CN102760632A - 等离子体处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种等离子处理装置，其具备：处理容器；工作台；电介质部件；导入微波的单元；喷射器；和电场屏蔽部。处理容器在其内部划分形成处理空间。工作台设置在处理容器内。电介质部件面对工作台设置。导入微波的单元经由电介质部件将微波导入处理空间内。喷射器为电介质制，具有一个以上的贯通孔。喷射器例如由松散电介质材料构成。该喷射器配置在电介质部件的内部。喷射器与形成在电介质部件上的贯通孔一起划分形成用于向处理空间供给处理气体的路径。电场屏蔽部覆盖喷射器的周围。

Description

等离子体处理装置
技术领域
本发明涉及等离子体处理装置。
背景技术
在下述专利文献1中记载了一种等离子体处理装置。在专利文献1中记载的等离子装置，具备：处理容器；工作台；微波发生器；天线；电介质窗；同轴波导管；和喷射器基底。
工作台收纳在处理容器的内部。在工作台上载置被处理基体。天线设置在工作台的上方。天线通过同轴波导管与微波发生器连接。该天线包括形成有缝隙的缝隙板。电介质窗设置在天线和工作台上方的处理空间之间。
电介质窗形成有用于收纳喷射器基底的空间，并且形成有从该空间向处理空间延伸的贯通孔。喷射器基底通过在氧化铝制的基材上形成Y2O3膜而制成。在该喷射器基底上形成有贯通孔。
该等离子体处理装置，通过同轴波导管的内侧导体的内孔、喷射器基底的贯通孔和电介质窗的贯通孔，向处理空间内供给处理气体。
现有技术文献
专利文献1：特开2010-21243号公报
发明内容
发明想要解决的问题
本申请的发明者，在专利文献1记载的等离子体处理装置中，进一步进行抑制颗粒的产生的研究。该研究中，本申请发明者，在使用氟类处理气体的情况下，发现产生数十nm直径的少量颗粒。
因此，在本技术领域中，为了制造更高性能的半导体装置，需要进一步降低颗粒的产生。
用于解决课题的方法
本发明的一个方面的等离子处理装置，具备：处理容器；工作台；电介质部件；导入微波的单元；喷射器；和电场屏蔽部。处理容器在其内部划分形成处理空间。工作台设置在处理容器内。电介质部件面对工作台设置。导入微波的单元通过电介质部件将微波导入处理空间内。喷射器为电介质制，具有一个以上的贯通孔。喷射器例如由松散电介质材料构成。该喷射器配置在电介质部件的内部。喷射器与在电介质部件上形成的贯通孔一起划分形成用于向处理空间供给处理气体的路径。电场屏蔽部覆盖喷射器的周围。
如上所述现有的喷射器基底，由于在Y2O3等基材表面的膜中所包含的材料的还原或氟化的化学反应，具有产生颗粒的问题。另一方面，本发明的一个方面的等离子体处理装置的喷射器为电介质制的喷射器(例如由松散石英材料构成)，因此化学稳定。此外，在该等离子体处理装置中，在电介质制的喷射器的周围设置有电场屏蔽部，因此能够抑制在喷射器内部的等离子体的产生。因此，根据该等离子体处理装置，进一步抑制颗粒的产生。
在一个实施方式中，喷射器也可以与电介质部件接合。在其它的实施方式中，喷射器也可以与电介质材料一体形成。通过喷射器与电介质部件接合或者与电介质部件一体成型，能够防止在喷射器和电介质部件之间产生缝隙。由此，能够防止从喷射器和电介质部件之间的缝隙泄漏处理气体，防止等离子体处理装置内的部件被污染。
在一个实施方式中，喷射器包括：第一表面；和与该第一表面相对、面向处理空间的第二表面，喷射器的一个以上的贯通孔在第一表面和第二表面之间延伸，电场屏蔽部在从第一表面朝向第二表面的方向上延伸至比该第二表面更接近处理空间的位置。根据该实施方式，喷射器内部中的电场强度进一步降低。其结构，能够进一步抑制喷射器内部中的等离子体的发生。
在一个实施方式中，导入微波的单元包括同轴波导管和与同轴波导管接合的天线。天线包括在径向上和周向上形成有多个缝隙的金属制的缝隙板。处理气体也可以从配置在同轴波导管的内侧导体的内孔中配置的配管供给。在该实施方式中，电场屏蔽部也可以与该配管一体化。
