CN1210768C - 等离子体处理装置 - Google Patents

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Abstract

一种具有放射线槽天线的微波等离子体处理装置，可抑制异常放电，提高微波等离子体的激发效率。在放射线槽天线与同轴波导管的连接部中，使同轴波导管中的供电线前端部离开构成辐射面的槽板。

Description

等离子体处理装置
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，对于近年来被称为“超亚微元件(deep submicron)”或“超亚四分之一微元件(deep subquartermicron)”的具有接近0.1微米或小于0.1微米栅极长度的超细微化半导体器件的制造、或包括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来说，目前使用各种各样的等离子体激发方式，但通常使用的是平行平板型高频激发等离子体处理装置或电感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，所以存在难以用高的处理速度即生产量在被处理基板整体表面附近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变得严重。另外，在这些现有等离子体处理装置中，因为电子温度高，所以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，难以满足对提高半导体器件或液晶显示装置更细微化和更高生产率的严格要求。
另一方面，目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：从具有排列成产生均匀微波的多个槽的平面形天线(放射线槽天线)向处理容器内放射微波，由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附近实现高的等离子体密度，并可在短时间内进行均匀的等离子体处理。而且，由这种方法形成的微波等离子体通过微波激发等离子体，电子温度低，可避免被处理基板的损害或金属污染。并且在大面积基板上容易激发均匀的等离子体，所以也可容易地适应于使用大口径半导体基板的半导体器件的制造工序或大型液晶显示装置的制造。
背景技术
图1A、图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。其中，图1A是表示微波等离子体处理装置100的剖面图，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具有从多个排气端口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、即相对于被处理基板轴对称地形成上述多个排气端口116，与上述空间101A连通，通过上述空间101A和排气端口116可使上述处理室101均匀地排气。
在上述处理室101上，在对应于上述保持台115上的被处理基板114的位置上，通过密封圈109形成作为上述处理室101外壁的一部分、由低损耗电介质构成、并形成多个开口部107的板形浇淋板103，而且在上述浇淋板103的外侧也同样通过其它密封圈108来设置由低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体气体的通路104，上述多个开口部107的每一个都与上述等离子体气体通路104连通。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供给端口105连通的等离子体气体供给通路108，从上述供给通路108通过上述通路104向上述开口部107供给已供给至上述等离子体气体供给端口105的Ar或Kr等的等离子体气体，以实质上同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，距上述盖板1024～5mm设置具有图1B所示的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连接于外部的微波源(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的外侧波导管上的平坦盘形天线主体110B、以及形成于上述天线主体110B的开口部中、并形成图1B所示的多个槽110a和与其垂直的多个槽110b的放射板110C构成，在上述天线主体110B和上述放射板110C之间插入由一定厚度的电介质膜构成的滞相板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天线主体110B和放射板110C之间一边沿半径方向变宽一边前进，此时，由于上述滞相板110D的作用而压缩波长。于是，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，并彼此相互垂直，从而可沿实质垂直于上述放射板110C的方向放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。
