專利名稱：等離子體處理裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及一種等離子體處理裝置，尤其涉及一種微波等離子體處理裝置。
等離子體處理工序和等離子體處理裝置對于近年來具有所謂稱為超亞微元件(deep submicron)或超亞四分之一微元件(deep subquartermicron)的接近0.1微米或小于0.1微米柵極長度的的超細微化半導體器件的制造或包含液晶顯示裝置的高清晰度平面顯示裝置的制造而言，是不可或缺的技術。
作為用于制造半導體器件或液晶顯示裝置的等離子體處理裝置，目前使用各種各樣的等離子體激發(fā)方式，但通常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。但是，這些現有的等離子體處理裝置的等離子體形成不均勻，限定電子密度高的區(qū)域，所以存在難以大的處理速度、即生產量在被處理基板整體表面附近進行均勻加工的問題。該問題特別是在處理大直徑基板的情況下變得嚴重。另外，在這些現有等離子體處理裝置中，因為電子溫度高，所以對被處理基板中形成的半導體元件產生損害，另外，還存在因處理室壁的濺射引起的金屬污染大等幾個本質問題。因此，用現有的等離子體處理裝置，難以滿足對提高半導體器件或液晶顯示裝置更細微化和更高生產率的嚴格要求。
另一方面，目前提議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，提議如下結構的等離子體處理裝置從具有排列成產生均勻微波的多個槽的平面形天線(放射線槽天線)向處理容器內放射微波，由該微波電場電離真空容器內的氣體來激發(fā)等離子體。例如參照特開平9-63793公報。由這種方法激發(fā)的微波等離子體可在天線正下方的整個寬區(qū)域內實現高的等離子體密度，可在短時間內進行均勻的等離子體處理。另外，由這種方法形成的微波等離子體是通過微波激發(fā)等離子體，所以電子溫度低，可避免被處理基板的損害或金屬污染。并且在大面積基板上容易激發(fā)均勻的等離子體，所以也可容易地適合于使用大口徑半導體基板的半導體器件的制造工序或大型液晶顯示裝置的制造。
參照

圖1A，微波等離子體處理裝置100具有從多個排氣端口116排氣的處理室101，在上述處理室101中形成保持被處理基板114的保持臺115。為了實現上述處理室101的均勻排氣，在上述保持臺115周圍形成環(huán)形的空間101A，通過等間隔地、即對于被處理基板軸對稱地形成上述多個排氣端口116，與上述空間101A連通，上述處理室101可通過上述空間101A和排氣端口116均勻排氣。
在上述處理室101上，在對應于上述保持臺115上的被處理基板114的位置上，通過密封圈109形成作為上述處理室101部分外壁、由低損耗電介質構成、形成多個開口部107的板形澆淋板103，并在上述澆淋板103的外側也同樣通過其它密封圈108來設置由低損耗電介質構成的蓋板102。
在上述澆淋板103中，在其上面形成等離子氣體的通路104，形成上述多個開口部107的每一個都與上述等離子體氣體通路104連通。并且，在上述澆淋板103的內部形成與設置在上述處理容器101外壁上的等離子體氣體供給端口105連通的等離子體氣體供給通路108，從上述供給通路108通過上述通路104向上述開口部107供給向上述等離子體氣體供給端口105供給的Ar或Kr等的等離子體氣體，以實質上一樣的濃度從上述開口部107向上述處理容器101內部的上述澆淋板103正下方的空間101B排出。
在上述處理容器101上，還在上述蓋板102的外側，距上述蓋板102 4～5mm設置具有圖1B所示的輻射面的放射線槽天線110。上述放射線槽天線110通過同軸波導管110A連接于外部微波源(未圖示)，通過來自上述微波源的微波，激發(fā)向上述空間101B排放的等離子體氣體。由大氣來填充上述蓋板102和放射線槽天線110的輻射面之間的間隙。
上述放射線槽天線110由連接于上述同軸波導管110A的外側波導管上的平坦盤形天線主體110B、和形成于上述天線主體110B的開口部中、形成圖1B所示的多個槽110a和與其垂直的多個槽110b的放射板110C構成，在上述天線主體110B和上述放射板110C之間插入由一定厚度的電介質膜構成的滯相板110D。
在這種結構的放射線槽天線110中，從上述同軸波導管110供電的微波在上述盤形天線主體110B和放射板110C之間一邊沿半徑方向變寬一邊前進，此時，由于上述滯相板110D的作用而壓縮波長。因此，對應于在半徑方向上前進的微波波長，上述槽110a和110b形成為同心圓形，并彼此垂直，從而可沿實質垂直于上述放射板110C的方向放射具有圓偏振波的平面波。
通過使用這種放射線槽天線110，在上述澆淋板103正下方的空間101B中形成均勻的高密度等離子體。如此形成的高密度等離子體的電子溫度低，因此，不會對被處理基板114產生損害，另外，也不會產生源于處理容器101器壁濺射的金屬污染。
圖1的等離子體處理裝置100還在上述處理容器101中形成導體結構物111，該導體結構物111在上述澆淋板103和被處理基板114之間形成從外部處理氣體源(未圖示)通過形成于上述處理容器101中的處理氣體通路112供給處理氣體的多個噴嘴113，上述各噴嘴113將供給的處理氣體排放到上述導體結構物111和被處理基板114之間的空間101C中。在上述導體結構物111中，在上述相鄰的噴嘴113和113之間形成通過從上述空間101B擴散到上述空間101C來使上述空間101B中形成的等離子體有效通過的大的開口部。
因此，在從上述導體結構物111通過上述噴嘴113向上述空間101C排放處理氣體的情況下，由上述空間101B中形成的高密度等離子體激發(fā)排放出的處理氣體，在上述被處理基板114上有效、高速、且不損害基板和基板上元件結構、另外不污染基板地進行一樣的等離子體處理。另一方面，由這種導體結構物111阻止了從上述放射線槽天線110放射出的微波，不會損害被處理基板114。