在一个实施方式中，喷射器的一个以上的贯通孔各自也可以为狭缝状的贯通孔。贯通孔通过形成为狭缝状，形成宽度窄的贯通孔。因此，进一步抑制在喷射器的内部即喷射器的贯通孔的等离子体的产生。另外，狭缝状的贯通孔也包括沿与该贯通孔的贯通方向平行的蛇形面形成的贯通孔。
在一个实施方式中，喷射器的一个以上的贯通孔各自也可以以越接近所述处理空间宽度越窄的方式形成。在一个实施方式中，该形状的贯通孔通过激光加工形成。
在一个实施方式中，所述喷射器的所述一个以上的贯通孔的最窄部的宽度也可以在0.2mm以下。在此，最窄部是在贯通孔的贯通方向上提供最窄宽度的该贯通孔的部位。根据该实施方式，狭缝状的贯通孔的最窄部的宽度比德拜长度(Debye length)窄，所以能够进一步有效地防止喷射器内部的等离子体的产生。
如以上说明，根据本发明的一个方面，提供能够降低颗粒的发生的等离子体处理装置。
附图说明
图1是概略性的表示一个实施方式的等离子体处理装置的截面图。
图2是将图1所示的喷射器和其周围的部分放大表示的截面图。
图3是将其他的实施方式的喷射器和其周围部分放大表示的截面图。
图4是表示其它的实施方式的喷射器的俯视图。
图5是沿图4的V-V线的截面图。
图6是表示其它的实施方式的喷射器的俯视图。
符号说明
10等离子体处理装置
12处理容器
14工作台
16电介质部件
18天线
20同轴波导管
22喷射器
22b喷射器的孔
22b喷射器的第一表面(第一面)
22c喷射器的第二表面(第二面)
24配管部件
24c第三部分(电场屏蔽部)
24d下端面
30微波发生器
32波导管
34模式转换器
36冷却套管
40气体供给系统
42气体供给部
44气体供给系统
S  处理空间
W被处理基体
具体实施方式
以下，参照附图，对各种实施方式进行详细说明。其中，在各附图中，对相同或相当的部分付以相同的符号。
图1是概略性的表示一个实施方式的等离子体处理装置的截面图。如图1所示的等离子体处理装置10，具备：处理容器12；工作台14；电介质部件16；天线18；同轴波导管20；喷射器22；和配管部件24。
处理容器12划分形成用于对被处理基体W进行等离子体处理用的处理空间S。处理容器12包括侧壁12a和底部12b。侧壁12a具有在轴线X方向上延伸的大致筒形形状。底部12b设置在侧壁12a的下端一侧。在底部12b上设置有排气用的排气孔12h。侧壁12a的上端部开口。
侧壁12a的上端部开口通过称为电介质窗的电介质部件16关闭。在该电介质部件16和侧壁12a的上端部之间也可以设置O型环28。通过该O型环28，可靠地密闭处理容器12。
等离子体处理装置10还具备微波发生器30。微波发生器30产生例如2.45GHz的频率的微波。微波发生器30具有调谐器30a。微波发生器30经由波导管32和模式转换器34，与同轴波导管20的上部连接。
同轴波导管20沿着轴线X延伸。同轴波导管20包括外侧导体20a和内侧导体20b。外侧导体20a具有在轴线X方向上延伸的筒形形状。外侧导体20a的下端与冷却套管36的上部电连接。内侧导体20b设置在外侧导体20a的内侧。内侧导体20b沿着轴线X延伸。内侧导体20b的下端与天线18的缝隙板18b连接。
天线18包括电介质板18a和缝隙板18b。电介质板18a具有大致圆板形形状。电介质板18a例如由石英或氧化铝构成。电介质板18a夹持于缝隙板18b和冷却套管36的下表面之间。由此，天线18由电介质板18a、缝隙板18b和冷却套管36的下表面构成。
缝隙板18b为形成有多个缝隙的大致圆板状的金属板。在一个实施方式中，天线18也可以为径向直线缝隙天线。即，在一个实施方式中，在缝隙板18b上形成有多个缝隙对。各缝隙对包括在相互交叉或在正交的方向上延伸的两个缝隙。多个缝隙对以轴线X为中心，在径向上以规定间隔配置。此外，在周向上以规定间隔配置。由微波发生器30发生的微波，通过同轴波导管20，传播到电介质板18a，从缝隙板18b的缝隙导入电介质部件16。
