CN102737947B - 等离子处理装置以及微波导入装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供等离子处理装置以及微波导入装置，用简单的构成使等离子的分布均匀化。等离子处理装置(1)具备向处理容器(2)内导入微波的微波导入装置(5)。微波导入装置(5)包括嵌合于顶部(11)的多个开口部的多个微波透过板(73)。多个微波透过板(73)在嵌合于顶部(11)的多个开口部的状态下，配置于与载置台(21)的载置面(21a)平行的一个假想的平面上。多个微波透过板(73)包括微波透过板(73A～73G)。设定为微波透过板(73G、73A)的中心点(PG，PA)间距离与微波透过板(73G、73B)的中心点(PG、PB)间距离相互相等或者几乎相等。

Description

等离子处理装置以及微波导入装置
技术领域
本发明涉及向处理容器导入规定频率的微波以生成等离子来对被处理体进行等离子处理的等离子处理装置以及微波导入装置。
背景技术
作为对半导体晶片等被处理体实施规定的等离子处理的等离子体处理装置，公知有使用具有多个插槽的平面天线向处理容器内导入微波来生成等离子的插槽天线方式的等离子处理装置。另外，作为其他等离子处理装置，公知有使用螺旋状的天线向处理容器内导入高频来生成等离子的感应耦合型等离子(Inductively Coupled Plasma；ICP)方式的等离子处理装置。在这些等离子处理装置中能够在处理容器内产生高密度的等离子，利用所生成的等离子进行例如氧化处理，氮化处理，堆积处理，蚀刻处理等。
面向下一代以后的设备开发，为了与例如三维设备加工和微细化对应并且提高生产性，需要确保晶片面内的处理的均匀性，并且，需要将现在300mm直径的晶片大型化到450mm，因此，需要将对应晶片而大型化的处理容器内的等离子的分布(密度分布)均匀化。
在上述的插槽天线方式的微波等离子处理装置中，等离子的分布的控制通过插槽的形状、配置、处理容器、微波导入窗的形状设计等来进行。例如，为了对应处理内容而改变离子体的分布，需要更换为调整至最佳的不同插槽形状、配置的平面天线。另外，即使是上述的ICP方式的等离子处理装置，为了改变等离子的分布，也需要更换为调整至最佳的不同螺旋形状、配置的天线。然而，这样的天线的更换是需要再次设计等的操作和时间的大规模的作业。
另外，等离子的分布能够通过例如通过改变微波功率、处理压力、气体流量等的工序参数来调整至最佳的等离子环境。然而，由于这些的工序参数不能与工序条件分开，因此在能够使工序参数变化的范围内的等离子的分布的变化幅度(差值)小，其效果有限。
另外，在由于平面天线、处理容器等的制作公差、组装误差、相同规格的装置之间的机械误差等诸多重要因素，使得处理容器内等离子的对称性遭到破坏而等离子的分布偏心的情况下，因为没有以简单的方法进行修正的方法情况，所以存在需要更换平面天线等大规模的装置改变的问题。
然而，作为能够提高生产性的等离子处理装置，例如专利文献1所记载的那样，公知有为了能够同时处理具有大面积的4张被处理基板而设置有4个电介质线路部件的等离子处理装置。另外，例如专利文献2所记载的那样，公知有为了与大面积的被处理物对应使等离子均匀地分布而设置有并列排列的两个微波导入窗的等离子处理装置。在专利文献1以及2记载的等离子处理装置中，微波从多个部位导入处理容器内。
另外，在专利文献3记载有从4个分开的天线放射微波并在空间合成的技术。在专利文献4记载有设置多个天线模块将导入腔室内的多个微波空间合成的技术。
专利文献1：日本特开平8-255785号公报
专利文献2：日本特开平10-92797号公报
专利文献3：日本特开2004-128385号公报专利文献4：日本特开2009-224493号公报
为了使处理容器内的等离子的分布均匀化，如专利文献1以及2记载的等离子处理装置的那样，考虑从多个部位将微波导入处理容器内，并控制利用这些微波而生成的多个等离子的分布。然而，专利文献1记载的技术是对一个被处理基板设置有一个电介质线路部件的技术，没有考虑控制多个等离子的分布。另外，在专利文献2记载的技术中，虽然对与微波导入窗延伸方向垂直的方向，能够控制等离子的分布，但是难以控制微波导入窗延伸方向的等离子的分布。
在专利文献3以及4虽然记载有将微波在空间合成，但是没有记载控制等离子的分布的具体方法。
发明内容
本发明是鉴于上述问题点而产生的，其目的是提供一种等离子处理装置以及微波导入装置，其中，离子处理装置是从多个部分向处理容器内导入微波的等离子处理装置，能够以简单的构成使等离子的分布均匀化。
本发明的等离子处理装置具备，
处理容器，其容置被处理体，
载置台，其配置于处理容器的内部，具有载置被处理体的载置面，
气体供给机构，其向处理容器内供给处理气体；以及
微波导入装置，其产生用于在处理容器内生成处理气体的等离子的微波，并且将该微波导入处理容器内，
微波导入装置配置于处理容器的上部，与具有多个开口部的导电性部件在多个开口部嵌合，包括向使微波透过并导入处理容器内的多个微波透过窗，
多个微波透过窗在嵌合与多个开口部的状态下，配置于与载置面平行的一个假想的平面上，包括第1微波透过窗、与第1微波透过窗邻接的第2以及第3微波透过窗，
第1至第3微波透过窗以第1微波透过窗的中心点与第2微波透过窗的中心点的距离，第1微波透过窗的中心点与第3微波透过窗的中心点的距离，相互相等或者几乎相等的方式设定而配置。
本发明的微波导入装置是一种产生用于在容置被处理体的处理容器内生成处理气体的等离子、并且将微波导入述处理容器内的微波导入装置，包括：
导电性部件，其配置与处理容器的上部，具有多个开口部；
多个微波透过窗，其嵌合于多个开口部，使微波透过并导入处理容器内。
多个微波透过窗在嵌合于多个开口部的状态下，配置于一个假想的平面上，包第1微波透过窗、和与第1微波透过窗邻接的第2以及第3微波透过窗，
第1至第3微波透过窗以第1微波透过窗的中心点和第2微波透过窗的中心点的距离，第1微波透过窗的中心点和第3微波透过窗的中心点的距离相互相等或者几乎相等的方式设定而配置。
在本发明的等离子处理装置以及微波导入装置中，基于多个微波透过窗的等离子的分布，成为将基于从各微波透过窗导入的微波而生成的等离子的分布合成而得的分布。此外，在本发明中，“平面形状”是“从与载置面垂直的方向观察时的形状”。另外，在本发明中，“微波透过窗的中心点”是“微波透过窗的平面形状的中心点”。
在本发明的等离子处理装置或者微波导入装置中，多个微波透过窗可以具有配置于导电性部件的中央部分的一个中心微波透过窗、和以包围中心微波透过窗的方式配置于比中央部分靠外侧位置的至少6个外侧微波透过窗。另外，6个外侧微波透过窗与中心微波透过窗可以配置成：通过将6个外侧微波透过窗的中心点与中心微波透过窗的中心点中的、相互邻接的3个中心点连接而以平面状态形成6个正三角形，由这6个正三角形来形成假想的正六角形。
在该情况下，被处理体的平面形状也可以是圆形，基于从多个微波透过窗导入处理容器内的各个微波而生成的多个微波等离子的密度分布全部相同也可以。另外，在将被处理体的平面形状的直径设为1、邻接的任意的2个微波透过窗的中心点间的距离用Lp表示时，0.37×Lp+0.26的值是多个微波等离子的密度分布的半值全宽以上，并且3.80×Lp-1.04的值是多个微波等离子的密度分布的半值全宽以下也可以。
另外，在该情况下，上述假想的正六角形的外缘可以包含将被处理体的平面形状向假想的平面投影而形成的图形。
另外，在本发明的等离子处理装置或者微波导入装置中，第1至第3微波透过窗可以配置成：通过将第1至第3微波透过窗的中心点相互连结而以平面状态形成假想的正三角形。
在该情况下，被处理体的平面形状可以不是圆形，基于从多个微波透过窗导入处理容器内的各个微波而生成的多个微波等离子的密度分布可以全部相同。另外，在将被处理体的平面形状的直径设为1、邻接的任意的2个微波透过窗的中心点间的距离用Lp表示时，0.474×Lp+0.560的值可以是多个微波等离子的密度分布的半值全宽以上，并且-19×Lp+21的值可以是多个微波等离子的密度分布的半值全宽以上。
