CN101521151B - 微波等离子体处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微波等离子体处理装置，能够使气体的供给位置优化。微波等离子体处理装置(10)具备：在内部激励等离子体的容器(100)；向容器内供给用于激励等离子体的微波的微波源(900)；传播从微波源(900)供给的微波的同轴管(600，315等)；以面向容器(100)的内侧的状态与同轴管(315)邻接，使各同轴管传播的微波透过并放出到容器(100)内部的多个电介质板(305)；向容器内供给用于激励等离子体的气体的气体供给源(800)；气体流路(810)，其贯通多个电介质板(305)每一个的内部，从作为其贯通口的气孔(A)向容器内导入气体。贯通金属电极(310)的气孔(B)和(A)等间距地配置。

Description

微波等离子体处理装置

技术领域

本发明涉及微波等离子体处理装置，其利用微波激励气体生成等离子体，利用所生成的等离子体对被处理体实施所希望的处理，尤其涉及气体的供给。

背景技术

微波等离子体是经由电介质板将微波导入减压状态的处理室内而产生。在微波等离子体处理装置中，等离子体的电子密度n_e高于下式(1)的截止密度n_c时，微波不能进入等离子体内而在等离子体表面附近反射，且成为表面波在电介质板和等离子体之间传播。在传播中，微波的一部分作为渐逝波被等离子体吸收，用于等离子体的维持。(例如，参照非专利文献1。)。另一方面，在等离子体的电子密度n_e低于截止密度n_c时，微波能够进入等离子体内，所以，因微波的电场能量使等离子体的状态变得不稳定。

n_c＝ε₀m_eω²/e²…(1)

ε₀为真空介电常数，m_e为电子的质量，ω为微波角频率，e为元电荷。

在微波等离子体处理装置中主要使用2.45GHz的微波。根据(1)式，截止密度n_c与微波频率的平方成正比，因此，只要降低频率就能够飞跃性地降低截止密度n_c。其结果是，即使以低的等离子体的电子密度n_e也可以生成均匀的等离子体，从而能够扩大工艺窗口。

非专利文献1：电气学会·微波等离子体调查专门委员会编“微波等离子体技术”Ohm社出版，平成15年9月25日发行，p69

为了传播频率低的微波，与波导管相比优选使用同轴管。这是因为波导管的大小依存于波长，因此传播路径巨大，与此相对，同轴管的大小不依存于波长，因此能够构筑小型的传播路径。另外，只要做成用同轴管支撑向等离子体传播微波的电介质板的结构，就可以不需 要支撑电介质板的梁等，从而容器的盖部分结构变得简单。其结果是，容器内部不会产生间隙，不必担心在间隙内产生异常放电，并且不需要为了不形成间隙而对电介质板进行高精度加工。

在上述结构的微波等离子体处理装置中进行伴随成膜或蚀刻等化学反应的工序。在这种工序中，遍及被处理体整个表面生成均匀的等离子体，并且需要使工序中需要的气体的密度和通过化学反应生成的反应生成气体的密度均匀。因此，理想的是在与被处理体相对的面上以大致等间距设置多个气孔，从该气孔向容器内均匀地供给气体。

发明内容

于是，为了解决上述课题，本发明提供气体的供给位置适当的微波等离子体处理装置。

即，根据本发明具备的方式，提供一种微波等离子体处理装置，其包括：在内部激励等离子体的容器；向上述容器内供给用于激励等离子体的微波的微波源；传播从上述微波源供给的微波的导体棒；多个电介质板，其面向上述容器的内侧，与上述导体棒邻接且使被上述导体棒传播的微波透过并放出到上述容器的内部；气体供给源，其向上述容器内供给用于激励等离子体的气体；和第一气体流路，其贯通上述多个电介质板的每一个的内部，具有作为其流路出口的第一气孔，经由该第一气孔将上述气体放出到上述容器内。

据此，第一气体流路贯通上述多个电介质板的每一个的内部。气体从第一气体流路通过，且从在第一气体流路的端部向容器侧开口的第一气孔导入容器内。其结果是，通过从各电介质板的适当的位置导入所希望流量的气体，能够使工艺所需要的气体密度以及通过化学反应生成的反应生成气体的密度均匀，从而能够在被处理体的上方遍及整个面生成均匀的等离子体。