然而，在圖1的等離子體處理裝置100中，需要高效地向上述放射線槽天線110供給由未圖示的微波源形成的大功率微波。
通常，在微波天線和與其協作的波導管之間，例如為了無損耗地向波導管中注入由微波天線接收的微弱微波信號，設置阻抗匹配結構。另一方面，在圖1的等離子體處理裝置100中使用的放射線槽天線110中，不僅從波導管向天線供給大功率的微波，而且供給的微波還以與處理容器101中形成的等離子體反射形成的反射波在上述天線110和波導管中重疊的狀態(tài)存在，所以一旦上述天線主體110與波導管之間的阻抗匹配不適合，則在上述等離子體處理裝置110的運行中，存在上述放射線槽天線110或同軸波導管中產生異常放電的問題。因此，使波導管和天線主體110連接的供電部中的阻抗匹配比通常天線的情況下更重要。
本發(fā)明的更具體的目的在于提供一種等離子體處理裝置，具有微波天線，通過從上述微波天線經微波透過窗供給至處理容器中的微波，在上述處理容器中形成等離子體，在上述等離子體中進行被處理基板的處理，其中，提高從微波波導管向上述微波天線的微波供電效率，并消除伴隨上述微波波導管與上述微波天線的連接部中的阻抗不匹配的異常放電的問題。
本發(fā)明的其它目的在于供給一種等離子體處理裝置，其特征在于由通過外壁圍成、并具備保持被處理基板的保持臺的處理容器；與上述處理容器連接的排氣系統；在上述處理容器上面對上述保持臺上的被處理基板設置的作為上述外壁一部分的微波透過窗；向上述處理容器中供給等離子體氣體的等離子體氣體供給部；在上述處理容器上對應于上述微波設置的微波天線；和與上述微波天線電連接的微波電源；構成，上述微波天線由連接于上述微波電源、由內側導體芯和包圍該內側導體芯的外側導體管構成的同軸波導管；以及設置在上述同軸波導管前端的天線主體；構成，上述天線主體由與上述微波透過窗連接并形成微波輻射面的第1導體面；以及隔著電介質板與上述第1導體面相對向、在上述電介質板的外周部與上述第1導體面連接的第2導體面；構成，上述內側導體芯通過第1連接部與上述第1導體面連接，上述外側導體管通過第2連接部與上述第2導體面連接，上述第1連接部形成上述內側導體芯的外徑向上述第1導體面增大的第1錐部，上述第2連接部形成上述外側導體管的內徑向上述第1導體面增大的第2錐部。
本發(fā)明的其它目的在于供給一種等離子體處理裝置，其特征在于由通過外壁圍成、并具備保持被處理基板的保持臺的處理容器；與上述處理容器連接的排氣系統；在上述處理容器上面對上述保持臺上的被處理基板設置的作為上述外壁一部分的微波透過窗；向上述處理容器中供給等離子體氣體的等離子體氣體供給部；在上述處理容器上對應于上述微波設置的微波天線；和與上述微波天線電連接的微波電源；構成，上述微波天線由連接于上述微波電源、由內側導體芯和包圍該內側導體芯的外側導體管構成的同軸波導管；以及設置在上述同軸波導管前端的天線主體；構成，上述天線主體由與上述微波透過窗連接并形成微波輻射面的第1導體面；以及隔著由第1電介質材料構成的電介質板與上述第1導體面相對向、在上述電介質板的外周部與上述第1導體面連接的第2導體面構成，上述內側導體芯通過第1連接部與上述第1導體面連接，上述外側導體管通過第2連接部與上述第2導體面連接，在上述內側導體芯和上述外側導體管之間的空間中，在上述第1端面上與上述電介質板相鄰地設置由第1端面和與上述第1端面相對向的第2端面圍成的電介質部件，上述電介質部件具有比上述電介質板的比介電常數小、比空氣大的比介電常數。
根據本發(fā)明，避免了連接于大輸出微波源的微波波導管與微波天線之間的連接部中的阻抗的突變，結果，有效抑制了該連接部中的反射波的形成。在抑制上述連接部中的反射波的同時，避免了該連接部中的異常放電和因異常放電引起的天線損害。另外，通過這種反射波的抑制，可穩(wěn)定地通過上述微波透過窗向上述處理容器中供給微波，并在上述處理容器中穩(wěn)定形成期望的等離子體。
從下面參照附圖進行的實施發(fā)明的優(yōu)選方式，可了解本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點。
圖15是表示本發(fā)明實施例3的微波等離子體處理裝置結構的圖；圖16是表示本發(fā)明實施例4的微波等離子體處理裝置結構的圖；圖17是表示本發(fā)明實施例5的微波等離子體處理裝置結構的圖；圖18是使用圖2A、2B的微波等離子體處理裝置的本發(fā)明實施例6的半導體制造裝置的結構圖；圖19是表示圖18A、18B的半導體制造裝置的排氣系統的結構圖；圖20是表示圖19的排氣系統中使用的螺旋槽分子泵的結構圖；圖21是表示圖19的排氣系統中使用的不等間距不等傾角螺旋泵的結構圖；圖22是表示圖19的處理單元中使用的氣體供給系統的結構圖；圖23是表示圖22的氣體供給系統中使用的流量控制裝置的結構圖。
(實施例1)圖2A、2B表示本發(fā)明實施例1的微波等離子體處理裝置10的結構。
參照圖2A，上述微波等離子體處理裝置10包括處理容器11；設置在上述處理容器11內、通過靜電吸盤保持被處理基板12、優(yōu)選由熱等向加壓法(HIP)形成的由AlN或Al2O3構成的保持臺13。在上述處理容器11內，在包圍上述保持臺13的空間11A中等間隔地、即相對于上述保持臺13上的被處理基板12以近乎軸對稱的關系在至少兩個部位、優(yōu)選三個以上部位上形成排氣端口11a。上述處理容器11借助于這種排氣端口11a通過后面說明的不等間距不等傾角螺旋泵等進行排氣、減壓。
上述處理容器11優(yōu)選由含有Al的奧氏體不銹鋼構成，在內壁面經氧化處理形成由氧化鋁構成的保持膜。另外，在上述處理容器11的外壁中，在對應于上述被處理基板12的部分中形成盤形的澆淋板14，作為上述外壁的一部分，該澆淋板14由通過HIP法形成的致密Al2O3構成，并形成多個噴嘴開口部14A。使用Y2O3作為燒結助劑來形成由這種HIP法形成的Al2O3澆淋板14，氣孔率在0.03％以下，實質上不包含氣孔或針孔，達到30W/m·K，作為陶瓷來說，具有非常大的熱傳導率。