另外，在该情况下，上述假想的正三角形的外缘可以包含将被处理体的平面形状向假想的平面投影而形成的图形。
另外，本发明的等离子处理装置中微波导入装置或者本发明的微波导入装置可以具有生成微波并且将微波分配至多个路径并输出的微波输出部、和分别包括一个微波透过窗并将微波输出部输出的微波导入处理容器内的多个微波导入模块，多个微波导入模块的构成可以全部相同。
在本发明的等离子处理装置或者微波导入装置中，第1微波透过窗的中心点与第2微波透过窗的中心点的距离(第1以及第2微波透过窗的中心点间距离)，第1微波透过窗的中心点与第3微波透过窗的中心点的距离(第1以及第3微波透过窗的中心点间距离)以相互相等或者几乎相等的方式设定。在本发明中，如前述那样，基于多个微波透过窗的等离子的分布，成为将基于从各微波透过窗导入的微波而生成的等离子的分布合成而得的分布。由此，根据本发明，在从多个部位导入微波的等离子处理装置中，能够以简单的构成使等离子的分布均匀化。
附图说明
图1是示出本发明的第1实施方式涉及的等离子处理装置的概略的构成的剖视图。
图2是示出图1所示的控制部的构成的说明图。
图3是示出图1所示的微波导入装置的构成的说明图。
图4是示出图3所示的微波导入机构的剖视图。
图5是示出图4所示的微波导入机构的天线部的立体图。
图6是示出图所示的微波导入机构的平面天线的俯视图。
图7是图1所示的处理容器的顶部的仰视图。
图8是示出本发明的第1实施方式中的多个微波透过板的配置的说明图。
图9是示意性地示出等离子源与测定点的关系的说明图。
图10是示意性地示出等离子的密度分布的说明图。
图11是示出通过第1模拟而求得的微波等离子的密度分布的均匀性的特性图。
图12是示出本发明的第2实施方式中的多个微波透过板的配置的说明图。
图13是示出通过第2模拟而求得的微波等离子的密度分布的均匀性的特性图。
图14是示出多个微波透过板的配置与处理容器的顶部的直径的关系的说明图。
图15是微波透过板的数量与通过全部微波透过板的中心点的圆的半径的关系的特性图。
图16是示意性地示出第2比较例的等离子处理装置的构成的剖视图。
图17是示出高密度等离子氮化处理中的氮化膜厚与低密度等离子氮化处理中的氮化膜厚的特性图。
图18是示出图17所示的等离子氮化处理中的氮化膜厚的均匀性的特性图。
附图标记说明：
1...等离子处理装置；2...处理容器；3...气体供给机构；4...排气装置；5...微波导入装置；8...控制部；14...排气管；15...气体导入部；16...喷嘴；21...载置台；21a...载置面；24...匹配器；25...高频偏压电源；50...微波输出部；51...电源部；52...微波振荡器；53...放大器；54...分配器；60...天线单元；61...天线模块；62...放大器部；63...微波导入机构；64...调谐器；65...天线部；66...主体容器；67...内侧导体；71...平面天线；71a...插槽；72...微波慢波件；73...微波透过板；81...工序控制器；82...用户接口；83...存储部；W...半导体晶片。
具体实施方式
第1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。首先，参照图1以及图2对本发明的第1实施方式涉及的等离子处理装置的概略的构成进行说明。图1是表示本实施方式涉及的等离子处理装置的概略的构成的剖视图。图2是表示图1所示的控制部的构成的说明图。本实施方式的等离子处理装置1是伴随着连续的多个动作，对例如半导体设备制造用的半导体晶片(以下，仅记作“晶片”。)W实施成膜处理、扩散处理、蚀刻处理、灰化处理等规定处理的装置。
等离子处理装置1具备：容置被处理体即晶片W的处理容器2；配置于处理容器2的内部，具有载置晶片W的载置面21a的载置台21；向处理容器2内供给气体的气体供给机构3；将处理容器2内减压排气的排气装置4；产生在用于在处理容器2内生成等离子的微波，并且向处理容器2内导入微波的微波导入装置5；控制这些等离子处理装置1的各构成部的控制部8。此外，作为向处理容器2内供给气体的机构，也可以替代气体供给机构3而使用不包括与等离子处理装置1的构成的外部的气体供给机构。
处理容器2例如形成为大致圆筒形状。处理容器2由例如铝以及其合金等的金属材料形成。微波导入装置5设置于处理容器2的上部，作为向处理容器2内导入电磁波(微波)并生成等离子的等离子生成装置而起作用。微波导入装置5的构成将在后面进行详细说明。
处理容器2具有板状的顶部11、底部13和连结顶部11与底部13的侧壁部12。顶部11具有多个开口部。侧壁部12具有搬送出入口12a，该搬送出入口12a用于进行与处理容器2邻接的未图示的搬运室之间搬入搬出晶片W。处理容器2与未图示的搬运室之间配置有闸阀G。闸阀G具有开闭搬送出入口12a的功能。闸阀G在关闭状态下将处理容器2气密密封，并且在打开状态下能够在处理容器2与未图示的搬运室之间移送晶片W。
底部13具有多个(在图1中为两个)排气口13a。等离子处理装置1还具有连结排气口13a与排气装置4的排气管14。排气装置4具有APC阀门、和能够将处理容器2的内部空间迅速减压至规定的真空度的高速真空泵。作为这样的高速真空泵，例如有涡轮分子泵等。通过使排气装置4的高速真空泵工作，处理容器2的内部空间减压至规定的真空度、例如0.133Pa。
等离子处理装置1还具备在处理容器2内支承载置台21的支承部件22、和设置于支承部件22与处理容器2的底部13之间的由绝缘材料形成的绝缘部件23。载置台21是用于水平地载置被处理体亦即晶片W的装置。支承部件22具有从底部13的中央向处理容器2的内部空间延伸的圆筒状的形状。载置台21以及支承部件22由例如表面被实施了铝阳极氧化处理(阳极氧化处理)的铝等形成。
等离子处理装置1还具备向载置台21供给高频电力的高频偏压电源25、和设置于载置台21与高频偏压电源25之间的匹配器24。高频偏压电极25为了向晶片W导入离子而向载置台21供给高频电力。
虽然未图示，等离子处理装置1还具备加热或者冷却载置台21的温度控制机构。温度控制机构例如将晶片W的温度控制在25℃(室温)～900℃的范围内。另外，载置台21具有能够相对于载置面21a突出没入地设置的多个支承销。多个支承销构成为，通过任意升降机构在上下位移，在上升位置上，能够进行与未图示的搬运室之间的晶片W的交接。
等离子处理装置1还具备设置于处理容器2的顶部11的气体导入部15。气体导入部15具备成圆筒形状的多个喷嘴16。喷嘴16具有在其下面形成的气体孔16a。关于喷嘴16的配置将在后面进行说明。
气体供给机构3具有包括气体供给源31的气体供给装置3a、和连结气体供给源31和气体导入部15的配管32。此外，在图1中，虽然图示了一个气体供给源31，但是气体供给装置3a可以与使用的气体的种类对应地包括多个气体供给源。
作为气体供给源31可以作为例如等离子生成用的稀有气体、在氧化处理、氮化处理、成膜处理、刻处理以及灰化处理中使用的处理气体等的气体供给源而被使用。此外，作为等离子生成用的稀有气体，例如使用Ar、Kr、Xe、He等。作为在氧化处理中使用的处理气体例如使用氧气、臭氧、NO2气体等氧化性气体。作为在氮化处理中使用的处理气体，使用氮气、NH3气体、N2O气体等。另外，在处理容器2中进行CVD处理的情况下，气体供给源31作为成膜原料气体、置换处理容器2内的环境气时使用的清洗气体、清洁处理容器2内时使用的清洁气体等的供给源使用。此外，作为成膜原料气体使用例如TiCl4气体和NH3气体。作为清洗气体例如使用N2、Ar等。作为清洁气体例如使用ClF3，NF3等。作为蚀刻气体作为使用CF4气体、HBr气体等。作为灰化气体使用氧气等。
虽然未图示，气体供给装置3a还包括设置于配管32的中途的质量流量控制器以及开闭阀。利用质量流量控制器以及开闭阀控制向处理容器2内供给的气体的种类、这些的气体的流量。
等离子处理装置1的各构成部分别与控制部8连接，被控制部8控制。控制部8典型的是计算机。在图2所示的例子中，控制部8具备：具备CPU的工序控制器81，与该工序控制器81连接的用户接口82以及存储部83。
