DE60209697T2

DE60209697T2 - Einrichtung zur plasmaverarbeitung

Info

Publication number: DE60209697T2
Application number: DE60209697T
Authority: DE
Inventors: Tadahiro Sendai-shi Ohmi; c/o N.I.C.H.C Tohoku University M. Sendai-Shi HIRAYAMA; Tohoku University S. Sendai-Shi SUGAWA; c/o N.I.C.H.C. c/o Tohoku Universit T. Sendai-Shi GOTO
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2001-03-28
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2022-03-29
Also published as: CN1217390C; EP1300878A4; JP4402860B2; ATE320081T1; EP1300878A1; DE60209697D1; EP1300878B1; US20060231208A1; CN1460288A; US7083701B2; KR100497015B1; WO2002080253A1; US20040134613A1; JP2002355550A; KR20030004429A; IL153157A0

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Plasma-Bearbeitungsvorrichtung und insbesondere eine Mikrowellen-Plasma-Bearbeitungsvorrichtung.
Die Plasmabearbeitung und die Plasma-Bearbeitungsvorrichtung sind unverzichtbare Technologien zum Herstellen ultrafeiner aktueller Halbleiterbauteile, die Tief-Submikrometer-Vorrichtungen oder Tief-Sub-Viertelmikrometer-Vorrichtungen genannt werden, die durch eine Gatelänge von nahezu 0,1 μm oder weniger gekennzeichnet sind, oder zum Herstellen von ebenen Anzeigevorrichtungen mit ultrahoher Auflösung, inklusive Flüssigkeitskristall-Anzeigevorrichtungen.
Herkömmlicherweise wurden verschiedene Plasmaanregungsverfahren in Plasma-Bearbeitungsvorrichtungen für die Herstellung von Halbleiterbauteilen oder Flüssigkeitskristall-Anzeigevorrichtungen verwendet. Insbesondere wird in großem Umfang eine Plasma-Bearbeitungsvorrichtung des Parallel-Platten-Typs mit Hochfrequenzanregung oder eine induktionsgekoppelte Plasma-Bearbeitungsvorrichtung verwendet. Jedoch haben solche herkömmlichen Plasma-Bearbeitungsvorrichtungen den Nachteil einer nicht-gleichförmigen Plasmabildung, weil der Bereich der hohen Elektronendichte begrenzt ist, und es war schwierig, einen gleichförmigen Prozess über der gesamten Substratoberfläche mit einer hohen Bearbeitungsrate, und somit mit einem hohen Durchsatz, durchzuführen. Dieses Problem wird insbesondere akut, wenn ein Substrat mit großem Durchmesser bearbeitet wird. Ferner hat solch eine herkömmliche Plasma-Bearbeitungsvorrichtung mehrere inhärente Probleme, die mit der hohen Elektronentemperatur verbunden sind, nämlich dass die auf dem Substrat ausgebildeten Halbleiterbauteile oder -vorrichtungen eine Beschädigung erfahren, und dass infolge eines Besprühens oder Sputterns einer Wand der Kammer eine wesentliche Metallkontamination verursacht wird. Somit bestehen bei solchen herkömmlichen Plasma-Bearbeitungsvorrichtungen zunehmende Schwierigkeiten, dem zwingenden Bedarf einer wei teren Miniaturisierung der Vorrichtungen und einer weiteren Verbesserung der Produktivität der Halbleiterbauteile oder Flüssigkeitskristall-Anzeigevorrichtungen gerecht zu werden.
In der Zwischenzeit gibt es Vorschläge für eine Mikrowellen-Plasma-Bearbeitungsvorrichtung, die ein Plasma mit hoher Dichte verwendet, welches durch ein elektrisches Mikrowellenfeld anstatt eines Gleichstrom-Magnetfeldes angeregt wird. Beispielsweise gibt es einen Vorschlag für eine Plasma-Bearbeitungsvorrichtung, die die Anregung des Plasmas durch das Einstrahlen einer Mikrowelle in einen Prozessbehälter von einer ebenen Antenne (Radiallinien-Schlitzantenne) verursacht, die eine Anzahl von Schlitzen hat, die so angeordnet sind, dass eine gleichförmige Mikrowelle ausgebildet wird, so dass das elektrische Mikrowellenfeld die Ionisierung eines Gases in einem Vakuumbehälter verursacht (siehe beispielsweise die japanische offengelegte Patentanmeldung 9-63793). Bei dem so angeregten Mikrowellenplasma ist es möglich, eine hohe Plasmadichte über einen weiten Bereich unmittelbar unterhalb der Antenne zu verwirklichen, und es wird möglich, eine gleichförmige Plasmabearbeitung in kurzer Zeit durchzuführen. Das so ausgebildete Mikrowellenplasma ist durch eine niedrige Elektronentemperatur gekennzeichnet, und eine Beschädigung oder eine Metallkontamination des Substrats wird verhindert. Ferner ist es möglich, ein gleichförmiges Plasma über einen großen Oberflächenbereich zu bilden, und es kann leicht für den Herstellungsprozess eines Halbleiterbauteiles unter Verwendung eines Halbleitersubstrats mit großem Durchmesser oder einer großen Flüssigkeitskristall-Anzeigevorrichtung verwendet werden.
Stand der Technik
1A und 1B zeigen den Aufbau einer herkömmlichen Mikrowellen-Plasma-Bearbeitungsvorrichtung 100, die solch eine Radiallinien-Schlitzantenne hat. 1A zeigt die Mikrowellen-Plasma-Bearbeitungsvorrichtung in einer Querschnittsansicht und 1B zeigt den Aufbau der Radiallinien-Schlitzantenne.
Wie in 1A gezeigt ist, hat die Mikrowellen-Plasma-Bearbeitungsvorrichtung 100 eine Prozesskammer 101, die an einer Mehrzahl von Evakuierungsöffnungen 116 evakuiert wird, und es ist ein Tisch 115 zum Halten eines zu bearbeitenden Substrats 114 ausgebildet. Um eine gleichförmige Bearbeitung in der Prozesskammer 101 zu verwirklichen, ist ein ringförmiger Raum 101A um den Tisch 115 herum ausgebildet, und eine Mehrzahl von Evakuie rungsöffnungen 116 ist in Verbindung mit dem zuvor genannten Raum 101A unter einem gleichförmigen Intervall und somit in axialer Symmetrie bezüglich des Substrats angeordnet. Dadurch wird es möglich, die Prozesskammer 101 gleichförmig durch den Raum 101A und die Evakuierungsöffnungen 116 zu evakuieren.
Auf der Prozesskammer 101 ist eine plattenförmige Platte 103 an einem Ort, der dem Substrat 114 auf dem Tisch 115 entspricht, als ein Teil der äußeren Wand der Prozesskammer 101 via einen Dichtungsring 109 ausgebildet, wobei die Duschplatte 103 aus einem dielektrischen Material mit geringem Verlust gebildet ist und eine große Anzahl von Öffnungen 107 enthält. Ferner ist eine Abdeckplatte 102, die ebenfalls aus einem dielektrischen Material mit geringem Verlust besteht, auf der äußeren Seite der Duschplatte 103 via einen weiteren Dichtungsring 108 vorgesehen.
Die Duschplatte 103 ist mit einem Durchgang oder einer Leitung 104 eines Plasmagases auf ihrer oberen Oberfläche ausgebildet, und eine jede aus der Mehrzahl von Öffnungen 107 ist mit der genannten Plasmagasleitung 104 kommunizierend ausgebildet. Ferner ist im Inneren der Duschplatte 103 eine Plasmagas-Zufuhrleitung 106 in Verbindung mit einer Plasmagas-Zufuhröffnung 105 ausgebildet, die an der äußeren Wand des Prozessbehälters 101 vorgesehen ist. Somit wird das Plasmagas bestehend aus Ar, Kr oder dergleichen, welches der genannten Plasmagas-Zufuhröffnung 105 zugeführt wird, den genannten Öffnungen 107 aus der Zufuhrleitung 106 über die Leitung 104 zugeführt, und es wird in einen Raum 103B unmittelbar unterhalb der Duschplatte 103 im Prozessbehälter 101 aus den Öffnungen 107 mit im Wesentlichen gleichförmiger Konzentration entlassen.
Auf dem Prozessbehälter 101 ist eine Radiallinien-Schlitzantenne 110 vorgesehen, die eine in 1B gezeigte Abstrahlfläche auf der Außenseite der Abdeckplatte 102 mit einem Abstand von 4 bis 5 mm von der Abdeckplatte 102 hat. Die Radiallinien-Schlitzantenne 110 ist mit einer externen Mikrowellenquelle (nicht gezeigt) über einen Koaxial-Wellenleiter 110A verbunden, und sie verursacht eine Anregung des Plasmagases, welches in den Raum 101B entlassen wird, durch die Mikrowelle von der Mikrowellenquelle. Man beachte, dass der Zwischenraum zwischen der Abdeckplatte 102 und der Abstrahlungsoberfläche der Radiallinien-Schlitzantenne 101 mit Luft gefüllt ist.
Die Radiallinien-Schlitzantenne 110 wird durch einen flachen scheibenförmigen Antennenkörper 110B gebildet, der mit einem äußeren Wellenleiter des koaxialen Wellenleiters 110A verbunden ist, und eine Strahlungsplatte 110C ist auf dem Mund des Antennenkörpers 110B vorgesehen ist, wobei die Strahlungsplatte 110C mit einer Anzahl von Schlitzen 110a und Schlitzen 110b ausgebildet ist, wobei die Schlitze 110b in einer Richtung ausgebildet sind, die die Schlitze 110a senkrecht kreuzt, wie in 1B dargestellt ist. Ferner ist eine Wellenretardierungsplatte 110D aus einem dielektrischen Film mit gleichförmiger Dicke zwischen den Antennenkörper 110B und die Strahlungsplatte 110C gesetzt.