在图1的等离子体处理装置100中，还在上述处理容器101中的上述浇淋板103和被处理基板114之间，形成导体结构物111，该导体结构物111形成有从外部处理气体源(未图示)通过形成于上述处理容器101中的处理气体通路112供给处理气体的多个喷嘴113，上述各喷嘴113将供给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。
于是，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，在上述空间101B中形成的高密度等离子体激发排放出的处理气体，在上述被处理基板114上有效、高速、且不损害基板和基板上的元件结构、另外不污染基板地进行同样的等离子体处理。另一方面，这种导体结构物111阻止了从上述放射线槽天线110放射出的微波，不会损害被处理基板114。
图2放大表示图1的等离子体处理装置100之中包含放射线槽天线110的部分。
参照图2，上述同轴波导管110A在与上述天线主体110B连接的外侧波导管110A1的内侧具有中心导体110A2，上述中心导体110A2通过形成于上述滞相板110D中的开口部而与上述槽板110C相连接。
此时，目前使用螺钉110A3将上述槽板110C固定在上述中心导体110A2上，但在这种结构中，螺钉110A3的头突出于上述槽板110C。因此，在图1所示的现有等离子体处理装置100中，在上述槽板110C和对置的盖板102之间设置6mm左右的间隙110G以容纳螺钉110A3的头。
但是，若螺钉110A3的头突出于上述槽板110C的表面，则导致电场集中，容易产生异常放电。一旦产生这种异常放电，则会损害天线，不得不更换。
另外，在图1和图2的结构中，通过在上述槽板110C、即放射线槽天线110和盖板102之间设置上述间隙110G，产生在上述处理室101中形成的高密度等离子体流入上述盖板102下的浇淋板103中的热量容易积蓄在上述盖板102和浇淋板103内的问题。在图1的等离子体处理装置100中，在上述盖板102和浇淋板103中积蓄热量的情况下，上述浇淋板103的温度增大，从供给端口105供给的等离子体气体因种类的原因产生离解。就图1的等离子体处理装置100来说，为了避免在处理容器100的内壁面上形成堆积物，而多将处理室101升温到150℃左右的温度后运行，该问题严重。
为了避免在上述浇淋板103或盖板102中积蓄热量，可在这些部件中使用AlN等热传导性材料，但此时介电损耗增大，难以形成微波等离子体。
发明内容
本发明的总的目的在于提供一种解决上述课题的新颖有用的等离子体处理装置。
本发明的更具体的目的在于提供一种抑制放射线槽天线表面上的异常放电、并提高放热效率的等离子体处理装置。
本发明的其它目的在于，在具备微波天线的等离子体处理装置中，提高上述微波天线的等离子体激发效率。
为了达到上述目的，本发明的等离子体处理装置的特征在于：
包括：通过外壁围成、并具备保持被处理基板的保持台的处理容器；
与上述处理容器连接的排气系统；
向上述处理容器中供给等离子体气体的等离子体气体供给部；
对应于上述等离子体气体供给部设置在上述处理容器上、通过同轴波导管供电的微波天线；
向上述处理容器中供给处理气体的处理气体供给部；和
通过上述同轴波导管与上述微波天线电连接的微波电源；
由形成微波辐射面的盘形槽板和与上述盘形槽板相对的盘形天线主体来围成上述微波天线，
构成上述同轴波导管的外侧波导管以锥状连接于上述盘形天线主体，构成上述同轴波导管的中心导体的前端部离开上述盘形槽板，与上述盘形槽板电容耦合，
上述中心导体的前端部形成朝向上述盘形槽板直径增大的锥部。
根据本发明，向放射线槽天线供给微波功率的同轴波导管的中心导体不直接连接于形成放射线槽天线辐射面的导体槽板上，从而不必将上述导体槽板螺入上述中心导体中。结果，可消除螺钉头突出带来的电场集中和随之而来的异常放电的问题，可稳定且不对天线产生损害地进行等离子体处理。
另外，根据本发明，不需要将上述导体槽板螺入上述中心导体中的结果是，不需要为了容纳突出的螺钉头而在上述导体槽板和处理容器外壁之间形成间隙，可使上述导体槽板与形成于上述处理容器外壁的一部分上的微波透过窗直接接触。结果，可通过冷却上述天线来冷却上述微波透过窗，可在上述微波透过窗中或供给等离子体气体的浇淋板中使用现有的介电损耗小、热传导率小却难以使用的Al2O3。同样，设置在上述天线内盘形槽板和盘形天线主体之间的滞相板也取代以前介电损耗大的AlN而使用介电损耗小的Al2O3或SiO2和SiN。可以对应于使用的微波频率来选择这些材料。
