔D沿所述噴盤14的半徑方向向外平滑減少。即所述凹面形狀被軸對稱的曲面隔斷形成，由于所述間隔D在所述被處理基片12的周圍部分中減小，所述被處理基片周圍部分中的等離子體密度降低的問題得到解決。
由此，在所述等離子體處理裝置10中，即使需要在低壓環(huán)境下進行干蝕刻等等離子體處理，等離子體密度也不會降低到截止密度以下，等離子體維持穩(wěn)定，從而，可以避免產(chǎn)生被處理基片12周圍部分中的等離子體的消失或微波導(dǎo)致的基片損傷、或者處理速度的降低等問題。
另外在圖2A的等離子體處理裝置10中，在所述天線主體17上形成有形成了冷卻水通路19A的冷卻塊19，通過所述冷卻水通路19A中的冷卻水冷卻所述冷卻塊19，通過所述徑向線縫隙天線20吸收蓄積在所述噴盤14中的熱量。所述冷卻水通路19A在所述冷卻塊19上形成為螺旋狀，最好通過吹入H2氣體以冒泡(bubbling)方式除去溶解的氧并且通入控制了氧化還原電位的冷卻水。
此外，在圖2A的微波等離子體處理裝置10中，所述處理容器11中，在所述噴盤14與所述支承臺13上的被處理基片12之間，設(shè)置有處理氣體供給結(jié)構(gòu)31，該結(jié)構(gòu)具有柵格形狀的處理氣體通路31A，該通路從設(shè)置在所述處理容器11外壁上的處理氣體注入口11供給處理氣體并將之從多個處理氣體噴嘴開口部分31B(參照圖3)排出，在所述處理氣體供給結(jié)構(gòu)31與所述被處理基片12之間的空間11C中，進行期望的均勻的基片處理。在所述基片處理中，包括等離子體氧化處理、等離子體氮化處理、等離子體氮氧化處理、等離子體CVD處理等。此外，從所述處理氣體供給結(jié)構(gòu)31向所述空間11C中供給C4F8、C5F8或C4F6等易分解的碳氟化合物氣體，或F系或Cl系等蝕刻氣體，通過從高頻電源13A向所述支承臺13施加高頻電壓，能夠?qū)λ鎏幚砘?2進行活性離子蝕刻。
在本實施例的微波等離子體處理裝置10中，通過將所述處理容器11的外壁加熱到150℃左右的溫度，可避免反應(yīng)副產(chǎn)物向處理容器內(nèi)壁上附著，通過進行一天一次左右的干洗，可以正常、穩(wěn)定地工作。
圖4是圖2A結(jié)構(gòu)的處理氣體供給結(jié)構(gòu)31的結(jié)構(gòu)的底面示意圖。
參照圖4，所述處理氣體供給結(jié)構(gòu)31由電導(dǎo)體構(gòu)成，所述電導(dǎo)體例如是含有Mg的Al合金或添加Al的不銹鋼等，所述柵格形狀的處理氣體通路31A與向所述處理氣體注入口11r供給處理氣體的供給口31R相連，從在下表面形成的多個處理氣體噴嘴開口部分31B向所述空間11C均勻地排出處理氣體。此外，在所述處理氣體供給結(jié)構(gòu)31中，在相連的處理氣體通路31A之間形成有使等離子體或包含在等離子體中的處理氣體通過的開口部分31C。在用含有Mg的Al合金形成所述處理氣體供給結(jié)構(gòu)31時，最好在其表面上形成氟化物膜。此外在用添加了Al的不銹鋼形成所述處理氣體供給結(jié)構(gòu)時，最好在表面上形成氧化鋁的鈍化膜。在本發(fā)明的等離子體處理裝置10中，由于被激發(fā)的等離子體中被激發(fā)的電子溫度低因而等離子體的入射能量小，避免了所述處理氣體供給結(jié)構(gòu)31飛濺而在被處理基片12上產(chǎn)生金屬污染的問題。所述處理氣體供給結(jié)構(gòu)31也可以由礬土等陶瓷來形成。
所述柵格形狀的處理氣體通路31A及處理氣體噴嘴開口部分31B設(shè)計得覆蓋著比圖4中虛線所示的被處理基片12大得多的區(qū)域。通過將所述處理氣體供給結(jié)構(gòu)31設(shè)置在所述噴盤14與被處理基片12之間，能夠等離子體激發(fā)原料氣體或蝕刻氣體等處理氣體，由所述等離子體激發(fā)的處理氣體進行均勻地處理。
在所述處理氣體供給結(jié)構(gòu)31由金屬等導(dǎo)體形成時，通過將所述柵格狀處理氣體通路31A相互的間隔設(shè)定得比所述微波的波長短，所述處理氣體供給結(jié)構(gòu)31形成微波的短路面(短絡(luò)面)。此時等離子體的微波激發(fā)不僅在所述空間11B中產(chǎn)生，在包含被處理基片12表面的空間11C中，處理氣體也被從所述激發(fā)空間11B擴散來的等離子體激活。
