CN100479109C - 等离子体处理装置、等离子体处理方法和滞波板 - Google Patents

Abstract

一种使用了放射线槽天线的微波等离子体处理装置，由与滞波板(18)的热膨胀率接近的材料或通过在构成滞波板(18)的电介质板上附着金属来形成槽板(16)。提高天线中滞波板与构成微波辐射面的槽板之间的粘附性，防止异常放电。

Description

等离子体处理装置、等离子体处理方法和滞波板

本案是2002年3月28日提交的申请号为02800921.5(PCT/JP02/03112)的、发明名称导此案相同的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明一般涉及一种等离子体处理装置，尤其涉及一种微波等离子体处理装置。

等离子体处理工序和等离子体处理装置对于近年来具有所谓称为超亚微元件(deep submicron)或超亚四分之一微元件(deep subquartermicron)的接近0.1μm或小于0.1μm栅极长度的超细微化半导体器件的制造或包含液晶显示装置的高清晰度平面显示装置的制造而言是不可或缺的技术。

作为用于制造半导体器件或液晶显示装置的等离子体处理装置，以前使用各种各样的等离子体激发方式，但尤其一般的是平行平板型高频激发等离子体处理装置或感应耦合型等离子体处理装置。但是，这些现有的等离子体处理装置的等离子体形成不均匀，限定电子密度高的区域，所以存在难以在大的处理速度也即生产量下对被处理基板整个表面进行均匀加工的问题。该问题特别是在处理大直径基板的情况下更加深刻。另外，在这些现有等离子体处理装置中，因为电子温度高而对被处理基板中形成的半导体元件产生损害，另外，还具有处理室壁的溅射引起的金属污染大等几个本质问题。因此，通过现有的等离子体处理装置，难以满足与半导体器件或液晶显示装置的更细微化和更高生产率相对应的严格要求。

另一方面，以前提议不使用直流磁场而使用由微波电场激发的高密度等离子体的微波等离子体处理装置。例如，提议如下结构的等离子体处理装置：从具有按照能产生均匀微波而排列的多个槽的平面形天线(放射线槽天线)向处理容器内辐射微波，利用该微波电场电离真空容器内的气体来激发等离子体。(例如参照特开平9-63793公报。)由这种方法激发的微波等离子体可在天线正下方的宽区域实现高的等离子体密度，可在短时间内进行均匀的等离子体处理。另外，由于经这种方法形成的微波等离子体不使用激发频率高、且使用了磁场的电子的共鸣现象，所以电子温度低，可避免被处理基板的损害或金属污染。并且由于在大面积基板上容易激发均匀的等离子体，所以也可容易地对应于使用大口径半导体基板的半导体元件的制造工序或大型液晶显示装置的制造。

背景技术

图1A、1B表示使用这种放射线槽天线的现有微波等离子体处理装置100的结构。图1A是表示微波等离子体处理装置100的截面图，图1B是表示放射线槽天线结构的图。

参照图1A，微波等离子体处理装置100具有从多个排气通道116排气的处理室101，在上述处理室101中形成保持被处理基板114的保持台115。为了实现上述处理室101的均匀排气，在上述保持台115周围形成环形的空间101A，通过等间隔地、即对于被处理基板轴对称地形成上述多个排气通道116与上述空间101A连通，从而上述处理室101可通过上述空间101A和排气通道116均匀排气。

在上述处理室101上方，在对应于上述保持台115上的被处理基板114的位置上，通过密封件109形成作为上述处理室101部分外壁、由低介电损耗电介质构成、形成有多个开口部107的板形浇淋板103，并在上述浇淋板103的外侧也同样通过其它密封件108来设置由低介电损耗电介质构成的盖板102。

在上述浇淋板103中，在其上面形成等离子气体的通路104，按照每一个都与上述等离子体气体通路104连通的方式形成上述多个开口部107。并且，在上述浇淋板103的内部形成与设置在上述处理容器101外壁上的等离子体气体提供端口105连通的等离子体激发气体的提供通路106，从上述提供通路106通过上述通路104向上述开口部107输送提供给上述等离子体激发气体提供端口105的Ar或Kr等的等离子体激发气体，以实质上一样的浓度从上述开口部107向上述处理容器101内部的上述浇淋板103正下方的空间101B排出。

在上述处理容器101上，还在上述盖板102的外侧，在距上述盖板102具有4-5mm之处设置具有图1B所示辐射面的放射线槽天线110。上述放射线槽天线110通过同轴波导管110A连接于外部微波源(未图示)，通过来自上述微波源的微波，激发向上述空间101B排放的等离子体激发气体。由大气来填充上述盖板102和放射线槽天线110的辐射面之间的间隙。

上述放射线槽天线110由连接于上述同轴波导管110A的外导体上的平坦盘形辐射线路背面金属板110B、和形成于上述辐射线路背面金属板110B的开口部中、形成图1B所示多个槽110a和与其垂直的多个槽110b的辐射板110C构成，在上述辐射线路背面金属板110B和上述辐射板110C之间插入由一定厚度的电介质膜构成的滞波板110D。

