等离子体处理装置的制作方法

专利名称：等离子体处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及激发等离子体，对基板施加成膜等处理的等离子体处理装置。
背景技术：
在例如半导体装置、IXD装置等制造工序中，使用下述的等离子体处理装置，其利 用微波在处理容器内激发出等离子体，对基板施加CVD处理、蚀刻处理等。作为该等离子体 处理装置，已知有下述装置从微波源经由同轴管、波导管向配置于处理容器的内面的介电 体供给微波，利用微波的能量使供给到处理容器内的规定的气体等离子体化。近年来，随着基板等的大型化，等离子体处理装置也逐渐变大，在将配置于处理容 器的内面的介电体制成单一板的情况下，很难制造大型化的介电体，成为增加制造成本的 要因。因此，为消除该缺陷，本申请人提出通过在处理容器的盖体下表面安装多个介电体而 将介电体板分割为多个的技术(专利文献1)。专利文献1 日本特开2006-310794号公报然而，在以上的利用微波的以往的等离子体处理装置中，是将由微波源输出的例 如2. 45GHz的微波穿透配置于处理容器的盖体下表面的介电体而向处理容器的内部供给 的结构。该情况下，介电体被配置为几乎覆盖整个容纳于处理容器中的基板的处理面(上 表面)，在处理容器的内部露出的介电体的露出面的面积与基板的处理面的面积为几乎相 同程度的大小。由此，使用在介电体的整个下表面产生的等离子体对基板的整个处理面进 行均勻的处理。然而，在如以往的等离子体处理装置那样使介电体的露出面积与基板的处理面的 面积大致相同时，存在介电体的使用量需要很多，经济性差的难题。尤其最近基板趋于大型 化，介电体的使用量需要更多，成为成本上涨的主要因素。另外，当在处理容器的整个盖体下表面配置介电体时，还产生难以向基板的整个 处理面均勻地供给处理气体的问题。即、例如采用Al2O3等作为介电体，但与金属制的盖体 相比，难以在介电体上加工出气体供给孔，通常气体供给孔仅设置在盖体的露出部位。因 此，很难向基板的整个处理面以喷淋板的状态均勻地供给处理气体。在蚀刻、CVD(chemical vapor exposition)等离子体处理中，为了对从等离子 体入射到基板表面的离子的能量进行控制，有时对基板施加高频率偏压，使基板产生自 偏压(负的直流电压)。此时，对基板施加的高频率偏压优选仅施加在基板周边的鞘层 (sheath)，但在处理容器内面的较大部分被介电体覆盖从等离子体中不太能看见接地面 (处理容器内面)的状况下，高频率偏压也会施加在接地面周边的鞘层。因此，不仅要对基 板施加过量且较大的高频率电力，而且面临着入射到接地面的离子的能量增加导致接地面 被蚀刻、引起金属污染的问题。进而，当为了加快处理速度而投入大功率的微波时，因离子、电子从等离子体射入 导致介电体的温度上升，使得介电体在热应力作用下损坏或促进了介电体表面的蚀刻反 应，由此面临着引发杂质污染的问题。
如上所述，在利用微波的等离子体处理装置中，根据便于制造、经济性等理由，通 常使用可输出2. 45GHz微波的微波源。另外，最近提出利用2GHz以下的低频微波的等离子 体处理，研究利用例如896MHz、915MHz、922MHz之类较低频率微波的等离子体处理。由于用 于获得稳定且电子温度较低的等离子体的下限的电子密度与频率的二次方成正比，因此降 低频率会在更宽范围的条件下得到适于等离子体处理的等离子体。本发明者对于使用该2GHz以下的低频微波的等离子体处理进行了各种研究。其 结果发现在使2GHz以下的频率的微波穿透处理容器内面的介电体时，能够从介电体的周 围沿处理容器内面等金属表面有效地传播微波，利用该沿该金属表面传播的微波能够在处 理容器内激发出等离子体。其中，将像这样在金属表面与等离子体之间沿金属表面传播的 微波在本说明书中称为“导体表面波”。另一方面，在使该导体表面波沿金属表面传播、在处理容器内激发等离子体的情 况下，当在介电体的周围使微波传播的表面波传播部的形状、大小不均勻时，会导致由导体 表面波向处理容器内激发的等离子体也不均勻。其结果担心无法对基板的整个处理面进行 均勻的处理。