在本實施例的微波等離子體處理裝置10中，通過使用處理氣體供給結(jié)構(gòu)31均勻地控制處理氣體的供給，可以解決處理氣體在被處理基片12上過度分解的問題，即使在被處理基片12的表面上形成有縱橫比大的結(jié)構(gòu)的情形下，也能夠在所述高縱橫比結(jié)構(gòu)的里面實施期望的基片處理。即，微波等離子體處理裝置10對設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)不同的不同時期的半導(dǎo)體器件的制造有效。
在圖5的微波等離子體處理裝置10B中，通過從所述處理氣體供給結(jié)構(gòu)13導(dǎo)入各種氧化氣體或氮化氣體、原料氣體或蝕刻氣體，即使所述被處理基片12為大口徑基片時，也能夠在被處理基片12表面的整個面上以低溫、均勻地堆積各種高質(zhì)膜，或均勻地蝕刻所述表面。
圖4是所述噴盤14的各種變形例的噴盤141～144的結(jié)構(gòu)示意圖。
參照圖4，所述噴盤141在被處理基片12的對面?zhèn)染哂袌A錐形狀的凹面，與此相對，可知所述噴盤142具有截錐形的凹面。另外在所述噴盤143中圓形的凹入部分形成有臺階形狀，所述噴盤144中形成有多個臺階形狀的凹入部分。這些凹入部分任何一個都相對于所述噴盤的中心軸對稱地形成，通過所述中心軸的旋轉(zhuǎn)保證進行均勻的處理。
(第二實施例)圖5是本發(fā)明第二實施例的等離子體處理裝置10A的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖5中，在先前說明過的部分上標(biāo)注了相同的標(biāo)號，并省略了其說明。
參照圖5，等離子體處理裝置10A與所述等離子體處理裝置10具有類似的結(jié)構(gòu)，所述被處理基片12與噴盤14之間的間隔D在所述噴盤14的半徑方向上向外方減小，但是在所述等離子體處理裝置10A中除去了所述處理氣體供給部分13。
在所述結(jié)構(gòu)的等離子體處理裝置10B中，由于省略了所述下層噴盤31，因而不能供給除等離子氣體之外的處理氣體進行成膜或蝕刻處理，但是通過從所述噴盤14在供給等離子氣體的同時供給氧化氣體或氮化氣體，可以在被處理基片表面上形成氧化膜、氮化膜或氮氧化膜。在本實施例的等離子體處理裝置10A中，能夠簡化結(jié)構(gòu)，大大降低制造費用。
在本實施例中，由于所述間隔D在被處理基片12的周圍部分中減小，因此補償了被處理基片12周圍部分的等離子體密度的降低，等離子體維持穩(wěn)定，可以避免被處理基片12周圍部分中等離子體的消失或微波導(dǎo)致的基片損傷、或者處理速度降低等問題。
在圖5的等離子體處理裝置10A中，即使所述被處理基片為大口徑基片，也能夠以低溫、高效地、并且均勻地、以低費用進行被處理基片12的氧化處理或氮化處理、氮氧化處理等。
在本實施例中，也能夠代替所述噴盤14而使用圖4中說明的噴盤141～143。
(第三實施例)
圖6是本發(fā)明第三實施例的等離子體處理裝置10B的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，圖6在先前說明過的部分上標(biāo)注了相同的標(biāo)號，并省略了其說明。
參照圖6，在本實施例中，代替所述噴盤14使用了由燒結(jié)氧化鋁等多孔質(zhì)的陶瓷制成的噴盤14。
在所述噴盤14P中雖然沒有形成如噴盤14中的噴盤14的噴嘴開口部分14A，但是形成有與等離子氣體供給口11P相連的等離子氣體供給通路14C及14B，從而，所供給的等離子氣體從所述等離子氣體通路14B通過所述多孔質(zhì)噴盤14中的氣孔，均勻地排出到所述空間11B。
在本實施例中，所述噴盤14P的下表面形成了軸對稱的凹面，所述下表面與被處理基片12的表面之間的間隔D向著被處理基片12的周圍部分減小。由此，在圖6的結(jié)構(gòu)中補償了所述被處理基片12周圍部分中等離子體密度的降低，等離子體維持穩(wěn)定，可以避免被處理基片12周圍部分中的等離子體消失或微波導(dǎo)致的損傷，或者處理速度降低等問題。
在圖6的等離子體處理裝置10B中，通過從所述處理氣體供給結(jié)構(gòu)13導(dǎo)入各種氧化氣體或氮化氣體、原料氣體或蝕刻氣體，能夠在所述被處理基片12表面的整個面上以低溫、均勻地堆積各種高質(zhì)膜，或者均勻地蝕刻所述表面。