在这种结构的放射线槽天线110中，从上述同轴波导管110供电的微波在上述盘形辐射线路背面金属板110B和辐射板110C之间边沿半径方向变宽边前进，此时，由于上述滞波板110D的作用而压缩波长。因此，对应于在半径方向上前进的微波波长，上述槽110a和110b形成为同心圆形，并彼此垂直，从而可沿实质垂直于上述辐射板110C的方向辐射具有圆偏振波的平面波。

通过使用这种放射线槽天线110，在上述浇淋板103正下方的空间101B中形成均匀的高密度等离子体。如此形成的高密度等离子体的电子温度低，因此，不会对被处理基板114产生损害，另外，也不会产生源于处理容器101器壁溅射的金属污染。

图1的等离子体处理装置100还在上述处理容器101中形成导体结构物111，该导体结构物111在上述浇淋板103和被处理基板114之间的扩散等离子体区域中形成从外部处理气体源(未图示)通过形成于上述处理容器101中的处理气体通路112提供处理气体的多个喷嘴113，上述各喷嘴113将提供的处理气体排放到上述导体结构物111和被处理基板114之间的空间101C中。在上述导体结构物111中，在上述相邻的喷嘴113和113之间形成通过从上述空间101B扩散到上述空间101C来使上述空间101B中形成的等离子体有效通过的大的开口部。

因此，在从上述导体结构物111通过上述喷嘴113向上述空间101C排放处理气体的情况下，因为在电子温度低的等离子体气体中能够抑制处理气体的过度解离，所以在上述被处理基板114上能够有效、高速、但不损害基板和基板上元件结构、也不污染基板地进行同样的高品质等离子体处理。另一方面，利用这种导体结构物111阻止了从上述放射线槽天线110辐射出的微波，即使在等离子体点火前也不会损害被处理基板114。

总之，在使用这种放射线槽天线110的等离子体处理装置100中，因为上述空间101B中形成的等离子体密度达到1012/cm3的数量级，所以浇淋板103曝露于构成上述高密度等离子体的大量离子和电子下，产生由这些离子和电子引起的加热。源于这种离子和电子的热流也达到1～2W/cm2。并且，在上述等离子体处理装置100中，为了抑制堆积物附着在处理室101上，多将处理室101的器壁保持在150℃左右的温度下运行，但这种处理室101的加热结果，在由电介质材料构成的上述浇淋板103和盖板102中积累热，从而产生非常大的温度分布。

为了减轻热在这种在浇淋板103和盖板102中的积累，虽然期望使上述放射线槽天线110紧贴在上述盖板102上，将天线110作为散热器来去除热，但在现有的放射线槽天线110中，由于上述辐射板110C相向螺入上述同轴波导管110A的中心导体中，所以必需确保在上述盖板102和辐射板110C之间留有螺钉头用的间隙，难以采用这种结构。

另外，在现有的等离子体处理装置100中，通过来自上述浇淋板103和盖板102的热流，上述放射线槽天线110即使不密接于上述盖板102，实质上也受到加热，温度上升。另外，在使上述放射线槽天线110密接的情况下，天线的温度上升更大。

现有的放射线槽天线是以不在高温环境下使用为前提来设计的，因此，在这样天线温度上升的情况下，由于热膨胀率不同，有时会在天线内、特别是设置成滞波板的电介质板110D和辐射板110C之间产生间隙。于是，一旦在滞波板110D和辐射板110C之间产生间隙时，滞波板中传播的微波感应的阻抗紊乱，在天线内发生不期望的异常放电和反射波形成、或驻波形成等问题。一旦产生异常放电，则该天线在以后就不能使用。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种解决了上述课题的新式有用的等离子体处理装置。

本发明的更具体的课题在于对使用放射线槽天线来激发等离子体的等离子体处理装置，改善放射线槽天线中的滞波板与辐射板的粘附性。

本发明的其它课题在于对使用放射线槽天线来激发等离子体的等离子体处理装置，提供在天线被加热的情况下也能稳定辐射微波的结构。

本发明的其它课题在于提供一种等离子体处理装置，它由：

用外壁围成并具备保持被处理基板的保持台的处理容器；

连接于上述处理容器上的排气系统；

向上述处理容器中提供等离子体气体的等离子体气体供给部；和

在所述处理容器之上、对应于所述等离子体气体供给部而设置的、通过同轴波导管供电的微波天线构成，其特征在于：

上述微波天线由具有开口部的辐射线路背面金属板；设置成覆盖位于上述辐射线路背面金属板上的上述开口部且设有多个槽的微波辐射面；和设置在上述辐射线路背面金属板与微波辐射面之间的电介质板构成，

