CN102396053A - 等离子体处理装置及其使用的滞波板 - Google Patents

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Abstract

本发明的等离子体处理装置具备：将由电磁波发生装置产生的电磁波导入所述处理容器内的平面天线部件；向平面天线部件供给电磁波的波导管；重叠设置在平面天线部件之上，改变从波导管供给的电磁波的波长的滞波板；和从上方覆盖滞波板和平面天线部件的罩部件，其中，滞波板由电介质构成，并且平面天线部件与罩部件之间的区域的介电常数，在与平面天线部件的上表面平行的截面中是非均匀的。

Description

等离子体处理装置及其使用的滞波板
技术领域
本发明涉及使规定频率的电磁波透过并将其导向处理容器，生成等离子体以对被处理体进行等离子体处理的等离子体处理装置及其使用的滞波板。
背景技术
作为对半导体晶片等被处理体，进行例如氧化处理和氮化处理、蚀刻处理、CVD(Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积)处理等等离子体处理的等离子体处理装置，已知有：使用具有多个缝隙(slot，狭缝)的平面天线向处理容器内导入微波来生成等离子体的缝隙天线方式的等离子体处理装置。这样的微波等离子体处理装置中，能够在处理容器内生成高密度的表面波等离子体。
为了面向下一代之后的设备开发，例如为了实现对三维设备加工和微细化的应对的同时提高生产性，即使在处理大型基板情况下，也需要确保基板面内的处理的均匀性。因此，在大型化的处理容器内，需要与基板对应地提高生成的等离子体分布的可控性。
上述缝隙天线方式的等离子体处理装置中，在处理容器内生成的等离子体的分布的控制，通过缝隙的形状和配置、处理容器和微波透过板的形状设计等进行。例如，为了与处理内容对应地改变等离子体的分布，需要更换成不同的缝隙形状和配置的平面天线，但是更换该平面天线是需要劳力和时间的大规模作业。另外，存在如下问题：由于平面天线、处理容器等的制作公差、组装误差、同一规格的装置间的机器偏差等诸多因素，在处理容器内等离子体的对称性破坏而使等离子体分布发生偏心的情况下，也没有用简易的方法对此进行修正的手段，由此，导致必须进行更换平面天线等大规模的装置改变。
发明内容
发明要解决的课题
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于：提供一种能够用简易的手段控制在处理容器内生成的等离子体的分布的等离子体处理装置。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明的等离子体处理装置，其对被处理体进行等离子体处理，上述等离子体处理装置的特征在于，包括：收容被处理体的能够抽真空的处理容器；将由电磁波发生装置产生的电磁波导入上述处理容器内的平面天线部件；向上述平面天线部件供给上述电磁波的波导管；重叠地设置在上述平面天线部件上，改变从上述波导管供给的上述电磁波的波长的滞波板；和从上方覆盖上述滞波板和上述平面天线部件的罩部件，其中，上述滞波板由电介质构成，并且上述平面天线部件与上述罩部件之间的区域的介电常数，在与上述平面天线部件的上表面平行的截面中是非均匀的。
根据另一方面，本发明是重叠设置在等离子体处理装置的平面天线部件上，改变从上述波导管供给的上述电磁波的波长的滞波板，
上述滞波板由电介质构成，并且上述平面天线部件和从上方覆盖上述平面天线部件的罩部件之间的区域的介电常数，在与上述平面天线部件的上表面平行的截面中是非均匀的。
发明效果
根据本发明，由电介质构成的滞波板以在平面天线部件与罩部件之间的区域的介电常数在与平面天线部件的上表面平行的截面中发生变化的方式构成，因此能够控制电磁波的波长，即使不更换平面天线部件，也能够控制处理容器内的等离子体分布。从而，能够起到在处理容器内以所希望的分布稳定地维持等离子体的效果。另外，在与基板的大型化对应地使处理容器大型化的情况下，通过改变滞波板的结构，也能够简单地调节在处理容器内生成的等离子体分布。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的等离子体处理装置的结构例的概略截面图。
图2是平面天线板的平面图。
图3是表示本发明的第一实施方式的滞波板的配置的外观立体图。
图4是图3的滞波板的平面图。
图5是表示滞波板的安装状态的等离子体处理装置的主要部分截面图。
图6是表示第一实施方式的滞波板的变形例的平面图。
图7是表示第一实施方式的滞波板的另一变形例的平面图。
图8是表示第一实施方式的滞波板的又一变形例的平面图。
图9是表示第一实施方式的滞波板的又一变形例的平面图。
图10是表示图1的等离子体处理装置的控制系统的概略结构的方框图。
图11是本发明的第二实施方式的滞波板的平面图。
图12是表示第二实施方式的滞波板的变形例的平面图。
图13是表示第二实施方式的滞波板的另一变形例的平面图。
图14是表示本发明的第三实施方式的滞波板的配置的外观立体图。
图15是表示图14的滞波板的安装状态的等离子体处理装置的主要部分截面图。