发明内容
本发明正是鉴于上述情况而形成的，其目的在于针对利用导体表面波在处理容器 内激发等离子体的等离子体处理装置中，进一步提高针对基板的处理的均勻性。根据本发明，提供一种等离子体处理装置，具备具备金属制的处理容器，其容 纳应进行等离子体处理的基板；和电磁波源，其向上述处理容器内供给激发等离子体所需 的电磁波，在上述处理容器的盖体下表面设置有多个介电体，该多个介电体用于使上述电 磁波源供给的电磁波穿透到上述处理容器的内部，且该介电体的一部分在上述处理容器的 内部露出，在上述介电体的下表面设置有金属电极，上述介电体在上述金属电极与上述盖 体下表面之间露出的部分的不同的两侧，设置有用于传播电磁波的表面波传播部分，上述 两侧的表面波传播部分具有彼此实质上相似的形状或实质上对称的形状。另外，根据本发明，提供一种等离子体处理装置，具备金属制的处理容器，其容纳 应进行等离子体处理的基板；和电磁波源，其向上述处理容器内供给激发等离子体所需的 电磁波，在上述处理容器的盖体下表面设置有多个介电体，该多个介电体用于使上述电磁 波源供给的电磁波穿透到上述处理容器的内部，且该介电体的一部分在上述处理容器的内 部露出，在上述介电体的下表面设置有金属电极，与上述介电体在上述金属电极与上述盖 体下表面之间露出的部分的至少一部分相邻地设置有用于传播电磁波的表面波传播部分， 上述相邻的表面波传播部分具有与上述介电体的形状呈实质上相似的形状或具有与上述 介电体的形状呈实质上对称的形状。另外，根据本发明，提供一种等离子体处理装置，金属制的处理容器，其容纳应进 行等离子体处理的基板；和电磁波源，其向上述处理容器内供给激发等离子体所需的电磁 波，在上述处理容器的盖体下表面设置有多个介电体，该多个介电体用于使上述电磁波源 供给的电磁波穿透到上述处理容器的内部，且该介电体的一部分在上述处理容器的内部露 出，在上述介电体的下表面设置有金属电极，上述介电体在上述金属电极与上述盖体下表 面之间露出的部分，在从上述处理容器的内部看时，实质上呈现多边形的轮郭，上述多个介电体以使上述多边形的轮郭的顶角彼此相邻的方式进行配置，在上述处理容器的内部露出 的上述盖体下表面和上述金属电极下表面设置有用于传播电磁波的表面波传播部。对于本发明的等离子体处理装置而言，利用从介电体沿表面波传播部传播的微波 (导体表面波)，能够向处理容器内激发出等离子体。另外，根据该等离子体处理装置，形成 于介电体的周围的表面波传播部(表面波传播部分)的形状、大小几乎均勻，由导体表面波 在处理容器内激发的等离子体均勻。其结果能够对基板的整个处理面进行均勻的处理。本发明的等离子体处理装置中，上述介电体例如实质上是四边形的板状。此时，上 述四边形例如是正方形、菱形、去掉角部后的正方形或去掉角部后的菱形。或者上述介电体 例如实质上是三角形的板状。此时，上述三角形例如是正三角形或去掉角部后的正三角形。 从上述处理容器的内部看，在被上述多个介电体包围的上述处理容器的内部露出的上述盖 体下表面的形状与上述金属电极下表面的形状实质上相同。从上述处理容器的内部看，上述介电体的外缘也可以比上述金属电极的外缘靠外 侧。或者从上述处理容器的内部看，上述介电体的外缘也可以与上述金属电极的外缘相同 或靠内侧。上述介电体的厚度例如在相邻的上述介电体的中心间的距离的1/ 以下。优选 为，上述介电体的厚度在相邻的上述介电体的中心间的距离的1/40以下。