上述微波辐射面由导电性材料构成，该导电性材料与上述电介质板的热膨胀率差相对于上述电介质板的热膨胀率在10％以内。

根据本发明，因为将放射线槽天线中的滞波板与构成辐射面的槽板之间的热膨胀差控制在10％以下，所以即使用等离子体加热天线也不会发生在天线内产生间隙的问题，可避免随之而来的异常放电或反射波的形成、驻波的形成等问题。

本发明的其它课题在于提供一种等离子体处理装置，它由：

用外壁围成并具备保持被处理基板的保持台的处理容器；

连接于上述处理容器的排气系统；

向上述处理容器中提供等离子体气体的等离子体气体供给部；和

位于所述处理容器上方、对应于所述等离子体气体供给部而设置的、通过同轴波导管供电的微波天线构成，其特征在于：

上述微波天线由具有开口部的辐射线路背面金属板；设置成覆盖位于上述辐射线路背面金属板上的上述开口部且设有多个槽的微波辐射面；和设置在上述辐射线路背面金属板与微波辐射面之间的电介质板构成，

上述微波辐射面由形成于上述电介质板上的导电材料的镀层构成。

在本发明中，在上述滞波板上通过镀敷形成上述槽板，由镀层来填充上述滞波板上的细微凹凸，上述槽板与滞波板之间可实现理想的粘附。

本发明的其它课题在于提供一种等离子体处理装置，具备：

内部设有载置被处理基板的载置台的处理容器；

产生微波并提供给上述处理容器的微波发生器；

设置在该微波发生器和上述处理容器之间、缩短从上述微波发生器提供的微波波长的滞波板；和

将由该滞波板缩短波长后的微波辐射到上述处理容器内的空间中的微波辐射部件，其特征在于：

在上述滞波板的至少上面和下面形成金属层，

上述微波辐射部件由在上述滞波板表面上形成的上述金属层构成。

在本发明中，通过在滞波板的至少上面和下面形成镀层，使下面的镀层用作微波辐射件，即使由等离子体加热微波辐射件，也不会产生在微波辐射件与滞波板之间发生间隙等问题。因此，可避免异常放电或反射波的形成、驻波形成等问题。另外，通过在滞波板的上面形成的镀层，即使在滞波板的上面部分中也不会在金属部与滞波板之间产生间隙，所以微波辐射特性稳定。另外，根据上述发明，因为由金属层形成微波辐射部件，所以可减薄槽部分的厚度，可抑制源于槽部分中的截止(cutoff)现象的微波反射，改善辐射效率。

本发明的其它课题在于提供一种等离子体处理方法，该方法使用微波等离子体处理装置，该装置具有内部设有载置被处理基板的载置台的处理容器；产生微波并提供给上述处理容器的微波发生器；设置在该微波发生器和上述处理容器之间、至少由金属层覆盖上面和下面、缩短来自上述微波发生器的微波波长的滞波板；和利用在上述滞波板表面中形成的上述金属层的一部分构成的微波辐射部件，其特征在于：

将上述被处理基板的处理面按照与上述微波辐射部件相对的方式放置在上述载置台上，

向上述滞波板提供微波，并从形成于部分金属层中的多个槽向上述处理容器内导入微波，

通过导入的微波，在上述处理容器内产生等离子体，利用产生的等离子体对上述被处理基板实施等离子体处理。

本发明的其它课题在于提供一种滞波板，它用于具有实施等离子体处理的处理容器、和产生微波并提供给上述处理容器的微波发生器的微波等离子体处理装置中，缩短由上述微波发生器提供的微波波长，其特征在于：至少上面和下面由金属层覆盖，利用该金属层的一部分来构成微波辐射部件。

在本发明中，因为微波辐射部件作为金属层的一部分与滞波板一体形成，所以不必将滞波板与微波辐射部件作为单独部件来制作并结合。因此，防止因热膨胀或随时间变化而在滞波板与微波辐射部件之间形成间隙，可向处理容器中导入一样的微波。因此，可进行随时间变化少、再现性好的等离子体处理。另外，因为基本整个滞波板都由金属镀层覆盖，所以提供给滞波板的微波不泄漏地导入处理容器中，故可有效地生成等离子体。

附图说明

图1A、图1B是表示使用了现有的放射线槽天线的等离子体处理装置结构的图；

图2A、2B是表示利用本发明第1实施方式的等离子体处理装置结构的图；

图3是放大表示图2A、2B中的等离子体处理装置中使用的放射线槽天线的一部分的图；

图4是表示图2A的微波等离子体处理装置的处理气体提供机构的结构图；

图5是表示图2A、2B的等离子体处理装置的一种变化示例的图；

图6是表示利用本发明第2实施方式的等离子体处理装置结构的图；

图7A-7D是表示在图6的等离子体处理装置中使用的放射线槽天线的、槽板的形成工序的图；

图8是利用本发明第3实施方式的微波等离子体处理装置的简要结构图；

图9是图8所示滞波板的截面图；

图10是表示图8所示滞波板中形成的金属镀层的槽的平面图；

图11是表示同轴波导管与滞波板之间连接的一个示例的截面图；

图12是表示同轴波导管与滞波板之间连接的另一个示例的截面图。

具体实施方式

下面例举实施方式来详细说明本发明。

(第1实施方式)

