TW201421793A - 天線及電漿處理裝置 - Google Patents

天線及電漿處理裝置 Download PDF

Info

Publication number
TW201421793A
TW201421793A TW102135680A TW102135680A TW201421793A TW 201421793 A TW201421793 A TW 201421793A TW 102135680 A TW102135680 A TW 102135680A TW 102135680 A TW102135680 A TW 102135680A TW 201421793 A TW201421793 A TW 201421793A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
slot
group
center
slots
gravity
Prior art date
Application number
TW102135680A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI613864B (zh
Inventor
Naoki Matsumoto
Koji Koyama
Jun Yoshikawa
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Electron Ltd filed Critical Tokyo Electron Ltd
Publication of TW201421793A publication Critical patent/TW201421793A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI613864B publication Critical patent/TWI613864B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H01J37/32211—Means for coupling power to the plasma
    • H01J37/3222—Antennas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/511—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using microwave discharges
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H01J37/32211—Means for coupling power to the plasma
    • H01J37/32238—Windows
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32715—Workpiece holder
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/10—Resonant slot antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/064—Two dimensional planar arrays using horn or slot aerials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/20—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a curvilinear path
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H05H1/4645—Radiofrequency discharges
    • H05H1/4652—Radiofrequency discharges using inductive coupling means, e.g. coils
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/334—Etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/3213—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer
    • H01L21/32133—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only
    • H01L21/32135—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only
    • H01L21/32136—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only using plasmas
    • H01L21/32137—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only using plasmas of silicon-containing layers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本發明旨在提供一種天線及電漿處理裝置，相對於輸入功率可提升輻射電場強度，改善電漿穩定性。其中該天線包含介電質窗16，與設於介電質窗16之一側之面之槽孔板20。槽孔板20包含複數2個槽孔所構成之槽孔對。複數之槽孔對以槽孔板20之重心位置為中心呈同心圓狀配置。各槽孔對設於自槽孔板20之重心位置朝各槽孔對延伸之軸線不重疊之位置。

Description

天線及電漿處理裝置
本發明之實施形態係關於天線及電漿處理裝置。
自以往，已知使用輻射狀槽孔天線(Radial LineSlot Antenna)之電漿蝕刻裝置(參照例如專利文獻1)。該電漿蝕刻裝置中，在處理容器之介電質窗上設置包含多數槽孔之圓板狀槽孔天線。多數槽孔構成複數相互朝不同方向之2個長溝狀微波輻射用槽孔所構成之槽孔對。複數之槽孔對以槽孔天線之重心位置為中心呈二重圓環狀(亦即同心圓狀)配置。微波入射至槽孔天線之重心位置，呈輻射狀發散，自槽孔輻射。自槽孔天線之多數槽孔輻射之微波經由介電質所構成之介電質窗被導入處理容器之處理空間。處理氣體因微波能量電漿化。
由輻射狀槽孔天線產生之微波電漿之特徵在於：於介電質窗正下方(稱為電漿激發區域)產生之電子溫度相對較高之數eV之電漿擴散，在自介電質窗100mm以上下方之基板正上方(稱為擴散電漿區域)，電子溫度低至約1~2eV。亦即，其特徵在於：電漿之電子溫度之分布作為自介電質窗起之距離函數產生。
輻射狀槽孔天線型之電漿蝕刻裝置中，對低電子溫度區域供給蝕刻氣體，進行蝕刻氣體之解離控制(電漿中蝕刻種產生量之控制)，藉此控制蝕 刻反應(蝕刻種造成的基板表面化學反應)，故可實現蝕刻之高精度化，並大幅減低對基板造成損害。例如，可於間隔物形成程序中之蝕刻等，依設計尺寸製作元件，並可抑制於基板產生凹部等損害。
【先前技術文獻】
【專利文獻】
【專利文獻1】日本特開2007-311668號公報