工序控制器81是在等离子处理装置1中对例如温度、压力、气体流量、偏压施加用的高频电力、微波输出等的工序条件有关的各构成部(例如高频偏压电源25、气体供给装置3a、排气装置4、微波导入装置5等)统一控制的控制装置。
用户接口82具有：键盘或触摸面板，该键盘或触摸面板被输入用于供工序管理者管理等离子处理装置1的指令的输入操作等；以及将等离子处理装置1的运转状况可视化并显示的显示器等。
存储部83保存有用于通过工序控制器81的控制实现由等离子处理装置1执行的各种处理的控制程序(软件)、记录有处理条件数据等的方法等。工序控制器81根据来自用户接口82的指示等、需要，从存储部83调出并执行任意的控制程序、方法。由此，在基于工序控制器81的控制下，在等离子处理装置1的处理容器2内进行所希望的处理。
对于上述的控制程序以及方法，能够利用处于存储于例如CD-ROM、硬盘、软盘、闪存、DVD、蓝光盘等计算机能够读取的存储介质的状态的程序以及方法。另外，上述的方法从其他的装置经由例如经由专用线路随时传送在线利用也可以。
接下来，参照图1、图3至图6，对微波导入装置5的构成进行详细说明。图3是表示微波导入装置5的构成的说明图。图4是表示图3所示的微波导入机构的剖视图。图5是表示图4所示的微波导入机构的天线部的立体图。图6是表示图4所示的微波导入机构的平面天线的俯视图。
如前述的那样，微波导入装置5设置于处理容器2的上部，作为向处理容器2内导入电磁波(微波)并生成等离子的等离子生成装置而起作用。如图1以及图3所示，微波导入装置5具有：配置于处理容器2的上部，且具有多个开口部的导电性部件亦即顶部11；生成微波，并且将微波向多个路径分配并输出的微波输出部50；将从微波输出部50输出的微波导入处理容器2的天线单元60。在本实施方式中，处理容器2的顶部11兼做微波导入装置5的导电性部件。
微波输出部50具有：电源部51；微波振荡器52；将由微波振荡器52震荡而产生的微波放大的放大器53；将被放大器53放大的微波分配至多个路径的分配器54。微波振荡器52以规定的频率(例如2.45GHz)使微波振荡(例如PLL振荡)。此外，微波的频率并不限定于2.45GHz，也可以是8.35GHz、5.8GHz、1.98GHz等。另外，这样的微波输出部50也能够在使微波的频率为800MHz到1GHz的范围内的情况下应用。分配器54整合输入侧和输出侧的阻抗并且分配微波。
天线单元60包括多个天线模块61。多个天线模块61分别将被分配器54分配的微波导入处理容器2内。在本实施方式中，多个天线模块61的构成的全部相同。各天线模块61具有：将主要将经分配的微波放大并输出的放大器部62、和将从放大器部62输出的微波导入处理容器2内的微波导入机构63。天线模块61与本发明中的微波导入模块对应。
放大器部62包括：使微波的相位变化的相位器62A；调整输入至主放大器62C的微波的电力等级的可变增益放大器62B；固态放大器作为构成的主放大器62C；以及隔离器62D，该隔离器62D将被后述的微波导入机构63的天线部反射而朝向主放大器62C的反射微波分离。
相位器62A构成为能够使微波的相位变化，并使微波的放射特性变化。相位器62A例如被用于通过对每个天线模块61调整微波的相位，从而控制微波的指向性来使等离子的分布变化。此外，在进行这样的放射特性的调整的情况下，不设置相位器62A也可以。
可变增益放大器62B用于调整各个天线模块61的偏差、调整等离子强度。例如，通过对每个天线模块61使可变增益放大器62B变化，能够调整处理容器2内整体的等离子的分布。
虽然未图示，主放大器62C例如包括输入整合电路、半导体放大元件、输出整合电路以及高Q共振电路。作为半导体放大元件，例如使用可以E级动作的GaAsHEMT、GaNHEMT、LD(Laterally Diffused)-MOS。
隔离器62D具有循环器和虚拟载荷(同轴终端器)。循环器是将被后述的微波导入机构63的天线部反射的反射微波朝虚拟载荷引导的装置。虚拟载荷是将被循环器引导的反射微波变换成热的装置。此外，如前述那样，在在本实施方式中，设置有多个天线模块61，被多个天线模块61各自的微波导入机构63导入处理容器2内的多个微波在处理容器2内被合成。因此，各个隔离器62D也可以是小型的，能够将隔离器62D与主放大器62C邻接而设置。
如图1所示，多个微波导入机构63设置于顶部11。如图4所示，微波导入机构63具有：将阻抗整合的调谐器64；将放大后的微波向处理容器2内放射的天线部65；由金属材料构成、且具有在图4中的上下方向延伸的圆筒状的形状的主体容器66；在主体容器66内沿着与主体容器66的延伸方向相同的方向延伸的内侧导体67。主体容器66以及内侧导体67构成同轴管。主体容器66构成该同轴管的外侧导体。内侧导体67具有棒状或者筒状的形状。主体容器66的内周面与内侧导体67的外周面之间的空间形成微波传送路68。
虽然未图示，天线模块61还具有设置于主体容器66的基端侧(上端侧)的供电变换部。供电变换部经由同轴电缆与主放大器62C连结。隔离器62D设置于同轴电缆的中途。
天线部65设置于主体容器66上的与供电变换部相反的一侧。如后面说明的那样，主体容器66中比天线部65靠近基端侧的部分成为调谐器64的阻抗调整范围。
如图4以及图5所示，天线部65具有：与内侧导体67的下端部连接的平面天线71；配置于平面天线71的上表面侧的微波慢波件72；配置于平面天线71的下表面侧的微波透过板73。微波透过板73的下表面向处理容器2的内部空间露出。微波透过板73经由主体容器66与微波导入装置5的导电性部件、即顶部11的开口部嵌合。微波透过板73与本发明的微波透过窗对应。
平面天线71具有圆板形状。另外，平面天线71具有以贯通平面天线71的方式形成的插槽71a。在图5以及图6所示的例子中，设置有4个插槽71a，各插槽71a具有4个均等分割的圆弧形状。此外，插槽71a的数量并不局限于4个，可以是5个以上，也可以是一个以上三个以下。
微波慢波件72由具有比真空大的感应率的材料形成。作为形成微波慢波件72的材料，例如能够使用石英、陶瓷、聚四氟乙烯树脂等的氟类树脂、聚酰亚胺树脂等。微波在真空中其波长变长。微波慢波件72具有将微波的波长变短来调整等离子的功能。另外，微波的相位根据微波慢波件72的厚度而变化。因此，通过根据微波慢波件72的厚度调整微波的相位，能够调整成平面天线71在驻波的波腹。由此，能够抑制平面天线71上的反射波抑制，并且能够增大从平面天线71放射的微波的放射能量。换句话说，由此，能够高效地将微波的能量导入处理容器2内。
微波透过板73由电介质材料形成。作为形成微波透过板73的电介质材料，例如使用石英、陶瓷等。微波透过板73形成为能够在TE模式下高效地放射微波的形状。在图5所示的例子中，微波透过板73具有长方体形状。此外，微波透过板73的形状并不局限于长方体形状，例如可以是圆柱形状、五角形柱形状、六角形柱形状、八角形柱形状。
在如上述那样构成的微波导入机构63中，由主放大器62C放大的微波，在主体容器66的内周面与内侧导体67的外周面之间(微波传送路68)通过后到达平面天线71，从平面天线71的插槽71a透过微波透过板73向处理容器2的内部空间放射。
调谐器64构成为铁芯调谐器。具体而言，如图4所示，调谐器64具有：配置于比主体容器66的天线部65靠近基端部侧(上端部侧)的部分的两个铁芯调谐器74A、74B；使两个铁芯74A、74B动作的致动器75；控制该致动器75的调谐器控制器76。
铁芯74A、74B具有板状并且环状的形状，配置于主体容器66的内周面与内侧导体67的外周面之间。另外，铁芯74A、74B由电介质材料形成。作为形成铁芯74A、74B的电介质材料，例如能够使用介电常数为10的高纯度铝。高纯度铝比通常作为形成铁芯的材料使用的石英(介电常数3.88)、聚四氟乙烯(注册商标)(介电常数2.03)的介电常数大，因此能使铁芯74A、74B的厚度变小。另外，高纯度铝与石英、聚四氟乙烯(注册商标)相比，具有介电损耗因数(tanδ)小，能够使微波的损失减小的特征。高纯度铝还有形变小的特征、和耐热的特征。作为高纯度铝，优选纯度99.9％以上的铝烧结体。另外作为高纯度铝也可以使用单结晶铝(兰宝石)。