图2A、2B表示利用本发明第1实施方式的微波等离子体处理装置10的结构。

参照图2A，上述微波等离子体处理装置10包括：处理容器11；设置在上述处理容器11内，通过静电吸盘保持被处理基板12且优选由利用热等静压法(HIP)形成的AlN或Al₂O₃形成的保持台13，在上述处理容器11内，在包围上述保持台13的空间11A中等间隔地、即在相对于上述保持台13上的被处理基板12基本成轴对称关系的至少两个部位、最好三个以上部位上形成排气通道11a。上述处理容器11通过这种排气通道11a，由不等间距不等倾角螺旋泵等而进行排气、减压。

上述处理容器11最好由含有Al的奥氏体不锈钢构成，在内壁面经氧化处理形成由氧化铝(aluminum oxide)构成的保护膜。另外，由通过HIP法形成的致密Al₂O₃构成、且形成有多个喷嘴开口部14A的盘形浇淋板14，作为上述外壁的一部分，而形成于上述处理容器11的外壁中与上述被处理基板12对应的部分内。使用Y₂O₃作为烧结辅助剂来形成由这种HIP法形成的Al₂O₃浇淋板14，因气孔率在0.03％以下，所以实质上不包含气孔或针孔，作为陶瓷具有非常大的热传导率，达到30W/m·K，但比不上AlN。

上述浇淋板14通过密封圈11s安装在上述处理容器11上，并且在上述浇淋板14上通过密封圈11t来设置由经同样的HIP处理形成的致密Al₂O₃构成的盖板15。在上述浇淋板14的与上述盖板15接触的一侧形成与各个上述喷嘴开口部14A连通、构成等离子体激发气体流路的凹部14B，上述凹部14B连通于在上述浇淋板14的内部形成且与在上述处理容器11外壁上形成的等离子体气体入口11p相连通的其它等离子体气体流路14C。

由形成于上述处理容器11内壁的伸出部11b保持上述浇淋板14，在上述伸出部11b中，在保持上述浇淋板14的部分中形成圆形，以抑制异常放电。

另外，提供给上述等离子体激发气体入口11p的Ar或Kr等等离子体气体依次通过上述浇淋板14内部的流路14C和14B后，一样通过上述开口部14A提供给上述浇淋板14正下方的空间11B中。

在上述盖板15上设置放射线槽天线20，该天线由密接于上述盖板15并形成图2B所示的多个槽16a、16b的盘形槽板16；保持上述槽板16的盘形金属板17(辐射线路背面金属板)；和夹持在上述槽板16和上述金属板17之间、由Al₂O₃、SiO₂或Si₃N₄等低介电损耗电介质材料形成的滞波板18构成。上述槽板16优选包含高达10wt％W(钨)的Cu(铜)构成，尤其是在使用线膨胀系数为7～8×10^-6/℃的Al₂O₃来作为上述滞波板18的情况下，通过使用线膨胀系数约为7×10^-6/℃的Cu-W合金来作为滞波板18，可将与上述滞波板18之间的热膨胀差抑制为小于10％。因为上述Cu-W合金的电阻率较大，所以在用作放射线槽天线的槽板16的情况下，考虑到微波的集肤效应，如图3的放大图所示，最好在槽板16上形成厚度约大于3μm的Au(金)或Ag(银)、铜(Cu)等的低电阻层16r。例如通过电解镀敷可容易地形成这种低电阻层16r。

上述槽板16可通过陶瓷类粘接剂粘接在上述滞波板18上。作为这种陶瓷类粘接剂，典型的是在市场上流通的将氧化铝(alumina)粒子分散在溶媒中的粘接剂。粘接后，通过在200-300℃下退火来使溶媒挥发，得到图3所示的无微波损耗的牢固的粘接层181。

上述放射线槽天线20通过密封圈11u安装在上述处理容器11上，通过同轴波导管21由外部微波源(未图示)向上述放射线槽天线20提供频率为2.45GHz或8.3GHz的微波。提供的微波从上述槽板16上的槽16a、16b通过上述盖板15和浇淋板14辐射到上述处理容器11中，在上述浇淋板14正下方的空间11B中，在从上述开口部14A提供的等离子体气体中激发等离子体。此时，由Al₂O₃形成上述盖板15和浇淋板14，用作有效的微波透过窗。此时，因为避免在上述等离子体气体流路14A-14C中激发等离子体，所以上述等离子体气体在上述流路14A-14C中可保持在约6666Pa-13332Pa(约50-100Torr)的压力。