然而，伴隨著處理之多樣化、複雜化，業界期待更改善電漿穩定性。例如，使用如專利文獻1之輻射狀槽孔天線之蝕刻裝置中，作為處理氣體使用於電漿擴散區域附著電子而負離子化之負性氣體時，輻射電場強度降低，故為確保電漿穩定性，需調整壓力或微波電力。
本技術領域中，業界期待一種天線及電漿處理裝置，相對於輸入功率可提升輻射電場強度，改善電漿穩定性。
依本發明一面向之天線包含介電質窗及設於該介電質窗之一側之面之槽孔板，其特徵在於該槽孔板包含複數之槽孔對，各槽孔對由2個槽孔所構成該複數之槽孔對以該槽孔板之重心位置為中心呈同心圓狀配置，各槽孔對設於自該槽孔板之重心位置朝各槽孔對延伸之軸線不重疊之位置。
微波朝槽孔板之重心位置入射而呈輻射狀發散。假設，各槽孔對經配置於自槽孔板之重心位置朝各槽孔對延伸之軸線重疊之位置時，亦即，自槽孔板之重心位置朝徑方向外側觀察，各槽孔對重疊時，最初會由接近重 心位置之槽孔對放出微波，故經配置在自重心位置朝該槽孔對延伸之軸線上的其他槽孔對會傳播電場強度較弱之微波。因此，會自其他槽孔對放出電場強度較弱之微波。另一方面，上述天線中，呈同心圓狀配置之各槽孔對設於自槽孔板之重心位置朝各槽孔對延伸之軸線不重疊之位置。亦即，在自槽孔板之重心位置朝該槽孔對延伸之軸線上不設置其他槽孔對，藉此可排除相對於輸入功率微波輻射效率低之槽孔對，故相對可提升對其他槽孔對輸入功率之分配。藉此，可提升相對於輸入功率之輻射電場強度，改善電漿穩定性。
一實施形態中，該槽孔板亦可包含：第1槽孔群，自該槽孔板之重心位置起位於第1距離；第2槽孔群，自該槽孔板之重心位置起位於第2距離；第3槽孔群，自該槽孔板之重心位置起位於第3距離；及第4槽孔群，自該槽孔板之重心位置起位於第4距離；滿足第1距離<第2距離<第3距離<第4距離之關係，該第1槽孔群之槽孔與該第2槽孔群之槽孔相互為一組而形成複數之槽孔對，且該第3槽孔群之槽孔與該第4槽孔群之槽孔相互為一組形成複數之槽孔對，該第2槽孔群之槽孔位在自該槽孔板之重心位置朝該第1槽孔群之槽孔延伸之第1軸線上，該第4槽孔群之槽孔位在自該槽孔板之重心位置朝該第3槽孔群之槽孔延伸之第2軸線上，將各槽孔配置成使得該第1軸線與該第2軸線不重疊。
如此構成時，可排除相對於輸入功率微波輻射效率低之槽孔，故相對而言可提升對其他槽孔輸入功率之分配。藉此，可提升相對於輸入功率之輻射電場強度，改善電漿穩定性。
一實施形態中， 該第1槽孔群之槽孔數與該第2槽孔群之槽孔數亦可為同一數N1，該第3槽孔群之槽孔數與該第4槽孔群之槽孔數亦可為同一數N2，N2為N1之整數倍。
如此構成時，可產生面內對稱性高之電漿。
一實施形態中，該第1槽孔群之槽孔寬與該第2槽孔群之槽孔寬亦可相同，該第3槽孔群之槽孔寬與該第4槽孔群之槽孔寬亦可相同，該第1槽孔群之槽孔寬與該第2槽孔群之槽孔寬大於該第3槽孔群之槽孔寬及該第4槽孔群之槽孔寬。
如此構成時，接近槽孔板之重心位置之第1槽孔群及第2槽孔群之輻射電場強度可較遠離槽孔板之重心位置之第3槽孔群及第4槽孔群之輻射電場強度弱。微波因傳播而衰減，故藉由採用上述構成，微波之輻射電場強度於面內可均一化，產生面內均一性高之電漿。
一實施形態中，自該槽孔板之重心位置朝作為對象之槽孔延伸之半徑，與該槽孔之長邊方向構成之角度亦可於第1至第4槽孔群中每一槽孔群皆相同，位在自該槽孔板之重心位置延伸之相同半徑上之第1槽孔群之槽孔與第2槽孔群之槽孔沿不同方向延伸，位在自該槽孔板之重心位置延伸之相同半徑上之第3槽孔群之槽孔與第4槽孔群之槽孔沿不同方向延伸。
如此構成時，於構成槽孔對之2個槽孔之反射抵銷，故可提升微波輻射電場強度之均一性。
一實施形態中，該介電質窗之另一側之面亦可包含：平坦面，由環狀之第1凹部包圍；及複數之第2凹部，形成於該平坦面內，俾包圍該平坦面之重心位置；且自垂直於該槽孔板主表面之方向觀察時， 各該第2凹部之重心位置重疊而位於該槽孔板中各槽孔內。
如此構成時，可更提升面內均一性。
一實施形態中，該第2凹部之俯視形狀亦可呈圓形。
面形狀呈圓形時，自中心形狀之等價性高，故產生穩定之電漿。
依本發明另一面向之電漿處理裝置包含：天線，包含介電質窗及設於該介電質窗之一側之面之槽孔板；處理容器，於內部具有該天線；台部，設於該處理容器之內部，與該介電質窗之另一側之面對向，載置被處理之基板；及微波導入路，連接微波產生器與該槽孔板；且該槽孔板包含複數之槽孔對，各槽孔對由2個槽孔所構成該複數之槽孔對以該槽孔板之重心位置為中心呈同心圓狀配置，各槽孔對設於自該槽孔板之重心位置朝各槽孔對延伸之軸線不重疊之位置。
依該電漿處理裝置，可使與上述天線相同之效果奏效。
如以上說明，依本發明之各種面向及實施形態，可提供一種天線及電漿處理裝置，相對於輸入功率可提升輻射電場強度，改善電漿穩定性。
BV‧‧‧偏壓用電源
CK‧‧‧靜電吸盤
CONT‧‧‧控制器
G11、G12、G13、G1x、G21、G22、G23、G2x‧‧‧添加氣體
Gc、Gp‧‧‧氣體
MG‧‧‧匹配器
PS‧‧‧電漿
PCV‧‧‧壓力控制閥
V‧‧‧閥
W‧‧‧半導體晶圓
1‧‧‧電漿處理裝置
2‧‧‧處理容器
2f‧‧‧絕緣性保護膜
3‧‧‧台部
4‧‧‧加熱器電源
5‧‧‧加熱器
10‧‧‧排氣裝置
11‧‧‧排氣管
11a‧‧‧排氣口
15‧‧‧密封構件
16‧‧‧介電質窗(頂板)
19‧‧‧環狀構件
20‧‧‧槽孔板
21‧‧‧槽孔
25‧‧‧介電質板
26‧‧‧蓋板
27‧‧‧熱媒流路
30‧‧‧同軸導波管
31‧‧‧內側導體
32‧‧‧外側導體
35‧‧‧微波產生器
36‧‧‧矩形導波管
37‧‧‧模式轉換器
41‧‧‧共通氣體源
41a、41b、41c、41x、42a、42b、42c、42x‧‧‧流量控制閥
42‧‧‧添加氣體源
43‧‧‧空間部
44‧‧‧分流器
45‧‧‧共通氣體線
46、47‧‧‧分支共通氣體線
48、48’‧‧‧添加氣體線
52、53‧‧‧供給路
55‧‧‧中央導入部
57‧‧‧塊部
58‧‧‧中央導入口
59‧‧‧氣體噴出用開口
60‧‧‧氣體存留部
61‧‧‧周邊導入部
62‧‧‧周邊導入口
70‧‧‧天線
100‧‧‧氣體供給源
130a‧‧‧一方側壁部
130b‧‧‧另一方側壁部
130c‧‧‧一方側端部
130d‧‧‧另一方側端部
133、134、133’、134’‧‧‧槽孔(槽孔群)
135‧‧‧內周側槽孔對群
136‧‧‧外周側槽孔對群
137‧‧‧貫通孔
138、238‧‧‧重心位置
139‧‧‧基準孔
140、140’‧‧‧槽孔對
142‧‧‧貫通孔
143a‧‧‧空間部
143‧‧‧凹部
146‧‧‧平坦面
147‧‧‧第1凹部
148‧‧‧內側錐形面
149‧‧‧平坦底面
150‧‧‧外側錐形面
152‧‧‧外周平面
153(153a~153g)‧‧‧第2凹部
155‧‧‧底面
159‧‧‧上表面
167‧‧‧槽孔
168a‧‧‧一方側壁部
168b‧‧‧另一方側壁部
168c‧‧‧一方側端部
168d‧‧‧另一方側端部
240、240’‧‧‧槽孔對
K1~K4‧‧‧第1距離~第4距離
R1~R3‧‧‧軸線
圖1係依本發明一實施形態之電漿處理裝置之縱剖面圖。
圖2係顯示氣體供給源之詳細構造之方塊圖。
圖3係圖1之III-III線剖面圖。
圖4係槽孔板附近之構造之分解立體圖。
圖5係槽孔板之俯視圖。
圖6係介電質窗之俯視圖。
圖7係組合槽孔板與介電質窗之天線之俯視圖。
圖8係介電質窗之剖面圖。
圖9(A)(B)係槽孔及凹部附近之立體圖及剖面圖。
圖10(A)(B)係顯示槽孔與凹部之位置關係圖。
圖11係比較例之槽孔板之俯視圖。
圖12係比較例之介電質窗之俯視圖。