调谐器64基于来自调谐器控制器76的指令，利用致动器75使铁芯74A、74B在上下方向移动。由此，调谐器64调整阻抗。例如，调谐器控制器76调整铁芯74A、4B的位置以使得终端部的阻抗为50Ω。
在本实施方式中，主放大器62C、调谐器64以及平面天线71相互接近配置。特别是，调谐器64以及平面天线71构成集中常数电路，并且作为共振器而起作用。平面天线71的安装部分存在阻抗不匹配。在本实施方式中，通过调谐器64能够包括等离子在内高精度地进行调整，能够消除平面天线71的反射的影响。另外，通过调谐器64能够高精度地消除到平面天线71的阻抗不匹配，将实际上不匹配的部分作为等离子空间。由此，能够利用调谐器64进行高精度的等离子控制。
接下来，参照图7以及图8，对微波透过板73的配置进行说明。图7是图1所示的处理容器2的顶部11的仰视图。图8是表示本实施方式中的多个微波透过板73的配置的说明图。此外，在图7中省略主体容器66的图示。另外，在以下的说明中，微波透过板73具有圆柱形状。
微波导入装置5包括多个微波透过板73。如前述那样，微波透过板73与本发明中的微波透过窗对应。多个微波透过板73在与微波导入装置5的导电性部件亦即顶部11的多个开口部嵌合的状态下，配置于与载置台21的载置面21a平行的一个假想的平面上。另外，在上述假想的平面上，多个微波透过板73包括其中心点间的距离彼此相等或者几乎相等的3个微波透过板73。此外，所谓的中心点间的距离几乎相等是从微波透过板73的形状精度、天线模块61(微波导入机构63)的组装精度等的观点来看，微波透过板73的位置可以与所希望的位置稍微偏离的意思。
在本实施方式中，多个微波透过板73由配置成六方最密配置的7个微波透过板73构成。具体而言，多个微波透过板73配置成其中心点分别与正六角形的顶点一致或者几乎一致的6个微波透过板73A～73F、和配置成其中心点与正六角形的中心一致或者几乎一致的一个微波透过板73G构成。在图8中，附图标记PA～PG分别表示微波透过板73A～73G的中心点。此外，与顶点或者中心点几乎一致是指，从微波透过板73的形状精度、天线模块61(微波导入机构63)的组装精度等的观点来看，微波透过板73的中心点可以与上述顶点或者中心稍微偏离的意思。
如图7所示，微波透过板73G配置于顶部11的中央部分。6个微波透过板73A～73F以包围微波透过板73G的方式配置于比顶部11的中央部分靠近外侧的位置。因此，微波透过板73G与本发明中的中心微波透过窗对应，微波透过板73A～73F与本发明中的外侧微波透过窗对应。此外，在本实施方式中，“顶部11的中央部分”是“顶部11的平面形状的中央部分”的意思。
微波透过板73A～73G满足以下的第1以及第2条件而配置。第1条件是通过将微波透过板73A～73G的中心点PA～PG中的、相互邻接的3个中心点连接起来而以平面状态形成6个正三角形。第2条件是利用这6个的正三角形来形成假想的正六角形。如图8所示，将微波透过板73A～73F的中心点PA～PF以包围微波透过板73G的方式连结，形成上述的假想的正六角形。
此外，在图8中，附图标记W是表示将晶片W的平面形状投影到配置有多个微波透过板73的假想的平面而形成的图形(以下仅记作晶片W的平面形状。)。在图8所示的例子中，晶片W的平面形状是圆形。在本实施方式中，微波透过板73A～73F的中心点PA～PF成为基准的正六角形的外缘包含晶片W的平面形状。微波透过板73G的中心点PG与晶片W的平面形状(圆)的中心点一致或者几乎一致。微波透过板73A～73F的中心点在与PA～PF在晶片W的平面形状相对的同心圆的圆周上等间隔或者几乎等间隔地配置。
在本实施方式中，在全部的微波透过板73中，相互邻接的任意3个微波透过板73的中心点间的距离彼此相等或者几乎相等。以下对此以微波透过板73A、73B、73G为例进行说明。如图8所示，微波透过板73A、73B的中心点PA、PB与正六角形的邻接2个顶点一致。另外，微波透过板73G的中心点PG与正六角形的中心点一致。如图8所示，连结中心点PA、PB、PG而描绘出的图形为正三角形。因此，中心点PA、PB、PG间的距离相互相等。
对上述的微波透过板73A、73B、73G的说明适用于相互邻接3个的微波透过板73的组合的任意一个。因此，在本实施方式中，在全部的微波透过板73中，相互邻接任意的3个微波透过板73的中心点间的距离彼此相等或者几乎相等。此外，在本发明中，邻接两个微波透过板73满足以下条件，即：在将这2个微波透过板73的中心点间连结的第1线段上不配置其他微波透过板73的条件，以及第1线段不与连结其他2个微波透过板73的中心点间的比第1线段端短的第2线段相交的条件。
在此，对本发明中第1至第3微波透过窗进行说明。在上述的微波透过板73A、73B、73G的说明中，例如，微波透过板73G与本发明中的第1微波透过窗对应，微波透过板73A、73B与第1微波透过窗邻接的第2以及第3微波透过窗对应。如上述的说明所明确的，微波透过板73G的中心点PG与微波透过板73A的中心点PA的距离(微波透过板73G、73A的中心点PG、PA间距离)，与微波透过板73G的中心点PG和微波透过板73B的中心点PB的距离(微波透过板73G、73B的中心点PG、PB间距离)相互或者几乎相等。
此外，在微波透过板73G与本发明中的第1微波透过窗对应的情况下，并不局限于微波透过板73A、73B，微波透过板73A～73F中的任意两个微波透过板与本发明中的第2以及第3微波透过窗对应。另外，微波透过板73A可以与本发明中的第1微波透过窗对应。在该情况下，微波透过板73B、73F、73G中的任意两个微波透过板与本发明中的第2以及第3微波透过窗对应。同样，微波透过板73B～73F中的任意一个微波透过板与本发明中的第1微波透过窗对应也可以。
然而，在与第1至第3微波透过窗对应的微波透过板73的组合(73A、73B、73G)、(73B、73C、73G)、(73C、73D、73G)、(73D、73E、73G)、(73E、73F、73G)、(73F、73A、73G)中的任意一个的情况下，当微波透过板73G与本发明中的第1微波透过窗对应的情况下，第1至第3微波透过窗相互邻接。在该情况下，第1以及第2微波透过窗的中心点间距离、第1以及第3微波透过窗的中心点间距离、第2以及第3微波透过窗的中心点间距离相互相等或者几乎相等。在上述的微波透过板73A、73B、73G的说明中，微波透过板73G、73A的中心点PG、PA间距离、微波透过板73G、73B的中心点PG、PB间距离、微波透过板73A、73B的中心点PA、PB间距离互相相等或者几乎相等。
如图4所示，微波导入机构63形成包括微波透过板73的一体构造。在本实施方式中，多个微波导入机构63是由7个微波导入机构63构成的。各微波导入机构63与图7以及图8所示的配置有微波透过板73的位置对应而配置。另外，如图7所示，气体导入部15的多个喷嘴16在微波透过板73A～73F与微波透过板73G之间以包围微波透过板73G的周围的方式配置。
接下来，对邻接的任意两个微波透过板73的中心点之间的距离优选的范围进行说明。首先，参照图8至图10，对载置台21的载置面21a中的任意的测定点的等离子密度进行说明。图9是示意性地表示等离子源与测定点的关系的说明图。图10是示意性地表示等离子的密度分布的说明图。此外，等离子源与本实施方式中的微波透过板73对应。在图9中，附图标记201、202、203表示任意的3个等离子源。另外，附图标记204表示载置面21a上的测定点。另外，标记有201a、202a、203a的箭头分别示意性地表示从等离子源201、202、203向测定点204的等离子。在图10中，标记有200的曲线表示由任意的等离子源产生的等离子的密度分布。另外，符号FWHM(fulll width at half maximum)表示该等离子的密度分布的半值全宽。
在此，通过以下的方式定义x方向、y方向、z方向。x方向和y方向是与图1所示的载置台21的载置面21a平行的方向，且是相互垂直的2个方向。z方向是与载置面21a垂直的方向，是离开载置面21a的方向。在载置面21a上，z＝0。在图9图示这样定义的x、y、z各方向。