为了提高上述放射线槽天线20和上述盖板15的粘附性，在本实施方式的微波等离子体处理装置10中，在与上述槽板16嵌合的上述处理容器11的上面的一部分内形成有环形的槽11g，通过与槽连通的排气通道11G对槽11g排气，使形成于上述槽板16和盖板15之间的间隙减压，从而可通过大气压将上述放射线槽天线20牢固地压接在上述盖板15上。虽然在上述槽板16上形成的槽16a、16b包含在这种间隙中，但也有因其它各种理由而形成的间隙。通过上述放射线槽天线20和处理容器11之间的密封圈11u来密封这种间隙。

另外，通过借助于上述排气通道11G和槽11g而在上述槽板16和上述盖板15之间的间隙中填充热传导率大的惰性气体，可促进热从上述盖板15向上述槽板16传输。作为这种惰性气体，最好使用热传导率大且离子化能量高的He。在向上述间隙中填充He的情况下，最好将压力设定在0.8气压左右。在图3的结构中，为了上述槽11g的排气和向槽11g填充惰性气体，将真空阀门11V连接到上述排气通道11G上。

上述同轴波导管21A中，外侧波导管21A连接于盘形金属板17(辐射线路背面金属板)，中心导体21B通过上述滞波板18中形成的开口部与上述槽板16连接。因此，提供给上述同轴波导管21的微波边在上述金属板17和槽板16之间沿径向前进，边经上述槽16a、16b辐射。

图2B表示上述槽板16上形成的槽16a、16b。

参照图2B，上述槽16a排列成同心圆形，对应于各个槽16a，与其垂直的槽16b也同样形成为同心圆形。上述槽16a、16b在上述槽板16的半径方向上以对应于由上述滞波板18压缩后的微波波长的间隔形成，结果，微波基本变成平面波后从上述槽板16辐射。此时，因为上述槽16a和16b以彼此垂直的关系形成，所以辐射出的微波形成包含两个垂直偏波分量的圆偏振波。

另外，在图2A的等离子体处理装置10中，在上述金属板17上形成具有冷却水通路19A的冷却装置19，通过由上述冷却水通路19A中的冷却水冷却上述冷却装置19，借助于上述放射线槽天线20来吸收在上述浇淋板14中积累的热。上述冷却水通路19A在上述冷却装置19上形成为螺旋形，最好通有利用使H2气发泡来排除溶解的氧、并且控制过氧化还原电位的冷却水。

另外，在图2A的微波等离子体处理装置10中，上述处理容器11中在上述浇淋板14与上述保持台13上的被处理基板12之间设置处理气体提供机构31，该结构具有将从设置在上述处理容器11外壁上的处理气体注入口11r提供的处理气体从多个处理气体喷嘴开口部31B(参照图4)放出的的格子状处理气体通路31A，在上述处理气体提供机构31和上述被处理基板12之间的空间11C中进行期望的均匀的基板处理。在这种基板处理中包含等离子体氧化处理、等离子体氮化处理、等离子体氧氮化处理、等离子体CVD处理等。另外，从上述处理气体提供机构31向上述空间11C提供C₄F₈、C₅F₈或C₄F₆等富碳的氟代烃气体和F系列或Cl系列等蚀刻气体，通过从高频电源13A向上述保持台13提供高频电压，可对着上述被处理基板12进行反应性离子蚀刻。

在本实施方式的微波等离子体处理装置10中，通过将上述处理容器11的外壁加热到150℃左右的温度，避免反应副生成物等粘在处理容器内壁上，通过一天进行一次左右的干洗，可正常稳定地运行。

图4是表示图2A中处理气体提供机构31的结构的仰视图。

参照图4，上述处理气体提供机构31由例如包含Mg的Al合金或添加Al的不锈钢等导电体构成，上述格子状处理气体通路31A通过处理气体提供端口31R连接到上述处理气体注入口11r上，从下面形成的多个处理气体喷嘴开口部31B向上述空间11C均匀排放处理气体。另外，在上述处理气体提供机构31中形成使等离子体或等离子体中包含的处理气体通过相邻的处理气体通路31A之间的开口部31C。在由含有Mg的Al合金形成上述处理气体提供机构31的情况下，最好在表面上形成氟化物膜。另外，在由添加Al的不锈钢形成上述处理气体提供机构31的情况下，期望在表面上形成氧化铝的钝性膜。在本发明的等离子体处理装置10中，因为被激发的等离子体中的电子温度低，所以等离子体中的离子入射能量小，避免因这种处理气体提供机构31的溅射而在被处理基板12上产生金属污染的问题。上述处理气体提供机构31也可由石英或氧化铝(Alumina)等电介质形成。

上述格子状处理气体通路31A和处理气体喷嘴开口部31B按照覆盖比图4中虚线所示的被处理基板12稍大区域的方式来设置。通过在上述浇淋板14和被处理基板12之间设置这种处理气体提供机构31，等离子体激发上述处理气体，利用这种等离子体激发过的处理气体可进行均匀的处理。