图16是表示第三实施方式的滞波板的变形例的等离子体处理装置的主要部分截面图。
图17是表示本发明的第四实施方式的滞波板的安装状态的等离子体处理装置的主要部分截面图。
图18是表示第四实施方式的滞波板的另一安装状态的等离子体处理装置的主要部分截面图。
图19是本发明的第五实施方式的滞波板的平面图。
图20是表示第五实施方式的滞波板的变形例的平面图。
图21是表示在仿真实验中透过板正下方的电场强度分布的附图。
图22是表示在仿真实验中透过板正下方的电场强度分布的附图。
具体实施方式
[第一实施方式]
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。图1是示意性地表示本发明的第一实施方式的等离子体处理装置100的结构例的截面图。图2是表示在图1的等离子体处理装置100中使用的平面天线的平面图。等离子体处理装置100中，用具有多个缝隙状的孔的平面天线特别是RLSA(Radial Line Slot Antenna，径向线缝隙天线)将微波导入处理容器内以产生等离子体，由此作为能够产生高密度且低电子温度的等离子体的等离子体处理装置而构成。在等离子体处理装置100中，能够通过以109/cm3～1013/cm3的等离子体密度，并且具有2eV以下的低电子温度的等离子体进行处理。从而，等离子体处理装置100能够应用在各种半导体装置的制造过程中。
等离子体处理装置100，作为主要的结构，具备：气密地构成的处理容器1；向处理容器1内供给气体的气体供给装置18；与该气体供给装置18连接的气体导入部15；用于对处理容器1内进行减压排气的排气装置24；设置在处理容器1的上部、向处理容器1内导入微波的微波导入机构27；和作为控制上述等离子体处理装置100的各结构部的控制单元的控制部50。此外，气体供给装置18、排气装置24和微波导入机构27构成在处理容器1内生成处理气体的等离子体的等离子体生成单元。此外，等离子体处理装置100的构成部分中也可以不包含气体供给装置18，而是构成为将外部的气体供给装置与气体导入部15连接来使用。
处理容器1由接地的大致圆筒状的容器形成。此外，处理容器1也可以由方筒形状的容器形成。处理容器1具有由铝等材质构成的底壁1a和侧壁1b。
在处理容器1的内部，设置有用于水平地支承作为被处理体的硅晶片(以下，简单记作“晶片”)W的载置台2。载置台2由热传导性高的材质例如AIN等陶瓷构成。该载置台2通过从排气室11的底部中央向上方延伸的圆筒状的支承部件3支承。支承部件3由例如AIN等陶瓷构成。
另外，载置台2具备加热或冷却机构并能够将晶片W的温度控制在例如从室温到900℃为止的范围内。
另外，在载置台2设置有用于支承并升降晶片W的晶片支承销(未图示)。各晶片支承销相对于载置台2的表面能够突出没入地设置。
在处理容器1的底壁1a的大致中央部形成有圆形的排气口10。在底壁1a设置有与该排气口10连通的、向下方突出的排气室11。该排气室11与排气管12连接，通过该排气管12与排气装置24连接。
在处理容器1的上端，配置有作为开闭处理容器1的盖的、内周形成为环状的板13。板13的内周部形成为向内侧(处理容器内空间)突出的、支承透过板28的环状的支承部13a。该板13与处理容器1之间，通过密封部件14被气密地密封。
在处理容器1的侧壁1b设置有构成环状的气体导入部15。该气体导入部15通过配管与供给含氧气体和等离子体激励用气体的气体供给装置18连接。此外，气体导入部15也可以设置为向处理容器1内突出的喷嘴状，或者具有多个气体孔的喷头状。
气体供给装置18具有气体供给源(未图示)，该气体供给源例如供给：等离子体生成用的Ar、Kr、Xe、He等稀有气体、氧化处理中的氧气等氧化性气体、氮化处理中的氮化气体等处理气体等。另外，还能够设置供给如下气体的气体供给源：在蚀刻处理的情况下供给Cl2、BCl3、CF4等蚀刻气体，在CVD处理的情况下供给成膜原料气体，在置换处理容器内的气氛时使用的N2、Ar等吹扫气体(purge gas)，在处理容器1内进行清洗时使用的ClF3、NF3等清洗气体等。各气体供给源具备未图示的质量流控制器和开闭阀，以能够进行供给气体的切换和流量等的控制。
另外，在处理容器1的侧壁1b，设置有在等离子体处理装置100和与其相邻的搬送室(未图示)之间用于搬入搬出晶片W的搬入搬出口16，和开闭该搬入搬出口16的闸阀17。
排气装置24具备例如涡轮分子泵等高速真空泵。如上所述，排气装置24通过排气管12与处理容器1的排气室11连接。通过使排气装置24工作，使处理容器1内的气体均匀地流向排气室11的空间11a内，然后从空间11a通过排气管12向外部排气。由此，能够使处理容器1内高速地减压到例如0.133Pa。
接着，对微波导入机构27的结构进行说明。微波导入机构27，作为主要的结构具备：透过板28、平面天线板31、滞波板33、罩部件34、波导管37、匹配电路38和电磁波发生装置39。
使微波透过的透过板28在板13设置于向内周侧突出的支承部13a上。透过板28由电介质例如石英、Al2O3、AIN等陶瓷构成。该透过板28与支承部13a之间，通过密封部件29被气密地密封。从而，透过板28通过板13将处理容器1的上部的开口封闭，以保持处理容器1内的气密性。
