CN1998272A - 等离子体处理装置 - Google Patents
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Abstract
在平面天线部件(3)上由多个同心圆形成环状的槽口(300～304)，将中心部的导体(310、311)的厚度形成为相对的薄，将周边部的导体(312～315)的厚度形成为相对的厚，由此，微波不衰减，易于通过槽口(300～304)，能够得到均匀的电场分布，能够在处理空间内平均地产生均匀的高密度的等离子体，所以能够使被处理体接近天线部件(3)，可以高速且均匀地处理被处理体。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体处理装置，尤其涉及将微波供给平面天线部件、产生等离子体、处理半导体装置等的等离子体处理装置。
背景技术
图9为专利第3136054号公报中所述的等离子体处理装置的截面图，图10为表示平面天线部件的平面图。
在图9中，等离子体处理装置2具有整体形成为筒状的处理容器4。处理容器4的顶部开放，通过密封件5机密地设置石英板8，在处理容器4内部形成密闭的处理空间S。
在处理容器4内容纳有将作为被处理体的半导体晶片W载置在其上面的载置台10。载置台10通过绝缘件14，由支承台12设置在处理容器4内的底部上。从偏置用高频电源20向载置台10供给例如13.56MHZ的偏压。
在密闭处理容器4的上部的石英板8的上部设置有平面天线部件3。该平面天线部件3作为由高度低的中空圆筒状容器构成的径向波导箱40的底板构成，安装在石英板8的上面。在平面天线部件3的上部设置有电介体50。
平面天线部件3由例如直径为50cm、厚度为1mm以下的铜板形成。如图10所示，在该铜板上，从比中心部稍微向外侧偏离例如数cm左右的位置开始形成多个缝31，其呈漩涡状，逐渐朝向周边部，呈两圈漩涡。从微波发生器42经由同轴波导管44的内侧电缆44B，向平面天线部件3的中心部供给微波，缝(slit)31接收微波，在位于下方的处理空间S中形成均匀的电场分布。此外，在图10中，接近一圈的放射元件32使其端部形成为在半径方向上相互不同，这样是为了提高天线效率。
在利用专利第3136054号公报所述的等离子体处理装置进行的等离子体CVD、蚀刻、氧化、氮化等的等离子体加工(process)中，要求成批、高速而且均匀地处理大口径的基板。
一般，为了提高利用等离子体进行处理的速度，必需提高在半导体晶片W上的等离子体密度。而且，在利用微波激励的高密度等离子体中，由于等离子体密度离石英板8越远越低，在尽量接近与平面天线部件3接触的石英板8的地方，形成均匀的等离子体，因此需要将半导体晶片W设置在那里。
然而，由于微波在电介体50中，以从中心向外扩展的方式传播出去，所以越接近中心的槽口(slot)，从槽口放射的电场越强。因此，在现有的装置中，在石英板8和等离子体的边界上形成的电场强度，也与越靠近中心越高相对应，有在周边部上电场强度减弱的倾向。结果，在石英板8附近，等离子体分布不均匀，如果平面天线部件3和半导体晶片W的间隔D离开规定的距离以上，则不能够使作用在半导体晶片W上的等离子体分布均匀。
但是，为了提高效率，要求使半导体晶片W接近平面天线部件3。
发明内容
这里，本发明的目的在于提供具有即使使被处理体接近，也能够高速而且均匀地进行处理的天线部件的等离子体处理装置。
本发明的特征在于，包括：在内部设置有载置被处理体的载置台的处理容器；产生微波的微波发生器；将在微波发生器中产生的微波导入处理容器中用的波导管；和与波导管连接、与载置台相对配置的平面天线部件，其中，平面天线部件，利用实质上封闭的环形槽区分为内导体区域和外导体区域。
根据本发明，由于在平面天线部件上由封闭的环形槽区分为内导体和外导体，即使增厚平面天线部件的厚度，微波也不会衰减，容易通过，能够得到均匀的电场分布，所以能够得到平面的均匀的等离子体分布，能够使被处理体靠近天线部件，可以高速而且均匀地处理被处理体。
在一个实施方式中，设置有多个环形槽，它们按同心圆进行配置，更具体地说，设置有多个环形槽，它们按同心矩形进行配置。
优选，环形槽为在平面天线部件的厚度方向上贯通的槽。
在另一个实施方式中，利用横穿环形槽的连接部件连接内导体和外导体。通过用连接部件连接内导体区域和外导体区域，使内导体区域和外导体区域电位相同，能够消除产生不必要的异常放电的可能性。
优选，连接部件在环形槽内的高度方向上连接内导体区域和外导体区域。
平面天线部件包括由环形槽区分的绝缘部件和涂布在绝缘部件的表面上、构成由环形槽隔开的内导体区域和外导体区域的导电性部件。