Bei der Radiallinien-Schlitzantenne 110 mit einem solchen Aufbau breitet sich die von dem Koaxial-Wellenleiter 110 zugeführte Mikrowelle zwischen dem scheibenartigen Antennenkörper 110B und der Strahlungsplatte 110C aus, während sie in radialer Richtung propagiert wird, wobei eine Kompression der Wellenlänge infolge der Wirkung der Wellenretardierungsplatte 110D auftritt. Durch das Ausbilden der Schlitze 110a und 110b in konzentrischer Beziehung in Übereinstimmung mit der Wellenlänge der radial propagierenden Mikrowelle dergestalt, dass sie sich senkrecht kreuzen, wird es somit möglich, eine ebene Welle mit einem zirkularen Polarisationszustand in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Strahlungsplatte 110C zu emittieren.
Durch die Verwendung solch einer Radiallinien-Schlitzantenne 110 wird ein gleichförmiges Plasma in dem Raum 101B unmittelbar unterhalb der Duschplatte 103 gebildet. Das so ausgebildete Plasma hoher Dichte zeichnet sich durch eine niedrige Elektronentemperatur aus, und somit wird keine Beschädigung des Substrats 114 verursacht, und es wird keine Metallkontamination infolge des Sputterns der Behälterwand des Prozessbehälters 101 verursacht.
Bei der Plasma-Bearbeitungsvorrichtung von 1 sollte man ferner beachten, dass eine leitende Struktur 111 im Prozessbehälter 101 zwischen der Duschplatte 103 und dem Substrat 114 vorgesehen ist, wobei die leitende Struktur mit einer Anzahl von Düsen 113 ausgebildet ist, die über eine Prozessgasleitung 112, welche in dem Prozessbehälter 101 ausgebildet ist, mit einem Prozessgas von einer externen Prozessgasquelle (nicht gezeigt) versorgt werden, und eine jede der Düsen 113 entlässt das Prozessgas, welches ihr zugeführt wird, in einen Raum 101C zwischen der leitenden Struktur 111 und dem Substrat 114. Man beachte, dass die leitende Struktur 111 mit Öffnungen zwischen benachbarten Düsen 113 mit einer solchen Größe ausgebildet ist, dass das in dem Raum 101B gebildete Plasma effizient von dem Raum 101B durch Diffusion in den Raum 101C gelangt.
Für den Fall, dass ein Prozessgas in den Raum 101C von der leitenden Struktur 111 über die Düsen 113 entlassen wird, wird somit das Prozessgas durch das hochdichte Plasma angeregt, welches in dem Raum 101B ausgebildet ist, und eine gleichförmige Plasmabearbeitung wird effizient und mit hoher Rate an dem Substrat 114 durchgeführt, ohne das Substrat oder die Vorrichtungen bzw. Bauteile auf dem Substrat zu beschädigen, und ohne das Substrat zu kontaminieren. Ferner sollte man beachten, dass die von der Radiallinien-Schlitzantenne emittierte Mikrowelle durch die leitende Struktur abgeblockt wird und dass keine Möglichkeit besteht, dass solch eine Mikrowelle eine Beschädigung des Substrats 114 verursacht.
Die Dichte des im Raum 101B gebildeten Plasmas kann in solch einer Plasma-Bearbeitungsvorrichtung 110, die die Radiallinien-Schlitzantenne 110 verwendet, eine Größenordnung von 10¹²/cm³ erreichen. Somit wird die Duschplatte 103 einer großen Anzahl von Ionen und Elektronen ausgesetzt, die das hochdichte Plasma bilden, und die so gebildeten Ionen und Elektronen führen zu einer Erwärmung. Der thermische Fluss, der durch solche Ionen und Elektronen verursacht wird, kann eine Wert von 1 bis 2 W/cm² erreichen. In Anbetracht der Tatsache, dass die Plasma-Bearbeitungsvorrichtung 100 oft in einer Weise betrieben wird, bei der die Wandtemperatur der Prozesskammer 110 auf ungefähr 150°C gehalten wird, um die Ausbildung von Ablagerungen an der Prozesskammer 110 zu unterdrücken, wird, infolge des Heizens der Prozesskammer 101, eine Wärmeansammlung in der Duschplatte 103 und der aus dielektrischem Material gebildeten Abdeckplatte 102 verursacht. Als Resultat daraus wird eine sehr große Temperaturverteilung erzeugt.
Um solch eine Wärmeakkumulation in der Duschplatte 103 und der Abdeckplatte 102 zu verringern, wird die Radiallinien-Schlitzantenne 110 vorzugsweise in engen Kontakt mit der Abdeckplatte 102 gebracht, um die Wärme unter Verwendung der Antenne 110 als Wärmesenke zu entfernen. Da jedoch bei der herkömmlichen Radiallinien-Schlitzantenne 110 die Strahlungsplatte 110C mit Schrauben an einem Mittelleiter des Koaxial-Wellenleiters 110A befestigt ist, muss ein Raum für die Schraubenköpfe zwischen der Abdeckplatte 102 und der Strahlungsplatte 110C beibehalten werden, und somit ist es schwierig, solch eine Struktur anzunehmen.
Darüber hinaus ist die Radiallinien-Schlitzantenne 110 bei der herkömmlichen Plasma-Bearbeitungsvorrichtung 100 einer erheblichen Erwärmung ausgesetzt, und ihre Temperatur wird, infolge des Wärmeflusses von der Duschplatte 103 und der Abdeckplatte 102, erhöht, selbst wenn sie nicht mit der Abdeckplatte 102 in engem Kontakt ist. Darüber hinaus wird der Temperaturanstieg der Antenne noch größer, wenn die Radiallinien-Schlitzantenne 110 in engen Kontakt gebracht wird.
Die herkömmliche Radiallinien-Schlitzantenne ist nicht unter der Annahme einer Verwendung in solch einer Hochtemperatur-Umgebung konzipiert, und wenn die Temperatur der Antenne auf diese Weise ansteigt, kann daher ein Zwischenraum zwischen der dielektrischen Platte 110D, die als Wellenretardierungsplatte vorgesehen ist, und der Strahlungsplatte 110C infolge eines Unterschiedes im thermischen Ausdehnungskoeffizienten hervorgerufen werden. Wenn solch ein Zwischenraum zwischen der Wellenretardierungsplatte 110D und der Strahlungsplatte 110C hervorgerufen wird, wird die Impedanz, die die Mikrowelle, die in der Wellenretardierungsplatte propagiert, empfindet, gestört, und ein Problem wie beispielsweise eine abnormale Entladung tritt auf, die Bildung einer Reflektionswelle oder die Bildung einer stehenden Welle innerhalb der Antenne. Wenn eine abnormale Entladung auftritt, wird die Benutzung der Antenne danach unmöglich.
US-Patent 5,698,036 offenbart eine Plasma-Bearbeitungsvorrichtung, die einen Prozessbehälter, ein Evakuierungssystem, einen Plasmagas-Zufuhrteil und eine Mikrowellenantenne umfasst, ähnlich wie diejenigen, die in Bezug auf 1A und 1B gezeigt und beschrieben wurden. Die Vorrichtung umfasst eine Mikrowellenantenne, in der eine dünne Kupferplatte als Antennenelement verwendet wird, die mit der unteren Oberfläche eines dielektrischen Materials oder eines Antennen-Abdeckelementes durch Hartlöten verbunden ist. Alternativ kann ein Muster aus einem dünnen Kupferfilm, der in Form eines Antennenelementes ausgebildet ist und Schlitze enthält, auf der Rückseite des dielektrischen Materials aus gebrannter Keramik durch Schablonendruck oder dergleichen ausgebildet werden. Ferner hat das Material des Hartlötmetalls vorzugsweise einen Widerstand, der verglichen mit demjenigen des Kupfers nicht besonders stark ist, und es hat einen linearen Ausdehnungskoeffizienten, der erheblich kleiner als derjenige von Kupfer ist, beispielsweise Wolfram.
Offenbarung der Erfindung
Dementsprechend besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, eine neue und nützliche Plasma-Bearbeitungsvorrichtung anzugeben, bei der die vorhergehenden Problem ausgeräumt sind. Eine spezifischere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, bei einer Plasma-Bearbeitungsvorrichtung, die eine Radiallinien-Schlitzantenne verwendet, einen engen Kontakt zwischen einer Wellenretardierungsplatte und einer Strahlungsplatte in der Radiallinien-Schlitzantenne zu verbessern. Die vorliegende Erfindung gibt eine Plasma-Bearbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 an. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. Insbesondere gibt die vorliegende Erfindung bei einer Plasma-Bearbeitungsvorrichtung, die eine Radiallinien-Schlitzantenne verwendet, eine Struktur an, die eine Mikrowelle stabil abstrahlen kann, selbst wenn die Antenne erwärmt ist.
Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Plasma-Bearbeitungsvorrichtung bzw. Plasmaverarbeitungsvorrichtung anzugeben, die Folgendes umfasst:
einen Prozessbehälter, der durch eine äußere Wand definiert ist und einen Tisch zum Halten eines zu bearbeitenden Substrats umfasst,
ein mit dem Prozessbehälter verbundenes Abpump- oder Evakuierungssystem,
ein Plasmagasversorgungsteil, welches Plasmagas in den Prozessbehälter zuführt, und
eine Mikrowellenantenne, die an dem Prozessbehälter entsprechend zum Plasmagasversorgungsteil vorgesehen ist und mit elektrischer Leistung von einem Koaxial-Wellenleiter versorgt wird,
wobei die Mikrowellenantenne Folgendes umfasst: eine Radiallinienrückoberflächenmetallplatte mit Öffnungen, eine Mikrowellenstrahlungsoberfläche, die so auf der Radiallinienrückoberflächenmetallplatte vorgesehen ist, dass sie die Öffnungen bedeckt, und die eine Mehrzahl von Schlitzen aufweist, und eine dielektrische Platte, die zwischen der Radiallinienrückoberflächenmetallplatte und der Mikrowellenstrahlungsoberfläche vorgesehen ist, wobei die Mikrowellenstrahlungsoberfläche durch ein elektrisch leitendes Material gebildet ist, das bewirkt, dass eine Differenz zwischen dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten der dielektrischen Platte und der Mikrowellenstrahlungsoberfläche innerhalb von 10% liegt.