在由金属等导体形成上述处理气体提供机构31的情况下，通过将上述格子状处理气体通路31A彼此的间隔设定成比与上述微波波长对应的截止波导管(カツトオフ導波管)的尺寸短，上述处理气体提供机构31形成微波的分流面(shunting plane)。此时，仅在上述空间11B中产生等离子体的微波激发，在包含上述被处理基板12表面的空间11C中利用从上述激发空间11B扩散来的等离子体，激活处理气体。另外，在等离子体点火时，因为防止上述被处理基板12直接曝露于微波，所以还防止了微波对基板的损害。

在本实施方式的微波等离子体处理装置10中，由于通过使用处理气体提供机构31来同样控制处理气体的提供，所以可消除处理气体在被处理基板12表面上过度分解的问题，即使在被处理基板12的表面上形成大的纵横比结构的情况下，也可将期望的基板处理执行到这种高纵横比结构的里面。即，微波等离子体处理装置10在设计规则不同的多代半导体器件制造中有效。

在本实施方式的微波等离子体处理装置10中，根据用途，也可如图5所示的等离子体处理装置10A那样，撤消上述处理气体供给部31。但是在图5中，对在前面说明的部分标以相同的参照符号，省略说明。

在图5的结构中，通过从上述浇淋板14导入Ar或Kr等惰性气体以及O2等氧化性气体或NH₃或N₂与H₂的混合气体等氮化性气体，可在上述被处理基板12的表面上形成氧化膜或氮化膜、或氧氮化膜。

在本实施方式中，因为将上述槽板16与滞波板18之间的热膨胀率差别控制在10％以下，所以即使因从处理容器11向天线提供由高密度等离子体引起的大量热流而造成上述槽板16和滞波板18的温度上升，也不会在上述槽板16与滞波板18之间产生间隙，可有效避免异常放电或反射波的形成，或驻波的形成等问题。

(第2实施方式)

图6表示利用本发明第2实施方式的等离子体处理装置10B的结构。但是在图6中，对前面说明的部分标以相同的参照符号并省略说明。

参照图6，在本实施方式中，使用微波天线20A来代替图2A中微波天线20。在微波天线20A中，同轴波导管21的中心导体21B的前端部21b离开槽板16，连接于在上述槽板16上形成的滞波板18的背后。在这种结构中，使上述中心导体21不接触上述槽板16地有效供电微波。在上述微波天线20A中，上述滞波板18在上述槽板16的背后连续延伸，不形成上述中心导体用的接触孔。

图7A-7D是表示上述等离子体处理装置10B中使用的放射线槽天线20A中滞波板18与槽板16的形成工序的图。

参照图7A，最初，在无电解镀槽Bath1中，将由Al₂O₃和SiO₂或者Si₃N₄构成的滞波板18浸渍在Cu的无电解镀液中，在表面上形成至少单原子层的无电解Cu镀层161。

接着，继图7A的无电解镀之后，在上述滞波板18上将无电解镀Cu层堆积到期望的厚度，但从提高粘附性的观点来看，最好如图7B所示，在电解镀槽Bath2中将前面图7A工序中形成上述无电解Cu镀层161后的滞波板18浸渍在电场镀液中，将上述无电解Cu镀层161用作电极，在上述无电解Cu镀层161上形成期望厚度的电解Cu镀层162。考虑微波的集肤效应，上述Cu层162的期望厚度最好大于6μm。

在图7C的工序中，用保护膜R来覆盖如此形成的Cu层161和162，在图7D的工序中进行曝光、显影，通过将形成的保护膜图案R’作为面膜而对上述Cu层161和162加工图案，得到形成上述槽16a、16b的槽板16。另外，也可粘贴具有期望图案的膜，将这种膜作为面膜，通过湿蚀刻来对上述Cu层16加工图案。

经这种工序形成的槽板16即使由Cu形成，也因是填充滞波板18表面的细微凹凸而形成，所以粘附力高，可有效抑制槽板16与滞波板18之间形成间隙。

虽然前面进行了说明，但也可通过无电解镀来形成上述槽板16。另外，在图7A-7D的实例中，也可用Ni镀层来代替上述无电解Cu镀层161。

在图6的实施方式中，也可根据等离子体处理装置的具体用途来撤消上述处理气体提供机构。

图7A-7D工序的槽板16的形成方法也可适用于图2A、2B的等离子体处理装置10或图5的等离子体处理装置10A，并可适用于图1A、1B所示的现有等离子体处理装置100。

(第3实施方式)

图8是利用本发明实施方式的微波等离子体处理装置的简要结构图。

图8所示的微波等离子体处理装置40，比如是等离子体CVD装置，是在处理容器42内对作为被处理基板的半导体晶片W实施等离子体CVD处理的装置。处理容器42由例如铝形成，具有可抽真空的密闭结构。在处理容器42内设有载置半导体晶片W的载置台44。