平面天线板31在透过板28的上方，与载置台2相对地设置。平面天线板31构成为圆板状。此外，平面天线板31的形状不限于圆板状，也可以是例如四方板状。该平面天线板31卡止在板13的上端。
平面天线板31由例如表面镀有金或银的铜板或铝板构成。平面天线板31具有放射微波的多个缝隙状的微波放射孔32。微波放射孔32以规定的图案贯通平面天线板31地形成。
每个微波放射孔32，例如如图2所示，为细长的长方形状(缝隙状)。而且，典型地相邻的微波放射孔32被配置为“T”字状。此外，这样组合成规定形状(例如T字状)配置的微波放射孔32进一步整体配置为同心圆状。
微波放射孔32的长度和配列间隔，与微波的波长(λg)对应地被决定。例如配置成微波放射孔32的间隔为λg/4～λg。在图2中，形成为同心圆状的相邻的微波放射孔32彼此的间隔用Δr表示。另外，微波放射孔32的形状可以是圆形状、圆弧状等其他形状。进而，微波放射孔32的配置形状没有特别限定，除同心圆状外例如也能够配置成螺旋状、放射状等。
在平面天线板31上设置有滞波板33。滞波板33由具有与真空相比具有更大的介电常数的材料构成。作为滞波板33的材料，能够列举例如石英、氧化铝、氮化铝等。该滞波板33具有如下功能：与空气中相比更加缩短微波的波长并且调整平面天线板上表面的微波的电解分布。滞波板33的下表面与平面天线板31抵接，上表面与金属制的罩部件34抵接。在本实施方式中，作为滞波板33，使用分离为内外两重的构造的滞波板。
图3是表示滞波板33的配置的外观立体图，图4是滞波板33的平面图。图5是表示配置在平面天线板31上的滞波板33的主要部分截面图。滞波板33由配置在内侧的小径部件101和包围小径部件101的大径部件103构成。小径部件101和大径部件103都是形成为环状的平板。小径部件101和大径部件103既可以由具有相同介电常数的材质形成，也可以由不同介电常数的材质形成。在小径部件101的中央部，为了固定到通过同轴波导管37a的中心的内导体41(后述)，设置有贯通厚度方向的开口部105。即，小径部件101在开口部105被固定于内导体41。大径部件103在其周边部103a，例如被固定于罩部件34或平面天线板31。
小径部件101和大径部件103隔着间隔地配置。在小径部件101与大径部件103之间，存在空气层(空气间隙AG)。在本实施方式的等离子体处理装置100中，利用小径部件101和大径部件103的材质，根据需要利用空气间隙AG，来控制平面天线板31与罩部件34之间的区域的介电常数。小径部件101和大径部件103都由相对介电常数ε超过1的电介质材料构成。与此相对，作为空气层的空气间隙AG的相对介电常数ε大致为1。从而，将与平面天线板31相邻的上方区域(平面天线板31与罩部件34之间)作为一个统一的单位进行考虑时，通过配置小径部件101和大径部件103，该区域的介电常数在与平面天线板31的上表面平行的截面中是非均匀的。例如，在作为小径部件101和大径部件103的材质使用相对介电常数ε是3.8的石英的情况下，与平面天线板31相邻的上方区域的介电常数，在与平面天线板31的上表面平行的截面中，从中心的内导体41一侧向直径外方向，以相对介电常数ε＝3.8(小径部件101)、ε＝1(空气间隙AG)、ε＝3.8(大径部件103)的方式变化。
在本实施方式中，小径部件101与大径部件103的间隔(即空气间隙AG的宽度L)，能够设定为任意的大小。例如如图6所示，能够将空气间隙AG的宽度L设定得比图4小。通过改变空气间隙AG的宽度L，能够改变空气层相对于小径部件101和大径部件103的合计体积的体积比率。
另外，设置空气间隙AG的径向的位置也能够可变地调节。在宽度L相同的情况下，通过改变设置空气间隙AG的位置，能够改变小径部件101与大径部件103的比率(面积比率和体积比率)。这样，通过调节小径部件101、大径部件103和空气间隙AG的配置和比率，能够简单地改变平面天线板31和罩部件34之间的区域的介电常数的分布。
此外，滞波板33中的小径部件101和大径部件103不限于圆环状，能够采用任意的形状。例如图7是大径部件103为非均等的形状的示例。在该示例中，大径部件103A的内周变形为具有第一圆弧部分CA1和与第一圆弧部分CA1相比曲率半径小的第二圆弧部分CA2。通过这样的形状，小径部件101与大径部件103A的间隔即空气间隙AG的宽度L是不均匀的，与第二圆弧CA2之间隔局部变小。另外，虽然省略图示，但是通过使小径部件101的外周形状变形而不是使大径部件103的内周形状变形，也能够得到同样的结构。
另外，例如在图8中，使小径部件101A从大径部件103的中心(与平面天线板31的中心或同轴波导管37a的中心相同)偏离(偏心)地配置。这样，能够设计为：通过以小径部件101A的外周和大径部件103的内周不形成为同心圆的方式将小径部件101A偏心地配置，来使空气间隙AG的宽度L在偏心(偏离中心)方向上局部缩小了偏心宽度，相反地，在与偏心方向相反的一侧增大了偏心宽度。如图7和图8所示，构成滞波板33的部件的非对称形状和非对称配置，能够使介电常数在与平面天线板31的上表面平行的平面上，在径向和周向两个方向上不均匀。从而，例如在处理容器1内的等离子体的分布中存在局部强弱而发生偏斜的情况下，在修正该偏斜时是有效的。而且，如图9所示，通过使大径部件103的内周发生偏心也能够得到同样的结构。