Da gemäß der vorliegenden Erfindung der Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen der Wellenretardierungsplatte in der Radiallinien-Schlitzantenne und der Schlitzplatte, die die Strahlungsoberfläche bildet, so kontrolliert ist, dass sie innerhalb von 10% liegt, tritt nicht das Problem auf, dass ein Zwischenraum in der Antenne gebildet wird, selbst wenn die Antenne durch das Plasma erwärmt wird, wodurch ein Problem verhindert wird, das mit einer abnormalen Entladung, der Ausbildung einer Reflektionswelle oder der Ausbildung einer stehenden Welle zusammenhängt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Plasma-Bearbeitungsvorrichtung bzw. Plasmaverarbeitungsvorrichtung anzugeben, die Folgendes umfasst: einen Prozessbehälter, der durch eine äußere Wand definiert ist und einen Tisch zum Halten eines zu bearbeitenden Substrats umfasst,
ein mit dem Prozessbehälter verbundenes Abpump- oder Evakuierungssystem,
ein Plasmagasversorgungsteil, mit dem Plasmagas zum Prozessbehälter zugeführt wird, und
eine Mikrowellenantenne, die am Prozessbehälter entsprechend zum Plasmagasversorgungsteil vorgesehen ist und mit elektrischer Leistung von einem Koaxial-Wellenleiter versorgt wird,
wobei die Mikrowellenantenne Folgendes umfasst: eine Radiallinienrückoberflächenmetallplatte mit Öffnungen, eine Mikrowellenstrahlungsoberfläche, die so auf der Radiallinienrückoberflächenmetallplatte vorgesehen ist, dass sie die Öffnungen bedeckt, und eine Mehrzahl von Schlitzen hat, und eine dielektrische Platte, die zwischen der Radiallinienrückoberflächenmetallplatte und der Mikrowellenstrahlungsoberfläche vorgesehen ist,
wobei die Mikrowellenstrahlungsoberfläche durch eine Plattierungsschicht oder Auftragsschicht aus einem elektrisch leitenden Material gebildet wird, die auf der dielektrischen Platte ausgebildet ist.
Bei der vorliegenden Erfindung wird eine feine Unebeneinheit auf der Wellenretardierungsplatte durch die Plattierungsschicht gefüllt, indem die Schlitzplatte durch Plattierung auf der Wellenretardierungsplatte ausgebildet wird, was die Verwirklichung eines idealen engen Kontaktes zwischen der Schlitzplatte und der Wellenretardierungsplatte gestattet.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Plasma-Bearbeitungsvorrichtung anzugeben, die Folgendes umfasst: einen Prozessbehälter, der einen Tisch umfasst, auf dem ein zu behandelndes Substrat platziert wird,
einen Mikrowellengenerator, der Mikrowellen erzeugt, um die Mikrowelle in den Prozessbehälter zuzuführen,
eine Wellenretardierungsplatte, die zwischen dem Mikrowellengenerator und dem Prozessbehälter vorgesehen ist, um die Wellenlänge der von dem Mikrowellengenerator zugeführten Mikrowelle zu verringern, und
ein Mikrowellenstrahlungselement, welches eine Mikrowelle, deren Wellenlänge durch die Wellenretardierungsplatte verkürzt ist, in einen Raum des Prozessbehälters strahlt,
wobei eine Metallschicht zumindest an einer oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche der Wellenretardierungsplatte ausgebildet ist und das Mikrowellenstrahlungselement durch die Metallplatte gebildet wird, die auf einer Oberfläche der Wellenretardierungsplatte ausgebildet ist.
Da bei der vorliegenden Erfindung die Plattierungsschicht auf zumindest der oberen Oberfläche und der unteren Oberfläche der Wellenretardierungsplatte ausgebildet ist und veranlasst wird, dass sie als Mikrowellenstrahlungselement wirkt, tritt nicht ein solches Problem auf, dass ein Zwischenraum in der Antenne gebildet wird, selbst wenn die Antenne durch Plasma erhitzt wird. Dementsprechend ist es möglich, ein Problem zu verhindern, das mit einer abnormalen Entladung, der Bildung einer Reflektionswelle oder der Bildung einer stehenden Welle zusammenhängt.
Da darüber hinaus kein Zwischenraum zwischen einem Metallteil und der Wellenretardierungsplatte in dem oberen Abschnitt der Wellenretardierungsplatte ausgebildet ist, wird die Mikrowellen-Strahlungscharakteristik stabilisiert. Da gemäß der oben genannten Erfindung das Mikrowellenstrahlungselement durch eine Metallschicht gebildet wird, wird darüber hinaus die Dicke des Schlitzteils verringert, was eine Reflektion der Mikrowelle unterdrücken kann, die durch ein Abschneide- oder "Cutoff"-Phänomen im Schlitzteil hervorgerufen wird, wodurch die Strahlungseffizienz verbessert wird.
Da bei der vorliegenden Erfindung das Mikrowellenstrahlungselement als ein Teil der Metallschicht integral mit der Wellenretardierungsplatte ausgebildet ist, besteht kein Bedarf dafür, die Wellenretardierungsplatte und das Mikrowellenstrahlungselement als getrennte Teile herzustellen und miteinander zu verbinden. Dadurch wird eine Ausbildung eines Zwischenraums zwischen der Wellenstrahlungsplatte und der Mikrowellenretardierungsplatte infolge einer thermischen Expansion oder einer altersbedingten Veränderung verhindert. Somit kann eine Plasmabearbeitung mit geringerer Variation in der Zeit und guter Reproduzierbarkeit durchgeführt werden. Da darüber hinaus die gesamte Wellenretardierungsplatte fast durch die Me tallplattierungsschicht bedeckt ist, wird eine der Retardierungsplatte zugeführte Mikrowelle ohne Lecken oder Streuung in den Prozessbehälter eingeführt, was zu einer effizienten Plasmaerzeugung führt.
Kurzbeschreibung der Figuren
1B und 1B sind Diagramme, die den Aufbau einer herkömmlichen Mikrowellen-Plasma-Bearbeitungsvorrichtung zeigen, die eine Radiallinien-Schlitzantenne verwendet,
2A und 2B sind Diagramme, die den Aufbau einer Mikrowellen-Plasma-Bearbeitungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen,
3 ist ein Diagramm, das einen Teil der Radiallinien-Schlitzantenne in vergrößertem Maßstab zeigt, die in der Plasma-Bearbeitungsvorrichtung von 2A und 2B verwendet wird,
4 ist ein Diagramm, das einen Prozessgas-Zufuhrmechanismus der Mikrowellen-Plasma-Bearbeitungsvorrichtung von 2A zeigt,
5 ist ein Diagramm, das eine Abwandlung der Plasma-Bearbeitungsvorrichtung von 2A und 2B zeigt,
6 ist ein Diagramm, das den Aufbau einer Plasma-Bearbeitungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
7A bis 7D sind Diagramme, die den Ausbildungsprozess einer Schlitzplatte einer Radiallinien-Schlitzantenne zeigen, die in der Plasma-Bearbeitungsvorrichtung von 6 verwendet wird,
8 ist ein skizzenhaftes Diagramm einer Mikrowellen-Plasma-Bearbeitungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
9 ist eine Querschnittsansicht einer in 8 gezeigten Wellenretardierungsplatte,
10 ist eine Draufsicht, die Schlitze in einer Metallplattierungsschicht zeigt, die auf der in 8 gezeigten Wellenretardierungsplatte ausgebildet ist,
11 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Verbindung zwischen einem koaxialen Wellenleiter und einer Wellenretardierungsplatte zeigt, und
12 ist eine Querschnittsansicht, die ein anderes Beispiel der Verbindung zwischen dem koaxialen Wellenleiter und der Wellenretardierungsplatte zeigt.
Beste Ausführungsform der Erfindung
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Ausführungsformen im Detail beschrieben.
[Erste Ausführungsform]
2A und 2B sind Diagramme, die den Aufbau einer Mikrowellen-Plasma-Bearbeitungsvorrichtung 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
Wie in 2A zu sehen ist, enthält die Mikrowellen-Plasma-Bearbeitungsvorrichtung 10 einen Prozessbehälter 11 und einen Tisch 13, der in dem Prozessbehälter 11 vorgesehen ist, um ein zu bearbeitendes Substrat 12 durch eine elektrostatische Spannvorrichtung zu halten, wobei der Tisch 13 vorzugsweise aus AlN oder Al₂O₃ durch einen isostatischen Heißpressprozess (HIP) gebildet ist. In dem Prozessbehälter 11 sind zwei oder drei Evakuierungsöffnungen 11a in einem Raum 11A ausgebildet, der den Tisch 13 mit einem gleichen Abstand umgibt, und somit mit einer Axialsymmetrie bezüglich dem Substrat 12 auf dem Tisch 13. Der Prozessbehälter 11 wird über die Evakuierungsöffnung 11a durch eine Schraubenpumpe mit Gradationssteigung auf einen niedrigen Druck evakuiert, die später erläutert wird.