也可以将上述第一气孔配置在各个电介质板的相同位置。据此，不仅能够均匀地供给气体，而且所有电介质板的形状相同，所以，能够容易地制造电介质板，并且能够降低制造所需要的成本。

也可以在各个电介质板的相同位置配置多个上述第一气孔。据此，由于是从设置于各电介质板的多个气孔供给气体，所以能够使气体的 流动更均匀。

也可以将上述多个第一气孔等间距地配置在各个电介质板的相同位置。据此，由于是从等间距地设置在电介质板上的多个气孔均匀地供给气体，所以能够使气体的流动更均匀。

也可以等间距地配置上述多个电介质板，并且以配置各个电介质板的间距的整数分之一的间距配置上述多个第一气孔。例如，多个电介质板以300mm的间距配置，进而以50mm(即，配置电介质板的间距300mm的1/6的间距)配置第一气孔时，能够遍及所有电介质板以50mm的间距配置多个第一气孔。据此，能够在电介质板的下方遍及整个面均匀地供给气体。其结果是，能够在被处理体的上方遍及整个面生成均匀的等离子体，从而能够对被处理体实施良好的等离子体处理。

也可以以相对于在上述第一气体流路中流动所希望的气体流量，上述第一气体流路内部的压力为10kPa以上、50kPa以下的方式决定配置上述多个第一气孔的间距。

据此，通过将上述第一气体流路内部的压力控制在10kPa以上，在气体流路内与压力成正比的气体的碰撞频率比微波的角频率更充分增大，所以能够防止气体流路内的异常放电的发生。另外，通过将上述第一气体流路内的压力控制在50kPa以下，能够高精度地控制气体流量。

也可以在上述第一气孔内设置具有多个细孔的气体喷嘴。据此，能够控制气体喷嘴中流动的气体的传导。

特别是优选上述多个细孔的直径小于壳(sheath)宽度的2倍，上述多个细孔的纵横比为20倍以上。据此，能够避免由于进入细孔的气体等离子化且在细孔内产生异常放电而导致电介质板烧损，或者由于反应性气体在细孔内起化学反应而在细孔内附着反应生成物。

也可以在上述第一气孔内设置由多孔质体形成的气体喷嘴。这样也能够控制在气体喷嘴中流动的气体的传导。另外，考虑气体的平均自由行程，使多孔质体的气孔径成为所希望的值以下，由此，能够防止等离子体进入气体喷嘴内。

也可以在上述多个电介质板上形成有贯通孔，上述微波等离子体 处理装置进一步包括：多个金属电极，其经由形成在上述电介质板上的贯通孔与上述导体棒连结，以至少一部分与上述电介质板的被处理体侧的面邻接的状态从上述电介质板的被处理体侧的面露出；和第二气体流路，其贯通各个金属电极的内部，从作为上述第二气体流路的贯通口的第二气孔将上述气体导入上述容器内。

微波的电场能量具有向尖的地方或有棱角的地方集中的性质。因此，当容器的盖部分的结构复杂时，集中在凸部的微波的电场能量有可能进入间隙从而在间隙部分引起异常放电。

但是，根据这样的结构，利用与导体棒连结的各个金属电极保持各个电介质板，由此能够使容器的盖部分的结构简单。其结果是，在容器内部的盖部分的附近没有间隙，不必担心在间隙内发生异常放电，并且不必为了不形成间隙而对电介质板进行高精度加工。另外，不仅采用设置于上述电介质板上的多个第一气孔而且采用贯通金属的第二气孔，从而能够均匀地供给气体。

也可以以相对于所希望的流量，上述第一气孔的传导和上述第二气孔的传导成为相等的方式决定上述第二气孔的直径。

据此，能够将分别从第一气孔和第二气孔导入的气体控制在相同流量。由此，能够使工艺所需要的气体的密度和通过化学反应生成的反应生成气体的密度在被处理体的上方遍及整个面均匀。