另外，在本实施方式中，小径部件101(101A)和大径部件103(103A)的材质也能够使用不同介电常数的材料。例如，在图3～图5中的小径部件101的材质使用石英，大径部件103的材质使用相对介电常数ε是8.5的氧化铝(Al2O3)的情况下，与平面天线板31的上表面平行的上方区域，从中心的内导体41一侧向径外方向，以相对介电常数ε＝3.8(小径部件101)、ε＝1(空气间隙AG)、ε＝8.5(大径部件103)的方式变化。这样，通过改变小径部件101和大径部件103的材质，也能够简单地改变平面天线板31与罩部件34之间的区域的介电常数的分布。另外，在小径部件101和大径部件103的材质不同的情况下，只要不因热膨胀等产生破损，即使不设置空气间隙AG而使小径部件101与大径部件103接触，也能够使介电常数成为不均匀的状态。在这种情况下，优选选择小径部件101和大径部件103的热膨胀系数为相同程度的材质。
这样，在本实施方式的等离子体处理装置100中，通过设置多个分离的滞波板33而不是设置单体的滞波板，能够将平面天线板31的正上方的区域细分为具有不同介电常数的多个小区域。因此，与使用单体的滞波板的情况相比，能够更加细微地控制微波波长的调节，能够更加细微地控制在处理容器1内生成的等离子体的分布。另外，作为构成滞波板33的部件，不仅限于小径部件101和大径部件103这两个部件，也能够组合使用三个以上的部件。
另外，滞波板33的厚度优选考虑了因构成滞波板33的材质的介电常数而引起的波长缩短和在滞波板33内的驻波的周期性来设定。
在处理容器1的上部，以覆盖该平面天线板31和滞波板33的方式，设置有还具有形成波导(waveguide)的功能的罩部件34。罩部件34例如由铝和不锈钢、铜等金属材料形成。板13的上端与罩部件34通过具有导电性的螺旋屏蔽环等密封部件35来密封，以使得微波不会泄漏到外部。另外，在罩部件34中形成有冷却水流路34a。通过使冷却水在该冷却水流路34a中流通，能够冷却罩部件34、滞波板33、平面天线板31和透过板28。通过该冷却机构，能够防止由罩部件34、滞波板33、平面天线板31、透过板28和板13因等离子体的热而引起的变形、破损。另外，板13、平面天线板31和罩部件34接地。
在罩部件34的中央形成有开口部36，该开口部36与波导管37的下端连接。波导管37的另一端侧通过匹配电路38与产生微波的电磁波发生装置39连接。由电磁波发生装置39产生的微波的频率，例如优选使用2.45GHz，除此之外，还能够使用800MHz～1GHz(优选800MHz～915MHz)、8.35GHz、1.98GHz等。
波导管37具有：从上述罩部件34的开口部36向上方延伸的截面为圆形的同轴波导管37a；和通过模式转换器40与该同轴波导管37a的上端部连接的沿水平方向延伸的矩形波导管37b。模式转换器40具有将在矩形波导管37b内以TE模式传播的微波转换为TEM模式的功能。
内导体41沿同轴波导管37a的中心延伸。该内导体41中，在其下端部连接固定有平面天线板31的中心。通过这样的构造，微波通过具有内导体41的同轴波导管37a以放射状高效且均匀地向平面天线板31传播。
通过如上述结构的微波导入机构27，使由电磁波发生装置39产生的微波通过波导管37传播到平面天线板31，进而通过透过板28被导入处理容器1内。
等离子体处理装置100的各结构部，为与控制部50连接并被控制的结构。如图10所示，控制部50具备：包括CPU的处理控制器51、与该处理控制器51连接的用户界面52和存储部53。在等离子体处理装置100中，处理控制器51是统括地控制例如气体流量、压力、微波输出等与工艺条件有关的各结构部(例如气体供给装置18、排气装置24、电磁波发生装置39等)的控制单元。
用户界面52具有：工序管理者为了管理等离子体处理装置100进行命令输入操作等的键盘，和使等离子体处理装置100的运行状态可视化并显示的显示器等。另外，在存储部53中保存有：用于实现通过处理控制器51来控制等离子体处理装置100中执行的各种处理的控制程序；和记录有处理条件数据等的处理方案。
而且，根据需求，通过来自用户界面52的指示等，将任意处理方案从存储部53中调出并由处理控制器51执行，由此，在处理控制器51的控制下，在等离子体处理装置100的处理容器1内进行所希望的处理。另外，上述控制程序和处理条件数据等处理方案，能够利用存储在计算机可读取的存储介质例如CD-ROM、硬盘、软盘、闪烁存储器、DVD、蓝光盘等中的处理方案，或者也能够从其他装置例如通过专用线路随时传送以在线利用。
通过这样构成的等离子体处理装置100，能够对基底膜等进行无损害(damage free)的等离子体处理。另外，等离子体处理装置100由于等离子体的均匀性优异，能够实现工艺的均匀性。