在处理容器42的底部设置排气口42a，连接真空泵(未图示)，可将处理容器42内维持在规定的低压状态。

在处理容器42的天井部中为了气密而安装电介质板46。在本实施方式中，在电介质板46上安装至少在上面和下面实施过镀敷的滞波板48。在本实施方式中，因为由滞波板48的镀层来形成微波辐射部件，所以不必独立于滞波板48而设置作为微波辐射部件的天线部件。下面描述实施过镀敷的滞波板48。

滞波板48安装在支持部件50上。支持部件50在支撑滞波板48的同时，还具有冷却滞波板48的功能。即，支持部件50的内部形成流过冷却水的通路50a，在等离子体处理时冷却滞波板48。

在滞波板48的中央部分连接有用于提供微波的同轴波导管52。同轴波导管52通过同轴波导管变换器54连接到波导管56上，波导管56连接到由磁控管等构成的微波发生器58上。

在上述结构中，由微波发生器28产生的例如2.45GHz的微波在波导管56中传播，通过同轴波导管变换器54提供给同轴波导管52。在同轴波导管52中传播的微波经滞波板48缩短波长后，利用由滞波板48表面上形成的镀层构成的微波辐射部件，透过电介质板46后向处理容器52的处理空间中辐射。

向处理容器42的处理空间中提供等离子体用气体，通过微波来等离子体化等离子体用气体。通过该等离子体来对载置台44上载置的半导体晶片W实施等离子体处理。

下面参照图9来说明本实施方式的滞波板48。图9是滞波板48的截面图。

滞波板48由氧化铝(Al₂O₃)、氮化硅(Si₃N₄)、氮化铝(AlN)、石英等电介质形成，具有平坦的圆板形状。在滞波板48的中央部分形成连接同轴波导管22的突起部48a。突起部48a具有形成部分圆锥形的倾斜面48b，防止微波产生的电场集中。在突起部48a上连接同轴波导管52的外管52a。外管52a既可连接到突起部48a的平坦顶面48c上，也可连接于倾斜面48b上。

在突起部48a的中央形成插入同轴波导管52的内侧电缆52b的贯通孔48d。在贯通孔48d的处理容器侧的端部形成锥部48e，嵌入以与该锥部形状对应的形状而形成的内侧电缆52b的端部。

这里，在滞波板48的表面上形成铜、金、银、镍等金属镀层60。除滞波板48的突起部48a的顶面48c外，在整个面上形成金属镀层60。特别是以规定图案蚀刻在滞波板48面向处理容器42内部的表面上形成的镀层60，去除镀层后的部分用作槽。

图3是表示在滞波板48的金属镀层60上形成槽32的面的平面图。如图3所示，每个槽32为细长椭圆形，沿三个不同的圆周P1、P2、P3配置。虽然沿每一个圆周P1、P2、P3的整周设置槽32，但在图3中，为了简化，仅表示其一部分。这里，圆周P1、P2、P3的中心偏离滞波板48外形的中心(偏心)，各自的偏离方向(偏心方向)不同。

即，中央圆周P2的中心偏离滞波板48外形的中心的方向与内侧圆周P1的中心偏离滞波板48外形的中心的方向相差120度。另外，外侧圆周P3的中心偏离滞波板48外形的中心的方向与中央圆周P2的中心偏离滞波板48外形的中心的方向相差120度。从而，圆周P1、P2、P3的中心偏向彼此不同的方向。

因此，若沿多个非同心圆配置槽32，则在金属镀层30中沿辐射方向传播并由外周面反射的表面波向滞波板48的中心部返回，但不会集中于滞波板48的中心一点。即，根据圆周P1、P2、P3的偏移量而返回到一定程度大小的范围。因此，根据本实施方式的槽62的配置，与在圆周P1、P2、P3为同心圆的情况下，通过将表面波集中于一点，在等离子体空间的电子密度中产生不均匀性的现有的平面天线部件相比，改善了不均匀性，可在一定程度上均匀等离子体密度的分布。

虽然图3所示的槽62被配置成多个非同心圆形，但也可配置成螺旋形，另外，还可配置成多个同心圆形。槽62的形状不限于图3所示的细长椭圆，也可采用圆形、三角形、正方形、长方形等形状，但在多边形的情况下，最好在角部形成圆形，以防止电场集中。另外，将两个槽接近并排列成T字形后设为槽对，也可将多个槽对排列成多个同心圆形、螺旋形或多个非同心圆形。

镀层60的厚度最好比微波的表层深度δ厚，最好由下式来确定。

δ＝(2/ωσμ0)^1/2

其中，ω是角频率，σ是导电率，μ0是真空中的透磁率。

在使用2.45GHz的微波、通过镀铜来形成镀层60的情况下，由于铜的导电率σ＝6.45×10⁷(Ωm)^-1，真空透磁率μ0＝1.257×10^-6Hm^-1，角频率为2π×2.45×10⁹Hz，所以表层深度δ＝1.98×10^-6m＝1.98μm(约2μm)。其中，因为由于在镀层的表层深度内电场约减少30％，所以将余量率(margin rate)视为3倍，在由铜形成镀层60的情况下，厚度最好约为6μm。