本发明中，通过使用由介电损耗小的电介质材料构成、且具有等离子体气体通路和与其连通的多个开口部的浇淋板来作为等离子体气体供给部，可供给均匀的等离子体气体，但也可通过设置在处理容器外壁上的管来供给等离子体气体。在后者的情况下，结构变简单，可大大降低等离子体处理装置的费用。
上述中心导体的前端部通过离开上述槽板约3.8mm，可最佳化上述中心导体和上述槽板之间的阻抗变化，最小化这种电容性结合部中的微波反射。另外，通过在上述中心导体的前端部形成锥形结构，可最佳化上述中心导体与槽板之间的阻抗变化。
尤其是可设置微波天线，使上述槽板露出形成于部分处理容器外壁的开口部。本发明中，因为在微波天线中在上述槽板背后连续形成一样的滞波板，所以即使是这种结构，也可通过密封部件仅密封天线外周部来有效密封处理容器。在这种结构中，因为槽板露于至处理容器内，所以没有因微波透过窗等造成的微波损失，可有效地激发微波等离子体。
在现有的等离子体处理装置中，因为中心导体的前端部贯通上述滞波板后到达槽板，所以一旦实现这种槽板露出于处理容器内的结构，则需要在滞波板和中心导体之间设置密封部件，但由于形成于该位置的密封部件因强的加热而恶化，所以这种结构难以实现。本发明通过简单的结构克服了这种困难，并提供一种有效的等离子体处理装置。
附图说明
图1A、图1B是表示现有的微波等离子体处理装置结构的图；
图2是详细表示部分图1的微波等离子体处理装置的图；
图3A、图3B是表示本发明实施例1的微波等离子体处理装置结构的图；
图4是表示图3的等离子体处理装置中使用的处理气体供给机构实例的图；
图5是表示图3的等离子体处理装置中的微波分布的图；
图6是表示图3的等离子体处理装置中使用的微波源结构的图；
图7是表示本发明实施例2的微波等离子体处理装置结构的图；
图8是表示本发明实施例3的微波等离子体处理装置结构的图；
图9是表示本发明实施例4的微波等离子体处理装置结构的图；
图10是表示本发明实施例5的微波等离子体处理装置结构的图。
具体实施方式
(实施例1)
图3A、图3B表示本发明实施例1的微波等离子体处理装置10的结构。
参照图3A，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、优选由热等向加压法(HIP)形成的Al2O3或AlN构成的保持台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、即相对上述保持台13上的被处理基板12以近乎轴对称的关系在至少两个部位、优选三个以上部位上形成排气端口11a。上述处理容器11通过这种排气端口11a，由不等间距不等倾角螺旋泵等泵进行排气、减压。
上述处理容器11优选由含有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构成的保持膜。另外，在上述处理容器11的外壁中，在对应于上述被处理基板12的部分中形成盘形的浇淋板14，作为上述外壁的一部分，该浇淋板14由通过HIP法形成的致密Al2O3构成，形成多个喷嘴开口部14A。使用Y2O3作为烧结助剂来形成由这种HIP法形成的Al2O3浇淋板14，气孔率在0.03％以下，实质上不包含气孔或针孔，达到30W/m·K，作为陶瓷来说，具有非常大的热传导率。
上述浇淋板14通过密封圈11s安装在上述处理容器11上，而且在上述浇淋板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相连接一侧形成与各上述喷嘴开口部14A连通并构成等离子体气体流路的凹部14B，上述凹部14B形成于上述浇淋板14的内部，连通于其它等离子体气体流路14C，该等离子体气体流路14C连通于在上述处理容器11外壁上形成的等离子体气体入口11p。
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。
于是，供给至上述等离子体气体入口11p的Ar或Kr等的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，同样通过上述开口部14A供给至上述浇淋板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3B所示的多个槽16a、16b的盘形槽板16；保持上述槽板16的盘形天线主体17；和夹持在上述槽板16和上述天线主体17之间、由Al2O3、SiO2或Si3N4等低损耗电介质材料构成的滞相板18构成。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，通过具有矩形或圆形截面的同轴波导管21由外部微波源(未图示)向上述放射线槽天线20供给频率为2.45GHz或8.3GHz的微波。