圖13係依實施例及比較例之入射波及點火電場之模擬結果。
圖14(A)~(D)係關於微波及RF之穩定性之說明圖。
圖15(A)(B)係依實施例及比較例之微波及RF之穩定性評價之實驗結果。
圖16(A)(B)係依實施例及比較例之微波及RF之穩定性評價之實驗結果。
圖17(A)(B)係依實施例及比較例之微波及RF之穩定性評價之實驗結果。
圖18(A)~(C)係依實施例之放電穩定性評價之實驗結果。
圖19(A)~(C)係依實施例之放電穩定性評價之實驗結果。
以下，參照圖式詳細說明關於各種實施形態。又，各圖式中對同一或相當之部分賦予同一符號。
圖1係依本發明一實施形態之電漿處理裝置之縱剖面圖。電漿處理裝置1包含圓筒形處理容器2。處理容器2之頂棚部由介電質所構成之介電質窗(頂板)16封閉。處理容器2例如由鋁構成，電性接地。處理容器2之內壁面由氧化鋁等絕緣性保護膜2f被覆。
於處理容器2之底部中央，設有用來載置作為基板之半導體晶圓(以 下稱晶圓)W之台部3。台部3之上表面固持晶圓W。台部3由例如氧化鋁或氮化氧化鋁等陶瓷材所構成。於台部3內部埋入有加熱器5，可加熱晶圓W至既定溫度。加熱器5經由配置於支柱內之配線連接加熱器電源4。
於台部3上表面，設有靜電吸附由台部3載置之晶圓W之靜電吸盤CK。靜電吸盤CK經由匹配器MG連接施加偏壓用直流或是高頻電力(RF功率)之偏壓用電源BV。
於處理容器2底部，設有自較由台部3載置之晶圓W表面更下方之排氣口11a使處理氣體排氣之排氣管11。排氣管11經由壓力控制閥PCV連接真空泵等排氣裝置10。排氣裝置10經由壓力控制閥PCV連通處理容器2內部。藉由壓力控制閥PCV及排氣裝置10，調節處理容器2內之壓力為既定壓力。
處理容器2之頂棚部隔著用來確保氣密性之O形環等密封構件15設有介電質窗16。介電質窗16例如由石英、氧化鋁(Al2O3)或是氮化鋁(AlN)等介電質構成，相對於微波具有透射性。
於介電質窗16上表面，設有圓板形槽孔板20。槽孔板20由以具有導電性之材質，例如Ag、Au等電鍍或塗佈之銅所構成。槽孔板20中，例如複數T字形狀或L字形狀之槽孔21呈同心圓狀排列。
於槽孔板20上表面，配置用來壓縮微波波長之介電質板25。介電質板25由例如石英(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)或是氮化鋁(AlN)等介電質所構成。介電質板25由導電性蓋板26包覆。於蓋板26設有圓環狀熱媒流路27。藉由於此熱媒流路27流動之熱媒調節蓋板26及介電質板25至既定溫度。若以2.45GHz波長之微波為例，真空中之波長為約12cm，於氧化鋁製介電質窗16中之波長為約3~4cm。
蓋板26之中央連接傳播微波之同軸導波管30。同軸導波管30由內側 導體31與外側導體32構成，內側導體31貫通介電質板25中央而連接槽孔板20中央。
同軸導波管30經由模式轉換器37及矩形導波管36連接微波產生器35。微波除2.45GHz外，可使用860MHz、915MHz或8.35GHz等微波。
微波產生器35產生之微波於作為微波導入路之矩形導波管36、模式轉換器37、同軸導波管30及介電質板25傳播。自槽孔板20之多數槽孔21經由介電質窗16對處理容器2內供給傳播至介電質板25之微波。藉由微波於介電質窗16下方形成電場，使處理容器2內之處理氣體電漿化。
連接槽孔板20之內側導體31下端呈圓錐梯形狀形成。藉此，微波自同軸導波管30朝介電質板25及槽孔板20高效率而無損耗地被傳播。
由輻射狀槽孔天線產生之微波電漿之特徵在於：於介電質窗16正下方(稱為電漿激發區域)產生之電子溫度相對較高能量之電漿擴散，於晶圓W正上方(擴散電漿區域)電漿電子溫度低至約1~2eV。亦即，其特徵在於：與平行平板等電漿不同，電漿之電子溫度分布作為自介電質窗16起之距離函數明確產生。更詳細而言，於介電質窗16正下方數eV~約10eV之電子溫度在晶圓W上衰減至約1~2eV。晶圓W之處理於電漿電子溫度低之區域(擴散電漿區域)進行，故不會對晶圓W造成凹部等大的損害。若對電漿電子溫度高的區域(電漿激發區域)供給處理氣體，處理氣體容易被激發而解離。另一方面，若對電漿電子溫度低之區域(電漿擴散區域)供給處理氣體，相較於對電漿激發區域附近供給之情形，可抑制解離程度。
於處理容器2頂棚部介電質窗16中央，設有朝晶圓W中心部導入處理氣體之中央導入部55。於同軸導波管30之內側導體31，形成處理氣體之供給路52。中央導入部55連接供給路52。
中央導入部55由下列者構成： 圓柱形塊部57，嵌入設於介電質窗16中央之圓筒形空間部43(參照圖8)；氣體存留部60，在同軸導波管30之內側導體31下表面與塊部57之上表面之間隔著適當間隔空出；及錐形空間部143a，於前端部連續形成具有氣體噴出用開口59之圓柱狀空間(參照圖8)。
塊部57由例如鋁等導電性材料構成，電性接地。於塊部57形成沿上下方向貫通之複數中央導入口58(參照圖3)。
圖3中，顯示氣體噴出用開口59較實際大，俾可觀察中央導入口58。又，空間部143a之形狀不限於錐形，亦可僅係圓柱形，此時，氣體噴出用開口59之尺寸如圖3般大。中央導入口58之俯視形狀考慮必要之流導等呈正圓或長孔形成。鋁製塊部57以陽極氧化被覆膜氧化鋁(Al2O3)、氧化釔(Y2O3)等塗佈。
自貫通內側導體31之供給路52對氣體存留部60供給之處理氣體在氣體存留部60內擴散後，自塊部57之複數中央導入口58朝下方且朝晶圓W之中心部噴射。
於處理容器2內部配置對晶圓W周邊部供給處理氣體之環形周邊導入部61，俾包圍晶圓W上方周邊。將周邊導入部61配置在較配置於頂棚部之中央導入口58更下方，且較載置於台部3之晶圓W更上方。周邊導入部61係使中空管呈環狀者，於其內周側沿周向隔著一定間隔形成複數周邊導入口62。周邊導入口62朝周邊導入部61中心噴射處理氣體。周邊導入部61由例如石英所構成。不鏽鋼製供給路53貫通處理容器2側面。供給路53連接周邊導入部61。自供給路53對周邊導入部61內部供給之處理氣體於周邊導入部61內部空間擴散後，自複數周邊導入口62朝周邊導入部61內側噴射。對晶圓W周邊上部供給自複數周邊導入口62噴射之處理氣體。又，亦可不設置環形周邊導入部61，代之以於處理容器2內側面形成複數周邊導入口62。
圖2係顯示氣體供給源詳細構造之方塊圖。對處理容器2內供給處理氣體之氣體供給源100由共通氣體源41及添加氣體源42構成。共通氣體源41及添加氣體源42供給對應電漿蝕刻處理、電漿CVD處理之處理氣體。
共通氣體源41連接共通氣體線45，共通氣體線45連接分流器44。分流器44設於共通氣體線45，將共通氣體線45分支為第1及第2分支共通氣體線46、47。分流器44可調節於第1及第2分支共通氣體線46、47流動之氣體流量比率。在此，第1分支共通氣體線46經由供給路52連接中央導入部55(參照圖1)，對中央導入部55供給中央導入氣體Gc。且第2分支共通氣體線47經由供給路53連接周邊導入部61(參照圖1)，對周邊導入部61供給周邊導入氣體Gp。
添加氣體源42經由添加氣體線48連接第2分支共通氣體線47。又，添加氣體源42亦可經由添加氣體線48’連接第1分支共通氣體線46。且添加氣體源42亦可經由添加氣體線48、48’連接雙方之分支共通氣體線46、47。
共通氣體源41具有複數氣體G11、G12、G13、G1x，設有控制各氣體流量之流量控制閥41a、41b、41c、41x。於連接流量控制閥41a、41b、41c、41x之線前後設有開合線通路之閥V。流量控制閥41a、41b、41c、41x分別經由閥V連接共通氣體線45。