接着，对使用本实施方式的等离子体处理装置100的等离子体处理的步骤的示例进行说明。在此处，以使用含氮的气体作为处理气体，对晶片表面进行等离子体氮化处理的情况为例。首先，例如从用户界面52输入指令使等离子体处理装置100进行等离子体氮化处理。接受该指令后，处理控制器51读出保存在存储部53中的处理方案。然后，在基于处理方案的条件下从处理控制器51向等离子体处理装置100的各终端设备例如气体供给装置18、排气装置24、电磁波发生装置39等送出控制信号，以执行等离子体氮化处理。
然后，打开闸阀17从搬入搬出口16将晶片W搬入到处理容器1内，并载置在载置台2上。接着，一边对处理容器1内减压排气，一边从气体供给装置18以规定的流量分别通过气体导入部15向处理容器1内导入惰性气体和含氮气体。进而，调整排气量和气体供给量，将处理容器1内调节成规定的压力。
然后，接通电磁波发生装置39的电源来产生微波。接着，规定频率例如2.45GHz的微波，通过匹配电路38导入到波导管37。被导入到波导管37的微波，顺次通过矩形波导管37b和同轴波导管37a，被供给到平面天线板31。微波在矩形波导管37b内以TE模式传播，该TE模式的微波通过模式转换器40被转换为TEM模式，在同轴波导管37a内向平面天线板31传播。而且，微波沿平面天线板31与罩部件34之间的扁平(平坦)波导路传送时，因滞波板33而使得波长缩短。在本实施方式的等离子体处理装置100中，为了使上述扁平波导路的介电常数在平面天线板31的径外方向上为非均匀的，作为滞波板33使用由具有小径部件101和大径部件103的内外双重的部件构成，并且根据需要使空气间隙AG介于其间的结构。其结果是，能够将通过扁平波导路的微波控制为所希望的波长。
因滞波板33而使波长缩短的微波，从贯通形成于平面天线板31的孔即微波放射孔32，通过透过板28放射到处理容器1内的晶片W的上方空间。从高效供给微波的观点出发，微波输出优选将作为平面天线板31的每1cm2面积的功率密度设为0.41～4.19W/cm2的范围内。微波输出能够从例如500～5000W左右的范围内根据目的进行选择，以成为上述范围内的功率密度。
通过从平面天线板31经过透过板28放射到处理容器1的微波，在处理容器1内形成电磁场，例如在进行氮化处理的情况下，分别使惰性气体和含氮气体等离子体化。由于微波从平面天线板31的多个微波放射孔32被放射，由该微波激发出的等离子体成为109/cm3～1013/cm3的高密度的在晶片W附近大约为2eV以下的低电子温度的等离子体。这样形成的高密度等离子体是由朝向基底膜的离子等造成的等离子体损害较少的等离子体。而且，通过等离子体中的活性种例如自由基和离子的作用，晶片W的硅表面被氮化，形成氮化硅膜SiN的薄膜。另外，通过使用含氧气体代替含氮气体能够进行硅的氧化处理，此外，通过使用成膜原料气体也能够利用等离子体CVD法进行成膜，也能够使用蚀刻气体进行蚀刻处理。
从处理控制器51发出使等离子体处理结束的控制信号时，将电磁波发生装置39的电源断开(切断)，等离子体处理结束。接着，停止从气体供给装置18供给处理气体并对处理容器内抽真空。然后，从处理容器1内搬出晶片W，针对一个晶片W的等离子体处理结束。
如上所述，在本实施方式的等离子体处理装置100中，由电介质构成的滞波板33构成为：使平面天线板31与罩部件34之间的区域的介电常数，在与平面天线板31的上表面平行的截面中沿径向和/或周向变化，因此通过控制微波的波长，即使不更换平面天线板31也能够控制处理容器1内的等离子体分布。从而，能够在处理容器1内以所希望的分布稳定地维持等离子体。另外，与晶片W大型化对应地使处理容器1大型化的情况下，也能够通过改变滞波板33的结构，来简单地调节在处理容器1内生成的等离子体分布。
[第二实施方式]
接着，参照图11至图13，对本发明的第二实施方式的等离子体处理装置进行说明。由于本实施方式的等离子体处理装置，除了滞波板33的结构不同之外，其他与第一实施方式的等离子体处理装置100(图1)相同，所以省略全部说明，只对滞波板33的结构进行说明。图11是第二实施方式的滞波板33的平面图。滞波板33具有：配置在内侧的小径部件101、包围小径部件101的大径部件103、配置在小径部件101与大径部件103之间的多个(在图11中为8个)装卸自由的块部件(piece)107。块部件107都由电介质构成。块部件107可以是与小径部件101和大径部件103相同的材质，也可以是不同的材质。另外，每个块部件107也能够使用不同的材质。
在本实施方式中，块部件107在滞波板33可装卸自由地构成，能够安装或拆卸一个和多个块部件107。图11表示卸下了一个块部件107的状态。在卸下了块部件107的情况下，该部分成为空气层(空气间隙AG)。从而，通过改变块部件107的安装个数、配置，能够简单地改变平面天线板31与罩部件34之间的区域的介电常数的分布。即，该区域中的介电常数能够在与平面天线板31的上表面平行的截面中沿径向和周向以各种图案非均匀地变化。
在图11中，使块部件107与小径部件101和/或大径部件103接触地配置，但是也可以分离。在使块部件107与小径部件101和/或大径部件103接触的情况下，优选选择与小径部件101和/或大径部件103为相同程度的热膨胀系数的材质。在使块部件107与小径部件101和/或大径部件103分离的情况下，在分离部分存在空气层(空气间隙AG，图示省略)。