供给的微波从上述槽板16上的槽16a、16b通过上述盖板15和浇淋板14放射到上述处理容器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供给的等离子体气体中激发等离子体。此时，上述盖板15和浇淋板14由Al2O3形成，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的密封性，在本实施例的微波等离子体处理装置10中，在嵌合在上述槽板16上的上述处理容器11的一部分上面形成环形的沟11g，通过与沟连通的排气端口11G对沟11g排气，使形成于上述槽板16和盖板15之间的间隙减压，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。在这种间隙中包含形成于上述槽板16中的槽16a、16b，但此外也可以各种理由形成间隙。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，通过上述排气端口11G和沟15g，在上述槽板16和上述盖板15之间的间隙中填充分子量小的惰性气体，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，优选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，最佳设定在0.8气压左右的气压。在图3的结构中，为了排气上述沟15g和向沟15g填充惰性气体，将真空管11V连接到上述排气端口11G上。
上述同轴波导管21A中，外侧波导管21A连接于上述盘形天线主体17，另一方面，中心导体21B的具有锥形的前端部21b通过上述滞相板18与上述槽板16电容耦合。即，上述前端部21b离开上述槽板16大于1mm、优选约3.8mm来形成，供给至上述同轴波导管21A的微波一边在上述天线主体17和槽板16之间沿径向前进，一边经上述槽16a、16b放射。若上述滞相板18和上述槽板16之间的距离、即其间存在的滞相板18的厚度小于1mm时，则不能忽视可能在上述滞相板18中产生绝缘破坏。在使用频率为2.45GHz微波的情况下，上述前端部21b与上述槽板16的距离约为3.8mm的情况下，供电效率最高。
在上述外侧波导管21A的前端部、即上述外侧波导管21A与天线主体17的连接部中，对应于上述中心导体21B的锥部21b来形成锥部21a。
图3B表示上述槽板16上形成的槽16a、16b。
参照图3B，上述槽16a排列成同心圆形，对应于各个槽16a，与其平行的槽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相板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放射。此时，因为上述槽16a和16b以彼此垂直的关系形成，所以放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3A的等离子体处理装置10中，在上述天线主体17上形成冷却块19，而冷却块19中形成有冷却水通路19A，通过由上述冷却水通路19A中的冷却水冷却上述冷却块19，借助于上述放射线槽天线20来吸收积蓄在上述浇淋板14中的热。上述冷却水通路19A在上述冷却块19上形成为螺旋形，优选通入利用使H2气体沸腾来排除溶解的氧、且控制氧化还原电位的冷却水。
另外，在图3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之间设置处理气体供给机构31，该机构具有从设置在上述处理容器11外壁上的处理气体注入口11r供给处理气体、并从多个处理气体喷嘴开口部31B(参照图4)排放处理气体的格子形处理气体通路31A，在上述处理气体供给机构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，从上述处理气体供给机构31向上述空间11C供给C4F8、C5F8或C4F6等易离解的氟代烃气体和F系或Cl系等蚀刻气体，通过从高频电源13A将高频电压施加在上述保持台13上，可对上述被处理基板12进行反应性离子蚀刻。
在本实施例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，可避免反应副生成物等粘附到处理容器内壁上，通过一天进行一次左右的干洗，可正常稳定地运行。
就图3A的等离子体处理装置10来说，在将上述同轴波导管21连接到放射线槽天线20上的连接、供电部，在上述中心导体21B中形成上述锥部21b，另外，还在上述外侧波导管21A中形成对应的锥部21a，从而缓和上述连接、供电部中阻抗的突变，结果，可大大降低这种阻抗突变引起的反射波的形成。
图4是表示图3A结构中的处理气体供给机构31结构的仰视图。