添加氣體源42具有複數添加氣體G21、G22、G23、G2x，設有控制各氣體流量之流量控制閥42a、42b、42c、42x。於連接流量控制閥42a、42b、42c、42x之線前後設有開合線通路之閥V。流量控制閥42a、42b、42c、42x分別經由閥V連接添加氣體線48。
圖1所示之控制器CONT控制氣體供給源中之各種閥V，並控制流量控制閥41a、41b、41c、41x、42a、42b、42c、42x，最終控制於分支共通 氣體線46、47分別流動之氣體Gc、Gp所含有之特定氣體之分壓比。控制器CONT調節各氣體流量，決定由分流器44供給之共通氣體每一氣體種類之流量、分壓。此裝置中，可使對晶圓W中心部分供給之中央導入氣體Gc，與對周邊部分供給之周邊導入氣體Gp每一氣體種類之分壓或氣體種類本身變化，故可多樣地使電漿處理之特性變化。
作為用於共通氣體源41之氣體G1x，雖可使用稀有氣體(Ar等)，但亦可使用其他添加氣體。且蝕刻多晶矽等矽類膜時，作為添加氣體G21、G22、G23，供給Ar氣體、HBr氣體(或Cl2氣體)、O2氣體，蝕刻SiO2等氧化膜時，作為添加氣體G21、G22、G23、G2x，供給Ar氣體、CHF類氣體、CF類氣體、O2氣體，蝕刻SiN等氮化膜時，作為添加氣體G21、G22、G23、G2x供給Ar氣體、CF類氣體、CHF類氣體、O2氣體。
又，作為CHF類氣體可舉出CH3(CH2)3CH2F、CH3(CH2)4CH2F、CH3(CH2)7CH2F、CHCH3F2、CHF3、CH3F及CH2F2等。
作為CF類氣體，雖可舉出C(CF3)4、C(C2F5)4、C4F8、C2F2及C5F8等，但就可獲得適於蝕刻之解離種之觀點而言，宜為C5F8。
此裝置中，可由共通氣體源41與添加氣體源42供給相同種類之氣體，亦可由共通氣體源41與添加氣體源42供給不同種類之氣體。
為抑制蝕刻氣體之解離，亦可由共通氣體源41供給電漿激發用氣體，由添加氣體源42供給蝕刻氣體。例如，蝕刻矽類膜時，僅由共通氣體源41作為電漿激發用氣體供給Ar氣體，僅由添加氣體源42作為蝕刻氣體供給HBr氣體、O2氣體等。
共通氣體源41更供給O2、SF6等清洗氣體其他共通氣體。
上述氣體中，包含所謂負性氣體。所謂負性氣體係指電子能量在10eV 以下，具有電子附著剖面積之氣體。例如，可舉出HBr或SF6等。
在此，以產生均一電漿，面內均一地處理晶圓W為目的，藉由分流器44調節共通氣體之分支比率，調節來自中央導入口58(參照圖3)及周邊導入部61(參照圖1)之氣體導入量之技術稱為RDC(Radical Distribution Control)。RDC以來自中央導入口58之氣體導入量與來自周邊導入部61之氣體導入量之比表示。導入中央導入部55及周邊導入部61之氣體種類共通之情形係一般的RDC。最佳的RDC值依蝕刻對象之膜種或各種條件以實驗方式決定。另一方面，更對中央導入部55或周邊導入部61供給添加氣體者稱為ARDC(Advanced Radical Distribution Control)。
蝕刻處理中，隨著蝕刻會產生副產物(經蝕刻之殘渣或沉積物)。因此，為於處理容器2內改善氣體流動，促進朝處理容器外排出副產物，吾人曾探討交互進行自中央導入部55導入氣體與自周邊導入部61導入氣體。此可藉由依時間切換RDC值實現。例如，以既定周期重複對晶圓W中心部分導入大量氣體之步驟，與對周邊部導入大量氣體之步驟，調節氣流，以自處理容器2排除副產物，藉此達成均一蝕刻速率。
圖4係槽孔板附近構造之分解立體圖。將介電質窗16之下表面(設有凹部之面)載置於構成處理容器2側壁一部分之環狀構件19表面上而安裝於電漿處理裝置1。在介電質窗16上側面上設有槽孔板20，在槽孔板20上設有介電質板25。介電質窗16、槽孔板20及介電質板25之俯視形狀呈圓形，此等者之中心位置位在同軸(Z軸)上。
又，槽孔板20包含具有各種圖案之槽孔，同圖中，為明確化說明，於槽孔板20省略槽孔之記載，代之以記載於圖5。
圖5係槽孔板20之俯視圖。槽孔板20呈薄板狀，呈圓板狀。槽孔板20板厚方向之兩面分別平坦。於槽孔板20設有複數沿板厚方向貫通之複數槽孔。形成槽孔，俾沿一方方向較長之第1槽孔133，與沿與第1槽孔133 正交之方向較長之第2槽孔134相鄰而為一對。具體而言，相鄰之2個槽孔133、134為一對，配置成中心部中斷之略L字狀。亦即，槽孔板20包含由沿一方方向延伸之第1槽孔133及沿垂直於一方方向之方向延伸之第2槽孔134構成之槽孔對140。同樣地，由第3槽孔133’及第4槽孔134’構成槽孔對140’。又，關於槽孔對140、140’之一例，藉由圖5中以虛線表示之區域圖示。
槽孔對大致可分為配置於內周側之內周側槽孔對群135，與配置於外周側之外周側槽孔對群136。內周側槽孔對群135係設於圖5中以短劃線表示之假想圓內側區域之7對槽孔對140。外周側槽孔對群136係設於圖5中以短劃線表示之假想圓外側區域之14對槽孔對140’。如此，槽孔對140、140’呈同心圓狀配置，俾包圍槽孔板20中心(重心位置)138。
內周側槽孔對群135中，7對槽孔對140分別沿周向以等間隔方式配置。藉由如此構成，可在對應設有圓形小凹孔所構成之第2凹部之位置之位置，將配置於內周側槽孔對群135之7對槽孔對140之一方槽孔分別配置並對準之。另一方面，配置外周側槽孔對群136，俾自槽孔板20徑方向中心138朝徑方向外側觀察，與內周側槽孔對群135不重疊。因此，外周側槽孔對群136以2個槽孔對140’為一組，該組分別沿周向以等間隔方式配置。
於此實施形態中，第1槽孔133之開口寬，亦即，第1槽孔133中，沿長邊方向延伸之一方側壁部130a與沿長邊方向延伸之另一方側壁部130b之間之長度W1為14mm。另一方面，圖5中以長度W2表示之第1槽孔133之長邊方向長度，亦即，第1槽孔133長邊方向一方側端部130c與第1槽孔133長邊方向另一方側端部130d之間之長度W2為35mm。寬W1、長度W2可允許±10%之變更，但於此以外之範圍，作為裝置亦作用。關於第1槽孔133，相對於長邊方向長度短邊方向長度之比W1/W2為14/35=0.4。第1槽孔133之開口形狀與第2槽孔134之開口形狀相同。亦即，第2槽孔134係第1槽孔133旋轉90度者。又，構成所謂槽孔之長孔時，關於長 度比W1/W2，未滿1。
另一方面，形成第4槽孔134’之開口寬W3，俾較第1槽孔133之開口寬W1小。換言之，形成第1槽孔133之開口寬W1，俾較第4槽孔134’之開口寬W3大。在此，第4槽孔133’之開口寬W3例如為10mm。圖5中以長度W4表示之第4槽孔134’長邊方向之長度與第1槽孔133之長度W2同一。寬W3、長度W4可允許±10%之變更，而在此以外之範圍，作為裝置亦作用。關於第4槽孔134’，相對於長邊方向長度短邊方向長度之比W3/W4為10/35=約0.29。第4槽孔134’之開口形狀與第3槽孔133’之開口形狀相同。亦即，第3槽孔133’係第4槽孔134’旋轉90度者。又，構成所謂槽孔之長孔時，關於長度比W3/W4，未滿1。
於槽孔板20徑方向中央亦設置貫通孔137。又，於外周側槽孔對群136之外徑側區域，為便於槽孔板20之周向定位，沿板厚方向貫通而設置基準孔139。亦即，以此基準孔139之位置為目標，進行相對於處理容器2或介電質窗16槽孔板20之周向定位。槽孔板20除基準孔139外，具有以徑方向中心138為中心之旋轉對稱性。