上述澆淋板14通過密封圈11s安裝在上述處理容器11上，并且在上述澆淋板14上，通過密封圈11t來設置由經同樣的HIP處理形成的致密Al2O3構成的蓋板15。在上述澆淋板14的與上述蓋板15相連接一側形成與各上述噴嘴開口部14A連通、并構成等離子體氣體流路的凹部14B，上述凹部14B形成于上述澆淋板14的內部，連通于其它等離子體氣體流路14C，該等離子體氣體流路14C連通于在上述處理容器11外壁上形成的等離子體氣體入口11p。
由形成于上述處理容器11內壁的伸出部11b保持上述澆淋板14，在上述伸出部11b中，在保持上述澆淋板14的部分中形成圓形，以抑制異常放電。
于是，供給至上述等離子體氣體入口11p的Ar或Kr等的等離子體氣體依次通過上述澆淋板14內部的流路14C和14B后，一樣地通過上述開口部14A供給至上述澆淋板14正下方的空間11B中。
在上述蓋板15上設置放射線槽天線20，該天線由緊貼于上述蓋板15并形成圖3B所示的多個槽16a、16b的盤形槽板16；保持上述槽板16的盤形天線主體17；和夾持在上述槽板16和上述天線主體17之間、由Al2O3、SiO2或Si3N4等低損耗電介質材料構成的滯相板18構成。上述放射線槽天線20通過密封圈11u安裝在上述處理容器11上，通過具有矩形或圓形截面的同軸波導管21由外部微波源(未圖示)向上述放射線槽天線20供給頻率為2.45GHz或8.3GHz的微波。供給的微波從上述槽板16上的槽16a、16b通過上述蓋板15和澆淋板14放射到上述處理容器11中，在上述澆淋板14正下方的空間11B中，在從上述開口部14A供給的等離子體氣體中激發(fā)等離子體。此時，上述蓋板15和澆淋板14由Al2O3形成，用作有效的微波透過窗。此時，因為避免在上述等離子體氣體流路14A～14C中激發(fā)等離子體，所以上述等離子體氣體在上述流路14A～14C中可保持在約6666Pa～13332Pa(約50～100Torr)的壓力。
為了提高上述放射線槽天線20和上述蓋板15的密封性，在本實施例的微波等離子體處理裝置10中，在嵌合在上述槽板16的上述處理容器11上面的一部分上形成環(huán)形的槽11g，通過與其連通的排氣端口11G對槽11g進行排氣，使形成于上述槽板16和蓋板15之間的間隙減壓，可通過大氣壓將上述放射線槽天線20牢固地壓接在上述蓋板15上。在這種間隙中包含形成于上述槽板16中的槽16a、16b，但此外也可以由蓋板15表面的細微凹凸等各種理由形成間隙。通過上述放射線槽天線20和處理容器11之間的密封圈11u來密封這種間隙。
另外，通過上述排氣端口11G和槽15g，在上述槽板16和上述蓋板15之間的間隙中填充分子量小的惰性氣體，可促進熱從上述蓋板15向上述槽板16傳輸。作為這種惰性氣體，優(yōu)選使用熱傳導率大且離子化能量高的He。在向上述間隙中填充He的情況下，最佳設定在0.8氣壓左右的氣壓。在圖3的結構中，為了排氣上述螺旋槽15g和向螺旋槽15g填充惰性氣體，將真空管11V連接至上述排氣端口11G。
上述同軸波導管21A中，外側波導管21A連接于上述盤形天線主體17，中心導體21B通過形成于上述滯相板18中的開口部與上述槽板16連接。另外，供給至上述同軸波導管21A的微波一邊在上述天線主體17和槽板16之間沿徑向前進，一邊經上述槽16a、16b放射。
圖2B表示上述槽板16上形成的槽16a、16b。
參照圖2B，上述槽16a排列成同心圓形，對應于各個槽16a，與其平行的槽16b也同樣形成為同心圓形。上述槽16a、16b在上述槽板16的半徑方向上以對應于由上述滯相板18壓縮后的微波波長的間隔形成，結果，微波基本變成平面波后從上述槽板16放射。此時，因為上述槽16a和16b以彼此垂直的關系形成，所以放射出的微波形成包含兩個垂直偏波分量的圓偏振波。
另外，在圖2A的等離子體處理裝置10中，在上述天線主體17上形成冷卻塊19，冷卻塊19中形成有冷卻水通路19A，通過由上述冷卻水通路19A中的冷卻水來冷卻上述冷卻塊19，通過上述放射線槽天線20來吸收積蓄在上述澆淋板14中的熱量。上述冷卻水通路19A在上述冷卻塊19上形成為螺旋形，優(yōu)選通入利用沸騰H2氣體來排除溶解的氧、并控制氧化還原電位的冷卻水。
另外，在圖2A的微波等離子體處理裝置10中，上述處理容器11中在上述澆淋板14與上述保持臺13上的被處理基板12之間設置處理氣體供給機構31，該機構具有從設置在上述處理容器11外壁上的處理氣體注入口11r供給處理氣體、從多個處理氣體噴嘴開口部31B(參照圖4)排放處理氣體的格子形處理氣體通路31A，在上述處理氣體供給機構31和上述被處理基板12之間的空間11C中進行期望的均勻基板處理。在這種基板處理中包含等離子體氧化處理、等離子體氮化處理、等離子體氧氮化處理、等離子體CVD處理等。另外，從上述處理氣體供給機構31向上述空間11C供給C4F8、C5F8或C4F6等易離解的氟代烴氣體和F系或Cl系等蝕刻氣體，通過從高頻電源13A向上述保持臺13供給高頻電壓，可對上述被處理基板12進行反應性離子蝕刻。
在本實施例的微波等離子體處理裝置10中，通過將上述處理容器11的外壁加熱到150℃左右的溫度，可避免反應副生成物等粘附到處理容器內壁上，通過一天進行一次左右的干洗，可正常穩(wěn)定地運行。
然而，對于圖2A的等離子體處理裝置10，在將上述同軸波導管21連接到放射線槽天線20上的連接·供電部中，在上述中心導體21B中形成錐部21Bt，使上述中心導體21B的直徑或截面積朝向上述槽板16增大，另外，在上述外側波導管21A中也形成對應的錐部21At，使上述波導管21A的內徑朝向上述天線主體17增大。通過在上述天線連接·供電部中形成錐形結構，可緩和上述連接·供電部中的阻抗的突變，結果，可大大降低這種阻抗突變引起的反射波的形成。