图12表示作为图11所示的滞波板33的变形例，组合小径部件101和能够装卸的多个块部件107A(在图12中有8个)的方式。在该滞波板33，以包围小径部件101的方式在其周围配置有块部件107A。块部件107A都由电介质构成。块部件107A既可以是与小径部件101相同的材质，也可以是不同的材质。此外，每个块部件107A也能够使用不同的材质。
如图12所示，块部件107A构成为能够使用臂60进行装卸，能够安装或拆卸一个和多个块部件107A。在卸下了块部件107A的情况下，该部分成为空气层(空气间隙AG)。从而，通过改变块部件107A的安装个数、配置，能够简单地改变平面天线板31与罩部件34之间的区域的介电常数的分布。即，该区域中的介电常数能够在与平面天线板31的上表面平行的截面中沿径向和周向以各种图案非均匀地变化。
在图12中，使块部件107A与小径部件101接触地配置，但是也可以分离。在使块部件107A与小径部件101接触的情况下，优选选择与小径部件101的热膨胀系数相同程度的材质。在使块部件107A与小径部件101分离的情况下，在分离部位存在空气层(空气间隙AG，图示省略)。另外，相邻的块部件107A彼此既可以接触也可以分离，在接触的情况下，优选选择热膨胀系数相同程度的材质。在块部件107A彼此分离的情况下，在分离部位存在空气层(空气间隙AG，图示省略)。
图13表示实施方式的又一变形例，具有基板111和与该基板111组合配置的可装卸的平面矩形的多个块部件113。基板111和块部件113都由电介质构成。块部件113既可以是与基板111相同的材质，也可以是不同的材质。此外，每个块部件113也能够使用不同的材质。
在基板111设置有多个缺口部111a，通过使块部件113嵌入或脱离该缺口部111a，能够简单地改变平面天线板31与罩部件34之间的区域的介电常数的分布。在未组合基板111和块部件113的状态下，因为在缺口部111a形成空气层(空气间隙AG)，所以介电常数在与平面天线板31的上表面平行的截面中沿径向和周向是非均匀的。在将块部件113插入基板111的缺口部111a使它们组合的情况下，如果基板111和块部件113为相同材质，则在与平面天线板31的上表面平行的截面中介电常数为非均匀的状态被消除，如果基板111和块部件113为不同材质，则介电常数在与平面天线板31的上表面平行的截面中沿径向和周向是非均匀的，产生介电常数的分布。
本实施方式的其他结构和效果与第一实施方式相同。
[第三实施方式]
接着，参照图14至图16，对本发明的第三实施方式的等离子体处理装置进行说明。由于本实施方式的等离子体处理装置，除了滞波板33的结构不同之外，其他与第一实施方式的等离子体处理装置100(图1)相同，所以省略全部说明，只对滞波板33的结构进行说明。图14是表示第三实施方式中使用的滞波板33的外观结构的立体图。图15是表示安装有滞波板33的状态的等离子体处理装置的主要部分截面图。滞波板33具有：作为与平面天线板31大致相同程度面积的平板的圆盘部件115；和重叠地配置在该圆盘部件115上的环状部件117。环状部件117以面积比圆盘部件115小的方式形成。圆盘部件115和环状部件117都由电介质构成。圆盘部件115和环状部件117既可以是相同的材质，也可以是不同的材质。
在本实施方式中，通过与圆盘部件115组合地配置环状部件117，能够简单地改变平面天线板31与罩部件34之间的区域的介电常数的分布。即，在圆盘部件115的正上方的区域，具有规定介电常数的环状部件117存在的部分以外为空气层(空气间隙AG)，因此介电常数在与平面天线板31的上表面平行的截面中是非均匀的。
另外，环状部件117在圆盘部件115上以能够通过臂60变更配置的方式可动式地构成。因为通过变更环状部件117的配置来改变空气间隙AG的形状，所以能够简单地使平面天线板31与罩部件34之间的区域的介电常数的分布，在与平面天线板31的上表面平行的截面中变化。
接着，参照图16对本实施方式的滞波板33的变形例进行说明。图16是表示安装有滞波板33的状态的等离子体处理装置100的主要部分截面图。在该变形例中，环状部件117配置为与平面天线板31的上表面接触，在其上重叠地配置有圆盘部件115。在这种情况下，不使环状部件115为可动式，而是例如固定在通过同轴波导管37a的中心的内导体41。在本实施方式中，通过使环状部件117配置在圆盘部件115与平面天线板31之间，能够使平面天线板31与罩部件34之间的区域的介电常数在与平面天线板31的上表面平行的截面中是非均匀的。即，由于在圆盘部件115的正下方区域中，具有规定介电常数的环状部件117存在的部分以外为空气层(空气间隙AG)，所以在与平面天线板31的上表面平行的截面中产生介电常数的分布。
本实施方式的其他结构和效果与第一实施方式相同。
[第四实施方式]