上述多个第一气孔和上述第二气孔也可以等间距地配置在各个电介质板的相同位置。据此，由此，能够在被处理体的上方遍及整个面均匀地供给气体，从而能够生成均匀的等离子体。

也可以在上述多个电介质板的每一个上，以上述金属电极为中心在点对称的位置设置有凹部，在各凹部设置有相同数量的上述多个第一气孔。

据此，等间距地配置做成对称性好的形状的多个电介质板305等，并且在各凹部305a内设置相同数目的气孔A。利用这种电介质板的配置对称性及气孔的配置规则性，能够由从相同数目的气孔A导入凹部305a内的气体高效地生成均匀的等离子体。

也可以与上述多个电介质板相对应设置多个上述导体棒。另外，上述多个导体棒也可以与上述电介质板一对一接合。此外，上述多个 导体棒分别在上述多个电介质板的各自的中央部与上述电介质板接合。

上述多个电介质板也可以为矩形板。另外，上述多个电介质板也可以以λg/2的整数倍的间距等间距地配置。

另外，为了解决上述课题，根据本发明的另一实施方式，提供一种微波等离子体处理装置的使用方法，从微波源输出频率为1GHz以下的微波，使从上述微波源输出的微波在导体棒中传播，使被上述导体棒传播的微波透过与上述导体棒邻接的多个电介质板，由此将微波放出到上述容器的内部，经由贯通上述多个电介质板的内部的作为第一气体流路的出口的第一气孔，将从气体供给源供给的气体放出到上述容器内，利用上述被放出的微波激励已导入上述容器的气体，对被处理体实施所希望的等离子体处理。

据此，向容器内供给频率为1GHz以下的微波。由于截止密度n_c与微波频率的平方成正比，因此与使用2.45GHz的微波时相比，可以使截止密度n_c飞跃性地降低。其结果是，以较低的等离子体电子密度n_e也可生成均匀的等离子体，能够扩大工艺窗口，从而能够对被处理体实施多种等离子体处理。

另外，为了解决上述课题，本发明的另一实施方式提供一种微波等离子体处理装置，其包括：在内部激励等离子体的容器；向上述容器内供给用于激励等离子体的微波的微波源；传播从上述微波源供给的微波的导体棒；单个或多个电介质板，其面向上述容器的内侧，与上述导体棒邻接且使被上述导体棒传播的微波透过并放出到上述容器内部；气体供给源，其向上述容器内供给用于激励等离子体的气体；和第一气体流路，其贯通上述单个或多个电介质板的每一个的内部，具有作为其流路出口的第一气孔，经由该第一气孔将上述气体放出到上述容器内。

根据本发明，能够使工艺所需要的气体密度和通过化学反应生成的反应生成气体的密度在被处理体上方遍及整个面均匀。

附图说明

图1是本发明一实施方式的微波等离子体处理装置的纵截面图；

图2是表示同一实施方式的微波等离子体处理装置的顶面的图；

图3是将同一实施方式的盖部附近放大后的截面图；

图4是用于说明同一实施方式的电介质板下面的气孔位置的图；

图5是表示同一实施方式的安装在气孔内的气体喷嘴的图；

图6是表示气体流路的压力及气体流量和气体的传导的关系的曲线图；

图7是表示另一气体喷嘴的图；

图8是本发明另一实施方式的微波等离子体处理装置的纵截面图。

符号说明

10微波等离子体处理装置

100容器

200容器主体

205、415a、415b  O型环

300盖体

300a槽

300d盖部

305电介质板

305a凹部

310金属电极

315、600、620、640同轴管

315a、600a内部导体

410环状电介质

500固定机构

515弹簧部件

520短路部

605同轴波导管变换器

610分歧板

900微波源

905分歧波导管

U处理室

具体实施方式

下面，参照附图对本发明实施方式的微波等离子体处理装置、即参照示意性地表示本装置的纵截面的图1及表示本装置的顶面的图2进行说明。图1是用图2的线O-O将装置切断后的截面图。另外，在下面的说明及附图中，对具有同一结构及功能的构成要素标注同一符号，省略重复说明。另外，1sccm设定为10^-6/60(m³/sec)。

(等离子体处理装置的构成)

微波等离子体处理装置10在其内部具有用于对玻璃基板(以下称作“基板G”)进行等离子体处理的容器100。容器100由容器主体200和盖体300构成。容器主体200具有在其上部开口的有底立方体形状，其开口由盖体300闭塞。在容器主体200和盖体300的接触面上设置有O型环205，由此，容器主体200和盖体300被密闭，在其内部形成有处理室U。容器主体200及盖体300例如由铝等金属构成，且电接地。