参照图4，上述处理气体供给机构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，上述格子形处理气体通路31A通过处理气体供给端口31R连接至上述处理气体注入口11r，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，在上述处理气体供给机构31中形成使等离子体或等离子体中所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供给机构31的情况下，优选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供给机构31的情况下，优选在表面上形成氧化铝的钝化膜。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，所以等离子体的入射能量小，避免了因这种处理气体供给机构31被溅射而产生对被处理基板12造成金属污染的问题。上述处理气体供给机构31也可由氧化铝等陶瓷形成。
将上述格子形处理气体通路31A和处理气体喷嘴开口部31B设置成覆盖比图4中虚线所示的被处理基板12稍大的区域。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供给机构31，等离子体激发上述处理气体，由这种等离子体激发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供给机构31的情况下，通过将上述格子形处理气体通路31A彼此的间隔设定得比上述微波的波长还短，上述处理气体供给机构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，通过从上述激发空间11B扩散来的等离子体，激活处理气体。另外，在等离子体点火实施例中，因为可以防止上述被处理基板12直接曝露于微波中，所以还防止了微波对基板的损害。
在本实施例的微波等离子体处理装置10中，通过使用处理气体供给机构31来同样控制处理气体的供给，所以可消除处理气体对被处理基板12表面的过剩离解问题，即使在被处理基板12的表面上形成纵横比较大的结构的情况下，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。
图5是表示图3A的等离子体处理装置10之中包括上述浇淋板14、盖板15和放射线槽天线20的部分的结构图。
参照图5，就上述浇淋板14下面与上述处理气体供给机构31的间隔来说，为了在上述浇淋板14正下方的区域实现了有效的等离子体激发，优选设定为微波波长的1/4的整数倍，以便形成于上述处理气体供给机构31和上述浇淋板14下面之间的用作微波分流面的驻波波腹位于上述浇淋板14正下方的区域。
另一方面，为了避免上述槽16a、16b中的异常放电，优选使从上述放射线槽天线20放射出的微波的节点位于上述槽16a、16b中，另外，为了避免上述淋浴喷嘴开口部14A内的异常放电，优选也在上述浇淋板14的下面形成节点。基于这种理由，优选将上述浇淋板14和盖板15相加的厚度设定为供给的微波波长的1/2。
尤其是，若将上述浇淋板14和盖板15的厚度设定为微波波长的1/4，则可使微波的节点位于上述浇淋板14和盖板15的界面附近，可有效抑制沿界面形成的等离子体气体通路14B中的异常放电。
图6表示连接于图2(A)结构中的同轴波导管21上的微波源的示意结构。
参照图6，上述同轴波导管从振荡部25顺序通过隔离体24、功率监视器23和调谐器22连接于从具有以2.45GHz或8.3GHz进行振荡的磁控管25A的振荡部25延伸的波导管端部，在将上述振荡器25形成的微波供给至上述放射线槽天线20的同时，通过上述调谐器22进行阻抗调整，将在等离子体处理装置10中形成的高密度等离子体反射的微波返回给上述放射线槽天线20。另外，上述隔离体24是具有方向性的器件，其作用在于保护上述振荡器25中的磁控管25A不受反射波影响。
在本实施例的微波等离子体处理装置10中，通过在上述同轴波导管21与放射线槽天线20的连接部或供电部形成锥部21At和21Bt，缓和这种连接部中阻抗的突变，结果，抑制了阻抗突变带来的微波反射，另外，可稳定地从上述同轴波导管21向天线20供给微波。
在本实施例的微波等离子体处理装置10中，如图8的变形例所示，也可将上述锥面21At和21Bt分别替换成曲面21Ar和21Br。这样，通过形成曲面，可进一步缓和连接部的阻抗变化，从而进一步有效抑制反射波的形成。
在本实施例的微波等离子体处理装置10中，曝露在源于等离子体的热摩擦中的浇淋板14与冷却部的距离，与图1A、图1B所示的现有的微波等离子体处理装置相比，大幅度地缩短，结果，可在浇淋板和盖板中使用Al2O3等适合作为微波透过窗的、介电损耗小且热传导率也小的材料来代替介电损耗大的AlN，在抑制浇淋板升温的同时，可提高等离子体处理效率，从而提高处理速度。