Der Prozessbehälter 11 ist vorzugsweise aus einem rostfreien Austenitstahl gebildet, der Al enthält, und an der inneren Wandfläche ist ein Schutzfilm aus Aluminiumoxid durch einen Oxidationsprozess ausgebildet. Ferner ist eine scheibenförmige Duschplatte 14 aus dichtem Al₂O₃, welche durch isostatisches Heißpressen ausgebildet ist, in dem Teil der äußeren Wand des Prozessbehälters 11, der dem Substrat 12 entspricht, als Teil der äußeren Wand ausgebildet, wobei die Duschplatte 14 eine große Anzahl von Düsenöffnungen 14A enthält. Die somit durch isostatisches Heißpressen gebildete Al₂O₃-Duschplatte 14 wird unter Verwendung eines Y₂O₃-Additivs ausgebildet und hat eine Porosität von 0,03% oder weniger. Dies bedeutet, dass die Al₂O₃-Duschplatte im Wesentlichen frei von Poren oder nadelfeinen Löchern ist und eine für eine Keramik sehr hohe thermische Leitfähigkeit von 30 W/m × K hat, die jedoch nicht so groß wie diejenige von AlN ist.
Die Duschplatte 14 ist über einen Dichtungsring 11s auf dem Prozessbehälter 11 montiert, und eine Abdeckplatte 15 aus dichtem Al₂O₃, die ebenfalls durch isostatisches Heißpressen ausgebildet ist, ist auf der oberen Duschplatte 14 via einen Dichtungsring 11c angeordnet. Die Duschplatte 14 ist an der Seite, die die Abdeckplatte 15 berührt, mit einer Vertiefung 14B ausgebildet, die mit einer jeden der Düsenöffnungen 14A kommuniziert und dem Plasmagas-Durchgang dient, wobei die Vertiefung 14B außerdem mit einem anderen Plasmagas-Durchgang 14C kommuniziert, der im Inneren der Duschplatte 14 kommunizierend mit einem Plasmagas-Einlass 11p ausgebildet ist, der an der äußeren Wand des Prozessbehälters 11 ausgebildet ist.
Die Duschplatte 14 wird an dem vorstehenden Teil 11b, der an der Innenwand des Prozessbehälters 11 ausgebildet ist, gehalten, wobei der vorstehende Teil 11b an dem Teil, der die Duschplatte 14 hält, mit einer runden Oberfläche ausgebildet ist, um eine elektrische Entladung zu unterdrücken.
Das Plasmagas, wie beispielsweise Ar oder Kr, welches dem Plasmagas-Einlass 11b zugeführt wird, wird somit durch die Öffnungen 14A gleichförmig in einen Raum 11B unmittelbar unterhalb der Duschplatte 14 zugeführt, nachdem es durch die Durchgänge 14C und 14B in der Duschplatte 14 geleitet wurde.
Auf der Abdeckplatte 15 ist eine Radiallinien-Schlitzantenne 20, die durch eine scheibenförmige Schlitzplatte 16 gebildet wird, welche mit einer Anzahl von in 2B gezeigten Schlitzen 16a und 16b ausgebildet ist, in engem Kontakt mit der Abdeckplatte 15 angeordnet, ein scheibenförmiger Antennenkörper 17, der die Schlitzplatte 16 hält, und eine Retardierungsplatte 18 aus einem dielektrischen Material mit geringem Verlust, wie beispielsweise Al₂O₃, SiO₂ oder Si₃N₄, die zwischen der Schlitzplatte 16 und dem Antennenkörper 17 angeordnet ist. Die oben erwähnte Schlitzplatte 16 besteht vorzugsweise aus Cu (Kupfer), welches bis zu 10 Gew.-% W (Wolfram) enthält. Insbesondere in einem Fall, in dem Al₂O₃, welches einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 7–8 × 10^–6/°C aufweist, als Schlitzplatte 16 verwendet wird, kann der Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen der Wellenretardierungsplatte 18 auf weniger als 10% unterdrückt werden, indem eine Cu-W-Legierung verwendet wird, die einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von ungefähr 7 × 10^–6/°C hat. Da der Widerstand der Cu-W-Legierung vergleichsweise groß ist, ist es, wenn sie als Schlitzplatte 16 der Radiallinien-Schlitzantenne verwendet wird, vorzuziehen, auf ihr eine Schicht 16r mit geringem Widerstand auszubilden, beispielsweise aus Au (Gold), Ag (Silber) oder Kupfer (Cu), in einer Dicke von ungefähr 3 μm oder mehr, um dem Skin-Effekt der Mikrowelle Rechnung zu tragen, wie in der vergrößerten Ansicht von 3 gezeigt ist.
Die Schicht 16r mit geringem Widerstand kann leicht beispielsweise durch Elektrolyse-Plattierung oder ähnliches ausgebildet werden. Die Schlitzplatte 16 kann durch einen Keramikklebstoff an der Wellenretardierungsplatte 18 angebracht werden. Was den typischen Keramikklebstoff anbelangt, ist einer, bei dem Aluminiumoxid-Teilchen in einem Lösungsmittel dispergiert sind, kommerziell erhältlich. Nach dem Kleben verdampft das Lösungsmittel durch eine Wärmebehandlung bei 200 bis 300°C, und es kann die in 3 gezeigte feste Haftschicht erhalten werden, die keinen Mikrowellenverlust aufweist.
Die Radiallinien-Schlitzantenne 20 ist mittels eines Dichtungsrings 11u auf dem Prozessbehälter 11 montiert, und eine Mikrowelle mit einer Frequenz von 2,45 GHz oder 8,3 GHz wird der Radiallinien-Schlitzantenne 20 von einer externen Mikrowellenquelle (nicht gezeigt) über einen koaxialen Wellenleiter 21 zugeführt. Die so zugeführte Mikrowelle wird von den Schlitzen 16a und 16b auf der Schlitzplatte 16 über die Abdeckplatte 15 und die Duschplatte 14 in das Innere des Prozessbehälters eingestrahlt, wodurch die Anregung eines Plasmas in dem Plasmagas, welches von den Öffnungen 14A in den Raum 11B unmittelbar unterhalb der Duschplatte 14 zugeführt wird, verursacht wird. Man beachte, dass die Abdeckplatte 15 und die Duschplatte 14 aus Al₂O₃ gebildet sind und als ein effizientes mikrowellendurchlassendes Fenster wirken. Um eine Plasmaanregung in den Plasmagas-Durchgängen bzw. -Leitungen 14A bis 14C zu vermeiden, wird das Plasmagas in den genannten Durchgängen 14A bis 14C auf einem Druck von ungefähr 6666 Pa bis 13332 Pa (ungefähr 50 bis 100 Torr) gehalten.
Um den engen Kontakt zwischen der Radiallinien-Schlitzantenne 20 und der Abdeckplatte 15 zu verbessern, hat die Mikrowellen-Plasma-Bearbeitungsvorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform eine ringförmige Rille 11g auf einem Teil des Prozessbehälters 11, um mit der Schlitzplatte 16 in Eingriff zu geraten. Durch Evakuieren der Rille 11g über eine Evakuierungsöffnung 11G, die damit kommuniziert, wird der Druck in dem Zwischenraum, der zwi schen der Schlitzplatte 16 und der Abdeckplatte 15 ausgebildet ist, verringert, und die Radiallinien-Schlitzantenne 20 wird durch den Atmosphärendruck fest auf die Abdeckplatte 15 gezwungen. Solch ein Zwischenraum enthält nicht nur die Schlitze 16a und 16b, die in der Schlitzplatte 16 ausgebildet sind, sondern auch einen Zwischenraum, der aus anderen verschiedenen Gründen ausgebildet ist. Darüber hinaus ist solch ein Zwischenraum durch den Dichtungsring 11u abgedichtet, der zwischen der Radiallinien-Schlitzantenne 20 und dem Prozessbehälter 11 vorgesehen ist.
Durch das Füllen des Zwischenraums zwischen der Schlitzplatte 16 und der Abdeckplatte 15 mit einem inerten Gas mit geringem Molekulargewicht über die Evakuierungsöffnung 11G und die Rille 15g wird ferner die Wärmeübertragung von der Abdeckplatte 15 auf die Schlitzplatte 16 erleichtert. In Anbetracht der hohen thermischen Leitfähigkeit und der hohen Ionisationsenergie ist es günstig, He für solch ein inertes Gas zu verwenden. Für den Fall, dass der Zwischenraum mit He gefüllt ist, ist es vorteilhaft, den Druck auf ungefähr 0,8 atm anzusetzen. In dem Aufbau von 3 ist ein Ventil 11V an der Evakuierungsöffnung 11G zum Evakuieren der Rille 15g und zum Einfüllen des inerten Gases in die Rille 15g vorgesehen.
Ein äußeres Wellenleiterrohr 21A des koaxialen Wellenleiters 21A ist mit dem scheibenförmigen Antennenkörper 17 verbunden, während ein zentraler Leiter 21B über eine Öffnung, die in der Retardierungsplatte 18 ausgebildet ist, mit der Schlitzplatte 16 verbunden ist. Somit wird die Mikrowelle, die dem koaxialen Wellenleiter 21A zugeführt wird, in radialer Richtung zwischen dem Antennenkörper 17 und der Schlitzplatte 16 propagiert und aus den Schlitzen 16a und 16b emittiert.
2B zeigt die Schlitze 16a und 16b, die an der Schlitzplatte 16 ausgebildet sind.
Wie in 2B gezeigt ist, sind die Schlitze 16a auf konzentrische Weise so angeordnet, dass für einen jeden Schlitz 16a ein Schlitz 16b so vorgesehen ist, dass der Schlitz 16b den Schlitz 16a senkrecht kreuzt, und so, dass der Schlitz 16b konzentrisch mit dem Schlitz 16a ausgerichtet ist. Die Schlitze 16a und 16b sind mit einem Intervall ausgebildet, der der durch die Radiationsplatte 16 in radialer Richtung der Schlitzplatte 16 komprimierten Wellenlänge der Mikrowelle entspricht, und demzufolge wird die Mikrowelle von der Schlitzplatte 16 in Form einer nahezu ebenen Welle abgestrahlt. Da die Schlitze 16a und die Schlitze 16b in einer zu einander senkrechten Beziehung ausgebildet sind, bildet die so abgestrahlte Mikrowelle eine zirkular polarisierte Welle, die zwei zueinander senkrechte Polarisationskomponenten enthält.