容器100的内部设置有用于载置基板G的基座(stage：载物台)105。基座105例如由氮化铝构成，在其内部设置有供电部110及电热器115。

在供电部110上经由匹配器120(例如电容器)连接有高频电源125。另外，在供电部110上经由线圈130连接有高压直流电源135。匹配器120、高频电源125、线圈130及高压直流电源135设置于容器100的外部。另外，高频电源125及高压直流电源135接地。

供电部110利用从高频电源125输出的高频电力向容器100内部施加规定的偏压。另外，供电部110利用从高压直流电源135输出的直流电压静电吸附基板G。

电热器115与设于容器100外部的交流电源140连接，并利用从交流电源140输出的交流电压将基板G保持在规定的温度。基座105被支撑在支撑体145上，在其周围设置有将处理室U的气流控制在理想状态的挡板150。

在容器100的底部设置有排气管155，通过用设在容器100外部的真空泵(未图示)从排气管155排出容器100内的气体，直到处理室U 减压到所希望的真空度为止。

制冷剂供给源700与制冷剂配管705连接，自制冷剂供给源700供给的制冷剂在制冷剂配管705内循环后再次返回制冷剂供给源700，由此将容器100保持在所希望的温度。

2台微波源900连结在由分歧波导管905、8个同轴波导管变换器605、8个同轴管620、沿图1的背面方向平行布置的8根分歧同轴管640(参照图2)、每一个分歧同轴管640各连结着7根的同轴管600、分歧板610及同轴管315构成的传播路径上。由此，自2台微波源900输出的120kW(＝60kW×2(2W/cm²))的微波在传播路径中传播，透过多个电介质板305供给到处理室内。

参照表示图2的截面A-A的图3进一步进行说明。同轴管600和同轴管315由筒状的内部导体(轴部)600a、315a和外部导体600b、315b构成，均由金属构成。

内部导体315a穿过盖部300d向容器100的外部突出。盖部300d为在贯通300的上面与盖体300和外部导体3315b一体化的部分。其内部导体315a通过由吊起部510、弹簧部件515及短路部520构成的固定机构500、且利用弹簧部件515的弹力向容器100的外侧吊起。

短路部520将同轴管315的内部导体315a和盖部300d电短路。短路部520由屏蔽螺旋线(shield spiral)构成，且沿上下可滑动地设置有内部导体315a。这样，通过设置短路部520，能够使自等离子体流入金属电极310的热通过内部导体315a及短路部520，有效地在盖上跑掉。

分歧板610形成为十字状，由铜等金属形成。分歧板610在其中央部与同轴管600的内部导体600a连结，在其端部与4根内部导体315a连结。分歧板610和内部导体315a的连接位置与短路部520的间距相对于微波的管内波长λg设计为λg/4。

在盖部300d和内部导体315a之间设置有环状电介质410。环状电介质410贯通内部导体315a。在环状电介质410的内周面及外周面上设置有O型环415a及O型环415b，由此，使处理室U的内部成为真空密封。

同轴管315的内部导体315a通过设置于电介质板305的中央的贯通孔与金属电极310连结。金属电极310露出电介质板305的基板侧的面。金属电极310为圆锥状，由铝(Al)等金属形成。根据这样的构成，电介质板305以被金属电极310保持的状态经由内部导体315a被弹簧部件515吊起、被固定于容器100的内壁上。

图2所示的电介质板305由氧化铝(Al₂O₃)形成的148mm×148mm的大致正方形的板。将分歧同轴管640的管内波长设为λg(在915MHz时为328mm)时，电介质板305以λg/2的整数倍(在此为1倍)的间距等间距纵横配置。由此，224块(＝14×16)电介质板305均等地配置于2277.4mm×2605mm的容器100的顶面。另外，电介质板305并不一定为大致正方形，也可以为矩形。

此外，如图4所示的2块电介质板305那样，在电介质板305的下面(等离子体侧的面)、在金属电极310的周围大致点对称的位置，以包围金属电极310的方式设置有8个凹部305a。在电介质板305上设置凹部305a时，其内部的电场强度变得特别强，在凹部305a的附近稳定地生成高密度等离子体，因此，等离子体的稳定性和等离子体激励效率都可提高。