上述介电体例如被插入到形成于上述盖体下表面的凹部中。此时，在上述处理容 器的内部露出的上述盖体下表面与上述金属电极下表面配置也可以为共面。此外，在上述 处理容器的内部露出的上述盖体下表面与上述金属电极下表面也可以被钝态保护膜覆盖。 另外，在上述处理容器的内部露出的上述盖体下表面与上述金属电极下表面的中心线平均 粗糙度例如在2. 4μ m以下。优选为，在上述处理容器的内部露出的上述盖体下表面与上述 金属电极下表面的中心线平均粗糙度在0. 6 μ m以下。在上述盖体下表面，与上述盖体电连接的金属罩被安装在与上述介电体相邻的区 域，在上述处理容器的内部露出的上述金属罩下表面设置有用于传播电磁波的表面波传播 部。此时，上述介电体的侧面与上述金属罩的侧面也可以相邻。另外，在上述处理容器的内 部露出的上述金属罩下表面与上述金属电极下表面也可以被配置为共面。另外，从上述处 理容器的内部看，上述金属罩下表面的形状与上述金属电极下表面的形状实质上相同。另 外，在上述处理容器的内部露出的上述金属罩下表面与上述金属电极下表面的中心线平均 粗糙度例如在2.4μπι以下。优选为，在上述处理容器的内部露出的上述金属罩下表面与上 述金属电极下表面的中心线平均粗糙度在0. 6 μ m以下。具备多个连接部件，其贯通在上述介电体形成的孔中，将上述金属电极固定于上 述盖体。此时，在形成于上述介电体的孔的至少一部分中，设置有将上述盖体与上述金属电 极电连接的弹性部件。另外，上述连接部件例如由金属构成。另外，在上述处理容器的内部 露出的上述连接部件的下表面也可以被配置为与上述金属电极的下表面共面。另外，上述 介电体实质上为四边形的板状，上述连接部件配置于上述四边形的对角线上。另外，每1个 上述介电体上设置有4个上述连接部件。还可以具有弹性部件，该弹性部件将上述介电体及上述金属电极朝向上述盖体施 力。在上述盖体下表面例如设置有连续的槽，上述多个介电体也可以被配置在由槽包围的区域内。此时，也可以利用上述槽划分出上述表面波传播部。或者，在上述处理容器的 内面例如设置有连续的凸部，上述多个介电体也可以被配置在由凸部包围的区域内。此时， 也可以利用上述凸部划分出上述表面波传播部。也可以在上述介电体的上部具备1个或多个金属棒，该金属棒不贯通上述介电 体，且下端与上述介电体的上表面相邻或靠近，用于向上述介电体传播电磁波。此时，上述 金属棒被配置于上述介电体的中央部。另外在上述介电体与上述盖体之间具备隔断上述处 理容器的内部与外部氛围气的密闭部件。此外，上述介电体的露出部分的面积例如在上述表面波传播部的面积的1/2以 下。优选为上述介电体的露出部分的面积在上述表面波传播部的面积的1/5以下。另外， 在上述表面波传播部也可以具有气体释放部，该气体释放部用于向处理容器释放规定的气 体。另外，上述介电体的露出部分的面积例如在基板上表面的面积的1/5以下。另外，从上 述电磁波源供给的电磁波的频率例如在2GHz以下。根据本发明，在处理容器的内部露出的介电体的周围形成的表面波传播部的形 状、大小近似相同，利用导体表面波在处理容器内激发的等离子体均勻。其结果能够对基板 的整个处理面进行均勻的处理。另外，由于能够利用沿配置于介电体周围的表面波传播部 传播的电磁波(导体表面波)激发等离子体，故能够大幅减少介电体的使用量。另外，通过 减小在处理容器的内部露出的介电体的露出面积，抑制了由介电体的过热引发的介电体的 损坏、蚀刻等，并且消除了从处理容器内面产生金属污染。尤其在利用2GHz以下频率的电 磁波的情况下，与利用2. 45GHz频率的微波的情况相比，能够将用于稳定地获得电子温度 较低的等离子体的下限的电子密度设为约1/7，能够较以往使用范围以更宽的范围的条件 得到适于等离子体处理的等离子体，能够显著地提高处理装置的通用性。其结果能够用一 台的处理装置进行处理条件不同的多个连续的处理，能够在短时间内以低成本制造出高品 质的产品。