在本實施例中，作為所述多孔質(zhì)噴盤14P的凹面，也可以形成圖4所示的各種凹面。
(第四實施例)圖7是本發(fā)明第四實施例的等離子體處理裝置10C的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，圖7在先前說明過的部分上標(biāo)注了相同的標(biāo)號，并省略了其說明。
參照圖7，本實施例的等離子體處理裝置10C具有與先前的等離子體處理裝置10B相同的結(jié)構(gòu)，但是去除了所述下段噴盤31。此外，支承所述噴盤14的所述突出部分11b的整個面形成有圓形。
在所述結(jié)構(gòu)的等離子體處理裝置10C中，由于省略了所述下段噴盤31所以不能供給除等離子氣體之外的處理氣體以進行成膜或蝕刻，但是通過在從所述噴盤14供給等離子氣體的同時供給氧化氣體或氮化氣體，可以在被處理基片表面上形成氧化膜、氮化膜或氮氧化膜。
在本實施例中，所述噴盤14P的下表面形成了軸對稱的凹面，所述下表面與被處理基片12的表面之間的間隔D向著被處理基片12的周圍部分減小。由此，在圖7的結(jié)構(gòu)中補償了所述被處理基片12周圍部分中等離子體密度的降低，等離子體維持穩(wěn)定，可以避免被處理基片12周圍部分中的等離子體消失或微波導(dǎo)致的損傷，或者處理速度的降低等問題。
在圖7的等離子體處理裝置10C中，即使所述被處理基片為大口徑基片，也能夠以低溫、高效地、并且均勻地、以低費用進行被處理基片12的氧化處理或氮化處理、氮氧化處理等。
在本實施例中，作為所述多孔質(zhì)噴盤14P的凹面，也可以形成圖4所示的各種凹面。
(第五實施例)圖8是本發(fā)明第四實施例的等離子體處理裝置10D的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，圖8在先前說明過的部分上標(biāo)注了相同的標(biāo)號，并省略了其說明。
參照圖8，實施例中去除了圖6的實施例中的多孔質(zhì)噴盤14P及蓋板15，取而代之的是在所述被處理基片12的對面?zhèn)仍O(shè)置了由致密的陶瓷形成的微波透過窗14Q。所述微波透過窗14可以由介電損耗小的材料，例如HIP處理過的礬土等來形成。
在圖8的結(jié)構(gòu)中，所述微波透過窗14Q發(fā)揮所述蓋板15的功能，但是不形成圖6的實施例中的等離子氣體通路14C或與此連通的開口部分14A，另外在處理容器11的外壁上，形成了由管11P構(gòu)成的等離子氣體導(dǎo)入部分。此外在所述微波透過窗14Q上緊連著設(shè)置有徑向線縫隙天線20。所述等離子氣體導(dǎo)入管11P最好對稱地設(shè)置在所述被處理基片12的周圍。
在所述結(jié)構(gòu)中，所述微波透過窗14Q的下表面形成了軸對稱的凹面，所述下面與被處理基片12的表面之間的間隔D向被處理基片12的周圍部分減小。由此，在圖8的結(jié)構(gòu)中補償了所述被處理基片12的周圍部分中的等離子體密度的降低，等離子體維持穩(wěn)定，可以避免被處理基片12周圍部分中的等離子體的消失或微波導(dǎo)致的基片損傷、或者處理速度降低等問題。
在圖8的等離子體處理裝置10D中，即使所述被處理基片為大口徑基片，也能夠以低溫、高效地、并且均勻地、以低費用進行被處理基片12的氧化處理或氮化處理、氮氧化處理等。
在本實施例的等離子體透過窗中，也可以使用圖4所示的各種凹面。
(第六實施例)圖9是本發(fā)明第六實施例的等離子體處理裝置10E的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，圖9在先前說明過的部分上標(biāo)注了相同的標(biāo)號，并省略了其說明。
參照圖9，本實施例的等離子體處理裝置10E具有與先前的等離子體處理裝置10D類似的結(jié)構(gòu)，但是除去了所述處理氣體供給結(jié)構(gòu)31。
根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，通過由所述等離子氣體導(dǎo)入管11P供給Kr或Ar等惰性氣體、O2等氧化性氣體、NH3氣或N2與H2的混合氣體等氮化性氣體，可以在所述被處理基片12的表面上以低溫、高效地形成高質(zhì)量的氧化膜、氮化膜或氮氧化膜。