圖3A是詳細表示圖2A的等離子體處理裝置10中上述同軸波導管21與上述放射線槽天線20的連接·微波供電部的結構的放大圖。為了簡單，省略上述槽板16中形成的槽16a、16b的圖示。
參照圖3A，上述內側導體21B具有直徑為16.9mm的圓形截面，在上述槽板16和天線主體17之間形成厚度為4mm、比介電常數ε為10.1的氧化鋁板。另一方面，上述外側波導管21A形成具有直徑為38.8mm的圓形截面的空間，上述內側導體21B配置在該圓形空間中。
此時，從圖3A可知，上述內側導體21B在距上述槽板16的接合面7mm范圍的接合部中，截面積朝向上述接合面增大，結果，上述內側導體21B在上述接合面中具有直徑為23mm的圓形。另外，對應于如此形成的錐面21Bt，在上述天線主體17中也形成從距上述內側導體21B與槽板16的接合面10mm(滯相板18的厚度4mm+天線主體17的厚度6mm＝10mm)位置開始的錐面21At。
圖4中，對于圖3A結構的放射線槽天線20與波導管21的組合，在將圖3A中的參數a設定為6.4mm時，求出在從上述波導管21向天線20供給微波的情況下，返回上述波導管21的反射波功率的比例。圖4中用◆表示上述反射波的比例。另外，在圖4中，用*表示圖3B所示的對圖3A結構中省略上述錐部21At和21Bt的結構求出的反射波功率比例。
參照圖4，圖中的反射波不僅包含來自上述波導管21與放射線槽天線20的連接部·供電部的反射波，還包含來自等離子體的反射波，但可知在圖3B的結構中，反射波的比例不管頻率如何都為-2dB左右，近80％的微波被反射，并返回到波導管21和與其連接的微波源。
與之相反，可知在圖3A的設置有錐面21At和21Bt的結構中，反射波的比例取決于微波的頻率，尤其是等離子體激發(fā)中使用的2.4GHz附近的頻率下，反射功率為-23dB(約14％)，為最小。
圖5表示，使用圖3A的天線結構，在圖2A的等離子體處理裝置10中，在將處理容器11中的內壓設定為133Pa(約1Torr)，從上述澆淋板14分別以690SCCM和23SCCM的流量供給Ar和O2，并以1.6kW的功率從上述波導管21向上述放射線槽天線20供給頻率為2.45GHz的微波時，通過上述波導管21與微波源之間設置的功率監(jiān)視器觀測到的微波反射系數。因此，圖5的反射系數不僅包含上述波導管21與天線20的連接部中的微波反射、還包含處理容器11中上述澆淋板14正下方形成的等離子體的反射效果。
參照圖5，可知在使用圖3B的連接部結構的情況下，反射波的比例為80％前后(反射系數0.8)時變動大，相反，在使用圖3A的結構的情況下，反射波的比例減少到約30％，并且基本一定。在前面的圖4中，當認為同軸波導管21與放射線槽天線20的連接部中的反射約為14％左右時，可知圖5中的約30％的反射系數包含來自等離子體的反射效果。
圖6是表示圖2A結構中處理氣體供給機構31的結構的仰視圖。
參照圖6，上述處理氣體供給機構31由例如含有Mg的Al合金或添加Al的不銹鋼等導電體構成，上述格子形處理氣體通路31A在處理氣體供給端口31R處連接于上述處理氣體注入口11r，從下面形成的多個處理氣體噴嘴開口部31B向上述空間11C均勻排放處理氣體。另外，在上述處理氣體供給機構31中形成使等離子體或等離子體中包含的處理氣體通過相鄰的處理氣體通路31A之間的開口部31C。在由含有Mg的Al合金形成上述處理氣體供給機構31的情況下，優(yōu)選在表面上形成氟化物膜。另外，在由添加Al的不銹鋼來形成上述處理氣體供給機構31的情況下，優(yōu)選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，因為激發(fā)的等離子體中的電子溫度低，所以等離子體的入射能量小，從而避免因濺射這種處理氣體供給機構31而對被處理基板12產生金屬污染的問題。也可由氧化鋁等陶瓷來形成上述處理氣體供給機構31。
上述格子形處理氣體通路31A和處理氣體噴嘴開口部31B設置成覆蓋比圖4中虛線所示的被處理基板12稍大的區(qū)域。通過在上述澆淋板14和被處理基板12之間設置這種處理氣體供給機構31，對上述處理氣體進行等離子體激發(fā)，由這種等離子體激發(fā)的處理氣體可進行均勻的處理。
在由金屬等導體形成上述處理氣體供給機構31的情況下，通過將上述格子形處理氣體通路31A的相互間隔設定得比上述微波的波長還短，上述處理氣體供給機構31形成微波的分流面(shunting plane)。此時，僅在上述空間11B中產生等離子體的微波激發(fā)，通過從上述激發(fā)空間11B擴散到包含上述被處理基板12表面的空間11C中的等離子體，激活處理氣體。另外，因為在等離子體點火時防止上述被處理基板12直接曝露出微波，所以還可防止微波對基板的損害。
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機構31來一樣地控制處理氣體的供給，所以可消除處理氣體對被處理基板12表面的過剩離解問題，即使在被處理基板12的表面上形成縱橫比較大的結構的情況下，也可將期望的基板處理執(zhí)行到這種高縱橫比結構的里面。即，微波等離子體處理裝置10在設計規(guī)則不同的多代半導體器件制造中有效。
圖7表示圖2A結構中的與同軸波導管21連接的微波源的示意結構。
參照圖7，上述同軸波導管從上述振蕩部25順序通過隔離體24、功率監(jiān)視器23和調諧器22連接于從具有在2.45GHz或8.3GHz下振蕩的磁控管25A的振蕩部25延伸的波導管端部，在將上述振蕩器25形成的微波供給至上述放射線槽天線20的同時，通過上述調諧器22進行阻抗調整，將從等離子體處理裝置10中形成的高密度等離子體反射的微波返回給上述放射線槽天線20。另外，上述隔離體24是具有方向性的要素，其作用在于保護上述振蕩器25中的磁控管25A不受反射波影響。