且詳細說明關於槽孔板20之構造即知，其包含自槽孔板20之重心位置138起位於第1距離K1(以圓K1表示)之第1槽孔群133、自重心位置138起位於第2距離K2(以圓K2表示)之第2槽孔群134、自重心位置138起位於第3距離K3(以圓K3表示)之第3槽孔群133’與自重心位置138起位於第4距離K4(以圓K4表示)之第4槽孔群134’。
在此，滿足第1距離K1<第2距離K2<第3距離K3<第4距離K4之關係。自槽孔板重心位置138朝作為對象之槽孔(133、134、133’、134’中任一者)延伸之軸線(第1軸線R1、第2軸線R2或R3)，與此槽孔長邊方向構成之角度於第1至第4槽孔群133、134、133’、134’中每一各槽孔群相同。
位在自槽孔板20之重心位置138延伸之相同徑(第1軸線R1)上之第1槽孔群之槽孔133，與第2槽孔群之槽孔134沿不同方向延伸(本例中係正交)，位在自槽孔板20之重心位置138延伸之相同徑(第2軸線R2或R3)上之第3槽孔群之槽孔133’，與第4槽孔群之槽孔134’沿不同方向延伸(本例中係正交)。在此，將槽孔(133、134、133’、134’)配置成使得軸線R1與軸線R2、或軸線R1與軸線R3相互不重疊。例如，軸線R1與軸線R2，或軸線R1與軸線R3構成之角度在10°以上。藉由如此構成，可排除相對於輸入功率微波輻射效率低之槽孔而進行配置，故相對而言可提升對其他槽孔輸入功率之分配。藉此，可提升相對於輸入功率之輻射電場強度，改善電漿穩定性。
第1槽孔群之槽孔133之數量與第2槽孔群之槽孔134之數量為同一數N1，第3槽孔群之槽孔133’之數量與第4槽孔群之槽孔134’之數量為同一數N2。在此，N2為N1之整數倍，可產生面內對稱性高之電漿。
圖6係介電質窗之俯視圖，圖8係介電質窗之剖面圖。介電質窗16呈略圓板狀，具有既定板厚。介電質窗16以介電質構成，作為介電質窗16之具體材質，可舉出石英或氧化鋁等。在介電質窗16上表面159上，設有槽孔板20。
於介電質窗16徑方向中央，設有沿板厚方向，亦即紙面上下方向貫通之貫通孔142。貫通孔142中，下側區域係中央導入部55中之氣體供給口，上側區域係中央導入部55配置塊部57之凹部143。又，以圖8中之短劃線表示介電質窗16之徑方向中心軸144a。
於介電質窗16中，設於電漿處理裝置時作為產生電漿之一側之下側平坦面146之徑方向外側區域，設有呈環狀連續，朝介電質窗16之板厚方向內方側呈錐形狀凹陷之環狀之第1凹部147。平坦面146設於介電質窗16之徑方向中央區域。於此中央平坦面146，沿周向以等間隔方式形成圓形第2凹部153a~153g。環狀之第1凹部147由下列者構成：自平坦面146外 徑區域朝外徑側呈錐形狀，具體而言，相對於平坦面146傾斜之內側錐形面148、自內側錐形面148朝外徑側沿徑方向筆直，亦即，與平坦面146平行延伸之平坦底面149、自底面149朝外徑側呈錐形狀，具體而言，相對於底面149傾斜延伸之外側錐形面150。
關於錐形角度，亦即，例如相對於底面149由內側錐形面延伸之方向限定之角度，或相對於底面149由外側錐形面150延伸之方向限定之角度，可任意決定，於此實施形態中，於周向之任一位置皆相同。形成內側錐形面148、底面149、外側錐形面150，俾分別以流暢之曲面連續形成。又，外側錐形面150之外徑區域中，設有朝外徑側沿徑方向筆直，亦即，與平坦面146平行地延伸之外周平面152。此外周平面152係介電質窗16之支持面。
亦即，將外周平面152載置在環狀構件19(參照圖4)於內徑側區域設置之上部側端面，以安裝介電質窗16於處理容器2。
藉由環狀之第1凹部147，於介電質窗16徑方向外側區域形成介電質窗16厚度連續變化之區域，可形成具有適於產生電漿之各種處理條件之介電質窗16之厚度之共振區域。如此，可對應各種處理條件，確保於徑方向外側區域電漿之高穩定性。
在此，於介電質窗16中，環狀之第1凹部147之徑方向內側區域，設置自平坦面146朝板厚方向內方側凹陷之第2凹部153(153a~153g)。第2凹部153之俯視形狀呈圓形，內側側面構成圓筒面，底面平坦。圓形係具有無限角部之多角形，故可想像第2凹部153之俯視形狀亦可係具有有限角部之多角形，可想像於微波導入時，在凹部內會產生電漿，而俯視形狀為圓形時，自中心形狀之等價性高，故可產生穩定之電漿。
第2凹部153於此實施形態中，合計設置7個，與內側槽孔對之數量相同。7個第2凹部153a、153b、153c、153d、153e、153f、153g之形狀 分別相等。亦即，關於第2凹部153a~153g之凹陷方式或其大小、孔徑等，分別相等。7個第2凹部153a~153g分別隔著間隔配置，俾以介電質窗16之徑方向重心156為中心，具有旋轉對稱性。分別自介電質窗16之板厚方向觀察圓孔狀7個第2凹部153a~153f之中心157a、157b、157c、157d、157e、157f、157g時，其位在以介電質窗16之徑方向中心156為中心之圓158上。亦即，介電質窗16以徑方向中心156為中心，旋轉51.42度(=360度/7)時，與旋轉前呈相同形狀。圓158於圖4以短劃線表示，圓158之直徑為154mm，第2凹部153a~153g之直徑為30mm。
第2凹部153(153a~153g)之深度，亦即，圖8中以長度L3表示之平坦面146與底面155之間之距離可適當決定，於此實施形態中為32mm。將凹部153之直徑，及自凹部153底面至介電質窗上表面之距離設定為導入此之微波波長λg之4分之1。又，於此實施形態中，介電質窗16之直徑為約460mm。又，上述圓158之直徑、凹部153之直徑、介電質窗16之直徑及凹部153之深度雖亦可允許±10%之變更，但本裝置動作之條件不限定於此，只要可將電漿封閉於凹部內作為裝置即可作用。接近中心之凹部之直徑或深度值若增大，中心側電漿密度即大於周圍，故亦可調整此等者之平衡。
藉由此第2凹部153a~153g，微波電場可集中於該凹部內，於介電質窗16之徑方向內側區域，可進行強固之模式固定。此時，即使處理條件經各種變更，亦可確保於徑方向內側區域強固之模式固定區域，可穩定產生均一電漿，提高基板處理量之面內均一性。特別是，第2凹部153a~153g具有旋轉對稱性，故於介電質窗16之徑方向內側區域可確保強固的模式固定的高軸對稱性，於產生之電漿亦具有高軸對稱性。
依以上，如此之構成之介電質窗16具有廣闊之處理邊限，且產生之電漿具有高軸對稱性。
圖7係組合槽孔板20與介電質窗16之天線70之俯視圖。同圖係沿圖 1中Z軸，自下側觀察輻射狀槽孔天線之圖。俯視視之，外側錐形面150與屬於第4槽孔群(自內側第4個槽孔群)之槽孔134’一部分重疊。且環狀平坦底面149與屬於第3槽孔群(自內側第3個槽孔群)之槽孔133’重疊。
且俯視視之，內側錐形面與屬於第2槽孔群(自內側第2個槽孔群)之槽孔134重疊。且屬於最內側之第1槽孔群之槽孔133完全位在平坦面146上。且第2凹部153之重心位置與槽孔133重複。
圖9係槽孔133及凹部153附近之立體圖(A)及剖面圖(B)。如圖9(A)所示，槽孔133位於凹部153正上方，於微波導入時，藉由沿槽孔133寬方向產生之電場，於凹部153內產生電漿PS(圖9(B))。
圖10係顯示槽孔與第2凹部之位置關係圖。圖10(A)中，顯示將凹部153重心G2之位置設定於選擇性地導入來自槽孔133之電場E之位置之情形。藉由導入微波，電場E沿槽孔133、134之寬方向產生。本例中，槽孔133之重心位置G1與第2凹部153之重心位置G2一致，第2凹部153之重心位置G2重疊於槽孔133內。此時，可確實固定電漿於第2凹部153，故電漿之晃動少，相對於各種條件變化電漿之面內變動亦少。特別是，形成凹部153之位置在中央平坦面146(參照圖7)上，故1個凹部153周圍面之等價性高，電漿之固定程度高。