在此情況下，在本實施例中由于所述微波透過窗14Q的下表面與被處理基片12之間的間隔D向所述被處理基片12的周圍部分減小，因而在被處理基片12周圍部分中確保足夠的等離子體密度，均勻地進行所述被處理基片12的處理。
本實施例的微波透過窗14Q中，也可以使用圖4所示的各種凹面。
(第七實施例)圖10是本發(fā)明第七實施例的等離子體處理裝置10F的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，圖10在先前說明過的部分上標(biāo)注了相同的標(biāo)號，并省略了其說明。
參照圖10，在本實施例中采用了厚度均勻的電介質(zhì)窗14Q’代替所述電介質(zhì)窗14Q。
在所述電介質(zhì)窗14Q’中，與形成凹面的下表面相對應(yīng)，上表面形成凸面。因此在圖10的等離子體處理裝置10中，代替平坦的所述徑向線縫隙天線20使用了具有與所述凸面相對應(yīng)的凹面的徑向線縫隙天線20’。即，所述徑向線縫隙天線20’具有形成凹面的縫隙板16’，在所述縫隙板16’上通過中間彎曲的滯相板18’安裝有形成凹面的天線主體17’。
在所述結(jié)構(gòu)的等離子體處理裝置10F中，也可以補償所述被處理基片12的周圍部分中的等離子體密度的降低，通過由所述處理氣體供給部分31供給各種處理氣體，能夠覆蓋被處理基片12整個面，均勻、穩(wěn)定地進行氧化或氮化、氮氧化、還有各種層的堆積以及蝕刻等各種等離子體處理。
(第八實施例)圖11是本發(fā)明第八實施例的等離子體處理裝置10G的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，圖11在先前說明過的部分上標(biāo)注了相同的標(biāo)號，并省略了其說明。
參照圖11，本實施例的等離子體處理裝置10G具有與先前實施例的等離子體處理裝置10F相同的結(jié)構(gòu)，但是在本實施例中除去了所述處理氣體供給部分31。
在所述結(jié)構(gòu)的等離子體處理裝置中，也可以補償所述被處理基片12的周圍部分中的等離子體密度的降低，能夠覆蓋被處理基片12整個面，穩(wěn)定地進行氧化、氮化、氮氧化等均勻的等離子體處理。
本發(fā)明并不局限于所述特定的實施例，只要不脫離在權(quán)利要求的范圍內(nèi)記載的本發(fā)明的要點，可以進行各種變形或改變。
工業(yè)實用性根據(jù)本發(fā)明，可以補償被處理基片的周圍部分中的等離子體密度的降低，即使在低壓處理中也能夠維持等離子體，進行穩(wěn)定的等離子體處理。
權(quán)利要求
1.一種等離子體處理裝置，其特征在于，所述等離子體處理裝置由以下部分構(gòu)成處理容器，由外壁圍成，具有支承被處理基片的支承臺；排氣系統(tǒng)，與所述處理容器結(jié)合；微波透過窗，作為所述外壁的一部分設(shè)置在所述處理容器上，并與所述支承臺上的被處理基片相對；等離子氣體供給部分，用于向所述處理容器供給等離子氣體；微波天線，對應(yīng)于所述微波設(shè)置在所述處理容器上；其中，所述微波透過窗的正對所述被處理基片一側(cè)的內(nèi)表面成凹面形狀，從而，與所述被處理基片表面一致的平面和所述內(nèi)表面之間的間隔沿所述微波透過窗的徑向向外減小。
2.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述間隔沿所述微波透過窗的徑向向外連續(xù)減小。
3.如權(quán)利要求2所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述間隔沿所述微波透過窗的徑向向外平滑減小。
4.如權(quán)利要求2所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述間隔沿所述微波透過窗的徑向向外線性減小。
5.如權(quán)利要求2所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述間隔沿所述微波透過窗的徑向向外非線性地減小。
6.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述間隔沿所述微波透過窗的徑向向外呈階梯狀減小。