电介质部件16具有大致圆板形形状，例如由石英或氧化铝构成。电介质部件16与工作台14在轴线X方向上相对设置，另外，设置在缝隙板18b的正下方。电介质部件16透过从天线18接受的微波导入处理空间S内。由此，在电介质部件16的正下方产生电场，在处理空间S内发生等离子体。如此，根据等离子体处理装置10，不需要施加磁场，使用微波就能够产生等离子体。
在一个实施方式中，在电介质部件16的下表面能够划分形成凹部16d。凹部16d环状地设置在轴线X周围，具有锥形形状。该凹部16d为了促进由导入的微波产生的驻波而设置，能够通过微波有效地产生等离子体。
在等离子体处理装置10中，内侧导体20b能够具有沿着轴线X延伸的筒形形状。在该内侧导体20b的内部插入有配管部件24。配管部件24的一端与气体供给体系40连接。气体供给体系40能够由质量流量控制器这样的流量控制器40a和开关阀40b构成。在一个实施方式中，来自气体供给体系40的处理气体通过配管部件24供给到喷射器22。来自配管部件24的处理气体，通过喷射器22和形成电介质部件16上的贯通孔16a供给到处理空间S。
在一个实施方式中，等离子体处理装置10还具备其他的气体供给部42。气体供给部42包括气体管42a。气体管42a在电介质部件16和工作台14之间在轴线X周围延伸为环状。在气体管42a上设置在朝向轴线X的方向上喷射气体的多个气体喷射孔42b。该气体供给部42与气体供给系统44连接。
气体供给系统44包括：气体管44a；开关阀44b；和质量流量控制器这样的流量控制器44c。通过流量控制器44c、开关阀44b和气体管44a，向气体供给部42的气体管42a供给处理气体。其中，气体管44a贯通处理容器12的侧壁12a。气体供给部42的气体管42a通过该气体管44a能够支承在侧壁12a上。
工作台14设置为在天线18和该工作台14之间夹持处理空间S。在该工作台14上载置有被处理基体W。在一个实施方式中，工作台14包括：台14a；聚焦环14b；和静电卡盘14c。
台14a支承在筒状支承部46。筒状支承部46由绝缘性的材料构成，从底部12b向垂直上方延伸。此外，在筒状支承部46的外周设置有导电性的筒状支承部48。筒状支承部48沿着筒状支承部46的外周从处理容器12的底部12b向垂直上方延伸。在该筒状支承部46和侧壁12a之间形成有环状的排气路径50。
在排气路径50上部安装有环状的挡板52，该环状的挡板52设置有多个贯通孔。排气孔12h的下部通过排气管54与排气装置56连接。排气装置56具有涡轮分子泵等的真空泵。通过排气装置56，能够将处理容器12内的处理空间S减压至期望的真空度。
台14a兼作为高频电极。台14a通过匹配单元60和供电棒62与RF偏压用的高频电源58电连接。高频电源58以规定的功率输出适合于对引入到被处理基体W上的离子的能量进行控制的固定的频率——例如13.65MHz——的高频电力。匹配单元60收纳用于整合高频电源58侧的阻抗和主要是电极、等离子体、处理容器12的所谓负荷侧的阻抗之间的匹配器。在该匹配器中包括自偏压生成用的级间耦合电容器。
在台14a的上表面设置有静电卡盘14c。静电卡盘14c通过静电吸附力保持被处理基体W。在静电卡盘14c的径向外侧设置有环状包围被处理基体W的周围的聚焦环14b。静电卡盘14c包括：电极14d；绝缘膜14e；和绝缘膜14f。电极14d由导电膜构成，设置在绝缘膜14e和绝缘膜14f之间。电极14d通过开关66和覆盖线68与高压的直流电源64电连接。静电卡盘14c通过由直流电源64施加的直流电压产生的库仑力，能够吸附保持被处理基体W。
在台14a的内部设置有在周向上延伸的环状的制冷剂室14g。该制冷剂室14g通过制冷机(未图示)经由配管70、72被循环供给规定温度的制冷剂，例如冷却水。通过制冷剂的温度，静电卡盘14c的传热气体例如He气体，经由气体供给管74供给到静电卡盘14c的上表面和被处理基体W的背面之间。