另一方面，圖10(B)中，顯示將凹部153之重心位置G2之位置設定於導入來自雙方槽孔133、134之電場E之位置之情形。換言之，圖10(B)中，顯示槽孔133之重心位置G1與第2凹部153之重心G2脫離，第2凹部153之重心位置G2不重疊於槽孔133內之情形。此時，相較於圖10(A)之情形，微波難以進入凹部153內，因此電漿密度下降，有時產生電漿時發生晃動。
在此，為說明依本實施形態之天線70及電漿處理裝置1之作用效果， 大致說明關於比較例之天線。
圖11係比較例之槽孔板之俯視圖。此槽孔板20中，呈同心圓狀配置槽孔對240、240’，俾包圍槽孔板20之中心(重心位置)238。配置於內周側之內周側槽孔對群係7對槽孔對240。配置於外周側之外周側槽孔對群係28對槽孔對240’。構成槽孔對240之槽孔167之開口寬，亦即，槽孔167中，沿長邊方向延伸之一方側壁部168a與沿長邊方向延伸之另一方側壁部168b之間之長度W5為6mm。此長度W5為上述槽孔板之槽孔133之情形之長度W1的約一半。另一方面，以長度W6表示之槽孔167之長邊方向長度，亦即，槽孔167長邊方向一方側之端部168c與槽孔167長邊方向另一方側之端部168d之間之長度W6為35mm。此長度W6與設於上述槽孔板之槽孔133之情形之長度W2相同。關於槽孔167，相對於長邊方向長度短邊方向長度之比W5/W6為6/35=約0.17。關於其他槽孔構成等，與圖5所示之槽孔板20相同，故省略其說明。圖12係依比較例之介電質窗之俯視圖。依比較例之介電質窗16中，形成在平坦面146上的第2凹部不存在。
且如圖11所示，比較例中，將各槽孔對240、240’配置在自槽孔板20之重心位置138朝各槽孔對240、240’延伸之軸線R4重疊之位置(一致之位置)。亦即，自槽孔板之重心位置238朝徑方向外側觀察，各槽孔對240、240’重疊。此時，朝槽孔板20之重心位置238入射之微波最初由接近重心位置238之槽孔對240放出，故電場強度較弱的微波會對在自重心位置238朝該槽孔對240延伸之軸線R4上所配置之其他槽孔對240’傳播。因此，自其他槽孔對240’會放出電場強度較弱之微波。
相對於此，按照依本實施形態之天線70及電漿處理裝置1，將呈同心圓狀配置之各槽孔對140、140’設在自槽孔板20之重心位置138朝各槽孔對140、140’延伸之軸線R1、R2、R3不重疊之位置。亦即，在自槽孔板20之重心位置138朝該槽孔對140延伸之軸線R1上不設置其他槽孔對，藉此可排除相對於輸入功率微波輻射效率低之槽孔對，故相對可提升對其他槽孔對輸入功率之分配。藉此，提升相對於輸入功率之輻射電場強度。且提 升相對於輸入功率之輻射電場強度，藉此可於頂板正下方產生薄片狀高密度電漿，故可改善電漿穩定性。其結果，電漿穩定之壓力範圍廣闊，故可期待處理區域擴大。
如上述，負性氣體中，電子能量在10eV以下，具有電子附著剖面積，故於電漿擴散區域傾向於易於附著電子而負離子化。亦即，使用負性氣體之電漿處理中，於電漿中作為負的蓄能電子與負離子同時存在。因此，由於是負性氣體，附著電子就會產生損耗，故為保持電漿之穩定性，至少需增加為彌補該損耗而產生之電子。因此，以負性氣體進行電漿處理時，相較於其他氣體吾人要求電場強度提升。按照依本實施形態之天線70及電漿處理裝置1，可提升相對於輸入功率之輻射電場強度，故即使在使用負性氣體之情形下，亦可改善電漿穩定性。特別是，在負離子易於產生之中壓(例如50mTorr(6.5Pa))~高壓中，可期待低損害下之蝕刻處理等。
且按照依本實施形態之天線70及電漿處理裝置1，第1槽孔群及第2槽孔群之槽孔寬W1大於第3槽孔群及第4槽孔群之槽孔寬W3。關於槽孔之開口形狀，寬度愈大，所導入之微波電場愈降低。且槽孔之開口寬若變窄，相當程度地即可增強輻射之微波。藉此，可使接近槽孔板20之重心位置138之第1槽孔群及第2槽孔群之輻射電場強度較遠離槽孔板20之重心位置138之第3槽孔群及第4槽孔群之輻射電場強度弱。微波隨傳播而衰減，故藉由採用上述構成，微波之輻射電場強度於面內可均一化，產生面內均一性高之電漿。
且按照依本實施形態之天線70及電漿處理裝置1，自垂直於槽孔板20主表面之方向觀察時，各第2凹部153之重心位置於槽孔板20中各槽孔133內重疊，故可產生均一性高之電漿，可提高處理量之面內均一性。如此之電漿處理裝置1不僅可用於蝕刻，亦可用於膜之沉積。
以上，雖已說明關於各種實施形態，但不由上述實施形態限定可構成各種變形態樣。例如，上述實施形態中雖已說明作為同心圓槽孔對呈2重 圓環狀配置之例，但亦可呈3重以上圓環狀配置。
【實施例】
以下，為說明上述效果描述關於本案發明人實施之實施例及比較例。
[電場強度提升之確認]
[實施例1]
使用包含圖5所示之天線板及圖6所示之介電質窗之天線。
[比較例1]
使用包含圖11所示之天線板及圖12所示之介電質窗之天線。
就實施例1及比較例1，進行電場強度之模擬。分別模擬微波完全透射之情形與完全反射之情形。顯示結果於圖13。圖13中，沿圖1中之Z軸，自下側觀察輻射狀槽孔天線，以單調方式顯示電場強度分布。圖中，白色部分電場強度最強，黑色部分係電場強度最弱之部分。如圖13所示，實施例1相較於比較例1，白色區域多且廣泛，已確認因依本實施形態之天線相對於輸入功率之輻射電場強度提升。
[電漿穩定性之改善之確認]
[實施例2]
對具有包含圖5所示之天線板及圖6所示之介電質窗之天線70之電漿處理裝置1通入微波並施加RF以產生電漿，且使壓力變化，評價穩定性。
壓力中，就自40mTorr(5.2Pa)增加至200mTorr(26Pa)之情形、自200mTorr(26Pa)減少至40mTorr(5.2Pa)之情形之2模式評價電漿穩定性。
處理氣體中，以蝕刻多晶矽等矽類膜之情形為模範例，使用Ar/HBr。作為氣體條件，準備3模式。第1氣體條件中，Ar/HBr為1000(sccm)/600(sccm)。第2氣體條件中，Ar/HBr為800(sccm)/800(sccm)。第3氣體條件中，Ar/HBr為600(sccm)/1000(sccm)。HBr係負性氣體。
又，微波功率(微波產生器35)為3000W，RF功率(偏壓用電源BV) 為150W。
[比較例2]
對具有包含圖11所示之天線板及圖12所示之介電質窗之天線之電漿處理裝置通入微波並施加RF以產生電漿，且使壓力變化，評價穩定性。壓力及氣體條件與實施例2相同。
[評價方法]
藉由將上述條件下產生之電漿分類為Stable(穩定)、Unstable(不穩定)、RF-hunting(RF擺動)、Relatively-unstable(相對較不穩定)4個範疇評價電漿穩定性。關於此等區分範疇之判斷，顯示於圖14。如圖14(A)所示，取決於時間之微波之電力反射一定(相對於基準值既定閾值範圍內)，且取決於時間之RF之電力反射一定(相對於基準值既定閾值範圍內)時為Stable。如圖14(B)所示，取決於時間之微波之電力反射非一定(相對於基準值在既定閾值範圍外)，且取決於時間之RF之電力反射非一定(相對於基準值在既定閾值範圍外)時為Unstable。如圖14(C)所示，取決於時間之微波之電力反射一定(相對於基準值既定閾值範圍內)，且取決於時間之RF之電力反射非一定(相對於基準值在既定閾值範圍外)時為RF-hunting。如圖14(D)所示，取決於時間之微波之電力反射具有峰值時(瞬間相對於基準值在既定閾值範圍外)，或取決於時間之RF之電力反射具有峰值時(瞬間相對於基準值在既定閾值範圍外)，為Relatively-unstable。結果顯示於圖15。