7.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述間隔只在所述微波透過窗的周圍部分沿所述微波透過窗的徑向向外減小。
8.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述微波透過窗的與所述內(nèi)表面相對的外表面由平坦面構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述微波透過窗構(gòu)成所述等離子氣體供給部分，所述等離子氣體供給部分內(nèi)部具有等離子氣體通路，向所述處理容器排出等離子氣體。
10.如權(quán)利要求9所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述微波透過窗具有多個與所述等離子氣體通路連通的開口部分。
11.如權(quán)利要求10所述的等離子體處理裝置，其特征在于，微波透過窗由如下部分構(gòu)成蓋板，構(gòu)成所述處理容器外壁的一部分；及噴盤，與所述蓋板緊密連接，具有與所述等離子氣體通路連通的多個開口部分。
12.如權(quán)利要求10所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述微波透過窗由致密的陶瓷形成。
13.如權(quán)利要求9所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述微波透過窗由多孔介質(zhì)形成。
14.如權(quán)利要求9所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述微波透過窗由如下部分構(gòu)成蓋板，構(gòu)成所述處理容器的一部分；及噴盤，由與所述蓋板緊密連接的多孔介質(zhì)構(gòu)成。
15.如權(quán)利要求13所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述多孔介質(zhì)由燒結(jié)陶瓷形成。
16.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述等離子氣體供給部分由形成在所述處理容器外壁上的、可與等離子氣體源相連的管構(gòu)成。
17.如權(quán)利要求16所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述微波透過窗由致密的陶瓷形成。
18.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于，在所述被處理基片與所述等離子氣體源之間，還設(shè)有處理氣體供給部分。
19.如權(quán)利要求18所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述處理氣體供給部分具有使等離子體通過的等離子體通路、可與處理氣體源相連的處理氣體通路、以及與所述處理氣體通路連通的多個噴嘴開口部分。
20.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于，還包含與所述支承臺連接的高頻電源。
21.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述微波天線由徑向線縫隙天線構(gòu)成。
全文摘要
在微波等離子體處理裝置中，通過使正對被處理基片的噴盤或等離子體透過窗的、正對所述被處理基片的一側(cè)成凹面狀，來補償被處理基片周圍部分中的等離子體密度的降低。其結(jié)果，即使在進行蝕刻等低壓下的等離子體處理時，也能在被處理基片表面附近維持穩(wěn)定均勻的等離子體。此外，通過所述結(jié)構(gòu)，還可以促進等離子體的點火。
文檔編號B01J19/08GK1509496SQ02807490
公開日2004年6月30日 申請日期2002年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月28日
發(fā)明者大見忠弘, 平山昌樹, 須川成利, 后藤哲也, 也, 利, 樹 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社, 大見忠弘