多个等离子源配置于与载置面21a平行的一个假想的平面(与配置有多个微波透过板73的假想的平面相同)。在此，该假想的平面与载置面21a之间的距离用Z表示。另外，任意的等离子源的坐标用(xn，yn，Z)表示，测定点204的坐标用(X，Y，0)表示。测定点204的基于任意的一个等离子源的等离子密度Ne(n)能够由下述的式(1)表示。
Ne(n)(X，Y)
＝an·exp[-{(X-xn)2+(Y-yn)2}/2σ2]/2πσ2…(1)
此外，式(1)是根据经验的得到的近似式。σ2由下述的式(2)表示。
σ2＝FWHM2/(8·ln2)…(2)
此外，an和σ2是关于等离子强度的系数，取决于向等离子源投入的能量/和从配置有等离子源的假想的平面到载置面21a的距离(Z)。
如图9所示，基于多个等离子源的等离子到达测定点204。测定点204处的基于全部的等离子源的等离子密度Ne(total)，能够由式(1)表示的基于一个等离子源的等离子密度Ne(n)的和来表示。在有基于Np个的等离子源的等离子到达测定点204的情况下，等离子密度Ne(total)由下述的式(3)表示。
Ne(total)＝∑(n＝1～Np)Ne(n)…(3)
接下来，对求出邻接的任意的两个微波透过板73的中心点间的距离优选范围的第1模拟的结果进行说明。在第1模拟中，如图8所示，使用上述的式(1)～(3)计算平面形状为圆形、直径Dw为1的晶片W上的等离子密度。另外，等离子源、即微波透过板73的配置为图8所示的配置。此外，在图8中，符号Lp表示邻接的任意两个微波透过板73的中心点间的距离。另外，基于多个微波透过板73的多个微波等离子的密度分布是全部相同。此外，在实际使处理容器2内中的微波等离子的密度分布均匀化的情况下，例如，仅使基于微波透过板73G(中心微波透过窗)的微波等离子的密度分布变化，进行处理容器2内中的等离子的密度分布最佳化。
在第1模拟中，使Lp与FWHM均在0.1到2.0的范围内变化，求出晶片W上的微波等离子的密度分布，基于该密度分布求出微波等离子的密度分布的均匀性。作为表示微波等离子的密度分布的均匀性的指标，使用以百分率表示将晶片W上的等离子密度的最大值最小值之差的1/2除以晶片W上的等离子密度的平均值而得的值。
图11表示第1模拟的结果。图11中，横轴表示Lp，纵轴表示FWHM。在图11中，记载表示上述微波等离子的密度分布的均匀性的指标的值，并且将该值相等的点连结并描绘曲线。从图11能够了解到随着Lp和FWHM一起变大，微波等离子的密度分布的均匀性提高。
此外，表示上述的微波等离子的密度分布的均匀性的指标的值优选在例如10％以下。为了实现该目标，Lp以及FWHM例如优选满足下述的式(4)。
0.37×Lp+0.26≤FWHM≤3.80×Lp-1.04…(4)
此外，图11中，附图标记205表示由FWHM＝0.37×Lp+0.26表示的直线，附图标记206表示由FWHM＝3.80×Lp-1.04表示的直线。如根据从第1模拟的结果所理解的那样，在多个微波透过板73如图8所示那样配置的情况下，邻接的任意的2个微波透过板73的中心点间的距离Lp优选满足上述的式(4)。
接下来，对等离子处理装置1中等离子处理的一个例子进行说明。在此，举例作为处理气体使用含有氮气的气体，对晶片W的表面实施等离子氮化处理的情况，对等离子处理的顺序进行说明。首先，例如为了在等离子处理装置1进行等离子氮化处理，从用户接口82向工序控制器81输入指令。接下来，工序控制器81接受该指令，读取保存于存储部83或者计算机能够读取的存储介质的方法。接下来，为了基于方法并根据条件执行等离子氮化处理，从工序控制器81向等离子处理装置1的各终端设备(例如，高频偏压电源25、气体供给装置3a、排气装置4、微波导入装置5等)发送控制信号。
接下来，闸阀G处于打开状态，通过未图示的搬运装置，晶片W通过闸阀G以及搬送出入口12a被搬入处理容器2内。晶片W载置于载置台21的载置面21a。接下来，闸阀G处于关闭状态，利用排气装置4将处理容器2内减压排气。接下来，通过气体供给机构3将规定流量的含有稀有气体以及氮气的气体经由气体导入部15导入处理容器2内。处理容器2的内部空间通过调整排气量以及气体供给量被调整至规定的压力。
接下来，在微波输出部50产生导入处理容器2内的微波。从微波输出部50的分配器54输出的多个微波被输入至天线单元60的多个天线模块61，由各天线模块61导入处理容器2内。在各天线模块61中，微波在放大器部62以及微波导入机构63传播。到达微波导入机构63的天线部65的微波从平面天线71的插槽71a透过微波透过板73，向处理容器2内中的晶片W的上方的空间放射。这样，从各天线模块61微波分别导入处理容器2内。
如上述那样从多个部位导入处理容器2内的微波分别在处理容器2内形成电磁场。由此，将导入处理容器2内的非活性气体或含有氮气的气体等处理气体等离子化。于是，通过等离子中的活性物质，例如自由基或离子的作用，晶片W的硅表面形成有被氮化的氮化硅膜SiN的薄膜。
若从工序控制器81向等离子处理装置1的各终端设备发送结束等离子处理的控制信号，则停止产生微波，并且停止稀有气体以及含有氮气的气体的供给，对晶片W的等离子处理结束。接下来，闸阀G处于打开状态，通过未图示的搬运装置晶片W被搬出。
此外，通过替代含有氮气的气体而使用含有氧气的，能够对晶片W实施氧化处理。另外，通过使用成膜原料气体，通过等离子CVD法能够对晶片W实施成膜处理。
接下来，本实施方式的等离子处理装置1的效果进行说明。在本实施方式中设定为，本发明的与第1微波透过窗对应的微波透过板73的中心点和与第2微波透过窗对应的微波透过板73的中心点的距离(第1以及第2微波透过窗的中心点间距离)，和本发明的与第1微波透过窗对应的微波透过板73的中心点与第3微波透过窗对应的微波透过板73的中心点的距离(第1以及第3微波透过窗的中心点间距离)相互相等或者几乎相等。晶片W上的任意的点的等离子密度参照式(1)至(3)说明的那样，表示基于多个微波透过板73的多个等离子密度的和。
然而，若配置成邻接的多个微波透过板的中心点间距离不同，则产生以下这样的问题。在此，考虑某一个微波透过板(以下，称作第4微波透过板)与另外两个微波透过板(以下，称作第5以及第6的微波透过板。)分离配置的情况。基于第4至第6的微波透过板的微波等离子的密度分布，成为将基于各微波透过板的微波等离子的密度分布合成的分布。因此，在基于各微波透过板的微波等离子的密度分布全部相同的情况下，在第4微波透过板的附近等离子密度变小，在第4以及第5微波透过板的附近等离子密度变大。另外，这样等离子密度偏向一方的情况下，例如为了调整基于第4微波透过板的微波等离子的密度分布，虽然考虑更换包括第4微波透过板的天线模块的平面天线，但是这样的平面天线的更换，变成需要时间和操作的大型的作业。或者，为了调整基于第4微波透过板的微波等离子的密度分布，也考虑例如通过变换微波的功率等来进行微调，但是在微波的功率变化范围的微波等离子的密度分布的变化幅度(差值)小，其效果有限。
与此相对的，在本实施方式中，由于设定为第1以及第2微波透过窗的中心点间距离与第1以及第3微波透过窗的中心点间距离相互相等或者几乎相等，因此能够容易地使微波等离子的密度分布均匀化。例如，在通过使包括微波透过板73的多个天线模块61的构成全部相同等，而使分别基于3个微波透过板73的3个微波等离子的密度分布全部相同的情况下，至少与第2微波透过窗对应的微波透过板73附近的微波等离子的密度分布，和与第3微波透过窗对应微波透过板73附近的微波等离子的密度分布相等。这样，根据本实施方式，能够以简单的构成使微波等离子的密度分布均匀化。