在盖部300d的金属面上切开有槽300a。在供给1GHz以下的低频微波时，不仅在电介质板305和等离子体之间传播表面波(以下简称为表面波)，而且还在处理器内面的金属面和等离子体之间传播表面波(以下简称为导体表面波)。槽300a抑制在盖部300d等、容器100内部的导体的金属面产生的导体表面波的传播。

(气体的供给)

从图1所示的气体供给源800供给的气体(包含等离子体激励气体)经由气体线路805流入到贯通图4所示的内部导体315a的气体导入通路315c。此外，气体通过贯通电介质板305的气体流路810(相当于第一气体流路)，从作为其贯通口的8个气孔A(相当于第一气孔)导入处理室U。此外，气体流过贯通金属电极310内部的气体流路815(相当于第二气体流路)，从作为其贯通口的气孔B(相当于第二气孔)导入处理室U。

如上所述，电介质板305做成了对称性好的形状，因此，在一块电介质板305中容易生成均匀的等离子体。另外，由于以λg/2的整数倍的等间距地配置多个电介质板305，用同轴管的内部导体315a导入微波时，能够生成均匀的等离子体。

此外，在本实施方式中，在每一个凹部305a内设置有相同数目的气孔A(图4中为一个)。由此，由从相同数目的气孔A导入凹部305a内的气体能够高效地生成均匀的等离子体。

(气体供给位置的优化)

只要在各个电介质板305的相同位置设置气孔A，由于所有电介质板305的形状为同一形状，所以能够容易地制作电介质板305。为了在各个电介质板305的相同位置配置气孔，且以等间距地配置气孔，气孔的间距被设定为电介质板305的间距的整数分之一。

只要以例如λg(同轴管的管内波长)/2的间距纵横排列电介质板305，气孔的间距设定为λg/2m(m＝1以上的整数)即可。气孔的间距较小的一方(增大m的一方)气流成为均匀，所以优选，但由于气孔增加会降低气体流路的压力，所以，在气体流路内，与压力成正比的气体的碰撞频率增大且远远高于微波的角频率，所以，在形成于气体电介质内的气体流路中发生放电的危险性增高，并且制造成本增高。另外，受结构上的制约，不能过分缩小气孔的间距。

图4为m＝3时的例子。以贯通金属电极310开口的气孔B为中心、以λg/6(＝54.6mm)的间距设置气孔A。由此，以金属电极310下部的气孔B为中心等间距地在电介质板下面的8个凹部305a上各设置一个气孔A。

(传导)

为了从各个气孔A、B均等地放出气体，必需将各个气孔A、B的传导设定为大致相等。于是，首先对表示流过气孔的气体的传导的通式进行说明。

满足圆筒直径D＞＞气体的平均自由行程λ的压力区域被称为粘性流区域，分子一边相互碰撞一边移动。在该区域中传导与压力成正比。相反，满足圆筒直径D＜＜气体的平均自由行程λ的压力区域被 称为分子流区域。分子碰撞管壁，分子间的相互作用变小。换句话说，妨碍气体输送的要因为分子碰撞管壁而散乱的现象，传导的大小不依存于压力。

图5左所示的长度为L、直径为D的圆筒的传导G_hole用近似式(2)表示。

在此，Q表示每单位时间流过的气体的量(流量)(Pa·m³/s)、ΔP表示圆筒的上游压和下游压之差(P₁-P₂)。圆筒的传导G_hole右边的第一项为粘性流传导，第二项为分子流传导。如上式所示，粘性流所包含的气体粘性系数η由气体分子(原子)质量M、玻耳兹曼常数k、气体温度T、气体碰撞直径σ推导。

直径D的孔口传导G_orifice(临界压力条件P₁大于或约等于2P₂)用近似式(3)表示。

$\mathrm{\ΔP}=\frac{Q}{G_{\mathrm{orifice}}},\mathrm{Gorifice}=\frac{C_C}{N_L}\sqrt{\mathrm{\γ}{\left(\frac{2}{\mathrm{\γ}+1}\right)}^{\frac{\mathrm{\γ}+1}{\mathrm{\γ}-1}}}\frac{A_1}{\sqrt{\mathrm{MkT}}}....\left(3\right)$