图1是表示本发明的实施方式所涉及的等离子体处理装置的简略构成的纵向剖面图(图2 4中的D-0’ -O-E剖面)。图2是图1中的A-A剖面图。图3是图1中的B-B剖面图。图4是图1中的C-C剖面图。图5是图1中的F部分的放大图。图6是图1中的G部分的放大图。图7是介电体20的俯视图。图8是导体表面波在表面波传播部传播的状态的说明图。图9是导体表面波的传播模型的说明图。图10是槽的说明图。图11是示意地表示等离子体处理中的处理容器内的等离子体的状态的说明图。图12是通过电磁场模拟求出的鞘层中的微波电场的驻波分布的说明图。图13是表示图12的直线A-B处的鞘层中的微波电场强度分布的曲线。
图14是表示金属罩角部的归一化电场强度的曲线。图15是变形例1所涉及的等离子体处理装置的盖体的仰视图。图16是表示变形例2所涉及的等离子体处理装置的简略构成的纵向剖面图(图 17中的D-0’ -O-E剖面)。图17是图16中的A-A剖面图。图18是表示变形例3所涉及的等离子体处理装置的简略构成的纵向剖面图(图 19中的D-0’ -O-E剖面)。图19是图18中的A-A剖面图。图20是表示变形例4所涉及的等离子体处理装置的简略构成的纵向剖面图(图 21中的D-0’ -O-E剖面)。图21是图20中的A-A剖面图。图22是介电体的外缘从处理容器的内部看位于比金属电极的外缘靠内侧的变形 例的说明图。图23是在金属罩的侧面设置容纳介电体的外缘的凹部的变形例的说明图。图M是将介电体插入到盖体下表面的凹部中的变形例的说明图。图25是将介电体插入到盖体下表面的凹部中的另一变形例的说明图。图沈是在介电体的周围使平面形状的盖体露出的变形例的说明图。图27是在介电体的周围使平面形状的盖体露出的另一变形例的说明图。图观是在介电体的周围使平面形状的盖体露出的又一变形例的说明图。图四是菱形的介电体的说明图。图30是关于使用了正三角形的介电体的变形例所涉及的等离子体处理装置的盖 体的仰视图。图31是使用了弹性部件的连接部件的构造的说明图。图32是使用了盘簧的连接部件的构造的说明图。图33是使用0形环进行密封的连接部件的构造的说明图。图34是使用锥衬垫的连接部件的构造的说明图。图35是用于对进行等离子体掺杂时的、在基板上产生的自偏压的周期进行说明 的曲线。图36是通过等离子体掺杂产生2次电子的状态的说明图。图37是表示变形例5所涉及的等离子体处理装置的简略构成的纵向剖面图。图中符号的说明如下G 基板1等离子体处理装置2容器本体3 盖体4处理容器10 基座11供电部12加热器
20排气口25介电体27金属电极30、46、65连接部件32空间部370形环42、52、72气体释放孔45金属罩55侧罩56、57 槽58侧罩内侧部分59侧罩外侧部分85微波源86同轴管90分支板92金属棒102气体供给源103冷却剂供给源
具体实施例方式以下，根据使用微波作为电磁波的一例的等离子体处理装置1对本发明的实施方 式进行说明。(等离子体处理装置1的基本构成)图1是表示本发明的实施方式所涉及的等离子体处理装置1的简略构成的纵向剖 面图(图2 4中的D-0’-0-E剖面)。图2是图1中的A-A剖面图。图3是图1中的B-B 剖面图。图4是图1中的C-C剖面图。图5是图1中的F部分的放大图。图6是图1中的 G部分的放大图。图7是该实施方式中使用的介电体20的俯视图。其中，在本说明书及附 图中，对实质具有相同功能构成的构成要素标注同一符号，省略重复说明。该等离子体处理装置1具备中空的容器本体2和由安装在该容器本体2的上方的 盖体3构成的处理容器4。在处理容器4的内部形成密闭空间。