另外，在本实施方式中，由于第1以及第2微波透过窗的中心点间距离、第1以及第3微波透过窗的中心点间距离、第2以及第3微波透过窗的中心点间距离相互相等，所以容易使微波等离子的密度分布均匀化。在该情况下，因为与第1至第3微波透过窗对应的3个微波透过板73的中心点间的距离相互相等或者几乎相等，所以能够使分别基于3个微波透过板73的3个微波等离子的密度分布全部相同。此时，在3个微波透过板73的各自附近的等离子密度不产生偏差。这样，在本实施方式中，不需要由于产生等离子密度偏差而进行上述的那样的平面天线的替换等的微波等离子的密度分布的调整。因此，采用本实施方式，能够以简单的构成使微波等离子的密度分布均匀化。
另外，在本实施方式中，微波透过板73G配置于顶部11的中央部分，6个微波透过板73A～73F以包围微波透过板73G的方式配置于顶部11比中央部分靠外侧的位置。由此，根据本实施方式，能够使大区域的微波等离子的密度分布均匀化。
另外，在本实施方式中，多个天线模块61的构成全部相同。由此，根据本实施方式，能够在各天线模块61使用相同的等离子产生条件，微波等离子的密度分布的调整变得容易。
此外，与正六角形的内侧对应的区域的下方的等离子密度比与正六角形的外侧对应的区域的下方的等离子密度大。在本实施方式中，如参照图8说明的那样，以微波透过板73A～73F的中心点为基准的正六角形的外缘变化晶片W的平面形状。由此，根据本实施方式，能够将晶片W配置于等离子密度大的区域。
然而，为了使微波等离子的密度分布均匀化，考虑尽可能多的设置微波透过板。以下，将具有这样的构成的等离子处理装置称作第1比较例的等离子处理装置。第1比较例的等离子处理装置中其他的构成与本实施方式的等离子处理装置1相同。在这样的构成的第1比较例的等离子处理装置中，因为包括微波透过板的天线模块61的数量变多，所以初始成本以及维护成本变高。另外，由于天线模块61的数量变多，作业性也变差。
另外，在第1比较例的等离子处理装置中，因为微波透过板密集，处理容器2的顶部11的微波透过板的间隔狭窄，不能自由地配置气体导入部15的多个喷嘴16。另外，因为配置有由电感应材料构成的微波透过板，所以存在相对的由金属材料构成的处理容器2的内侧的表面积、特别是本发明中的导电性部件对应的顶部11的表面积减少，有基于高频偏压电源25的偏压外加效率降低的可能性。另外，微波透过板的设置面积增加，包括顶部11的处理容器2大型化。
与此相对的，根据本实施方式，没有设置多的微波透过板，能够使微波等离子的密度分布均匀化。因此，根据本实施方式，不产生第1比较例的等离子处理装置的上述的问题。
第2实施方式
接下来，参照图12，对本发明的第2实施方式的等离子处理装置进行说明。图12是表示本实施方式中的多个微波透过板的配置的说明图。本实施方式的等离子处理装置的构成基本上与第1实施方式的等离子处理装置1相同。
在本实施方式中，微波导入装置5替代第1实施方式中的多个微波透过板73而包括多个微波透过板273。多个微波透过板273配置于与载置台21的载置面21a平行的一个假想的平面上。另外，在上述假想的平面上，多个微波透过板273包括其平面形状的中心点间的距离相互相等或几乎相等的3个微波透过板273。在本实施方式中，多个微波透过板273中心点由以分别与正三角形的顶点一致或者几乎一致的方式配置的3个微波透过板273A、273B、273C构成。在图12中，附图标记PA、PB、PC分别表示微波透过板273A、273B、273C的中心点。3个微波透过板273A、273B、273C的中心点PA、PB、PC间的距离Lp相互相等或者几乎相等。
微波透过板273A、273B、273C配置成满足通过连结微波透过板273A、273B、273C的中心点PA、PB、PC形成有假想的正三角形的条件。如图12所示的那样，通过连结微波透过板273A、273B、273C的中心点PA、PB、PC形成有上述的假想的正三角形。
此外，在图12所示的例子中，晶片W的平面形状是圆形。在本实施方式中，以微波透过板273A～273C的中心点为基准的正三角形的外缘包括晶片W的平面形状。微波透过板273A～273C的中心点PA～PC在与晶片W的平面形状对应的同心圆的圆周上，以均等或者几乎均等的间隔配置。
接下来，与第1模拟相同，对求得的邻接的任意的两个微波透过板273的中心点间的距离、即3个微波透过板273A、273B、273C的中心点PA、PB、PC间的距离Lp的优选的范围的第2模拟的结果进行说明。在第2模拟中，等离子源、即微波透过板273A、273B、273C的配置成为如图12所示的配置。第2模拟中的其他的条件与第1模拟相同。
图13表示第2模拟的结果。在图13中，横轴表示Lp，纵轴表示FWHM。在图13中，记载与第1模拟相同的微波等离子的密度分布的均匀性的指标的值，并且将该值相等的点连结并描绘曲线。从图13能够了解到随着Lp和FWHM一起变大，微波等离子的密度分布的均匀性提高。
此外，与第1模拟相同，上述的表示微波等离子的密度分布的均匀性的指标的值例如优选在10％以下。为了实现该目的，Lp以及FWHM例如优选满足下述的式(5)、(6)。
FWHM≥0.47×Lp+0.56…(5)
FWHM≥-19×Lp+21…(6)
此外，在图13中，附图标记207表示由FWHM＝0.47×Lp+0.56表示的直线，附图标记208表示由FWHM＝-19×Lp+21表示的直线。根据从第2模拟的结果所理解的那样，3个微波透过板273A、273B、273C如图12所示那样配置的情况下，3个微波透过板273A、273B、273C的中心点PA、PB、PC间的距离Lp优选满足上述的式(5)、(6)。
本实施方式中的其他的构成，作用以及效果与第1实施方式相同。
然而，第1实施方式中的微波透过板73的数量是7个，比第2实施方式中的微波透过板273的数量(三个)多。然而，根据第1实施方式中的图8所示的微波透过板73的配置，与第2实施方式中的图12所示的微波透过板273的配置相比，能够使顶部11的直径变小。以下，对此进行详细说明。
在此，考虑将多个微波透过板373配置成其中心点与多角形的顶点一致的情况。图14是将多个微波透过板373的配置简化表示的说明图。在图14中，(a)表示微波透过板373的数量为3～6个的情况的配置。在图14中，(e)表示微波透过板373的数量是无限的情况下的配置。(a)表示的微波透过板373与第2实施方式中的微波透过板273A～273C对应。(b)表示的微波透过板373与第1实施方式中的微波透过板73A～73F对应。
图14中，双点划线表示的多角形的外缘变化晶片W的平面形状，并与晶片W的平面形状的外缘相接。在该情况下，图14中用点划线表示的顶部11的最小的直径，与通过全部的微波透过板373的中心点的圆(多角形的外接圆)的直径加上微波透过板373的直径而得的值相等。上述的圆的半径R由下述的式(7)表示。
此外，在式(7)中，Dw表示晶片W的直径，Np表示微波透过板373的数量。根据上述的式(7)和微波透过板373的直径能够得到顶部11的最小的直径。图15表示微波透过板373的数量Np与上述的圆的半径R的关系。在图15中，横轴表示微波透过板373的数量Np，纵轴表示上述圆的半径R。根据从图15所理解的，随着微波透过板373的数量Np越多，顶部的半径变小。根据从其结果所理解的，采用微波透过板73的数量为7个的第1实施方式与微波透过板273的数量为三个的第2实施方式相比，能够使顶部11的直径变小。
这样，根据第1实施方式，第2实施方式相比顶部11的直径变小，能够使处理容器2小型化。另一方面，根据第2实施方式，与第1实施方式相比，能够减少微波透过板273，减少天线模块61的数量。关于使微波透过板的配置为第1实施方式中的图8所示的配置、还是第2实施方式中的图12所示的配置，根据等离子处理装置1的要求规格，能够适当地决定。
接下来，上述各实施方式中的其他的效果进行说明。前述的那样，在上述各实施方式的等离子处理装置1中，从多个部位向处理容器2内导入微波。在此，将从一个部位向处理容器内导入微波的等离子处理装置称作第2比较例的等离子处理装置。以下，一边与第2比较例的等离子处理装置比较，一边对上述各实施方式的效果进行说明。
图16是示意性地表示第2比较例的等离子处理装置的构成的剖视图。第2比较例的等离子处理装置501具备处理容器502、载置台521以及支承部件522。处理容器502、载置台521以及支承部件522的构成与图1所示的处理容器2、载置台21以及支承部件22的构成相同。