在此，Q表示体积流量(m³/s)、ΔP表示孔口(orifice)的上游压和下游压之差(P₁-P₂)。传导G_orifice所包含的C_C表示缩流系数(在孔口时为0.82)、N_L表示洛施密特常数(Loschmidt′s constant)、γ表示气体比热比、A₁表示孔口面积。

气孔的传导G使用(2)式及(3)式、在式(4)中近似表示。

1/G＝1/G_orifice+1/G_hole…(4)

例如，根据(2)式)，P₁＞＞P₂时，粘性流传导项与压力P₁基本上成正比。另外，P₁＞＞P₂且气体流路的压力为10kPa以上时，气体 的平均自由行程λ为数μm以下，远远小于数10μm以上的气孔的直径D。其结果是，式(2)中粘性流传导一项远远大于分子流传导一项，因此，分子流传导一项可以忽视。由此，ΔP(＝Q/G_hole)基本上与Q/ΔP成正比。换句话说，ΔP基本上与Q^1/2成正比。

另一方面，根据(3)式，孔口传导G_orifice不依存于压力P₁。由此，ΔP(＝Q/G_orifice)基本上与Q成正比。其结果可知，当上游压P₁和下游压P₂的压力差变大时，与圆筒相比孔口对气体的易于流动产生较大影响。

(气孔的形状)如图4及图5所示，设置于电介质板上的气孔A由许多细管h1扎成的气体喷嘴820形成。气体喷嘴820内部的各细管h1以气体不进入各极细管及高精度地控制气体流量为条件，预先决定其直径和数量。为了不使气体进入各极细管，必需考虑气孔直径D和气体平均自由行程及壳压(sheath press)、纵横比的关系。为了高精度地控制气体流量，必需使上述传导成为适当的值。

气体喷嘴820设置在设于电介质板305内部的气体流路810的端部。当气体自容器侧进入气体喷嘴820时，气体喷嘴820内的气体被透过电介质板305的微波电场能量等离子化。其结果是，由于在电介质板305内的气体流路810及气体喷嘴820中发生异常放电、电介质板305烧损，在气体喷嘴820的细孔h1的内部反应性气体引起化学反应，产生反应生成物附着在细孔h1上的不良情况。

因此，基于等离子体激励气体的平均自由工序，气体喷嘴820的细孔h1的直径设定为等离子体激励气体不会进入气体喷嘴820中的尺寸(例如直径为50μm)。

另外，就设于电介质板305上的气孔B，将气孔B的直径设定为壳宽度的2倍以下、将其纵横比(气孔的长度/气孔的直径)设定为壳宽度的20倍以上，以使等离子体不能进入，并且，较高(电子的碰撞频率＞＞微波角频率)地设定流过所希望的气体时的气体流路810的压力，使得在电介质内部的气体流路810内不发生放电。

基于(4)式对于Ar气体计算气体流路的压力，结果示于图6。在工艺执行条件中，电介质板附近的电子密度最多不过2×10¹²cm^-3，此 时的壳宽度约为26μm。因此，将气体喷嘴820的细管h1的直径设定为壳宽度的2倍以下的50μm，将气孔(细管)长度设定为4mm，以使等离子体不能进入气孔A的气体喷嘴820。

在图6中，(a)表示在电介质板305上设置有气孔A(将18根气孔直径50μm、气孔长4mm的细管h1扎成的气体喷嘴820)的情况，(b)表示在金属电极310上设置有气孔B(气孔直径118μm、气孔长4mm的气管的前端部)的情况下，气体流量(sccm)和气体流路压力(kPa)的关系。

当气体流路的压力过低时，在气体流路内与压力成正比的气体的碰撞频率远远大于微波的角频率，所以在气体流路中会发生异常放电。由此，气体流路的压力优选为10kPa以上。另一方面，气体流路的压力过高时，难以进行气体流量的控制，所以，气体流路的压力优选为50kPa以下。

如图4所示，以54.6mm间距设置气孔时，在工艺执行条件中，每一个气孔的气体流量成为2～10sccm左右。在该流量范围内设定气体喷嘴820内部的细管h1的数为18个，以使气体流路的压力进入10～50kPa的范围。