优选，平面天线部件形成为周边部的厚度相对得厚、中心部相对得薄。
在一个实施方式中，平面天线部件包括：构成由环状槽区分的内导体区域和外导体区域的金属部件；和覆盖金属部件的绝缘部件，在另一实施方式中，平面天线部件包括：由环形槽区分的绝缘部件；和涂布在绝缘部件的表面上、构成由环形槽隔开的内导体区域和外导体区域的导电性部件。
优选，以环形槽为边界，相对的薄地形成内导体，相对的厚地形成外导体。通过使内导体变薄，使外导体变厚，能够减小天线部件中心的电子密度，增大周边部的电子密度，可以均匀地处理被处理体。
优选，在周边部的形成为厚的部分上形成冷却通路。通过形成冷却通路，可以控制天线部件的温度。
附图说明
图1为在本发明的一个实施方式的等离子体处理装置中使用的天线部件的平面图。
图2为沿着图1所示的II-II线的纵截面图。
图3A为表示在本发明的一个实施方式的等离子体处理装置中使用的天线部件的另一个例子的半径部分的截面图。
图3B为表示在本发明的一个实施方式的等离子体处理装置中使用的天线部件的又一个例子的半径部分的截面图。
图4A为表示薄薄地形成整体的天线部件的半径部分的截面图。
图4B为表示形成为周边部的厚度厚，中心部的厚度薄的天线部件的半径部分的截面图。
图4C为表示厚厚地形成整体的厚度的天线部件的半径部分的截面图。
图4D为表示形成为周边部薄、中心部厚的天线部件的半径部分的截面图。
图5A为表示在将图4A～4D所示的天线部件3a～3d配置在离天线面Z＝70mm的位置时的电子密度分布的图。
图5B为表示在将图4A～4D所示的天线部件3a～3d配置在离天线面Z＝80mm的位置时的电子密度分布的图。
图5C为表示在将图4A～4D所示的天线部件3a～3d配置在离天线面Z＝100mm的位置时的电子密度分布的图。
图5D为表示在将图4A～4D所示的天线部件3a～3d配置在离天线面Z＝150mm的位置时的电子密度分布的图。
图6为表示天线部件的其他例子的图。
图7A为表示利用导电体连接天线部件的各导体之间的例子的平面图。
图7B为表示利用导电体连接天线部件的各导体之间的例子的、沿着图7A的B-B线的截面图。
图7C为表示用导电体连接天线部件的各导体之间的另一例子的截面图。
图8A为天线部件的平面图。
图8B为放大天线部件的各个槽之间的结合部分的截面图。
图8C为放大天线部件的各个槽之间的结合部分的另一个例子的截面图。
图9为在专利第3136054号公报中所述的等离子体处理装置的截面图。
图10为表示平面天线部件的平面图。
具体实施方式
图1为在本发明的一个实施方式的等离子体处理装置中使用的天线部件的平面图，图2为沿着图1所示的II-II线的纵截面图。
在图1中，天线部件3由铜等的导电材料制成，由多个同心圆形成作为环状的封闭的槽的槽口(slot)300～304，区分成内导体区域和外导体区域。这些槽口300～304从天线部件3的厚度方向的一面向另一面，以例如大约1mm的宽度贯通形成。各个槽口300、301、302、303的各自的间隔L选择为微波的管内波长的整数倍，更加优先选择为微波的管内波长的长度，最外周的槽口304和天线部件3的外周边缘的间隔选择为大约L/2。将槽口304和天线部件3的外周边缘的间隔选择为大约L/2是因为到达最外周的槽口的微波和通过该槽口、由壁反射后返回来的微波的相位相同(因为往返距离为L)，双方的微波共振，能够形成强的电场。
由槽口300～304将天线部件3分离为导体310～315。中心侧的导体310、311的厚度形成为相对的薄，例如以2mm的厚度形成，而周边的导体312～315的厚度形成为相对的厚，为管内波长的λ/8以上，更优选为λ/4以上，具体地说就是以例如20mm的厚度形成。这样，通过改变天线部件3的厚度，能够使在厚度厚的导体312～315之间形成的槽口302～304的前端和等离子体的距离接近，因此可以局部地调整等离子体密度。因此，能够改善电场的均匀性，得到所希望的等离子体分布。
就在上述的图9中所示的缝31来说，当增厚天线部件3的厚度时，微波衰减，处理效率不好，因此不得不减薄厚度。与此相对，在这个实施方式中，即使增厚天线部件3的厚度，形成有多个槽口300～304，当着眼于例如槽口301时，导体311成为同轴波导管的内导体，导体312成为外导体，由于作为波导管(wave guide)起作用，微波容易通过。结果，能够使天线部件3的下部的处理空间S的电场分布均匀。此外，在图1中，将多个槽口300～304形成同心状，但也可以只形成一个槽。
另外，通过增加周边部的导体312～314的厚度，可在该部分上形成使制冷剂流动用的冷却通路，能够得到可控制槽口300～304本身以及天线部件3的温度的第二位的效果。