在本實施例的微波等離子體處理裝置10中，通過在上述同軸波導管21與放射線槽天線20的連接部或供電部形成錐部21At和21Bt，緩和這種連接部中阻抗的突變，結果，抑制了阻抗突變帶來的微波反射，另外，可穩(wěn)定地從上述同軸波導管21向天線20供給微波。
在本實施例的微波等離子體處理裝置10中，如圖8的變形例所示，可將上述錐面21At和21Bt分別替換成曲面21Ar和21Br。通過形成曲面，可進一步緩和了連接部的阻抗變化，從而進一步有效抑制反射波的形成。
在本實施例的微波等離子體處理裝置10中，曝露在源于等離子體的熱摩擦中的澆淋板14與冷卻部的距離，與圖1A、B所示的現有的微波等離子體處理裝置相比，大幅度縮短，結果，可在澆淋板和蓋板中使用Al2O3等適合作為微波透過窗的、介電損耗小且熱傳導率也小的材料來代替介電損耗大的AlN，在抑制澆淋板升溫的同時，可提高等離子體處理效率，從而提高處理速度。
另外，在本實施例的微波等離子體處理裝置10中，因為上述澆淋板14和與其相對的被處理基板12之間的間隔窄，所以含有上述空間11C中基板處理反應結果產生的反應生成物的氣體，形成流向上述外周部空間11A的穩(wěn)定氣流，結果，從上述空間11C中迅速去除上述反應生成物。此時，通過將上述處理容器11的外壁保持在150℃左右的溫度，可實質上完全去除粘附在處理容器11內壁上的上述反應生成物，上述處理裝置10可迅速進行后面的處理。
在本實施例中，雖然舉了特定尺寸的數值進行說明，但本發(fā)明不限于這些特定的數值。
(實施例2)圖9表示本發(fā)明實施例2的同軸波導管21與放射線槽天線20的連接部·供電部的結構。圖9中，對先前說明的部分標注相同的參照符號，省略說明。
參照圖9，構成上述同軸波導管21的外側波導管21A與上述放射線槽天線20的主體17直角連接，形成彎曲成直角的連接·供電部。另外，上述內側導體21B也與槽板16直角連接。
另一方面，在圖9的結構中，使用比介電常數大的Al2O3來作為上述滯相板18，并且，在上述外側波導管21A與內側導體21B之間，形成比介電常數較小的例如由SiO2構成的環(huán)形部件18A，使上述部件18A的一端與上述滯相板18接觸。
根據這種結構，在上述同軸波導管21與放射線槽天線20的連接部出現臺階形的阻抗變化，抑制反射波的發(fā)生。此時，可最佳確定上述部件18A的長度，使之與上述同軸波導管21和天線20構成天線結構的特性一致。
在圖9的實施例中，在上述環(huán)形部件18A中，與接觸上述滯相板18的第1側端面相對的第2側端面接觸空氣，但如圖10的變形例所示，與上述環(huán)形部件18A的上述第2端面接觸地設置由比介電常數較小的、例如特氟綸構成的其它環(huán)形部件18B，也可使連接部中的臺階形阻抗變化時的臺階數增大。
另外，如圖11的變形例所示，通過燒結介電常數不同的SiO2粒和Si3N4粒的混合物來構成上述環(huán)形部件18A，此時，也可控制上述環(huán)形部件18A中的SiO2和Si3N4的組成比中的混合比，其介電常數從上述第1端面向第2端面連續(xù)增大。
圖12表示本實施例其它變形例的同軸波導管21與放射線槽天線20的連接部的結構。圖12中，對先前說明的部分標注相同的參照符號，省略說明。
參照圖12，在本變形例中，構成為將上述環(huán)形部件18A的第2端面形成錐面，上述環(huán)形部件18A的壁厚朝向上述滯相板18直線增大。
在這種結構中，作為上述環(huán)形部件18A，在使用Al2O3等與上述滯相板18相同的材料時，上述連接·供電部的阻抗朝向放射線槽天線連續(xù)增大，抑制了阻抗突變引起的反射，實現了有效、穩(wěn)定的微波供給。
在圖12的結構中，如圖13的變形例所示，上述環(huán)形部件18A的錐面也可為彎曲面，對應于上述連接·供電部的特性，上述環(huán)形部件18A的壁厚非直線變化。例如，可使上述環(huán)形部件18A的壁厚指數函數地增大。
另外，如圖14所示，也可將圖9的環(huán)形部件18A組合成具有先前圖3A中說明的錐面21At和21Bt的結構。此時，上述環(huán)形部件18A不限于圖9所示的，也可組合圖9～13中的任一的結構。
(實施例3)圖15表示本發(fā)明實施例3的等離子體處理裝置10A的結構。圖15中，對先前說明的部分標注相同的參照符號，省略說明。
參照圖15，在等離子體處理裝置10A中，撤去了上述澆淋板14，代之以在上述處理容器11中優(yōu)選對稱地形成多個等離子體氣體供給管11p，與上述氣體通路11p連通。在本實施例的等離子體處理裝置10A中，簡化了結構，可大幅度地降低制造費用。
在這種結構的等離子體處理裝置10A中，通過在上述放射線槽天線20與同軸波導管21的連接·供電部中形成錐面21At、21Bt，抑制反射波，提高供電效率，抑制反射波引起的異常放電，穩(wěn)定形成等離子體。另外，在本實施例中，上述連接部的結構不限于圖3A所示的，也可使用圖8～14中的任一的結構。
(實施例4)圖16表示本發(fā)明實施例4的等離子體處理裝置10B的結構。圖16中，對先前說明的部分標注相同的參照符號，省略說明。
參照圖16，在本實施例的等離子體處理裝置10B中，撤去上述下段澆淋板31。另外，在保持上述澆淋板14的上述伸出部11b的整個面上形成為圓形。
在這種結構的等離子體處理裝置10B中，因為省略了上述下段澆淋板31，所以除等離子體氣體外，不能供給處理氣體來進行成膜或蝕刻，但通過從上述澆淋板14同時供給等離子體氣體和氧化氣體或氮化氣體，可在被處理基板表面上形成氧化膜、氮化膜或氧氮化膜。