等离子处理装置501替代图1以及图3所示的微波导入装置5而具备微波导入装置505。微波导入装置505设置于处理容器2的上部。作为微波导入装置505能够使用只含有一个微波透过板的既知构成的微波导入装置。微波透过板573例如具有圆板形状。微波透过板573的平面形状的直径比晶片W的直径大，例如是460mm。
等离子处理装置501还具有板状的形状，并且具备具有多个贯通孔的簇射极板510。簇射极板510已将处理容器502内的空间上下隔开的方式配置于载置台521与微波导入装置505之间。作为形成簇射极板510的材料例如使用石英。簇射极板510是与等离子处理装置501中的等离子处理的内容对应设置的装置。具体而言，例如，簇射极板510是在等离子处理装置501中使用低密度的等离子进行等离子处理时设置的。
等离子处理装置501中的其他的构成与第1或者第2实施方式的等离子处理装置1相同。
在等离子处理装置501中，因为微波透过板573的数量是一个，所以需要微波透过板573的平面形状比晶片W的平面形状大。若微波透过板573的面积变大，则使等离子稳定地着火以及放电所必要的微波的功率变大。例如，微波透过板573具有圆板形状，在微波透过板573的平面形状的直径为460mm的情况下，为了使等离子稳定地着火以及放电所必要的微波的功率的最小值是1000W。
若如上述那样微波的功率变大，则生成比较的高密度的等离子。在此，在等离子处理装置501中使用低密度的等离子进行等离子处理的情况下，需要变更等离子处理装置501的构成。例如，使用上述的簇射极板510，能够通过隔开微波透过板573与晶片W使晶片W的附近的等离子密度变小。
与此相对的，在上述各实施方式中，因为设置有多个微波透过板73或者273，所以与等离子处理装置501的微波透过板573相比，能够使微波透过板73或者273的面积变小。此外，在微波透过板73、273具有圆柱形状的情况下，微波透过板73、273的平面形状的直径例如在90～200mm的范围内。其结果，根据上述各实施方式，与等离子处理装置501相比，能够将用于使等离子稳定地着火以及放电而必要的微波的功率变小。由此，根据上述各实施方式，不变更等离子处理装置1的构成而是单一的构成，在等离子处理装置1中，除了进行使用高密度的等离子的等离子处理之外，还能够进行使用低密度的等离子的等离子处理。换句话说，根据上述各实施方式，与比较例的等离子处理装置501相比，由于等离子密度的控制的自由度变大，因此能够以单一的装置构成进行由低密度到高密度的等离子的处理。
在此，对表示上述效果的实验的结果进行说明。在实验中，首先在等离子处理装置501中，进行在第1实施方式中说明的等离子氮化处理。在此，对载置于载置台521的晶片W进行使用高密度等离子的等离子氮化处理(以下，记作高密度等离子氮化处理。)和使用低密度等离子的等离子氮化处理(以下，记作低密度等离子氮化处理。)。
等离子处理装置501中的高密度等离子氮化处理的条件如下。微波透过板573与晶片W之间的间隔(间隙)设为79mm，微波的功率设为1500W，处理容器502内的压力设为20Pa。另外，作为等离子生成用的稀有气体使用1000sccm的Ar，作为氮化处理气体使用200sccm的N2。另外，晶片W的温度设为500℃。此外，不设置图16所示的簇射极板510而进行等离子氮化处理。
等离子处理装置501中低密度等离子氮化处理的条件如下。微波透过板573与晶片W之间的间隔(间隙)设为134mm，微波的功率设为1500W，处理容器502内的压力设为7Pa。另外，作为等离子生成用的稀有气体使用1000sccm的Ar，作为氮化处理气体使用40sccm的N2。另外，晶片W的温度设为500℃。此外，设置图16所示的簇射极板510而进行等离子氮化处理。
在实验中，接下来，作为上述各实施方式的等离子处理装置1如第1实施方式的等离子处理装置1那样，使包括7个微波透过板73的等离子处理装置(以下，记作实施例的等离子处理装置。)，对载置于载置台21的晶片W进行高密度等离子氮化处理和低密度等离子氮化处理。在实验中，微波透过板73与晶片W之间的间隔(间隙)固定为85mm。另外，在处理容器2内不设置簇射极板。
在实施例的等离子处理装置中的高密度等离子氮化处理中，从一个微波透过板73导入的微波的功率设为400W。实施例的等离子处理装置中的高密度等离子氮化处理的其他的条件中，除了微波透过板73与晶片W之间的间隔(间隙)之外，其他与离子体处理装置501的高密度等离子氮化处理的条件相同。
在实施例的等离子处理装置中低密度等离子氮化处理中，将从一个微波透过板73导入的微波的功率设为50W。在实施例的等离子处理装置中的低密度等离子氮化处理的其他的条件中，除了微波透过板73与晶片W之间的间隔(间隙)、以及有无簇射极板之外，其他与等离子处理装置501的低密度等离子氮化处理的条件相同。
图17是表示高密度等离子氮化处理中的氮化膜厚与低密度等离子氮化处理中的氮化膜厚的特性图。在图17中，横轴表示氮化时间，纵轴表示氮化膜厚。根据图17，能够了解到在实施例的等离子处理装置中，在高密度等离子氮化处理与在低密度等离子氮化处理中的任意一个，氮化时间与氮化膜厚的关系与第2比较例的等离子处理装置501的结果几乎相同。根据该结果所理解的，在第2比较例的等离子处理装置501中，为了进行使用高密度等离子的等离子处理和使用低密度等离子的等离子处理的双方，需要变更等离子处理装置501的构成。与此相对的，根据上述各实施方式，不用变更等离子处理装置1的构成，能够以单一的构成，进行使用高密度等离子的等离子处理和使用低密度等离子的等离子处理的双方。
另外，根据上述各实施方式，与等离子处理装置501相比，能够对晶片W进行均匀的等离子处理。图18是表示图17所示的等离子氮化处理中氮化膜厚的均匀性的特性图。在图18中，横轴表示氮化膜厚，纵轴表示作为均匀性的指标的R/2avg。此外，R/2avg是将氮化膜厚的最大值最小值之差的1/2除以氮化膜厚的平均值的值用百分率表示的值。根据图18，了解到在实施例的等离子处理装置中，与等离子处理装置501相比，高密度等离子氮化处理中的R/2avg的值变小。其结果是表示在在实施例的等离子处理装置中，与等离子处理装置501相比在晶片W的面内形成有均匀膜厚的氮化膜。其理由考虑有以下这样。
在等离子处理装置501中，因为微波透过板573的面积大，所以等离子的密度分布难以均匀。与此相对的，在实施例的等离子处理装置中，各个微波透过窗73的面积比微波透过板573小。因此，在实施例的等离子处理装置中，由从各个微波透过窗73导入的微波生成的等离子的密度分布比等离子处理装置50中的等离子的密度分布均匀。并且，在实施例的等离子处理装置中，如在第1实施方式说明的那样，为了使晶片W附近的等离子的密度分布均匀而配置有多个微波透过窗73。由此，在实施例的等离子处理装置中，与等离子处理装置501相比，晶片W附近的等离子的密度分布均匀。其结果，在实施例的等离子处理装置中，形成有比等离子处理装置501均匀的氮化膜。
此外，根据上述各实施方式，不仅能够如上述那样改变氮化膜厚，也能够改变被氮化膜的氮元素浓度。
另外，根据上述各实施方式，在一个等离子处理装置1中，能够不将晶片W从处理容器2内搬出，而变换等离子的密度并且连续进行等离子处理。例如，能够进行以下的(1)～(4)这样的处理。
(1)能够进行使用高密度的等离子在晶片W形成膜厚大的氧化膜、使用低密度的等离子在氧化膜的上表面稍微进行氮化的处理。
(2)在蚀刻层叠膜时，能够进行一边对应被蚀刻膜的种类改变等离子的密度一边进行蚀刻处理。在该情况下，能够不中断等离子的生成，连续的使等离子的密度变化，即使在该情况下，也能够抑制等离子的模式跳变的产生。
(3)通过等离子氮化处理改性蚀刻掩模时，能够一边改变等离子的密度一边进行改质处理。由此，能够提高蚀刻处理中的蚀刻掩模与被蚀刻膜的选择比率。
(4)在使用高密度的等离子进行蚀刻处理之后，为了出去蚀刻掩模，能够使用低密度的氧等离子进行灰化处理。
另外，根据上述各实施方式，没有向等离子处理装置501那样设置簇射极板510的必要，所以能够防止等离子中的活性物质的输送效率降低。由此，根据上述各实施方式，能够防止例如成膜处理中膜质劣化。