图3A～3B为表示在本发明的一个实施方式的等离子体处理装置中使用的天线部件的另一个例子的半径部分的截面图。图2所示的天线部件3由铜等的导电材料制成，与此相对，如图3A所示的天线部件3e将导电性材料352涂布在例如陶瓷等的绝缘部件351的表面上，再利用绝缘部件353覆盖在其上。
由于金属的热膨胀率大，在温度上升的情况下，有尺寸变化的影响，与此相对，由于绝缘部件351相对来说热膨胀率小，如果将导电性材料352涂布在绝缘部件351的表面上，则可作为平面天线部件使用。另外，通过将绝缘部件353涂布在导电性材料352的表面上，可改善异常放电电阻。
另外，图3B所示的天线部件3f是将导电性材料352涂布在陶瓷等绝缘部件351的表面上、利用电介体30代替绝缘部件353覆盖上部和下部的部件。
图4A～4D为表示厚度不同的各种天线部件的半径部分的截面图虽然图4A～4D所示的任一个天线部件3a～3d也是由多个同心圆形成环状的槽口，但是厚度不同。
即、图4A所示的天线部件3a全体作得薄。图4B所示的天线部件3b可在本发明一个实施方式中适用，其周边部分的厚度作得厚，中心部分的厚度作得薄。图4C所示的天线部件3c可在本发明的另一个实施方式中适用，其全体的厚度作得厚，其厚度为管内波长的λ/8以上，优选为λ/4以上。这里，在有多个圆环状槽口的情况下，任何一个区分内导体和外导体的槽口都可以，对于选择的一个槽口来说，能够以内侧的导体作为内导体，以外侧的导体作外导体。图4D所示的天线部件3d作成周边部分薄、中心部分厚。
图5A～5D分别表示在天线部件3a～3d的处理空间S侧的下方向(Z方向)上，当以天线面的上表面为Z＝0时，在Z＝70mm、80mm、100mm、150mm的位置上的电子密度分布，在纵轴上表示电子密度ne(cm-3)，在横轴上表示半径方向的距离(r)。此外，图5A～5D的任何一个都是表示处理空间S内的压力为0.5Torr、微波的入射电力为3000W时的电子密度分布。
图5A～图5D的波形a表示图4A的天线部件3a引起的电子密度分布，波形b表示图4B的天线部件3b引起的电子密度分布，波形c表示图4C的天线部件3c引起的电子密度分布，波形d表示图4D的天线部件3d引起的电子密度分布。
对比图5A～图5D的各个波形可看出，在图5A所示的Z＝70mm的附近，波形d的中心附近的电子密度分布与周边的差很大。这是由于天线部件3d的中心部分附近的厚度作得厚，而周边部分的厚度作得薄。波形a在中心的电子密度比天线部件3d的波形d小，但与周边部分的电子密度比较还是大。这是因为天线部件a全体作得薄。与此相对，可看出波形b、c的中心部分和周边部分的电子密度的差小，可得到均匀的电场。这是由于天线部件3b、3c的周边部分作得厚。
在图5B所示的Z＝80mm附近，天线部件3a、3d的波形a、d的中心部分附近和周边部分附近的电子密度分布的差大，天线部件3b、3c的波形b、c在中心部分和周边部分的电子密度分布的差小，能够使之均匀。如在图5C所示的Z＝100mm附近以及图5D所示的Z＝150mm那样，Z方向的距离越大，波形a～d的电子密度的绝对值越低。
根据这些特性，r＝0～150mm的、例如能够得到电子密度差为±10％左右的均匀性的情况为：就天线部件3a、3d来说，是在150mm附近，就天线部件3b来说，是在80mm附近，就天线部件3c来说，是在Z＝100mm附近的结果。因此，为了实现高密度并且均匀的等离子体分布，优选图4B所示的天线部件3b。
图6为表示天线部件的另一例子的图。这个例子是将天线部件30全体作成矩形形状，以多个同心的矩形形成作为环状的封闭的槽的槽口330～334，利用这些槽口330～334将天线部件分离为导体340～345。在这个例子中，与图1所示的天线部件3同样，将中心侧的导体340、341的厚度作得相对的薄，将周边的导体342～345的厚度作得相对的厚。选择其他的条件等与图1同样。
图7A～7C表示利用导电体连接天线部件的各导体之间的例子，图7A为平面图，图7B为沿着图7A的B-B线的截面图，图7C为表示导电体的另一例子的图。
在图1所示的天线部件3上，由于利用各个槽口300～304以电的方式分离各导体310～315，具有在微波通过各槽口时并不衰减的优点。但是，在各导体310～315上电荷充电，有可能产生不必要的异常放电。
这里，图7A所示的例子是利用作为多个连接部件的导电体320以电的方式连接各导体310～315之间，通过使各导体310～315分别为同一电位，能够消除产生不必要的异常放电的可能性。
如图7B所示，导电体320高度方向的下半部分连接导体314和315，上半部分从导体314、315的表面突出。或者说，如图7C所示，也可以导电体320的高度方向的全部连接导体314和315。简要地说，并不是设置在各导体310～315之间的槽口300～304的高度方向的全部，而是可以用导电体320连接其一部分，优选导电体320的厚度形成为尽量的薄。