在本實施例中，通過在上述同軸波導管21與放射線槽天線20的連接·供電部中形成錐面21At、21Bt，可抑制反射波，提高供電效率，抑制反射波引起的異常放電，穩(wěn)定形成等離子體。另外，在本實施例中，上述連接部的結構不限于圖3A所示的，也可使用圖8～14中的任一的結構。
(實施例5)另外，本發(fā)明的連接·供電結構不限于圖2A的等離子體處理裝置10或其變形例，也可適用于使用先前圖1A、1B說明的現有放射線槽天線的等離子體處理裝置100。
圖17表示使用本發(fā)明的連接·供電結構的本發(fā)明實施例5的等離子體處理裝置100A的結構。圖17中，對先前說明的部分標注相同的參照符號，省略說明。
參照圖17，等離子體處理裝置10A實質上具有與上述現有等離子體處理裝置100相同的結構，但可知在上述同軸波導管110A與放射線槽天線主體110B或槽板11D的連接部中形成與先前的錐面21At或21Bt相同的錐面。
在本實施例中，通過在上述同軸波導管110A與放射線槽天線的連接部中形成錐面，可抑制反射波，提高供電效率，抑制反射波引起的異常放電，穩(wěn)定形成等離子體。另外，在本實施例中，上述連接部的結構不限于圖3A所示的，也可使用圖8～14中的任一的結構。
(實施例6)圖18表示含有圖2A、B的微波等離子體處理裝置10的本發(fā)明實施例6的半導體制造裝置40的整體結構的剖面圖。
參照圖18，半導體制造裝置40包含設置了具有搬運臂415的自動裝置405的真空傳送室401，上述微波等離子體處理裝置10形成于該真空傳送室401的上面。此時，通過由波紋管410包圍的升降圓筒406升降自由地形成上述保持臺13。在上述保持臺13下降的狀態(tài)下，由上述搬運壁415裝卸被處理基板12，在上升的狀態(tài)下，通過密封件410A，與上述真空傳送室401隔斷，進行期望的基板處理。
另外，在上述真空傳送室410上，在其上面的不同部位形成具備保持被處理基板堆棧404的升降臺418的負載固定室402，上述負載固定室402在上述升降臺418上升的狀態(tài)下，通過密封件417，與真空傳送室401隔斷。另一方面，在上述升降臺418下降的狀態(tài)下，上述被處理基板堆棧404下降到真空傳送室401中，上述搬運臂415從上述被處理基板堆棧404拾取基板，或將處理完成的基板返回給被處理基板堆棧404。
在這種結構的半導體制造裝置40中，因為被處理基板出入微波等離子體處理裝置10不經過側壁面而在上下方向上完成，所以在處理容器11內軸對稱地形成等離子體，另外，因為從軸對稱地配置的多個排氣端口由多個泵執(zhí)行處理容器的排氣，所以保證均勻的等離子體處理。
圖19表示上述處理單元A的排氣系統的結構。
參照圖19，在上述處理單元A中，處理容器11的各個排氣端口11a連接于導管D1，由設置在上述導管D1中的、分別具有圖14A、14B所示結構的螺旋槽分子泵P1、P2進行排氣。上述螺旋槽分子泵P1、P2的排氣側連接在與上述半導體制造裝置40中其它處理單元B、C共同設置的排氣管D2上，并且上述排氣管D2通過中間增壓泵P3與其它同樣的半導體制造裝置連接到共同連接的排氣管D3上。
圖20A表示上述螺旋槽分子泵P1、P2的結構。
參照圖20A，螺旋槽分子泵具有圓筒形的主體51，在上述主體51的一端形成泵入口，在上述主體51底面附近的側壁面上形成泵出口。在主體51中，設置如圖20B所示的裝卸機52，在上述裝卸機52上形成不等間距不等傾角螺旋泵52A。不等間距不等傾角螺旋泵52A具有在泵入口側間距大、朝向出口側間距減小的結構，另外，與之對應，螺旋泵的傾角也從入口側朝向出口側緩慢減少。另外，泵室的體積也從入口側朝向出口側緩慢減少。
圖20A的螺旋槽分子泵還包含配置在上述裝卸機52內的馬達53、檢測上述裝卸機52角位置的角位置檢測器54、和與上述角位置檢測器54協作的磁鐵55，通過電磁機構56將上述裝卸機52賦勢至出口側。
這種螺旋槽分子泵具有簡單的結構，在從大氣壓到數mTorr的寬的壓力范圍內動作，消耗功率小，與現有的螺旋槽分子泵相比，可得到達到320mL/min的泵速。
圖21表示圖19結構中、用作使上述螺旋槽分子泵P1、P2排氣的中間增壓泵P3的不等間距不等傾角螺旋泵(GLSP)60的結構。
參照圖21，在上述不等間距不等傾角螺旋泵中，在一端形成入口61A、另一端形成出口63A、63B的泵主體61中，按各自的螺旋彼此嵌合的關系來設置分別如圖20B所示的螺旋泵間距從入口側向出口側緩慢變化的一對螺旋泵裝卸機62A、62B，由馬達64通過齒輪63A、63B來驅動裝卸機62A、62B。
這種結構的不等間距不等傾角螺旋泵60可在從常壓到10-4Torr的低壓的寬壓力范圍內工作，可實現達到2500L/min的非常大的流量。
另外，在圖19的結構中，經中間增壓泵P3由共同的增壓泵P4排除來自其它半導體制造裝置的排氣，可在最有效的工作壓力范圍內使上述增壓泵P4動作，可大幅度地降低消耗功率。
圖22表示圖18的半導體制造裝置40中與各個處理單元A～C協作的氣體供給系統的結構。
如前面所述，上述半導體制造裝置40通過將微波等離子體處理裝置10的處理容器11保持在150℃左右的溫度，抑制隨著基板處理產生的反應生成物的附著。即，圖19的處理單元具有不需要特別的清洗處理就能完成消除前一處理工序的記憶或履歷的特征。
因此，使用圖19的處理單元，可一邊切換等離子體氣體和/或處理氣體，一邊依次執(zhí)行不同的基板處理工序，因此，需要可迅速切換處理氣體的結構的氣體供給系統。
參照圖22，選自N2、Kr、Ar、H2、NF3、C4F8、CHF3、O2、CO、HBr、SiCl4等中的一或兩種氣體，通過第1和/或第2流量控制裝置FCS1和FSC2后，供給至與設置在上述處理容器11上的上述澆淋板14連通的等離子體氣體供給端口11p，另一方面，上述選自N2、Kr、Ar、H2、NF3、C4F8、CHF3、O2、CO、HBr、SiCl4等中的一或多種氣體，通過第3～第7流量控制裝置FCS3～FCS7后，供給至與上述處理氣體供給機構30連通的上述處理氣體供給端口11r。