接着，在所希望的气体流量(2～10sccm)下，决定金属电极310上设置的气孔直径为118μm、气孔的长度为4mm，以使金属电极310上设置的气孔B的传导和电介质板305上设置的气孔A的传导大致相等。

由此，能够消除气体在气体喷嘴820内部等离子化、在细孔h1内部发生异常放电、电介质板305烧损、在细管h1内部反应性气体起化学反应、反应生成物附着在细管h1上的不良情况。另外，通过以使传导均匀的方式决定气孔A及气孔B的直径，能够高精度地控制气流。

另外，如图7所示，气体喷嘴820也可以由多孔P形成，也可以组合多孔P和气体喷嘴N。另外，设于金属电极310的气孔B也可以为多孔，也可以组合多孔和将极细管扎成的喷嘴。不过，将气孔B的结构设定为和设于电介质板305上的气孔A相同的结构的一方容易使传导成为相同，所以优选。

根据以上说明的本实施方式的微波等离子体处理装置，气体的供给位置优化、气孔的形状及结构最优化，从而能够使工艺所需要的气体密度及通过化学反应生成的反应生成气体的密度在被处理体的上方均匀地遍及整个面。

另外，配置于容器100的顶面的气孔A的数量可以为多个也可以为一个。

在上述实施方式中，各部的动作相互关联，可以考虑相互之间的关联对一系列的动作进行置换。而且，通过这样置换可以将微波等离子体处理装置的发明的实施方式作为微波等离子体处理装置的使用方法的实施方式。

(频率的限定)

使用上述各实施方式涉及的微波等离子体处理装置10，通过从微波源900输出频率为1GHz以下的微波，可以实现良好的等离子体处理。在现有微波等离子体处理装置中，主要使用2.45GHz的微波，但根据上述(1)式，截止密度n_c与微波频率的平方成正比。由此，只要使频率成为1GHz，就可以降低截止密度n_c，直到2.45GHz时的1/7左右为止。其结果是，以低的等离子体的电子密度n_e也能够生成均匀的等离子体，从而能够扩大工艺窗口。

NF气体是最不容易着火的气体之一。截止密度n_c与使用NF气体时实用的电子密度1.4×10¹¹cm^-3成为相等的频率为1GHz。即，当作为微波频率选择1GHz时，无论使用任何气体都能够以实用的电力密度激励均匀的等离子体。

由此，通过使用1GHz以下的微波，即使是用2.45GHz频率的微波的某程度的功率在单个气体的状态下不能扩展表面波、不能激励均匀且稳定的等离子体的F类单个气体，也能够激励均匀且稳定的等离子体。由此，可以使用实用的微波功率激励清洁气体，利用由此生成的等离子体对等离子体处理装置的内部进行清洁。

例如，从微波源900输出频率1GHz以下的微波，使从微波源900输出的微波在同轴管(640、620、600、315)中传播。通过使同轴管中传播的微波透过与同轴管邻接的多个电介质板305将微波放出到容 器100内部。气孔A位于贯通多个电介质板305内部的气体流路810的端部。从该气孔A向容器100的内部导入自气体供给源800供给的清洁气体，利用上述放出的微波激励被导入容器100的气体，对基板G实施所希望的等离子体处理。利用低频微波、仅用F类气体就可以对等离子体处理装置的内部进行清洁。

另外，在电气学会·微波等离子体调查专门委员会编“微波等离子体技术”Ohm社出版，平成15年9月25日发行的序文中，本书中““微波带”是指UHF带的300MHz以上的频率区域”，所以在本说明书中微波的频率也设定为300MHz以上。

以上参照附图对本发明的一实施方式进行了说明，但当然本发明并不限定于上述例子。本领域研究人员明白，在专利请求范围所记载的范畴内，可以想到各种变更例或修正例，应理解为这些当然也属于本发明的技术性范围。

例如，根据本发明的微波等离子体处理装置，可以对大面积的玻璃基板、圆形的硅晶片或方形的SOI(Silicon On Insulator)基板进行处理。

另外，本发明的设置有电介质板的离子体处理装置也可以是具有多个电介质板305的等离子体处理装置，如图8所示，也可以是具有大面积的一块电介质板305的等离子体处理装置。