另外，在图6所示的天线部件30上，也可以设置图7所示的导电体320。
图8A～8C为表示在天线部件的各槽口之间形成结合部分的例子的图。图8A为天线部件的平面图，图8B为结合部分的放大的截面图，图8C为表示结合部分的另一例子的截面图。
图8A所示的例子，由于使各导体311～315的电位分别相同，形成作为连接部件的结合部分321，使不贯通各个槽口(slot)300～304的一部分，剩下一部分。在这个例子中，在各导体310～315间，能够消除产生不必要的异常放电的可能性。另外，结合部分321也可以适用于图6所示的天线部件30。
图8B所示的例子为利用槽口301区分厚度薄的导体311和厚度厚的导体312，但不限定于此，如图8C所示，也可以设置具有由在高度方向上厚度薄的部分和厚度厚的部分构成的台阶部的导体316。即、不必要以槽口为边界设置厚度薄的导体和厚度厚的导体，另外，作为图8C的内导体来说，相当于导体310、311、316。
以上，参照附图，说明了本发明的实施方式，但本发明不是仅限定于图示的实施方式。相对于图示的实施方式，在与本发明相同的范围内，或均等的范围内，可以施加各种修正或变形。
产业上的可利用性
本发明的等离子体处理装置由于通过供给微波在天线部件附近形成均匀的电场，能够在处理空间内产生平面的均匀的高密度等离子体，所以能够利用在对半导体晶片等进行等离子体CVD、蚀刻、氧化、氮化等的等离子体加工(process)处理中。
Claims (13)
1、一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：
在内部设置有载置被处理体的载置台的处理容器；
发生微波的微波发生器；
将所述微波发生器产生的微波导入所述处理容器用的波导管；和
与所述波导管连接、与所述载置台相对配置的平面天线部件；其中，
所述平面天线部件由实质上封闭的环形槽区分为内导体区域和外导体区域。
2、如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
设置有多个所述环形槽，其按同心圆进行配置。
3、如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
设置有多个所述环形槽，其按同心矩形进行配置。
4、如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述环形槽为在所述平面天线部件的厚度方向上贯通的槽。
5、如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述内导体区域和所述外导体区域利用横穿所述环形槽的连接部件进行连接。
6、如权利要求5所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述连接部件在所述环形槽内的高度方向上连接所述内导体区域和所述外导体区域。
7、如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述平面天线部件形成为周边部分的厚度相对的较厚，中心部分相对的较薄。
8、如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述平面天线部件包括构成由所述环状槽区分的所述内导体区域和所述外导体区域的金属部件，和
覆盖所述金属部件的绝缘部件。
9、如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述平面天线部件包括，由所述环形槽区分的绝缘部件；和
涂布在所述绝缘部件的表面上，构成由所述环形槽隔开的所述内导体区域和所述外导体区域的导电性部件。
10、如权利要求7所述的等离子体处理装置，其特征在于：
以所述环形槽为边界，所述内导体区域相对地形成为较薄，所述外导体区域相对地形成为较厚。
11、如权利要求7所述的等离子体处理装置，其特征在于：
与所述环形槽邻近的内导体区域包括在厚度方向上形成有薄的部分和厚的部分的台阶部。
12、如权利要求7所述的等离子体处理装置，其特征在于：
在所述周边部分的形成为厚的部分上形成冷却通路。
13、如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述平面天线部件的厚度形成为λ/8以上。
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