另外，在本实施例的微波等离子体处理装置10中，因为上述浇淋板14和与其相对的被处理基板12之间的间隔窄，所以在上述空间11C中，含有基板处理反应结果产生的反应生成物的气体，形成流向上述外周部空间11A的稳定气流，结果，从上述空间11C中迅速去除上述反应生成物。此时，通过将上述处理容器11的外壁保持在150℃左右的温度，可实质上完全去除粘附在处理容器11内壁上的上述反应生成物，上述处理装置10可迅速进行后面的处理。
在本实施例中，虽然举了特定尺寸的数值进行说明，但本发明不限于这些特定的数值。
(实施例2)
图7表示本发明实施例2的等离子体处理装置10A的结构。在图7中，先前前说明的部分标注相同的参照符号，省略说明。
参照图7，等离子体处理装置10A具有类似于图3A、图3B的等离子体处理装置10的结构，但撤去了上述浇淋板14，从上述气体导入端口11p延伸的气体导入口11P延伸到上述处理容器11中的空间11B中。
在这种结构中，通过利用从上述放射线槽天线20供给的微波来激发从上述气体导入口11P导入的等离子体气体，可在上述空间11B中形成高密度的等离子体。
如此形成的高密度等离子体比使用浇淋板14时得到的高密度等离子体在均匀性上差，但等离子体处理装置10A的结构实质上比先前的等离子体处理装置10简单。在本实施例中，射入上述盖板15中的热流通过上述放射线槽天线20由冷却部17有效地吸收。
另外，在图7的等离子体处理装置10A中，为了尽可能实现均匀的等离子体形成，优选对称于上述被处理基板在多个部位设置上述气体导入口11P。
在本实施例中，通过离开上述槽板16形成同轴波导管的中心导体21B的前端部21b，使两者电容耦合，可避免螺钉头突出于上述槽板16表面的问题，可以按照上述槽板16紧贴着上述盖板15的方式安装上述天线20。
(实施例3)
图8表示本发明实施例3的微波等离子体处理装置10B的结构。在图8中，先前前说明的部分标注相同的参照符号，省略说明。
参照图8，本实施例的微波等离子体处理装置10B具有类似于先前实施例的微波等离子体处理装置10的结构，但在本实施例的微波等离子体处理装置10B中，去除了上述处理气体供给机构31。另外，上述处理容器11的伸出部11b在下面也形成圆形，避免了异常放电。
在这种结构的等离子体处理装置10B中，形成于上述浇淋板14正下方的等离子体反射微波，结果，不会产生微波到达被处理基板12的表面、或在表面附近的区域中激发等离子体的问题。另外，等离子体点火时处理容器内的压力暂时升高，在设定到例如133Pa(约1Torr)的状态下，照射微波，通过确实点火等离子体，可防止等离子体点火时微波照射被处理基板引起的损害。在点火等离子体后，处理容器内的压力迅速调节到加工压力，例如13.3Pa(约0.1Torr)。
在上述等离子体处理装置10B中，因为去除了处理气体供给机构30，所以需要从上述等离子体气体供给端口11p一同供给处理气体和等离子体气体，通过这种结构，可在被处理基板12表面上进行氧化处理、氮化处理或氧氮化处理等处理。
在本实施例中，离开上述槽板16形成同轴波导管的中心导体21B的前端部21b，通过使两者电容耦合，可避免螺钉头突出于上述槽板16表面的问题，可以按照上述槽板16紧贴着上述盖板15的方式安装上述天线20。
(实施例4)
图9表示本发明实施例4的等离子体处理装置10C的结构。在图9中，在与先前说明部分相对应的部分标注相同的参照符号，省略说明。
参照图9，在本实施例中，上述盖板15不作为上述处理容器11的外壁的一部分，而是形成作为微波天线20的一部分。
更具体地说明，上述天线主体17通过密封圈11u安装在上述处理容器11上，但在本实施例中，去除上述处理容器11外壁上形成为上述外壁一部分的盖板15，代之以在上述天线主体17中一体设置覆盖上述槽板16的电介质板15A。上述电介质板15A紧贴在上述槽板16上，另一方面，通过上述滞相板18，由上述天线主体17机械地支持上述槽板16。
在这种结构中，虽然在上述处理容器11内减压的情况下对上述天线20施加大气压，但在本实施例中，源于大气压的应力可由上述天线主体吸收，结果，可减少上述电介质板15A的厚度。其结果，减少上述电介质板15A引起的微波损耗，提高上述处理容器11中空间11B中的高密度等离子体的激发效率。
在图9的等离子体处理装置10C中，虽然与图8的结构相同，不设置浇淋板14，而使用由导入口11P导入等离子体气体的结构，但也可设置浇淋板14。
(实施例5)
图10表示本发明实施例5的等离子体处理装置10D的结构。在图10中，先前前说明的部分标注相同的参照符号，省略说明。
参照图10，在本实施例中，省略先前的图9实施例中的电介质板15A，槽板16露出至处理容器11内。
在这种结构中，除了将上述天线主体17密封在处理容器11的外壁上的密封圈11u之外，还设置另外的密封圈17u，该密封圈17u设置于上述槽板16和天线主体17之间，并使天线内部和同轴波导管21内部相对于上述处理容器11内部的空间11B为密封状态。