处理容器4整体(处理容 器2及盖体3)由具有导电性的材料、例如铝合金构成，处于电接地的状态。在处理容器4的内部设置有用于载置作为基板的半导体基板、玻璃基板(以下称 为“基板”)G的作为载置台的基座10。该基座10例如由氮化铝构成，在其内部设置有供电 部11和加热器12，供电部11用于对基板G进行静电吸附，并且向处理容器4的内部施加规 定的偏压电压；加热器12用于将基板G加热至规定的温度。设置于处理容器4的外部的施 加偏压用的高频率电源13经由具备电容器等的匹配器14与供电部11连接，并且静电吸附 用的高压直流电源15经由线圈16与供电部11连接。同样在加热器12连接有设置于处理 容器2的外部的交流电源17。在处理容器4的底部设置有排气口 20，该排气口 20用于通过设置于处理容器4的外部的真空泵等排气装置(未图示)对处理容器4内的空气进行排气。另外，在基座10的 周围设置有挡板21，该挡板21用于将处理容器4的内部的气流控制在最佳状态。在盖体3的下表面设置有例如由Al2O3构成的4个介电体25。介电体25可使用 例如含氟树脂、石英等介电材料。如图7所示，介电体25构成为正方形的板状。由于在介 电体25的四角形成有被相对对角线呈直角地去角的平坦部沈，故严格来说介电体25为8 边形。然而，与介电体25的宽度L相比，介电体25的平坦部沈的长度M短很多，介电体25 实质上可看成正方形。如图2所示，该4个介电体25被配置为相互的顶角彼此(平坦部沈彼此)相邻。 另外，各介电体25的顶角被相邻配置在相邻的介电体25彼此间的中心点0’的连线L’上。 像这样通过使4个介电体25的相互的顶角彼此相邻，并且各介电体25的顶角相邻地配置 在彼此相邻的介电体25彼此间的中心点0’的连线上，由此在4个介电体25包围的盖体3 的下表面中央形成正方形的区域S。在各介电体25的下表面安装有金属电极27。金属电极27由具有导电性的材料、 例如铝合金构成。与介电体25相同，金属电极27也构成为正方形的板状。此外，本申请说 明书中，将如此被安装在各介电体25的下表面的板状的金属部件称作“金属电极”。其中金 属电极27的宽度N比介电体25的宽度L稍短。因此，在从处理容器的内部看时，在金属电 极27的周围，介电体25的周边部以呈现正方形的轮郭的状态露出。此外，当从处理容器4 的内部看时，由介电体25的周边部形成的正方形的轮郭的顶角彼此被相邻配置。介电体25及金属电极27通过螺钉等连接部件30安装在盖体3的下表面。露出 到处理容器的内部的连接部件30的下表面31与金属电极27的下表面共面。此外，连接部 件30的下表面31不一定要与金属电极27的下表面共面。在连接部件30贯通介电体25 的贯通部位配置有环状的垫片四。在该垫片四之上配置有波形衬垫等弹性部件四’，成为 在介电体25的上下面间无间隙的状态。当在介电体25的上下面存在不受控的间隙时，沿 介电体25传播的微波的波长变得不稳定，导致整体上的等离子体的均勻性变差，从微波输 入侧看的负载阻抗变得不稳定。另外，当间隙过大时，还产生放电。为了使介电体25及金 属电极27与盖体3的下表面密合且在连接部可靠地电、热接触，需要使用具有弹性的部件 作为连接部。弹性部件29’例如亦可是波形衬垫、弹簧衬垫、盘簧、缠绕屏蔽等。材质为不 锈钢、铝合金等。连接部件30由导电性的金属等构成，金属电极27经由连接部件30与盖 体3的下表面电连接，成为电接地的状态。连接部件30在例如构成为四边形的金属电极27 的对角线上配置在4个部位。连接部件30的上端突出到形成于盖体3的内部的空间部32。在如此突出到空间 部32的连接部件30的上端，借助弹簧衬垫、波形衬垫等弹性部件35安装有螺母36。利用 该弹性部件35的弹性对介电体25及金属电极27施力，使它们与盖体3的下表面密合。