接着，参照图17和图18对本发明的第四实施方式的等离子体处理装置进行说明。由于本实施方式的等离子体处理装置，除滞波板33的结构不同之外，其他与第一实施方式的等离子体处理装置100(图1)相同，所以省略全部说明，只对滞波板33的结构进行说明。图17是表示在第四实施方式中使用的表示安装有滞波板33的状态的等离子体处理装置的主要部分截面图。本实施方式的滞波板33具有基板119和部分地形成于该基板119的凹部即槽121。即，在基板119的上表面(与平面天线板31接触的面的相反侧)，部分地形成有一个和多个槽121。槽121的配置位置、形状、深度、大小等没有特别限定，例如可以设置成环状以包围同轴波导管37a，也可以在基板119的面内分散地设置多个槽121。
在本实施方式中，通过在基板119的上表面设置槽121，使平面天线板31与罩部件34之间的区域的介电常数，能够在与平面天线板31的上表面平行的截面中细微地区分。即，由于槽121的部分为空气层(空气间隙AG)，所以在与具有规定介电常数的基板119之间产生介电常数的差异。从而，能够使平面天线板31与罩部件34之间的区域的介电常数在与平面天线板31的上表面平行的截面中为非均匀的状态。另外，为了得到同样的效果，可以如图18所示在基板119的下表面(与平面天线板31接触的面)部分地设置槽121，而且，虽然省略图示，但是也可以在基板119的上下两面部分地设置槽121。
本实施方式的其他结构和效果与第一实施方式相同。
[第五实施方式]
接着，参照图19和图20，对本发明的第五实施方式的等离子体处理装置进行说明。由于本实施方式的等离子体处理装置，除滞波板33的结构不同之外，其他与第一实施方式的等离子体处理装置100(图1)相同，所以省略全部说明，只对滞波板33的结构进行说明。图19和图20是本实施方式的滞波板33的平面图。本实施方式的滞波板33具有单体的基板123和在其厚度方向上贯通的一个或多个(在图19中有9个、在图20中有1个)贯通开口125。基板123的贯通开口125的形状和大小、配置位置是任意的，没有特别限定，例如优选以包围同轴波导管37a的方式设置成螺旋状、环状、半圆状、圆弧状等。
在本实施方式中，通过在基板123设置贯通开口125，能够使平面天线板31与罩部件34之间的区域的介电常数在与平面天线板31的上表面平行的截面中细微地区分。即，由于贯通开口125的部分是空气层(空气间隙AG)，在与具有规定介电常数的基板123之间产生介电常数的差异，能够使介电常数在与平面天线板31的上表面平行的截面中是非均匀的。
另外，在本实施方式的滞波板33，在基板123非均等地设置贯通开口125，所以通过例如使基板123的安装位置如图19和图20中的箭头所示那样以任意的角度旋转，能够简单地改变平面天线板31与罩部件34之间的区域的介电常数的分布。
本实施方式的其他结构和效果与第一实施方式相同。
接着，使用与图1所示的等离子体处理装置100为相同结构的等离子体处理装置，通过基于有限要素法的3维仿真来验证滞波板33的构造对微波功率导入处理容器1内的导入效率所施加的影响。在仿真中，作为软件使用COMSOL(商品名，COMSOL公司制)，对安装了下述3种滞波板的情况下，计算透过板28的正下方的电场强度及其分布。滞波板33的材质都为石英。
滞波板A(本发明实施例)：在与图3～图5所示的滞波板相同的双重环构造的滞波板中，从中心到小径部件101的外周部的径向距离设定为大约160mm，空气间隙AG的宽度分别设定为10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、72.5mm。
滞波板B(本发明实施例)：在与图3～图5所示的滞波板相同的双重环构造的滞波板中，从中心到小径部件101的外周部的径向距离设定为大约195mm，空气间隙AG的宽度分别设定为10mm、20mm、30mm、38.5mm。
滞波板S(比较例)：为单体的圆板状。
仿真实验的结果表示在表1和图21中。并且，图21以黑白表示透过板28的正下方的电场强度分布，作为大致的倾向，白色区域表示电场强度强，黑色区域表示电场强度弱。
[表1]
Figure BPA00001446987600171
从表1所示的滞波板A、B的结果来看，通过改变空气间隙AG的配置和宽度L，能够大幅改变处理容器1内的电场强度。另外，如图21所示，通过改变空气间隙AG的配置和宽度L，也能够大幅改变处理容器1内的电场强度。例如可把握到以下倾向：在滞波板A，空气间隙AG的宽度L为30mm时电场分布在透过板28的周边部的正下方变强，在宽度L为40mm时电场分布在透过板28的中央部的正下方变强等，电场分布依赖于空气间隙AG的宽度L变化的倾向。从而，能够认为例如通过图7和图8所示那样的滞波板33的结构(偏心配置)，在处理容器1内仅电场分布较弱的部分局部地增强电场等，能够进行积极地修正电场分布的偏离的控制。
接着，使用与图1所示的等离子体装置100为相同结构的等离子体处理装置，对硅晶片进行等离子体氮化处理。作为滞波板33，使用与图3～图5所示的滞波板相同的双重环构造的滞波板。空气间隙AG的宽度为30mm或40mm。工艺条件如以下所示。
[工艺条件]
N2气/Ar气的体积流量比：20％
流量：200mL/min(sccm)
工艺压力：20Pa