Ferner ist bei der Plasma-Bearbeitungsvorrichtung 10 von 2A auf dem Antennenkörper 17 ein Kühlblock 19 mit einem Kühlwasserdurchgang 19A ausgebildet, und Wärme, die sich in der Duschplatte 14 ansammelt, wird über die Radiallinien-Schlitzantenne 20 durch Kühlen des Kühlblocks 19 durch das Kühlwasser in dem Kühlwasserdurchgang 19A absorbiert. Der Kühlwasserdurchgang bzw. -kanal 19A ist spiralförmig auf dem Kühlblock 19 ausgebildet, und Kühlwasser, welches ein kontrolliertes Redoxpotential aufweist, wird in diesen zugeführt, wobei die Kontrolle oder Steuerung des Redoxpotentials erreicht wird, indem in dem Kühlwasser gelöster Sauerstoff durch Einblasen eines H₂-Gases entfernt wird.
Zusätzlich ist bei der Mikrowellen-Plasma-Bearbeitungsvorrichtung 10 von 2A ferner eine Prozessgas-Zufuhrstruktur 31 in dem Prozessbehälter 11 zwischen der Duschplatte 14 und dem Substrat 12 auf dem Tisch 13 vorgesehen, wobei die Prozessgas-Zufuhrstruktur 31 Gasdurchgänge oder -leitungen 31A hat, die gitterförmig angeordnet sind und ein Prozessgas durch eine große Anzahl von Prozessgas-Düsenöffnungen 31B (siehe 4) entlässt, welches von einer Prozessgas-Einlassöffnung 11r, die an der Außenwand des Prozessbehälters 11 vorgesehen ist, zugeführt wird. Dadurch wird in einem Raum 11C zwischen der Prozessgas-Zufuhrstruktur 31 und dem Substrat 12 eine gleichförmige Substratbearbeitung erreicht. Solch eine Substratbearbeitung umfasst eine Plasma-Oxidationsbearbeitung, eine Plasma-Nitridationsbearbeitung, eine Plasma-Oxinitridationsbearbeitung und eine Plasma-CVD-Bearbeitung. Ferner ist es möglich, ein reaktives Ionenätzen des Substrats 12 durchzuführen, indem ein leicht zerfallendes Fluorocarbongas wie beispielsweise C₄F₈, C₅F₈ oder C₄F₆ oder ein Ätzgas zugeführt wird, welches F oder Cl enthält, und indem ferner eine hochfrequente Spannung von einer Hochfrequenz-Spannungsquelle 13A an den Tisch 13 angelegt wird.
Bei der Mikrowellen-Plasma-Bearbeitungsvorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Ablagerung von Reaktions-Nebenprodukten auf der Innenwand des Prozessbehälters zu vermeiden, indem die Außenwand des Prozessbehälters 11 auf eine Temperatur von ungefähr 150°C erwärmt wird. Dadurch kann die Mikrowellen-Plasma-Bearbeitungsvorrichtung 10 konstant und zuverlässig betrieben werden, indem lediglich etwa einmal pro Tag ein Trockenreinigungsprozess durchgeführt wird.
4 ist eine Unteransicht, die den Aufbau der Prozessgas-Zufuhrstruktur 31 von 2A zeigt.
Wie in 4 gezeigt ist, wird die Prozessgas-Zufuhrstruktur 31 durch einen leitfähigen Körper gebildet, wie beispielsweise eine Al-Legierung, die Mg enthält, oder rostfreien Stahl, dem Al zugefügt ist, und die gitterförmige Gasleitung 31A ist an der Prozessgas-Zufuhröffnung 31R mit der Prozessgas-Einlassöffnung 11r verbunden und entlässt das Prozessgas gleichförmig aus den Prozessgas-Düsenöffnungen 31B, die an der Bodenfläche ausgebildet sind, in den oben genannten Raum 11C. Ferner sind in der Prozessgas-Zufuhrstruktur 31 Öffnungen 31C zwischen benachbarten Prozessgas-Leitungen 31A ausgebildet, um das Plasma oder das in dem Plasma enthaltene Prozessgas hindurchzuführen. Für den Fall, dass die Prozessgas-Zufuhrstruktur 31 aus einer Al-Legierung, die Mg enthält, gebildet ist, wird vorzugsweise ein Fluoridfilm auf ihrer Oberfläche ausgebildet. Für den Fall, dass die Prozessgas-Zufuhrstruktur 31 aus rostfreiem Stahl, dem Al zugefügt ist, gebildet ist, wird vorzugsweise ein Passivierungsfilm aus Aluminiumoxid auf ihrer Oberfläche ausgebildet. Bei der Plasma-Bearbeitungsvorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung ist die Energie des einfallenden Plasmas aufgrund der niedrigen Elektronentemperatur des angeregten Plasmas gering, und das Problem einer Metallkontaminierung durch das Sputtern bzw. Aufstäuben der Prozessgas-Zufuhrstruktur 31 wird verhindert. Ferner ist es möglich, die Prozessgas-Zufuhrstruktur 31 aus einem Keramikmaterial wie beispielsweise Aluminiumoxid auszubilden.
Die gitterförmigen Prozessgasleitungen 31A und die Prozessgas-Düsenöffnungen 31B sind so ausgebildet, dass sie einen Bereich umfassen, der etwas größer als das Substrat 12 ist, welches in 4 durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist. Dadurch, dass die Prozessgas-Zufuhrstruktur 31 zwischen der Duschplatte 14 und dem zu bearbeitenden Substrat 12 vorgesehen ist, wird das Prozessgas durch das Plasma angeregt, und eine gleichförmige Bearbeitung wird durch die Verwendung eines solchen durch Plasma angeregten Prozessgases möglich.
Für den Fall, dass die Prozessgas-Zufuhrstruktur 31 durch einen Leiter wie beispielsweise ein Metall gebildet wird, kann die Prozessgas-Zufuhrstruktur 31 eine Nebenschlussebene oder Shunt-Ebene der Mikrowelle bilden, indem das Intervall zwischen den gitterförmigen Prozessgasleitungen 31A kleiner angesetzt wird, als die Wellenlänge der Mikrowelle. In solch einem Fall findet die Mikrowellenanregung von Plasma nur in dem Raum 11B statt, und eine Anregung des Prozessgases in dem Raum 11C inklusive der Oberfläche des Substrats 12 tritt durch das Plasma auf, das eine Diffusion aus dem Anregungsraum 11B veranlasst hat. Ferner kann solch ein Aufbau verhindern, dass das Substrat zum Zeitpunkt des Zündens des Plasmas der Mikrowelle direkt ausgesetzt ist, und somit wird eine Beschädigung des Substrats durch die Mikrowelle verhindert.
Bei der Mikrowellen-Plasma-Bearbeitungsvorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung wird die Zufuhr des Prozessgases gleichförmig durch die Prozessgas-Zufuhrstruktur 31 gesteuert, und das Problem einer übermäßigen Dissoziation des Prozessgases auf der Oberfläche des Substrats 12 kann ausgeräumt werden. Somit wird es möglich, die erwünschte Substratbearbeitung selbst für den Fall durchzuführen, dass eine Struktur mit einem großen Seitenverhältnis auf der Oberfläche des Substrats 12 bis zum Boden der Struktur mit hohem Seitenverhältnis ausgebildet wird. Das bedeutet, dass die Mikrowellen-Plasma-Bearbeitungsvorrichtung 10 effektiv für die Herstellung verschiedener Halbleiterbauteile von verschiedenen Generationen ist, die durch unterschiedliche Designregeln charakterisiert sind.
Bei der Plasma-Bearbeitungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung ist es außerdem möglich, das Prozessgas-Zufuhrteil 31 in Abhängigkeit von der Anwendung zu entfernen, ähnlich wie bei der in 5 gezeigten Plasma-Bearbeitungsvorrichtung 10A. In 5 werden jedoch die Teile, die zuvor erläutert wurden, mit denselben Bezugszeichen versehen, und ihre Beschreibung wird ausgelassen.
Die Struktur von 5 gestattet die Ausbildung eines Oxidfilms, eines Nitridisierungsfilms oder eines Oxinitridierungsfilms auf der Oberfläche des oben erwähnten zu bearbeitenden Substrats 12, indem ein Oxidierungsgas wie beispielsweise O₂ oder ein Nitridierungsgas wie beispielsweise NH₃ oder ein Mischgas aus N₂ und H₂ zusammen mit einem inerten Gas wie beispielsweise Ar oder Kr von der oben erwähnten Duschplatte 14 eingeführt werden.
Da der Unterschied in der thermischen Ausdehnung zwischen der Schlitzplatte 16 und der Wellenretardierungsplatte 18 bei der vorliegenden Ausführungsform auf 10% oder weniger angesetzt ist, wird selbst dann kein Zwischenraum zwischen der Schlitzplatte 16 und der Wellenretardierungsplatte 18 gebildet, wenn große Wärmeflüsse, die durch das Plasma hoher Dichte hervorgerufen werden, aus dem Prozessbehälter 11 zur Antenne 20 zugeführt werden und die Temperatur der Schlitzplatte 16 und der Wellenretardierungsplatte 18 erhöht wird, können Probleme, die mit einer abnormen elektrischen Entladung, der Ausbildung einer reflektierenden Welle oder der Ausbildung einer stehenden Welle zusammenhängen, effektiv ausgeräumt werden.