以下，参照图2，进一步详细地说明喷射器22及其周围的部分。图2为将图1所示的喷射器及其周围的部分放大表示的截面图。
如图2所示，在大致圆板形状的电介质部件16上形成有沿着轴线X延伸的贯通孔16a。该贯通孔16a具有向着下方其直径逐渐减小的锥形。在电介质部件16中，在贯通孔16a的上方形成有空间16s。空间16s，例如通过在轴线X中心延伸的电介质部件16的内周面16b和底面16c划分形成。此外，在电介质部件16上形成有与空间16s的下侧周边连续的环状的槽16g。
配管部件24为金属制部件，例如由不锈钢构成。配管部件24包括：第一部分24a；第二部分24b；和第三部分24c。第一部分24a为沿着轴线X延伸的管，插入内侧导体20b的内孔中。
第二部分24b在第一部分24a的下方与该第一部分24a连续。第二部分24b具有比第一部分24a的直径大的直径。在第二部分24b上设置有与第一部分24a的内孔连续的孔。该第二部分24b，将缝隙板18b夹持在内侧导体20b的下端和该第二部分24b之间。
第三部分24c与第二部分24b的下侧周边连续并向下方延伸，具有环形形状。第三部分24c的下端部分收纳在上述槽16g内。
如图2所示，喷射器22为电介质制，具有大致圆板形形状。喷射器22能够由松散的电介质材料构成。构成喷射器22的电介质材料，例如能够使用石英、Y2O3等的材料。
喷射器22包括在与轴线X交叉的方向上延伸的两个表面22b和22c。表面22c与表面22b相对，面向处理空间S。在喷射器22上形成有在表面22c和表面22b之间延伸的一个以上的贯通孔22a。具有该形状的喷射器22，例如能够在对松散电介质材料进行机械加工后，通过湿蚀刻等除去表面的破碎层，由此制造。除去破碎层，能够获得化学稳定更好的喷射器22。
该喷射器22配置在电介质部件16的内部的空间16s内。更加具体来说，喷射器22载置在划分形成空间16s的底面16c上。由此，喷射器22，配置在由该底面16c、配管部件24的第二部分24b的下表面和配管部件24的第三部分24c划分形成的部分空间内。
来自配管部件24的处理气体，通过该喷射器22的贯通孔22a，接着，通过电介质部件16的贯通孔16a，供给到处理空间S内。即，喷射器22与电介质部件16的孔16a一起构成用于向处理空间S供给处理气体用的路径。如此，在喷射器22内部通过处理气体，但是喷射器22由电介质材料构成，因此，相对该处理气体化学稳定。因此，能够降低来自喷射器22的颗粒的产生。
在等离子体处理装置10中，上述配管部件24的第三部分24c构成覆盖喷射器22的周围的电场屏蔽部。通过该电场屏蔽部，在喷射器22的内部难以产生等离子体。因此，能够进一步抑制来自喷射器22的颗粒的产生。
此外，在一个实施方式中，喷射器22也可以与电介质部件16的底面16c接合。该接合使用扩散接合。该结构能够抑制在喷射器22和电介质部件16之间产生缝隙。由此，能够防止处理气体从处理空间S等通过缝隙向空间16s逆流而污染等离子体处理装置10的部件的问题。
此外，在一个实施方式中，作为喷射器22的电场屏蔽部的第三部分24c，作为配管部件24的一部分构成。即，电场屏蔽部与向喷射器22供给处理气体的配管一体化。由此，电场屏蔽部的组装和配置的制造工序能够简单化。
此外，在一个实施方式中，第三部分24c即电场屏蔽部延伸至比喷射器22的表面22c在轴线X方向上更靠近处理空间S的位置。由此，配置有喷射器22的空间中的电场强度进一步降低。其结果，能够进一步抑制在喷射器22的内部产生等离子体，能够进一步抑制来自喷射器22的颗粒的产生。
在此，对电场屏蔽部的下端面、即第三部分24c的下端面24d和喷射器22的表面22c之间的轴线X方向的距离G，和配置喷射器22的空间中的电场强度的关系的模拟试验结果进行说明。