在图8的等离子体处理装置中，气体(包含等离子体激励气体)也可以流入贯通内部导体315a的气体导入路315c。此外，气体也可以通过贯通电介质板305的气体流路810(相当于第一气体流路)，然后从均等地配置于顶面的多个气孔A(相当于第一气孔)导入处理室U。气体还可以流过贯通金属电极310内部的气体流路815(相当于第二气体流路)，然后从作为其贯通口的气孔B(相当于第二气孔)导入处理室U。

由此，由于是在一块电介质板305及金属电极310上等间距地设置气孔A、B，所以能够生成均匀的等离子体。

另外，在本发明的微波等离子体处理装置中，可以实行成膜处理、扩散处理、蚀刻处理、灰化处理等所谓的等离子体处理。

Claims (16)

1.一种微波等离子体处理装置，其特征在于，包括：

在内部激励等离子体的容器；

向所述容器内供给用于激励等离子体的微波的微波源；

传播从所述微波源供给的微波的导体棒；

多个电介质板，其面向所述容器的内侧，与所述导体棒邻接且使被所述导体棒传播的微波透过并放出到所述容器的内部；

气体供给源，其向所述容器内供给用于激励等离子体的气体；和

第一气体流路，其贯通所述多个电介质板的每一个的内部，具有作为其流路出口的第一气孔，经由该第一气孔将所述气体放出到所述容器内，

所述多个电介质板等间距地配置，

多个所述第一气孔以配置各个电介质板的间距的整数分之一的间距配置。

2.如权利要求1所述的微波等离子体处理装置，其特征在于：

所述第一气孔被配置在各个电介质板的相同位置。

3.如权利要求2所述的微波等离子体处理装置，其特征在于：

在各个电介质板的相同位置配置有多个所述第一气孔。

4.如权利要求3所述的微波等离子体处理装置，其特征在于：

所述多个第一气孔被等间距地配置在各个电介质板的相同位置。

5.如权利要求4所述的微波等离子体处理装置，其特征在于：

以相对于在所述第一气体流路中流动所希望的气体流量，所述第一气体流路内部的压力为10kPa以上、50kPa以下的方式决定配置所述多个第一气孔的间距。

6.如权利要求1所述的微波等离子体处理装置，其特征在于：

在所述第一气孔内设置有具有多个细孔的气体喷嘴。

7.如权利要求6所述的微波等离子体处理装置，其特征在于：

所述多个细孔的直径小于壳宽度的2倍，所述多个细孔的纵横比为20倍以上。

8.如权利要求1所述的微波等离子体处理装置，其特征在于：

在所述第一气孔内设置有由多孔质体形成的气体喷嘴。

9.如权利要求1所述的微波等离子体处理装置，其特征在于：

在所述多个电介质板上形成有贯通孔，

所述微波等离子体处理装置进一步包括：

多个金属电极，其经由形成在所述电介质板上的贯通孔与所述导体棒连结，以至少一部分与所述电介质板的被处理体侧的面邻接的状态从所述电介质板的被处理体侧的面露出；和

第二气体流路，其贯通各个金属电极的内部，从作为所述第二气体流路的贯通口的第二气孔将所述气体导入所述容器内。

10.如权利要求9所述的微波等离子体处理装置，其特征在于：

以相对于所希望的流量，所述第一气孔的传导和所述第二气孔的传导成为相等的方式决定所述第二气孔的直径。

11.如权利要求9所述的微波等离子体处理装置，其特征在于：

所述多个第一气孔和所述第二气孔被等间距地配置在各个电介质板的相同位置。

12.如权利要求9所述的微波等离子体处理装置，其特征在于：

在所述多个电介质板的每一个上，以所述金属电极为中心在点对称的位置设置有凹部，

在各凹部设置有相同数量的所述多个第一气孔。

13.如权利要求1所述的微波等离子体处理装置，其特征在于：

与所述多个电介质板相对应设置有多个所述导体棒。

14.如权利要求13所述的微波等离子体处理装置，其特征在于：

所述多个导体棒与所述电介质板一对一接合。

15.如权利要求14所述的微波等离子体处理装置，其特征在于：

所述多个导体棒分别在所述多个电介质板的各自的中央部与所述电介质板接合。

16.如权利要求1所述的微波等离子体处理装置，其特征在于：

所述多个电介质板以λg/2的整数倍的间距等间隔配置。

Images