[Zweite Ausführungsform]
6 zeigt einen Aufbau einer Plasma-Bearbeitungsvorrichtung 10B gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 6 werden Teile, die zuvor erläutert wurden, mit denselben Bezugszeichen versehen, und ihre Beschreibung wird ausgelassen.
Wie in 6 gezeigt ist, wird bei der vorliegenden Ausführungsform eine Mikrowellenantenne 20A anstelle der Mikrowellenantenne 20 von 2A verwendet. Bei der Mikrowellenantenne 20A ist ein Endabschnitt 21b eines Kernleiters 21B eines koaxialen Wellenleiters 21 von der Schlitzplatte 16 getrennt und mit einem Rücken oder einer Rückseite der Wellenretardierungsplatte 18 gekoppelt, die auf der Schlitzplatte 16 ausgebildet ist. Bei diesem Aufbau kann eine Mikrowelle auf effiziente Weise zugeführt werden, ohne den Kernleiter 21B mit der Schlitzplatte 16 in Kontakt zu bringen. Bei der oben erwähnten Mikrowellenantenne 20A erstreckt sich die Wellenretardierungsplatte 18 kontinuierlich auf der Rückseite der Schlitzplatte 16, und die Kontaktöffnung für den Kernleiter ist nicht ausgebildet.
7A bis 7D sind Darstellungen, die den Ausbildungsprozess der Wellenretardierungsplatte 18 und der Schlitzplatte 16 in der Radiallinien-Schlitzantenne 20A zeigen, die bei der oben erwähnten Plasma-Bearbeitungsvorrichtung 10B verwendet werden.
Wie in 7A gezeigt ist, wird zuerst die Wellenretardierungsplatte 18, die aus Al₂O₃, SiO₂ oder Si₃N₄ gebildet ist, in ein stromfreies bzw. chemisches Plattierungsbad eingetaucht, so dass eine stromlose Cu-Plattierungsschicht 161, die aus einer zumindest einatomaren Schicht besteht, auf der Oberfläche ausgebildet wird.
Das stromlose Plattieren von 7A kann weiter fortgesetzt werden, um die chemische Cu-Plattierungsschicht auf der Wellenretardierungsplatte 18 mit einer erwünschten Dicke aufzubringen. Unter diesem Gesichtspunkt der Verbesserung der Adhäsion ist es vorteilhaft, wenn die Wellenretardierungsplatte 18, die die chemische Cu-Plattierungsschicht 161 hat, die in dem Prozess von 7A ausgebildet wurde, in eine elektrolytische Plattierungsflüssigkeit in einem elektrolytischen Plattierungsbad Bad 2 getaucht wird, wie in 7B gezeigt ist, um eine elektrolytische Cu-Plattierungsschicht 162 auf der chemischen Cu-Plattierungsschicht 161 mit einer erwünschten Dicke auszubilden, indem die chemische Cu-Plattierungsschicht als Elektrode verwendet wird. Vorzugsweise beträgt die erwünschte Dicke der oben erwähnten Cu-Schicht 162 in Anbetracht des Skin-Effektes einer Mikrowelle 6 μm oder mehr.
Die so ausgebildeten Cu-Schichten 161 und 162 werden in dem Prozess von 7C mit einem Resist-Film R bedeckt und in dem Prozess von 7D belichtet und entwickelt, um die Kupferschichten 161 und 162 unter Verwendung des ausgebildeten Resist-Musters R' als Maske zu mustern, was zu der Schlitzplatte 16 führt, die die Schlitze 16a und 16b hat. Zusätzlich ist es möglich, die Cu-Schichten 161 und 162 durch Nassätzen zu mustern, nachdem ein Film als Maske aufgetragen wurde, der ein erwünschtes Muster hat.
Die durch den oben genannten Prozess ausgebildete Schlitzplatte 16 hat aufgrund einer feinen Unebenheit auf der Oberfläche der Wellenretardierungsplatte 18, selbst wenn sie durch Cu ausgebildet wird, eine exzellente Adhäsionskraft, was wirksam für das Verhindern des Entstehens eines Zwischenraums zwischen der Schlitzplatte 16 und der Wellenretardierungsplatte 18 ist.
Man beachte, dass die Schlitzplatte 16, obwohl dies zuvor erläutert wurde, durch stromfreies chemisches Plattieren gebildet werden kann. Ferner ist es bei den Beispielen von 7A bis 7D auch möglich, anstelle der oben erwähnten chemischen Cu-Plattierungsschicht 161 eine Nickel-Plattierungsschicht zu verwenden.
Bei der Ausführungsform von 6 ist es in Abhängigkeit von der Anwendung der Plasma-Bearbeitungsvorrichtung möglich, die oben erwähnte Prozessgas-Zufuhrkonfiguration zu entfernen.
Man beachte, dass die Herangehensweise der Ausbildung der Schlitzplatte 16 gemäß dem Prozess von 7A bis 7D auch für die Plasma-Bearbeitungsvorrichtung 10 von 2A und 2B oder die Plasma-Bearbeitungsvorrichtung 10A von 5 anwendbar ist, und ferner für die herkömmliche Plasma-Bearbeitungsvorrichtung 100 von 1A und 1B anwendbar ist.
[Dritte Ausführungsform]
8 ist ein skizzenhaftes Strukturdiagramm einer Mikrowellen-Plasma-Bearbeitungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die in 8 gezeigte Mikrowellen-Plasma-Bearbeitungsvorrichtung 40 ist beispielsweise eine Plasma-CVD-Vorrichtung, die eine Plasma-CVD-Bearbeitung auf einem Halbleiterwafer W als zu bearbeitendes Substrat in einem Prozessbehälter 42 anwendet. Der Prozessbehälter 42 besteht beispielsweise aus Aluminium und hat einen hermetischen Aufbau, so dass er evakuierbar ist. Ein Platzierungstisch 44 zum Platzieren des Halbleiterwafers W ist in dem Prozessbehälter 42 vorgesehen.
Der Boden des Bearbeitungsbehälters 42 ist mit einer Auslassöffnung 42a versehen, mit der eine Vakuumpumpe (nicht gezeigt) verbunden ist, so dass das Innere des Prozessbehälters 42 in einem vorbestimmten Zustand niedrigen Drucks gehalten werden kann.
Die dielektrische Platte 46 ist luftdicht an einem Deckenteil des Prozessbehälters 42 angebracht. In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Wellenretardierungsplatte 48, die zumindest eine obere Fläche und eine untere Fläche, die plattiert sind, hat, an der Oberflächenseite der dielektrischen Platte 46 angebracht. Da bei der vorliegenden Ausführungsform durch die Plattierungsschicht oder Auftragsschicht der Wellenretardierungsplatte 48 ein Mikrowellen-Abstrahlelement gebildet wird, besteht keine Notwendigkeit, ein Antennenelement als Mikrowellen-Abstrahlelement separat von der Wellenretardierungsplatte 48 vorzusehen. Eine Beschreibung betreffend die plattierte Wellenretardierungsplatte 48 wird später gegeben.
Die Wellenretardierungsplatte 48 ist an einem Trageelement 50 befestigt. Das Trageelement 50 hat eine Funktion, die Wellenretardierungsplatte 48 zu kühlen, während sie die Wellenretardierungsplatte 48 trägt.
Im Inneren des Trageelementes 50 ist nämlich eine Leitung 50a ausgebildet, durch die Kühlwasser fließt, und die Wellenretardierungsplatte 48 wird während der Plasmabearbeitung gekühlt. Mit einem Mittelabschnitt der Wellenretardierungsplatte 48 ist ein koaxialer Wellenleiter 52 zum Zuführen einer Mikrowelle verbunden. Der koaxiale Wellenleiter 52 ist durch einen koaxialen Wellenleiterwandler 54 mit einem Wellenleiter 56 verbunden, und der Wellen leiter 56 ist mit einem Mikrowellengenerator 58 verbunden, der aus einem Magnetron oder dergleichen besteht.
Bei dem oben beschriebenen Aufbau propagiert eine vom Mikrowellengenerator 58 erzeugte 2,45 GHz Mikrowelle durch den Wellenleiter 56 und wird durch den koaxialen Wellenleiterwandler 54 in den koaxialen Wellenleiter 52 eingespeist. Nachdem die Wellenlänge durch die Wellenretardierungsplatte 48 verringert wurde, tritt die Mikrowelle, die durch den koaxialen Wellenleiter 52 propagiert, durch die dielektrische Platte 46 und wird durch das Mikrowellen-Strahlungselement, welches durch die Plattierungsschicht gebildet wird, die auf der Oberfläche der Wellenretardierungsplatte 48 ausgebildet ist, in Richtung auf den Bearbeitungsraum des Prozessbehälters 42 abgestrahlt.
Ein Gas für das Plasma wird dem Bearbeitungsraum im Prozessbehälter 42 zugeführt, und das Gas für das Plasma wird durch die Mikrowelle in ein Plasma umgewandelt. Durch dieses Plasma wird die Plasmabearbeitung auf dem Halbleiterwafer W durchgeführt, der auf dem Platzierungstisch 44 platziert ist.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 9 eine Beschreibung der Wellenretardierungsplatte 48 der vorliegenden Ausführungsform gegeben. 9 ist eine Querschnittsansicht der Wellenretardierungsplatte 48.