微波输出：1500W
载置台温度：500℃
处理时间：90秒
通过用椭偏光谱仪(ellipsometer)测量成膜后的氮化硅膜的晶片面内的膜厚分布，来评价晶片面内的等离子体氮化处理的均匀性。其结果如表2所示。此外，在图22中以黑白表示仿真实验中透过板28的正下方的电场强度分布。在图22中，作为大致的倾向，白色区域表示电场强度强，黑色区域表示电场强度弱。
[表2]
Figure BPA00001446987600191
从该实验结果可确认：通过改变滞波板33的空气间隙AG的宽度L，能够改变氮化硅膜的膜厚的面内分布。从而，显示出通过使用本发明的滞波板33，并根据工艺条件改变其形状和配置，能够改善晶片W的面内的处理均匀性。
以上，描述了本发明的实施方式，但是本发明并非被上述实施方式制约，能够进行各种变形。例如，本发明的等离子体处理装置100，除了等离子体氮化处理装置外，例如还能够应用于等离子体氧化处理装置和等离子体CVD处理装置、等离子体蚀刻处理装置、等离子体灰化(ashing)处理装置等。而且，具备本发明的平面天线板31的等离子体处理装置100，不限于作为被处理体处理半导体晶片的情况，也能够应用于例如以液晶显示装置和有机EL显示装置等平板显示装置用或太阳能电池面板的基板为被处理体的等离子体处理装置。
附图标记说明
1：处理容器
2：载置台
3：支承部件
12：排气管
15：气体导入部
18：气体供给装置
24：排气装置
27：微波导入机构
28：透过板
29：密封部件
31：平面天线板
32：微波放射孔
33：滞波板
37：波导管
37a：同轴波导管
37b：矩形波导管
39：电磁波发生装置
50：控制部
51：处理控制器
52：用户界面
53：存储部
100：等离子体处理装置
101：小径部件
103：大径部件
105：开口部
AG：空气间隙
W：半导体晶片(基板)

Claims (12)

1.一种等离子体处理装置，其对被处理体进行等离子体处理，所述等离子体处理装置的特征在于，包括：
收容被处理体的能够抽真空的处理容器；
将由电磁波发生装置产生的电磁波导入所述处理容器内的平面天线部件；
向所述平面天线部件供给所述电磁波的波导管；
重叠地设置在所述平面天线部件上，改变从所述波导管供给的所述电磁波的波长的滞波板；和
从上方覆盖所述滞波板和所述平面天线部件的罩部件，其中
所述滞波板由电介质构成，并且所述平面天线部件与所述罩部件之间的区域的介电常数，在与所述平面天线部件的上表面平行的截面中是非均匀的。
2.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述滞波板通过组合介电常数相同或不同的多个部件而形成。
3.如权利要求2所述的等离子体处理装置，其特征在于：
在所述多个部件之间存在空气层。
4.如权利要求2所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述多个部件的一部分能够拆卸。
5.如权利要求2所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述多个部件的配置位置是可变的。
6.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述滞波板包括：第一部件；和比该第一部件大的第二部件，
在所述第一部件的周围配置有所述第二部件，在所述第一部件与所述第二部件之间存在空气层。
7.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述滞波板包括：第一部件；和比该第一部件大的第二部件，
所述第一部件和所述第二部件在该第一部件和第二部件的厚度方向上重叠地配置。
8.如权利要求7所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述第一部件与所述平面天线部件接触地配置，所述第二部件重叠地配置在所述第一部件上。
9.如权利要求7所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述第二部件与所述平面天线部件接触地配置，所述第一部件重叠地配置在所述第二部件上。
10.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述滞波板为平板形状，在该滞波板的厚度方向上具有多个凹部，在所述凹部存在空气层。
11.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述滞波板为平板形状，在该滞波板的厚度方向上具有多个贯通开口部，在所述贯通开口部存在空气层。
12.一种滞波板，其重叠地设置在等离子体处理装置的平面天线部件上，改变从波导管供给的电磁波的波长，所述滞波板的特征在于：
所述滞波板由电介质构成，并且
所述平面天线部件与从上方覆盖所述平面天线部件的罩部件之间的区域的所述滞波板的介电常数，在与所述平面天线部件的上表面平行的截面中是非均匀的。
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