此時，使用在直線形配管70上依次形成控制閥71、壓力計72、斷流閥73和節(jié)流裝置74結構的流量控制裝置，通過用上述壓力計72控制控制閥71，使上述節(jié)流裝置74下游側的壓力P2小于上述斷流閥73上游側壓力P1的一半(P1≥2P2)，可以以規(guī)定的流量瞬時供給處理氣體。這是因為在流量控制裝置內不存在不能控制流量的死角。
因此，通過在圖22的氣體供給系統中使用圖23的流量控制裝置，可對應于上述處理單元中的基板處理種類來瞬時切換等離子體氣體或處理氣體。
再有，在上述半導體制造裝置40中，除先前說明的等離子體處理裝置10外，還可使用變形例的等離子體處理裝置或其它實施例的等離子體處理裝置10A、10B。
本發(fā)明不限于上述特定實施例，在權利要求范圍中記載的本發(fā)明的主旨內可進行各種變形、變更。
產業(yè)上的可利用性根據本發(fā)明，對于微波等離子體處理裝置，可緩和供電微波的同軸波導管與將微波放射到等離子體處理裝置的處理容器中的微波天線之間的連接部中的阻抗變化，結果，抑制這種連接部中的反射波的形成，提高供電效率，另外，抑制反射波引起的異常放電，可在處理容器中形成穩(wěn)定的等離子體。
權利要求
1.一種等離子體處理裝置，其特征在于由通過外壁圍成、并具備保持被處理基板的保持臺的處理容器；與所述處理容器連接的排氣系統；在所述處理容器上面對所述保持臺上的被處理基板設置的作為所述外壁一部分的微波透過窗；向所述處理容器中供給等離子體氣體的等離子體氣體供給部；在所述處理容器上對應于所述微波設置的微波天線；和與所述微波天線電連接的微波電源；構成，所述微波天線由連接于所述微波電源、由內側導體芯和包圍該內側導體芯的外側導體管構成的同軸波導管；以及設置在所述同軸波導管前端的天線主體；構成，所述天線主體由與所述微波透過窗結合并形成微波輻射面的第1導體面；以及隔著電介質板并與所述第1導體面相對向、在所述電介質板的外周部且與所述第1導體面連接的第2導體面；構成，所述內側導體芯通過第1連接部與所述第1導體面連接，所述外側導體管通過第2連接部與所述第2導體面連接，所述第1連接部形成所述內側導體芯的外徑朝向所述第1導體面增大的第1錐部，所述第2連接部形成所述外側導體管的內徑朝向所述第1導體面增大的第2錐部。
2.根據權利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述內側導體芯的外面和所述外側導體管的里面之間的間隔，朝向所述第1導體面增大。
3.根據權利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述第1錐部由第1彎曲面圍成，所述第2錐部由第2彎曲面圍成。
4.根據權利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于在所述內側導體芯和所述外側導體管之間的空間中，在所述第1端面上與所述電介質板相鄰接地設置由第1端面和與所述第1端面相對向的第2端面圍成的電介質部件，所述電介質部件具有比所述電介質板的比介電常數小、比空氣大的比介電常數。
5.根據權利要求4所述的等離子體處理裝置，其特征在于使所述電介質部件的組成從所述第1端面變化至所述第2端面。
6.根據權利要求4所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述電介質板由氧化鋁、氧化硅、氧氮化硅和氮化硅之一構成，所述電介質部件由氧化硅構成。
7.根據權利要求4所述的等離子體處理裝置，其特征在于在所述內側導體芯和所述外側波導管之間的空間，與所述電介質部件的所述第2端面相鄰接地設置具有比所述電介質部件的比介電常數小、比空氣大的比介電常數的其它電介質部件。
8.根據權利要求7所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述電介質部件由氧化硅構成，所述其它電介質部件由特氟綸構成。
9.根據權利要求4所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述電介質部件的所述第2端面形成錐面，所述電介質部件的外徑隨著遠離所述第1端面而減少。
10.根據權利要求9所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述電介質部件的外徑隨著遠離所述第1端面而直線地減少。
11.根據權利要求9所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述電介質部件的外徑隨著遠離所述第1端面而指數函數地減少。
12.根據權利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述等離子體氣體供給部由緊貼于所述微波透過窗的內側設置的、由透過微波的材料構成并具有可連接于等離子體氣體源的等離子體氣體通路和與其連通的多個開口部的澆淋板構成。
13.根據權利要求12所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述微波透過窗和所述澆淋板由氧化鋁構成。
14.根據權利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述等離子體氣體供給部設置在所述處理容器的外壁上。
15.根據權利要求14所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述等離子體氣體供給部由設置在所述處理容器外壁上的管構成。
16.根據權利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于將所述微波天線設置成所述第1導體面與所述微波透過窗接觸。