Die Wellenretardierungsplatte 48 ist aus einem dielektrischen Material wie beispielsweise Aluminiumoxid (Al₂O₃), Siliziumnitrid (Si₃N₄), Aluminiumnitrid (AlN) oder Quarz gebildet und hat die Konfiguration einer ebenen Scheibe. Ein vorstehender Teil 48a, mit dem der koaxiale Wellenleiter 22 verbunden ist, ist in dem Mittelabschnitt der Wellenretardierungsplatte 48 ausgebildet. Der vorstehende Teil 48a hat eine geneigte Fläche 48b, die einen Teil eines Kegels bildet, um die Konzentration eines elektrischen Feldes infolge der Mikrowelle zu verhindern. Ein äußeres Rohr 52a des koaxialen Wellenleiters 52 ist mit dem vorstehenden Teil 48a verbunden. Das äußere Rohr 52a des vorstehenden Teils 48a kann mit einer ebenen oberen Fläche 48c verbunden sein oder mit der geneigten Fläche 48b verbunden sein.
Eine durchgängige Öffnung 48d, in die ein inneres Kabel des koaxialen Wellenleiters 52 eingeführt wird, ist in der Mitte des vorstehenden Teils 48a ausgebildet. Ein konischer Teil 48e ist an einem Ende der durchgängigen Öffnung 48 auf der Seite des Prozessbehälters so ausge bildet, dass ein Ende des inneren Kabels 52b, welches in einer Gestalt ausgebildet ist, die der Gestalt des konischen Teils entspricht, dazu passt.
Hier ist eine Metallplattierungsschicht 60 aus Kupfer, Gold, Silber, Nickel etc. in der Fläche der Wellenretardierungsplatte 48 ausgebildet. Die Metallplattierungsschicht 60 ist über die gesamte Oberfläche der Wellenretardierungsplatte 48 mit Ausnahme der oberen Oberfläche 48c des vorstehenden Teils 48a ausgebildet. Insbesondere ist die Plattierungsschicht 60, die auf der dem Inneren des Prozessbehälters 42 zugewandten Oberfläche der Wellenretardierungsplatte 48 ausgebildet ist, in ein vorbestimmtes Muster geätzt, und ein Teil, von dem die Plattierungsschicht entfernt wurde, wirkt als ein Schlitz.
3 ist eine Draufsicht, die die Oberfläche zeigt, in der die Schlitze 32 in der Metallplattierungsschicht 60 der Wellenretardierungsplatte 48 ausgebildet sind. Wie in 3 gezeigt ist, hat ein jeder der Schlitze 32 eine längliche Form, und die Schlitze 32 sind entlang dreier unterschiedlicher Umfänge P1, P2 und P3 angeordnet. Man beachte, dass obwohl die Schlitze 32 entlang des gesamten Umfangs eines jeden der Umfänge P1, P2 und P3 angeordnet sind, 3 zum Zwecke der Vereinfachung nur einen Teil derselben zeigt. Hier ist das Zentrum der Umfänge P1, P2 und P3 gegenüber dem Zentrum der äußeren Konfiguration der Wellenretardierungsplatte 48 versetzt (exzentrisch), und die Richtungen des Versatzes (Exzentrizitätsrichtung) sind voneinander verschieden.
Das heißt, die Richtung, in der das Zentrum des mittleren Umfangs P2 von dem Zentrum der Außenkonfiguration der Wellenretardierungsplatte 48 verschoben ist, unterscheidet sich um 120° von der Richtung, in der das Zentrum des inneren Umfangs P1 von dem Zentrum der äußeren Konfiguration der Wellenretardierungsplatte 48 verschoben ist. Darüber hinaus unterscheidet sich die Richtung, in der das Zentrum des äußeren Umfangs P3 gegenüber dem Zentrum der äußeren Konfiguration der Wellenretardierungsplatte 48 verschoben ist, um 120° von der Richtung, in der das Zentrum des mittleren Umfangs P2 von dem Zentrum der äußeren Konfiguration der Wellenretardierungsplatte 48 verschoben ist. Somit sind die Zentren der Umfänge P1, P2 und P3 in voneinander verschiedenen Richtungen verschoben.
Wenn die Schlitze 32 entlang einer Mehrzahl von nicht-konzentrischen Kreisen angeordnet sind, tritt somit, obwohl eine Oberflächenwelle, die in der Metallplattierungsschicht 30 in einer Radiationsrichtung propagiert, von einer äußeren Oberfläche in Richtung auf den Mittel teil der Wellenretardierungsplatte 48 reflektiert zurückkehrt, keine Konzentration in dem Mittelpunkt der Wellenretardierungsplatte 48 auf. Das heißt, die Oberflächenwelle kehrt zu einem Bereich mit einer gewissen Größe zurück, die dem Ausmaß der Verschiebung bzw. des Versatzes eines jeden der Umfänge P1, P2 und P3 entspricht. Somit wird gemäß der Anordnung der Schlitze 62 der vorliegenden Ausführungsform eine Ungleichförmigkeit in der Elektronendichte im Vergleich zu einem herkömmlichen ebenen Antennenelement verbessert, in welchem eine Oberflächenwelle in einem Punkt konzentriert wird, was eine Ungleichförmigkeit in der Elektronendichte des Plasmaraums erzeugt, wenn die Umfänge P1, P2 und P3 konzentrische Kreise sind, und somit kann die Plasmadichteverteilung in gewissem Grade gleichförmig sein.
Man beachte, dass obwohl die in 3 gezeigten Schlitze 62 entlang einer Mehrzahl von nicht-konzentrischen Kreisen angeordnet sind, die Schlitze auch spiralförmig oder auch entlang einer Mehrzahl von konzentrischen Kreisen angeordnet werden können. Obwohl die Konfiguration des Schlitzes 62 nicht auf eine wie in 3 gezeigte längliche Form beschränkt ist und Konfigurationen wie beispielsweise einen Kreis, ein Dreieck, ein Quadrat oder ein Rechteck annehmen kann, ist es vorteilhaft, im Falle eines Polygons eine jede Ecke abzurunden, um eine Konzentration eines elektrischen Feldes zu verhindern. Darüber hinaus wird ein Schlitzpaar hergestellt, indem zwei Schlitze in einer T-Form aneinander angrenzend angeordnet werden, und eine Mehrzahl von Schlitzpaaren können entlang einer Mehrzahl von konzentrischen Kreisen, einer Spirale oder einer Mehrzahl von nicht-konzentrischen Kreisen angeordnet werden.
Was die Dicke der Plattierungsschicht 60 anbelangt, ist es vorteilhaft, sie dicker als die Skin-Tiefe delta einer Mikrowelle zu machen, und außerdem wird sie vorzugsweise entsprechend der folgenden Formeln bestimmt. δ = (2/ωσμ0)1/2,wobei ω eine Winkelfrequenz ist, σ eine Leitfähigkeit und μ0 eine Permeabilität im Vakuum.
Wenn die Plattierungsschicht 60 durch Kupferplattierung unter Verwendung einer Mikrowelle von 2,45 GHz ausgebildet wird, beträgt die Skin-Tiefe δ = 1,98 × 10^–6 m = 1,98 μm (ungefähr 2 μm), da die Leitfähigkeit des Kupfers σ = 6,45 × 10^–7 (Ωm)^–1 beträgt, die Permeabilität μ0 = 1,257 × 10^–6 Hm^–1 beträgt und die Winkelfrequenz 2π × 2,45 × 10⁹ Hz beträgt. Da hier eine Verringerung in der elektrischen Feldstärke innerhalb der Skin-Tiefe der Plattierungsschicht ungefähr 30% beträgt, beträgt die Dicke der aus Kupfer bestehenden Plattierungsschicht 60 vorzugsweise ungefähr 6 μm, unter Berücksichtigung eines Spielraumverhältnisses von einem Faktor 3.
Da die Metallplattierungsschicht 60 wie oben erwähnt ausgebildet ist, und die Metallplattierungsschicht 60 die Funktion eines Antennenelementes (eines Mikrowellen-Abstrahlelementes) in der Wellenretardierungsplatte 48 annimmt, besteht keine Notwendigkeit, eigens ein Antennenelement vorzusehen, wodurch die Anzahl von Teilen verringert wird. Da die Oberfläche der Wellenretardierungsplatte 48 von der Metallplattierungsschicht 60 vollständig bedeckt ist, mit Ausnahme des Teils, der eine Mikrowelle zuführt und des Teils (Schlitzes) zum Emittieren einer Mikrowelle, wird verhindert, dass die Mikrowelle aus der Wellenretardierungsplatte 48 "leckt" bzw. gestreut wird, und die Mikrowelle kann ohne Verlust in den Bearbeitungsraum des Prozessbehälters eingeführt werden.
Da das Metallelement, in dem die Schlitze ausgebildet sind, eine Metallplattierungsschicht 30 mit einer Dicke von ungefähr einigen Mikrometern ist, wird eine abnorme elektrische Entladung verringert, und es kann eine größere Leistung als üblicherweise zugeführt werden, wodurch der Durchsatz der Plasmabearbeitung verbessert wird. Da darüber hinaus die Dicke des Schlitzteils klein ist, nimmt die Reflektion der Mikrowelle durch die Schlitze ab, und die Strahlungseffizienz wird verbessert.
11 ist eine Querschnittansicht, die ein Beispiel einer Verbindung zwischen dem koaxialen Wellenleiter 52 und der Wellenretardierungsplatte 48 zeigt. Bei dem in 11 gezeigten Aufbau wird einem Ende des äußeren Rohrs 52a des koaxialen Wellenleiters 52 eine Konfiguration verliehen, die der geneigten Fläche 48b des vorstehenden Teils 48a der Wellenretardierungsplatte 48 entspricht, und es wird durch Löten verbunden. Zusätzlich ist ein Ende des inneren Kabels 52b ebenfalls mit einer inneren Fläche des konischen Teils 48e der durchgängigen Öffnung 48 durch Löten verbunden. Die Wellenretardierungsplatte 48 ist fest an dem Trageelement 50 befestigt, und Wärme in der Wellenretardierungsplatte 48 wird auf das Trageelement 50 übertragen, indem ein Klebstoff 68 mit guten Wärmeübertragungseigenschaften zwischen der Wellenretardierungsplatte 48 (eigentlich der Plattierungsschicht 60, die auf der Oberfläche der Wellenretardierungsplatte 48 ausgebildet ist) und dem Trageelement 50 vorgesehen wird.