如圖15所示，對比實施例2之實驗結果與比較例2之實驗結果即可確認實施例2電漿穩定。且已確認比較例2中，使用負性氣體時，於中壓力範圍(50mTorr(6.5Pa))電漿不穩定，相對於此，實施例2中，即使使用負性氣體於中壓力範圍亦可改善電漿穩定性。
[實施例3]
微波功率為2000W。其他條件與實施例2相同。
[比較例3]
微波功率為2000W。其他條件與比較例2相同。
就實施例3及比較例3，以上述評價方法評價。結果顯示於圖16。
如圖16所示，對比實施例3之實驗結果與比較例3之實驗結果即可確認，實施例3電漿穩定。且已大量確認比較例3中，使用負性氣體時，在中壓力範圍以上(50mTorr(6.5Pa)以上)電漿不穩定之條件，相對於此，已確認實施例3中，即使使用負性氣體在中壓力範圍以上可改善電漿穩定性。
[實施例4]
處理氣體中，以裝置之清洗處理之情形為模範例，使用SF6/O2。作為氣體條件，準備3模式。第1氣體條件中，SF6/O2為50(sccm)/150(sccm)。 第2氣體條件中，SF6/O2為100(sccm)/100(sccm)。第3氣體條件中，SF6/O2為150(sccm)/50(sccm)。SF6係負性氣體。
又，RF功率為0W。其他條件與實施例2相同。
[比較例4]
處理氣體中，以裝置之清洗處理之情形為模範例，使用SF6/O2。作為氣體條件，準備3模式。第1氣體條件中，SF6/O2為50(sccm)/150(sccm)。 第2氣體條件中，SF6/O2為100(sccm)/100(sccm)。第3氣體條件中，SF6/O2為150(sccm)/50(sccm)。SF6係負性氣體。
又，RF功率為0W。其他條件與比較例2相同。
就實施例4及比較例4，以上述評價方法評價。顯示結果於圖17。
如圖17所示，對比實施例4之實驗結果與比較例4之實驗結果即可確認，實施例4電漿穩定。且已大量確認比較例4中，使用負性氣體時，在中壓力範圍以上(50mTorr(6.5Pa)以上)電漿不穩定之條件，相對於此，已確認實施例4中，即使使用負性氣體在中壓力範圍以上亦可改善電漿穩定性。
[電漿放電之穩定性之確認]
[實施例5]
為確認自引燃時經過既定期間之際電漿放電之穩定性，取得取決於時 間之發光強度。處理條件如以下。
〔Ar引燃〕
微波電力：2000W
壓力：100Torr(13Pa)
氣體流量
Ar氣體：500sccm
處理時間：8sec
〔清洗處理〕
微波電力：3000W
壓力：20Torr(2.6Pa)
氣體流量
SF6氣體：100sccm
O2氣體：100sccm
處理時間：30sec
亦即，條件為以Ar引燃，其後，產生負性氣體電漿。
於圖18顯示結果。圖18(A)係Ar之發光強度之時間相依性，圖18(B)係O之發光強度之時間相依性，圖18(C)係F之發光強度之時間相依性之結果。如圖18所示，自以Ar電漿發光變遷至以O或F電漿發光時(例如於20秒附近)，通常O電漿或F電漿會暫時消失，其後產生O電漿或F電漿，故於20秒附近發光強度為零。相對於此，如圖18所示，已確認即使在變遷至以O或F電漿發光時，電漿放電亦不暫時中斷。亦即，已確認實施例5中，即使使用負性氣體亦可改善電漿穩定性。
[實施例6]
為確認自引燃時經過既定期間之際電漿放電之穩定性，取得取決於時間之發光強度。作為處理條件，微波電力為2500W。其他與實施例5相同。
於圖19顯示結果。圖19(A)係Ar之發光強度之時間相依性，圖19(B)係O之發光強度之時間相依性，圖19(C)係F之發光強度之時間相 依性之結果。如圖19所示，已確認與圖18相同，即使使用負性氣體亦可改善電漿穩定性。
20‧‧‧槽孔板
130a‧‧‧一方側壁部
130b‧‧‧另一方側壁部
130c‧‧‧一方側端部
130d‧‧‧另一方側端部
133、134、133’、134’‧‧‧槽孔(槽孔群)
135‧‧‧內周側槽孔對群
136‧‧‧外周側槽孔對群
137‧‧‧貫通孔
138‧‧‧重心位置
139‧‧‧基準孔
140、140’‧‧‧槽孔對
K1~K4‧‧‧第1距離~第4距離
R1~R3‧‧‧軸線

Claims (8)

  1. 一種天線，包含介電質窗及設於該介電質窗之一側之面的槽孔板，其特徵在於：該槽孔板包含複數之槽孔對，各槽孔對由2個槽孔所構成，該複數之槽孔對以該槽孔板之重心位置為中心呈同心圓狀配置，各槽孔對設於自該槽孔板之重心位置朝各槽孔對延伸之軸線不重疊之位置。
  2. 如申請專利範圍第1項之天線，其中：該槽孔板包含：第1槽孔群，自該槽孔板之重心位置起位於第1距離；第2槽孔群，自該槽孔板之重心位置起位於第2距離；第3槽孔群，自該槽孔板之重心位置起位於第3距離；及第4槽孔群，自該槽孔板之重心位置起位於第4距離；滿足第1距離<第2距離<第3距離<第4距離之關係，該第1槽孔群之槽孔與該第2槽孔群之槽孔相互為一組而形成複數之槽孔對，且該第3槽孔群之槽孔與該第4槽孔群之槽孔相互為一組形成複數之槽孔對，該第2槽孔群之槽孔位在自該槽孔板之重心位置朝該第1槽孔群之槽孔延伸之第1軸線上，該第4槽孔群之槽孔位在自該槽孔板之重心位置朝該第3槽孔群之槽孔延伸之第2軸線上，將各槽孔配置成使得該第1軸線與該第2軸線不重疊。
  3. 如申請專利範圍第2項之天線，其中：該第1槽孔群之槽孔數與該第2槽孔群之槽孔數為同一數N1，該第3槽孔群之槽孔數與該第4槽孔群之槽孔數為同一數N2，N2為N1之整數倍。
  4. 如申請專利範圍第2或3項之天線，其中：該第1槽孔群之槽孔寬與該第2槽孔群之槽孔寬相同，該第3槽孔群之槽孔寬與該第4槽孔群之槽孔寬相同，該第1槽孔群之槽孔寬與該第2槽孔群之槽孔寬大於該第3槽孔群之 槽孔寬與該第4槽孔群之槽孔寬。
  5. 如申請專利範圍第2或3項之天線，其中：自該槽孔板之重心位置朝作為對象之槽孔延伸之半徑，與該槽孔之長邊方向所構成之角度，在第1至第4槽孔群中每一槽孔群皆相同，位在自該槽孔板之重心位置延伸之相同半徑上之第1槽孔群之槽孔與第2槽孔群之槽孔沿不同方向延伸，位在自該槽孔板之重心位置延伸之相同半徑上之第3槽孔群之槽孔與第4槽孔群之槽孔沿不同方向延伸。
  6. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之天線，其中：該介電質窗之另一側之面包含：平坦面，由環狀之第1凹部包圍；及複數之第2凹部，形成於該平坦面內，而包圍該平坦面之重心位置；且自垂直於該槽孔板主表面之方向觀察時，各該第2凹部之重心位置重疊配置於該槽孔板的各槽孔內。
  7. 如申請專利範圍第6項之天線，其中：該第2凹部之俯視形狀呈圓形。
  8. 一種電漿處理裝置，包含：天線，包含介電質窗及設於該介電質窗之一側之面之槽孔板；處理容器，於其內部具有該天線；台部，設於該處理容器之內部，與該介電質窗之另一側之面對向，載置被處理之基板；及微波導入路，連接微波產生器與該槽孔板；且該槽孔板包含複數之槽孔對，各槽孔對由2個槽孔所構成該複數之槽孔對以該槽孔板之重心位置為中心呈同心圓狀配置，各槽孔對設於自該槽孔板之重心位置朝各槽孔對延伸之軸線不重疊之位置。
TW102135680A 2012-10-03 2013-10-02 天線及電漿處理裝置 TWI613864B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012-221383 2012-10-03