在该模拟实验中，将距离G设定为3.0mm、2.2mm、-2.8mm、-7.3mm。其中，负的距离G表示电场屏蔽部的下端面(24d)与喷射器22的表面22c相比位于更上方。根据该模拟实验，距离G＝3mm，电场强度为3600[V/m]，距离G＝2.2mm，电场强度为5397[V/m]，距离G＝-2.8mm，电场强度为9010[V/m]，距离G＝-7.3mm，电场强度为11422[V/m]。根据该结果能够确认，电场屏蔽部的下端面(24d)设置在喷射器22的面22c的更下方，电场强度变小，能够有效抑制喷射器22的内部的等离子体的产生。
以下，对喷射器的其他的实施方式进行说明。图3为将其他方式的喷射器及其周围部分放大的截面图。在图3所示的结构中，使用电介质部件16代替电介质部件16A。此外，使用喷射器22A代替喷射器22。以下，关于与如图2所示的结构的不同点，对图3所示的结构进行说明。
在电介质部件16A上形成有与贯通孔16a不同的沿着轴线X方向具有大致固定的直径的贯通孔16Aa。此外，电介质部件16A和喷射器22A一体形成。根据该结构，能够更加可靠地防止喷射器22A和电介质部件16A之间的缝隙的产生。
接着，参照图4～图5。图4是表示其他的实施方式的喷射器的俯视图。图4表示从上方观看喷射器的俯视图。图5是沿图4的V-V线的截面图。图1～图3所示的等离子体处理装置的喷射器的贯通孔，例如，作为与贯通孔的贯通方向正交的平面上的形状能够具有圆形的形状。喷射器的贯通孔的形状并不限定于该形状，也可以如图4和图5所示，在喷射器形成有狭缝状的贯通孔22a。具体而言，狭缝状的贯通孔22a能够具有大致长方形或长圆形的平面形状。像这样通过使贯通孔22a形成为狭缝状的贯通孔，贯通孔22a成为宽度窄的孔。利用该狭缝状的贯通孔22a，能够进一步抑制贯通孔22a的等离子体的产生。通过抑制等离子体的产生，能够抑制喷射器的表面上的堆积物的产生，此外，能够抑制划分形成贯通孔22a的喷射器的边界的壁面的消耗。
如图5所示，在一个实施方式中，狭缝状的贯通孔22a也可以以越接近处理空间S宽度越窄的方式形成。即，贯通孔22a也可以具有随着从表面22b接近表面22c而宽度变窄的锥形形状。这样的锥形形状的贯通孔，例如能够通过激光加工而形成。
在一个实施方式中，狭缝状的贯通孔22a的最窄部的宽度也可以为0.2mm以下。在此，最窄部是在贯通孔22a的贯通方向即轴线X方向上提供最窄的宽度的贯通孔22a的部位。根据该实施方式，狭缝状的贯通孔22a的最窄部的宽度比德拜长度λD窄。该德拜长度λD由下式(1)定义。
(公式1)
λ D ( cm ) = 7.43 × 10 2 T e ( eV ) n 0 ( cm - 3 ) · · · ( 1 )
式(1)中Te是电子温度，no是电子密度。在像这样定义的比德拜长度窄的宽度的空间中，不产生等离子体。在此，等离子体处理装置10使用时假定的电子温度至少为4eV，电子密度最高为5×1010cm-3。因此，等离子体处理装置10中假定的德拜长最少为0.2mm以上。因此，通过使狭缝状的贯通孔22a的最窄部的宽度为0.2mm以下，能够更加有效地抑制贯通孔22a的等离子体的产生。
下面，对具有图4和图5所示的喷射器的等离子体处理装置10进行实验，对实验结果进行说明。在该实验中，喷射器的厚度，即表面22b与表面22c之间的距离为4mm，狭缝状的贯通孔22a的表面22b侧的宽度W1为0.25mm，狭缝状的贯通孔22a的表面22c侧的宽度W2为0.1mm。其他条件如下。
Figure BDA0000157076380000102
该实验的结果是，基于贯通孔22a中的等离子体的发光是不能观察到的等级，在表面22b中没有观察到含碳的堆积物。因此确认：喷射器内部的等离子体的产生受到抑制，此外，喷射器的表面的堆积物的产生受到抑制。因此确认；划分形成贯通孔22a的边界的喷射器的内壁的消耗受到抑制，另外，粒子的产生受到抑制。
接着，参照图6。图6是表示其他的实施方式的喷射器的俯视图。图4所示的贯通孔22a的各个是在一个方向上延伸的狭缝状的贯通孔。在其他的实施方式中，狭缝状的贯通孔22a，也可以如图6所示，是沿与贯通方向(即，轴线X)平行的蛇形面形成的贯通孔。根据图6所示的实施方式，也提供宽度窄的贯通孔，能够抑制贯通孔22a内的等离子体的产生。