如上所述，在本实施方式的滞波板48上形成金属镀层60，因为金属镀层60实现天线部件(微波辐射部件)的功能，所以不必单独设置天线部件，可减少部件个数。另外，由于滞波板48的表面中除提供微波的部分及辐射微波的部分(槽)外都由金属镀层60覆盖，所以可防止微波泄漏到滞波板48之外，能够无损耗地将提供的微波导入处理容器的处理空间中。

另外，因为形成槽的金属部件是厚度为数μm左右的金属镀层30，所以减少了槽中的异常放电，与以前相比，可投入大功率，故提高等离子体处理的生产量。另外，因为槽部分的厚度薄，所以减少了槽引起的微波反射，改善了辐射效率。

图11是表示同轴波导管52与滞波板48之间连接的一个示例的截面图。在图11所示的结构中，将同轴波导管52外管52a的前端形成对应于滞波板48突起部48a的倾斜面48b的形状，用软焊结合。另外，内侧电缆52b的前端部也用软焊结合在贯通孔48d的内面及锥部48e上。

在滞波板48(实际上是形成于滞波板48表面上的镀层60)与支持部件50之间设置传热特性好的粘接材料68，在将滞波板48牢固地固定在支持部件50上的同时，将滞波板48的热传递到支持部件50。另外，图11所示的支持部件50省略了冷却水通路。通过金属板64，由贯通支持部件50的多个螺钉66来紧压固定滞波板48的外周侧面。由此来维持滞波板48与支持部件之间的可靠的电接触。

图12是表示同轴波导管52与滞波板48之间连接的一个示例的截面图。在图12中，对与图11所示结构部件相同的结构部件标以相同的符号，省略其说明。在图12所示的结构中，按照与滞波板48的突起部48a的顶面48c相对接触的方式来形成同轴波导管52的外管52a的前端。另外，内侧电缆52b的前端部由软焊结合在贯通孔48d的内面及锥部48e上。在突起部48a的倾斜面48b的前端部设置密封螺旋70，使支持部件50与滞波板48的金属镀层60电接触更可靠。

本实施方式的镀层60可用与上述第2实施方式的镀层相同的方法形成。另外，虽然在滞波板的上面及下面形成有镀层，但也可在滞波板的外周侧面施加镀层。这样，基本上滞波板整体都被镀层覆盖，可防止微波泄漏，基本上防止整个滞波板中的异常放电。

另外，在上述第2及第3实施方式中，虽然在滞波板表面上由镀敷形成金属层，但不限于镀层。例如，也可通过化学气相合成法(PVD)或物理气相合成法(PVD)在滞波板表面堆积金属来形成金属层。

产业上的可利用性

根据本发明，对于使用放射线槽天线的微波等离子体处理装置，通过由Cu-W合金形成槽板，可最小化与构成滞波板的电介质板之间的热膨胀率差，可实现即使受热微波辐射特性也不变化的天线。另外，通过由镀层形成槽板，可在滞波板与槽板之间实现理想的粘附，可得到即使过热，微波辐射特性也不变化并防止异常放电的天线。并且，通过在滞波板的上面和下面形成镀层等金属层，可防止滞波板上面和下面的异常放电。

Claims (9)

1.一种等离子体处理装置，具备：

内部设有载置被处理基板的载置台的处理容器；

产生微波并提供给所述处理容器的微波发生器；

设置在该微波发生器和所述处理容器之间、缩短由所述微波发生器所提供微波的波长的滞波板；和

将波长被该滞波板缩短后的微波向所述处理容器内的空间中辐射的微波辐射部件，其特征在于：

在所述滞波板的至少上面和下面形成有金属层，

所述微波辐射部件具有多个槽，

所述微波辐射部件由所述滞波板表面上形成的所述金属层构成。

2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：所述槽是通过蚀刻去除所述金属层形成的。

3.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：所述金属层的厚度比所述微波发生器产生的微波的表层深度大。

4.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：所述金属层是用选自铜、金、银、镍的材料形成的镀层。

5.根据权利要求4所述的等离子体处理装置，其特征在于：微波波长为2.45GHz，所述金属层由铜镀层构成，该铜镀层的厚度在6μm以上。

6.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：所述金属层是通过化学气相合成法(CVD)堆积的金属膜。

7.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：所述金属层是通过物理气相合成法(PVD)堆积的金属膜。

8.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：还具有将来自于所述微波发生器的微波提供给所述滞波板的同轴波导管，该同轴波导管的外管和内侧电缆通过软焊连接于所述滞波板的中央部分。

9.根据权利要求1所述的    等离子体处理装置，其特征在于：

所述滞波板和具有所述槽的所述金属层的热膨胀率之差在10％以内。

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