Man beachte, dass eine Kühlwasserleitung bei dem in 11 gezeigten Trageelement 50 weggelassen ist. Darüber hinaus ist die äußere Seitenfläche der Wellenretardierungsplatte 48 befestigt, indem sie über eine Metallplatte 64 durch viele Schrauben 66 gepresst wird, die das Trageelement 50 durchdringen. Dadurch wird der positive elektrische Kontakt zwischen der Wellenretardierungsplatte 48 und dem Trageelement aufrecht erhalten.
12 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Verbindung zwischen dem koaxialen Wellenleiter 52 und der Wellenretardierungsplatte 48 zeigt. In 12 sind Teile, die mit den in 11 gezeigten Teilen gleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und ihre Beschreibung wird ausgelassen. Bei dem in 12 gezeigten Aufbau steht das Ende des äußeren Rohrs 52a des koaxialen Wellenleiters 52 der oberen Oberfläche 48a des vorstehenden Abschnitts 48a der Wellenretardierungsplatte 48 gegenüber und ist mit diesem in Kontakt gebracht. Zusätzlich ist das Ende des inneren Kabels 52b mit der inneren Fläche des konischen Teils 48e der durchgängigen Öffnung 48d durch Löten verbunden. Darüber hinaus ist eine Schirm-Spirale 70 auf einem Endabschnitt der geneigten Fläche 48b des vorstehenden Teils 48a vorgesehen, um die elektrische Verbindung zwischen dem Trageelement 50 und der Metallplattierungsschicht 60 der Wellenretardierungsplatte 48 sicherzustellen.
Man beachte, dass die Plattierungsschicht 60 gemäß der vorliegenden Ausführungsform durch das gleiche Verfahren hergestellt werden kann, wie die Plattierungsschicht gemäß der oben erwähnten zweiten Ausführungsform. Obwohl eine Plattierungsschicht auf der oberen Oberfläche und der unteren Oberfläche der Wellenretardierungsplatte ausgebildet ist, kann darüber hinaus die Plattierungsschicht auf einer äußeren Seitenfläche der Wellenretardierungsplatte vorgesehen sein. Solch ein Aufbau führt zu einer Wellenretardierungsplatte, die vollständig mit der Plattierungsschicht bedeckt ist, was ein "Lecken" bzw. Streuung der Mikrowelle verhindert, und eine abnormale Entladung fast über die gesamte Wellenretardierungsplatte verhindert.
Obwohl bei den oben erwähnten Ausführungsformen 2 und 3 die Metallschicht durch Plattierung auf der Oberfläche der Wellenretardierungsplatte ausgebildet ist, ist sie darüber hinaus nicht auf eine Plattierungsschicht beschränkt. Beispielsweise kann die Metallschicht durch das Ablagern eines Metalls auf der Oberfläche der Wellenretardierungsplatte durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) oder physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) ausgebildet werden.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch das Ausbilden der Schlitzplatte durch eine Cu-W-Legierung in der Mikrowellen-Plasma-Bearbeitungsvorrichtung unter Verwendung der Radiallinien-Schlitzantenne ein Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen der Schlitzplatte und der dielektrischen Platte, die die Wellenretardierungsplatte bildet, minimiert werden, und es kann erreicht werden, dass die Antenne keine Änderung in der Mikrowellen-Abstrahlungscharakteristik aufweist, selbst wenn sie erwärmt wird. Darüber hinaus kann ein idealer enger Kontakt zwischen der Wellenretardierungsplatte und der Schlitzplatte hergestellt werden, indem die Schlitzplatte durch die Plattierungsschicht gebildet wird, und die Mikrowellen-Strahlungscharakteristik ändert sich selbst dann nicht, wenn sie überhitzt wird, und somit kann eine Antenne verwirklicht werden, die eine abnormale elektrische Ladung verhindert. Ferner kann die abnormale elektrische Ladung in der oberen Oberfläche und der unteren Oberfläche der Wellenretardierungsplatte verhindert werden, indem eine Metallschicht wie beispielsweise eine Plattierungsschicht auf der oberen Oberfläche und der unteren Oberfläche der Wellenretardierungsplatte ausgebildet wird.

Claims

Plasmaverarbeitungsvorrichtung, umfassend: einen Prozeßbehälter (11), der durch eine äußere Wand definiert ist und einen Tisch zum Halten eines zu bearbeitenden Substrats umfaßt; ein mit dem Prozeßbehälter (11) verbundenes Abpumpsystem (11a); ein Plasmagasversorgungsteil (14), mit dem Plasmagas zum Prozeßbehälter zugeführt wird; und eine Mikrowellenantenne (20), die am Prozeßbehälter (11) entsprechend zum Plasmagasversorgungsteil (14) vorgesehen ist und mit elektrischer Leistung von einem Koaxialwellenleiter (21) versorgt wird, wobei die Mikrowellenantenne umfaßt: eine Radiallinienrückoberflächenmetallplatte (17) mit Öffnungen, eine auf der Radiallinienrückoberflächenmetallplatte (17) vorgesehene Mikrowellenstrahlungsoberfläche (16), um die Öffnungen abzudecken und welche mit mehreren Schlitzen (16a, 16b) versehen ist, und eine dielektrische Platte (18), die zwischen der Radiallinienrückoberflächenmetallplatte (17) und der Mikrowellenstrahlungsoberfläche (16) vorgesehen ist, wobei die Mirkowellenstrahlungsoberfläche (16) durch ein elektrisch leitendes Material gebildet ist, das bewirkt, daß eine Differenz zwischen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der dielektrischen Platte (18) und der Mikrowellenstrahlungsoberfläche (16) innerhalb von 10% liegt.
Plasmaverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die dielektrische Platte (18) aus einem von Al₂O₃, SiO₂ und Si₃N₄ gewählt ist.
Plasmaverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die dielektrische Platte (18) aus Aluminiumoxidkeramik hergestellt und die Mikrowellenstrahlungsoberfläche (16) aus einer Legierung aus Cu und W ausgebildet ist.
Plasmaverarbeitungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mikrowellenstrahlungsoberfläche (16) ein Basiselement aus einem leitfähigen Material und eine aus Ni, Au, Ag oder Cu ausgebildete Auftragsschicht umfaßt, welche eine Oberfläche des Basiselements überdeckt.
Plasmaverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Auftragsschicht eine Dicke von 6 μm oder mehr umfaßt.
Plasmaverarbeitungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mikrowellenstrahlungsoberfläche (16) und die dielektrische Platte (18) durch einen Keramikklebstoff verbunden sind.
Plasmaverarbeitungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mikrowellenstrahlungsoberfläche (16) und die dielektrische Platte (18) durch einen elektrisch leitfähigen Klebstoff verbunden sind.
Plasmaverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mikrowellenstrahlungsoberfläche (16) durch eine Auftragsschicht aus einem auf der dielektrischen Platte (18) ausgebildeten elektrisch leitfähigen Material gebildet ist.
Plasmaverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Auftragsschicht aus dem elektrisch leitfähigen Material eine stromlose Auftragsschicht ist.
Plasmaverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Auftragsschicht eine stromlose Auftragsschicht aus zumindest einer einatomaren Schicht und eine auf der stromlosen Auftragsschicht ausgebildete elektrolytische Auftragsschicht umfaßt.
Plasmaverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das elektrisch leitende Material Cu ist.
Plasmaverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Auftragsschicht eine Ni-Schicht, die die dielektrische Platte kontaktiert, und eine auf der Ni-Schicht ausgebildete Cu-Schicht umfaßt.
Plasmaverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei zumindest die Cu-Schicht eine Dicke von 6 μm oder mehr aufweist.
Plasmaverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei Schlitze (16a, 16b) durch Ätzen ausgebildet sind.
Plasmaverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Metallschicht auf zumindest einer oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche der dielektrischen Platte (18) ausgebildet ist und die Mikrowellenstrahlungsoberfläche (16) durch die auf einer Oberfläche der dielektrischen Platte (18) ausgebildete Metallschicht gebildet ist.
Plasmaverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Mikrowellenstrahlungsoberfläche (16) viele Schlitze (16a, 16b) umfaßt und die Schlitze durch Entfernen der Metallschicht durch Ätzen ausgebildet sind.
Plasmaverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, wobei eine Dicke der Metallschicht größer ist als eine Skin-Tiefe der durch den Mikrowellengenerator erzeugten Mikrowelle.
Plasmaverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die Metallschicht eine aus einem Material gewählt aus der Gruppe umfassend Kupfer, Gold, Silber und Nickel ausgebildete Auftragsschicht ist.
Plasmaverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 18, wobei eine Wellenlänge der Mikrowelle 2,45 GHz umfaßt, die Metallschicht eine Kupferauftragsschicht ist und eine Dicke der Kupferauftragsschicht 6 μm oder mehr beträgt.
Plasmaverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei die Metallschicht ein durch ein chemisches Gasphasenabscheidungsverfahren (CVD) abgeschiedener Metallfilm ist.
Plasmaverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei die Metallschicht ein durch ein physikalisches Gasphasenabscheidungsverfahren (PVD) abgeschiedener Metallfilm ist.
Plasmaverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 21, die des weiteren einen Koaxialwellenleiter (21) umfaßt, der die Mikrowelle vom Mikrowellengenerator zur dielektrischen Platte (18) zuführt, und wobei ein äußeres Rohr und ein inneres Kabel des Koaxialwellenleiters (21) mit einem zentralen Abschnitt der dielektrischen Platte durch Löten verbunden sind.