17.根據權利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于將所述微波天線設置成所述第1導體面離開所述微波透過窗。
18.根據權利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于在所述處理容器中，在所述被處理基板和所述等離子體氣體供給部之間面對所述被處理基板設置處理氣體供給部，在所述處理氣體供給部形成使在所述處理容器中形成的等離子體通過的第1開口部和供給處理氣體的第2開口部，所述第2開口部與形成于所述處理氣體供給部并連接于處理氣體源的處理氣體通路連通。
19.一種等離子體處理裝置，其特征在于由通過外壁圍成、并具備保持被處理基板的保持臺的處理容器；與所述處理容器連接的排氣系統；在所述處理容器上面對所述保持臺上的被處理基板設置的作為所述外壁一部分的微波透過窗；向所述處理容器中供給等離子體氣體的等離子體氣體供給部；在所述處理容器上對應于所述微波設置的微波天線；和與所述微波天線電連接的微波電源；構成，所述微波天線由連接于所述微波電源、由內側導體芯和包圍該內側導體芯的外側導體管構成的同軸波導管；以及設置在所述同軸波導管前端的天線主體；構成，所述天線主體由與所述微波透過窗連接并形成微波輻射面的第1導體面；以及隔著由第1電介質材料構成的電介質板并與所述第1導體面相對向、在所述電介質板的外周部且與所述第1導體面連接的第2導體面；構成，所述內側導體芯通過第1連接部與所述第1導體面連接，所述外側導體管通過第2連接部與所述第2導體面連接，在所述內側導體芯和所述外側導體管之間的空間，在所述第1端面上與所述電介質板相鄰接地設置由第1端面和與所述第1端面相對向的第2端面圍成的電介質部件，所述電介質部件具有比所述電介質板的比介電常數小、比空氣大的比介電常數。
20.根據權利要求19所述的等離子體處理裝置，其特征在于在所述第1連接部中，所述內側導體芯實質上直角連接在所述第1導體面上。
21.根據權利要求19所述的等離子體處理裝置，其特征在于在所述第2連接部中，所述外側導體芯實質上直角連接在所述第2導體面上。
22.根據權利要求19所述的等離子體處理裝置，其特征在于使所述電介質部件的組成從所述第1端面變化至所述第2端面。
23.根據權利要求19所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述電介質板由氧化鋁、氧化硅、氧氮化硅和氮化硅之一構成，所述電介質部件由氧化硅構成。
24.根據權利要求21所述的等離子體處理裝置，其特征在于在所述內側導體芯和所述外側波導管之間的空間中，與所述電介質部件的所述第2端面相鄰接地設置具有比所述電介質部件的比介電常數小、比空氣大的比介電常數的其它電介質部件。
25.根據權利要求24所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述電介質部件由氧化硅構成，所述其它電介質部件由特氟綸構成。
26.根據權利要求21所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述電介質部件的所述第2端面形成錐面，所述電介質部件的外徑隨著遠離所述第1端面而減少。
27.根據權利要求26所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述電介質部件的外徑隨著遠離所述第1端面而直線地減少。
28.根據權利要求26所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述電介質部件的外徑隨著遠離所述第1端面而指數函數地減少。
29.根據權利要求19所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述等離子體氣體供給部由緊貼于所述微波透過窗的內側設置的、由透過微波的材料構成并具有可連接于等離子體氣體源的等離子體氣體通路和與其連通的多個開口部的澆淋板構成。
30.根據權利要求29所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述微波透過窗和所述澆淋板由氧化鋁構成。
31.根據權利要求19所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述等離子體氣體供給部設置在所述處理容器的外壁上。
32.根據權利要求31所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述等離子體氣體供給部由設置在所述處理容器外壁上的管構成。
33.根據權利要求19所述的等離子體處理裝置，其特征在于將所述微波天線設置成所述第1導體面與所述微波透過窗接觸。
34.根據權利要求19所述的等離子體處理裝置，其特征在于將所述微波天線設置成所述第1導體面離開所述微波透過窗。
35.根據權利要求19所述的等離子體處理裝置，其特征在于在所述處理容器中，在所述被處理基板和所述等離子體氣體供給部之間面對所述被處理基板設置處理氣體供給部，在所述處理氣體供給部形成使在所述處理容器中形成的等離子體通過的第1開口部和供給處理氣體的第2開口部，所述第2開口部與形成于所述處理氣體供給部并連接于處理氣體源的處理氣體通路連通。
全文摘要
一種微波等離子體處理裝置，為了使阻抗變化緩和，通過在微波供給波導管和微波天線之間設置錐面或具有中間介電常數的部件，可抑制微波供給波導管與微波天線的連接部中的反射波的形成，提高供電效率，抑制放電，在等離子體處理裝置中穩(wěn)定形成等離子體。
文檔編號H01L21/302GK1460285SQ02800918
公開日2003年12月3日 申請日期2002年3月28日 優(yōu)先權日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 申請人:大見忠弘, 東京毅力科創(chuàng)株式會社