根据这种结构，可从上述槽板16向处理容器11的内部空间11B直接地、即不通过电介质板15A或盖板15导入微波，可在上述内部空间11B中有效激发微波等离子体。
此时，因为在上述天线主体17的周边部形成上述密封圈17u，所以等离子体产生的损害小，尤其是可如先前的图3A、图3B的实施例那样通过冷却天线主体17来稳定进行等离子体处理。
在图10的结构中，在使上述处理容器11内减压的情况下，对上述天线20施加大气压，但在本实施例中，源于大气压的应力可由上述天线主体17吸收，不会机械损害滞相板18。
上面说明了本发明的优选实施例，但本发明不限于这些特定实施例，在权利要求范围记载的主旨内可进行各种变形、变更。
产业上的可利用性
根据本发明，通过在放射线槽天线中设置供给微波的同轴波导管中的中心导体，使上述中心导体的前端部离开构成放射线槽天线的辐射面的槽板，可消除上述槽板表面中螺钉头产生的突起，使槽板紧贴在所对应的微波透过窗上。通过这种结构，避免了这种突起产生的异常放电，可通过放射线槽天线有效地冷却微波透过窗。
另外，根据本发明，通过使放射线槽天线和构成微波透过窗的电介质板一体化，可减少电介质板的厚度，提高微波等离子体的激发效率。
另外，根据本发明，通过将放射线槽天线直接外附于处理容器上，可不通过微波透过窗地将微波直接导入处理容器内，可进一步提高微波等离子体的激发效率。

Claims (12)

1.一种等离子体处理装置，其特征在于：
包括：通过外壁围成、并具备保持被处理基板的保持台的处理容器；
与所述处理容器连接的排气系统；
向所述处理容器中供给等离子体气体的等离子体气体供给部；
对应于所述等离子体气体供给部设置在所述处理容器上、通过同轴波导管供电的微波天线；
向所述处理容器中供给处理气体的处理气体供给部；和
通过所述同轴波导管与所述微波天线电连接的微波电源；
由形成微波辐射面的盘形槽板和与所述盘形槽板相对的盘形天线主体来围成所述微波天线，
构成所述同轴波导管的外侧波导管以锥状连接于所述盘形天线主体，构成所述同轴波导管的中心导体的前端部离开所述盘形槽板，与所述盘形槽板电容耦合，
所述中心导体的前端部形成朝向所述盘形槽板直径增大的锥部。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：在所述微波天线中，在所述盘形槽板和所述盘形天线主体之间设置电介质膜，所述中心导体的所述前端部通过所述电介质膜与所述盘形槽板电容耦合。
3.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：所述前端部离开所述盘形槽板约3.8mm。
4.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：所述电介质膜选自SiO2、Al2O3和Si3N4中的任一种。
5.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：所述处理容器具备在部分所述外壁上设置成与所述保持台上的被处理基板相对向的微波透过窗，所述微波天线结合在所述微波透过窗上。
6.根据权利要求5所述的等离子体处理装置，其特征在于：所述微波天线被设置成所述盘形槽板紧贴在所述微波透过窗上。
7.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：在所述处理容器的外壁上，对应于所述保持台上的被处理基板形成开口部，所述微波天线在所述开口部中被设置成所述盘形槽板面对所述被处理基板。
8.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：所述等离子体气体供给部被设置成面对所述被处理基板，由形成有可连接于等离子体气体源的等离子体气体通路和与之连通的多个开口部的电介质板构成。
9.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：所述等离子体气体供给部形成于所述处理容器外壁中，由可连接于等离子体气体源的管构成。
10.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：所述处理气体供给部配置于所述等离子体气体供给部和所述被处理基板之间。
11.根据权利要求10所述的等离子体处理装置，其特征在于：所述处理气体供给部具有：设置在所述处理容器外壁上并使等离子体通过的第1开口部；从所述第1开口部供给处理气体并从多个第2开口部排放处理气体的格子形处理气体通路；连通于所述处理气体通路的多个第2开口部。
12.根据权利要求10所述的等离子体处理装置，其特征在于：还包括连接于所述保持台的高频电源。
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