JP2012221383A JP2014075234A (ja) 2012-10-03 2012-10-03 アンテナ及びプラズマ処理装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201421793A true TW201421793A (zh) 2014-06-01
TWI613864B TWI613864B (zh) 2018-02-01

Family

ID=50434773

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW102135680A TWI613864B (zh) 2012-10-03 2013-10-02 天線及電漿處理裝置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10083819B2 (zh)
JP (1) JP2014075234A (zh)
KR (1) KR102068861B1 (zh)
TW (1) TWI613864B (zh)
WO (1) WO2014054443A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI716204B (zh) * 2019-11-14 2021-01-11 南韓商Ｐｓｋ有限公司 擋板單元及包括該擋板單元的基板處理設備

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9275869B2 (en) * 2013-08-02 2016-03-01 Lam Research Corporation Fast-gas switching for etching
JP6499835B2 (ja) * 2014-07-24 2019-04-10 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
JP6883953B2 (ja) * 2016-06-10 2021-06-09 東京エレクトロン株式会社 マイクロ波プラズマ処理装置およびマイクロ波プラズマ処理方法
JP2019008945A (ja) 2017-06-22 2019-01-17 東京エレクトロン株式会社 アンテナ及びプラズマ処理装置
JP2019192606A (ja) 2018-04-27 2019-10-31 東京エレクトロン株式会社 アンテナ装置、および、プラズマ処理装置
US10896811B2 (en) 2018-08-30 2021-01-19 Tokyo Electron Limited Antenna device, radiation method of electromagnetic waves, plasma processing apparatus, and plasma processing method

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2967769B2 (ja) * 1997-10-17 1999-10-25 日本電気株式会社 プラズマ処理装置
JP2000277296A (ja) 1999-03-26 2000-10-06 Sumitomo Metal Ind Ltd プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
JP4997826B2 (ja) 2006-05-22 2012-08-08 東京エレクトロン株式会社 平面アンテナ部材及びこれを用いたプラズマ処理装置
JP5407388B2 (ja) * 2008-02-08 2014-02-05 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
CN101953236A (zh) * 2008-02-13 2011-01-19 东京毅力科创株式会社 微波等离子体处理装置的顶板、等离子体处理装置以及等离子体处理方法
JP4585574B2 (ja) * 2008-02-26 2010-11-24 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
JP2011150943A (ja) * 2010-01-22 2011-08-04 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置およびこの装置を用いた基板の処理方法
WO2011125524A1 (ja) 2010-03-31 2011-10-13 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置用誘電体窓、プラズマ処理装置、およびプラズマ処理装置用誘電体窓の取り付け方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI716204B (zh) * 2019-11-14 2021-01-11 南韓商Ｐｓｋ有限公司 擋板單元及包括該擋板單元的基板處理設備
CN112802730A (zh) * 2019-11-14 2021-05-14 Psk有限公司 挡板单元及包括该挡板单元的基板处理设备
CN112802730B (zh) * 2019-11-14 2024-03-12 Psk有限公司 挡板单元及包括该挡板单元的基板处理设备

Also Published As

Publication number Publication date
KR102068861B1 (ko) 2020-01-21
KR20150063036A (ko) 2015-06-08
US20150206712A1 (en) 2015-07-23
WO2014054443A1 (ja) 2014-04-10
JP2014075234A (ja) 2014-04-24
TWI613864B (zh) 2018-02-01
US10083819B2 (en) 2018-09-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI463522B (zh) An antenna, a dielectric window, a plasma processing device, and a plasma processing method
TW201421793A (zh) 天線及電漿處理裝置
KR101176061B1 (ko) 천판 및 플라즈마 처리 장치
KR102279533B1 (ko) 유전체창, 안테나, 및 플라즈마 처리 장치
US9767993B2 (en) Plasma processing apparatus
KR100652983B1 (ko) 플라즈마 처리 장치 및 방법
KR101496841B1 (ko) 혼합형 플라즈마 반응기
WO2006009213A1 (ja) プラズマ処理装置
KR19990081874A (ko) 플라즈마 처리장치
JP2009212085A (ja) プラズマ処理装置
JP5568608B2 (ja) プラズマ処理装置
JP2000031121A (ja) プラズマ放出装置及びプラズマ処理装置
US10825658B2 (en) Antenna and plasma processing apparatus
JP5369733B2 (ja) プラズマ処理装置