另外，根据上述各实施方式，因为没有必要设置簇射极板510，与等离子处理装置501相比能够使间隙变小，因此能够使处理容器2小型化。因此，根据上述各实施方式，能够进行在处理容器2的内部空间的容积或间隙大的情况难以进行的处理、例如根据PE-ALD法的成膜处理。
另外，根据上述各实施方式，因为没有必要设置使成为等离子中的离子失活的原因的簇射极板510，所以与等离子处理装置501相比，能够提高等离子的离子性。该特长特别是在向载置台21外加高频偏压的工序中有效。由此，根据上述各实施方式，例如在使用氧等离子的改性处理等中，能够离子性强的等离子的改性效果。
此外，本发明并不限于上述各实施方式，能够有各种变更。例如，本发明的等离子处理装置或者微波导入装置除了等离子氮化处理装置以外，例如也可以用于等离子氧化处理装置、等离子CVD处理装置、等离子蚀刻处理装置、等离子灰化处理装置等。并且，本发明的等离子处理装置或者微波导入装置并不局限于半导体晶片作为被处理体的情况，例如也能够用于太阳电池面板的基板、平板面板显示器用基板作为被处理体的等离子处理装置。
另外，在上述各实施方式中，虽然使用微波等离子处理装置，但是也能够使用例如ICP等离子方式，ECR等离子方式，表面波等离子方式，磁控等离子方式等其他方式的等离子处理装置。另外，并不局限于真空处理，也能够利用大气压等离子。

Claims (10)

1.一种等离子处理装置，其特征在于，具备:
处理容器，其容置被处理体；
载置台，其配置于上述处理容器的内部，具有载置上述被处理体的载置面；
气体供给机构，其向上述处理容器内供给处理气体；以及
微波导入装置，其产生用于在上述处理容器内生成上述处理气体的等离子的微波，并且将上述微波导入上述处理容器内，
上述微波导入装置具有：导电性部件，该导电性部件配置于上述处理容器的上部，且具有多个开口部；以及多个微波透过窗，该多个微波透过窗与上述多个开口部嵌合，并且能够使微波透过而将该微波导入上述处理容器内，
上述多个微波透过窗在嵌合于上述多个开口部的状态下配置于与上述载置面平行的一个假想的平面上，并且，上述多个微波透过窗具有配置于上述导电性部件的中央部分的一个中心微波透过窗、和以包围上述中心微波透过窗的方式配置于比上述中央部分靠外侧的位置的6个外侧微波透过窗，
上述6个外侧微波透过窗和上述中心微波透过窗配置成：通过将上述6个外侧微波透过窗的中心点和上述中心微波透过窗的中心点中的、相互邻接的3个中心点连结起来而在平面状态下形成6个正三角形，通过这6个正三角形而形成假想的正六角形，
上述被处理体的平面形状为圆形，
基于从上述多个微波透过窗导入上述处理容器内的各个微波而生成的多个微波等离子的密度分布全部相同，
在将上述被处理体的平面形状的直径设为1、且用Lp表示邻接的任意2个微波透过窗的中心点间的距离时，上述多个微波等离子的密度分布的半值全宽为0.37×Lp+0.26以上且3.80×Lp－1.04以下。
2.根据权利要求1所述的等离子处理装置，其特征在于，
上述假想的正六角形的外缘包括将上述被处理体的平面形状向上述假想的平面投影而形成的图形。
3.一种等离子处理装置，其特征在于，
处理容器，其容置被处理体；
载置台，其配置于上述处理容器的内部，具有载置上述被处理体的载置面；
气体供给机构，其向上述处理容器内供给处理气体；以及
微波导入装置，其产生用于在上述处理容器内生成上述处理气体的等离子的微波，并且将上述微波导入上述处理容器内，
上述微波导入装置具有：导电性部件，该导电性部件配置于上述处理容器的上部，且具有多个开口部；以及多个微波透过窗，该多个微波透过窗与上述多个开口部嵌合，并且能够使微波透过而将该微波导入上述处理容器内，
上述多个微波透过窗在嵌合于上述多个开口部的状态下配置于与上述载置面平行的一个假想的平面上，并且具有比上述导电性部件的中央部分靠外侧配置的3个外侧微波透过窗，并且配置成：通过将上述3个外侧微波透过窗的中心点连结起来而在平面状态下形成假想的正三角形，
上述被处理体的平面形状是圆形，
基于从上述多个微波透过窗导入上述处理容器内的各个微波而生成的多个微波等离子的密度分布全部相同，
在将上述被处理体的平面形状的直径设为1、且用Lp表示邻接的任意两个微波透过窗的中心点间的距离时，上述多个微波等离子的密度分布的半值全宽为0.47×Lp+0.56以上且－19×Lp+21以上。
4.根据权利要求3所述的等离子处理装置，其特征在于，
上述假想的正三角形的外缘包括将上述被处理体的平面形状向上述假想的平面投影而形成的图形。
5.根据权利要求1或3所述的等离子处理装置，其特征在于，
上述微波导入装置具有:微波输出部，该微波输出部生成微波，并且将微波分配输出至多个路径；以及多个微波导入模块，该多个微波导入模块的每一个包括一个微波透过窗，将从上述微波输出部输出的微波导入上述处理容器内，
上述多个微波导入模块的构成全部相同。
6.一种微波导入装置，其特征在于，
该微波导入装置产生用于在容置被处理体的处理容器内生成处理气体的等离子，并且将上述微波导入上述处理容器内，并且
该微波导入装置包括：
导电性部件，该导电性部件配置于上述处理容器的上部，且具有多个开口部；以及
多个微波透过窗，该多个微波透过窗嵌合于上述多个开口部，并且能够使微波透过而将该微波导入上述处理容器内，
上述多个微波透过窗在嵌合于上述多个开口部的状态下配置于一个假想的平面上，并且，上述多个微波透过窗具有配置于上述导电性部件的中央部分的一个中心微波透过窗、和以包围上述中心微波透过窗的方式配置于比上述中央部分靠外侧的位置的6个外侧微波透过窗，
上述6个外侧微波透过窗和上述中心微波透过窗配置成：通过将上述6个外侧微波透过窗的中心点和上述中心微波透过窗的中心点中的、相互邻接的3个中心点连结起来而在平面状态下形成6个正三角形，通过这6个正三角形而形成假想的正六角形，
上述被处理体的平面形状为圆形，
基于从上述多个微波透过窗导入上述处理容器内的各个微波而生成的多个微波等离子的密度分布全部相同，
在将上述被处理体的平面形状的直径设为1、且用Lp表示邻接的任意2个微波透过窗的中心点间的距离时，上述多个微波等离子的密度分布的半值全宽为0.37×Lp+0.26以上且3.80×Lp－1.04以下。
7.根据权利要求6所述的微波导入装置，其特征在于，
上述假想的正六角形的外缘包括将上述被处理体的平面形状向上述假想的平面投影而形成的图形。
8.一种微波导入装置，其特征在于，
该微波导入装置产生用于在容置被处理体的处理容器内生成处理气体的等离子，并且将上述微波导入上述处理容器内，并且
该微波导入装置包括：
导电性部件，该导电性部件配置于上述处理容器的上部，且具有多个开口部；以及
多个微波透过窗，该多个微波透过窗嵌合于上述多个开口部，并且能够使微波透过而将该微波导入上述处理容器内，
上述多个微波透过窗在嵌合于上述多个开口部的状态下配置于一个假想的平面上，并且，具有比上述导电性部件的中央部分靠外侧配置的3个外侧微波透过窗，
并且配置成：通过将上述3个外侧微波透过窗的中心点连结起来而在平面状态下形成假想的正三角形，
上述被处理体的平面形状是圆形，
基于从上述多个微波透过窗导入上述处理容器内的各个微波而生成的多个微波等离子的密度分布全部相同，
在将上述被处理体的平面形状的直径设为1、且用Lp表示邻接的任意2个微波透过窗的中心点间的距离时，上述多个微波等离子的密度分布的半值全宽为0.47×Lp+0.56以上且－19×Lp+21以上。
9.根据权利要求8所述的微波导入装置，其特征在于，
上述假想的正三角形的外缘包括将上述被处理体的平面形状向上述假想的平面投影而形成的图形。
10.根据权利要求6或者8所述的微波导入装置，其特征在于，具有：
微波输出部，该微波输出部生成微波，并将微波分配输出至多个路径，以及
多个微波导入模块，该多个微波导入模块的每一个包括一个微波透过窗，将从上述微波输出部输出的微波导入上述处理容器内，
上述多个微波导入模块的构成全部相同。
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