以上，对各种实施方式进行了说明，但本发明的思想构成各种变形方式。例如，上述等离子体处理装置10是使用从径向直径缝隙天线供给的微波作为等离子体源的等离子处理装置，但是其他类型的等离子体处理装置也适用本发明的思想。例如，在SWP(Surface WavePlasma：表面波等离子体)型的等离子体处理装置中电介质窗内也可以使用上述喷射器和电场屏蔽部。此外，在ECR(Electron CyclotronResonance：电子回旋共振)型的等离子体处理装置中的电介质窗内也可以使用上述喷射器和电场屏蔽部。在该ECR型的等离子体处理装置中，例如采用国际公开第99/49705号中记载的ECR型的等离子体处理装置作为基本结构。

Claims (12)

1.一种等离子处理装置，其特征在于，具备：
划分形成处理空间的处理容器；
设置在所述处理容器内的工作台；
以面对所述工作台的方式设置的电介质部件；
经由所述电介质部件将微波导入所述处理空间内的单元；
喷射器，其为电介质制，具有一个以上的贯通孔，配置在所述电介质部件的内部，与形成在所述电介质部件中的贯通孔一起划分形成用于向所述处理空间供给处理气体用的路径；和
覆盖所述喷射器的周围的电场屏蔽部。
2.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述喷射器由松散电介质材料构成。
3.如权利要求1或2所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述喷射器与所述电介质部件接合。
4.如权利要求1或2所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述喷射器与所述电介质部件一体形成。
5.如权利要求1或2所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述喷射器包括：第一表面；和与所述第一表面相对、面向所述处理空间的第二表面，
所述喷射器的所述一个以上的贯通孔在所述第一表面和所述第二表面之间延伸，
所述电场屏蔽部，在从所述第一表面朝向所述第二表面的方向上，延伸至比所述第二表面更接近所述处理空间的位置。
6.如权利要求1或2所述的等离子体处理装置，其特征在于：
导入所述微波的单元包括：
同轴波导管；和
作为与所述同轴波导管接合的天线，在径向和周向形成有多个缝隙的金属制的缝隙板，
所述处理气体从所述同轴波导管的内侧导体的内孔中配置的配管，供给至所述喷射器。
7.如权利要求6所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述电场屏蔽部与所述配管一体化。
8.如权利要求1或2所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述喷射器为石英制。
9.如权利要求1或2所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述喷射器的所述一个以上的贯通孔各自为狭缝状的贯通孔。
10.如权利要求9所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述喷射器的所述一个以上的贯通孔各自以越接近所述处理空间宽度越窄的方式形成。
11.如权利要求10所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述喷射器的所述一个以上的贯通孔，通过激光加工形成。
12.如权利要求9所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述喷射器的所述一个以上的贯通孔的最窄部的宽度在0.2mm以下。
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