此 时，通过对螺母36调整能够容易地进行介电体25及金属电极27相对于盖体3的下表面的 密合力的调整。在盖体3下表面与介电体25上表面之间配置有作为密闭部件的0形环37。0形 环37例如是金属0形环。如后所述，利用该0形环37将处理容器4的内部空气与同轴管 87的内部空气隔断，隔离处理容器4的内部与外部的空气。在连接部件30的中心部设置有纵向方向的气体流路40，在介电体25与金属电极27之间设置有横方向的气体流路41。多个气体释放孔42被分散地开口在金属电极27的 下表面。如后所述，供给到盖体3内的空间部32的规定的气体经由气体流路40、41及气体 释放孔42向处理容器4的内部分散地供给。在被4个介电体25包围的盖体3的下表面中央的区域S安装有金属罩45。该金 属罩45由具有导电性的材料、例如铝合金构成，与盖体3的下表面电连接，成为电接地的状 态。金属罩45与金属电极27相同，构成为宽度N的正方形的板状。金属罩45具有介电体25与金属电极27之和程度的厚度。因此，金属罩45下表 面与金属电极27下表面共面。金属罩45通过螺钉等连接部件46安装在盖体3的下表面。露出到处理容器的内 部的连接部件46的下表面47与金属罩45的下表面共面。此外，连接部件46的下表面47 不一定要与金属罩45的下表面共面。连接部件46例如在构成为四边形的金属罩45的对 角线上配置在4个部位。为了均勻地配置气体释放孔52，介电体25的中心与连接部件46 的中心间的距离被设定为相邻的介电体25的中心间的距离L'的1/4。连接部件46的上端突出到在盖体3的内部形成的空间部32中。在如此突出到空 间部32的连接部件46的上端隔着弹簧衬垫、波形衬垫等弹性部件48安装有螺母49。利用 该弹性部件48的弹性对金属罩45施力，使之与盖体3的下表面密合。在连接部件46的中心部设置有纵向方向的气体流路50，在盖体3下表面与金属罩 45之间设置有横方向的气体流路51。在金属罩45的下表面分散地开口有多个气体释放孔 52。如后所述，供给到盖体3内的空间部32的规定的气体经由气体流路50、51及气体释放 孔52向处理容器4的内部分散地供给。在盖体3的下表面，4个介电体25的外侧的区域安装有侧罩55。该侧罩55由具 有导电性的材料、例如铝合金构成，与盖体3的下表面电连接，成为电连接的状态。侧罩55 还具有介电体25与金属电极27之和程度的厚度。因此，侧罩55下表面与金属罩45下表 面及金属电极27下表面共面。在侧罩55的下表面设置有被配置为包围4个介电体25的2重槽56、57，在由该2 重槽56、57划分出的内侧的区域，在侧罩55形成4个侧罩内侧部分58。该侧罩内侧部分 58具有在从处理容器4的内部观察的状态下与用对角线二等分金属罩45后的等边直角三 角形近似相同的形状。其中，侧罩内侧部分58的等腰三角形的高度比用对角线2等分金属 罩45的等腰三角形的高度稍长(约为导体表面波的波长的1/4程度)。这是由于从导体表 面波看的等腰三角形的底边部的电气边界条件在两者不同。另外，本实施方式中，槽56、57从处理容器内部看呈8边形的形状，亦可呈4边形 的形状。如此一来在4边形的槽56、57的角与介电体25之间形成同样的等边直角三角形 的区域。另外在由槽56、57划分的外侧的区域中，在侧罩55形成覆盖盖体3下表面的周边 部的侧罩外侧部分59。如后所述，等离子体处理中，从微波供给装置85传播到各介电体25的微波，从露 出到盖体3的下表面的介电体25的周围沿着金属罩45下表面、金属电极27下表面及侧罩 内侧部分58下表面传播。此时，槽56、57发挥传播阻碍部的功能，使沿侧罩内侧部分58下 表面传播的微波(导体表面波)不致越过槽56、57传播到外侧(侧罩外侧部分59)。因此， 本实施方式中，盖体3的下表面中，被槽56、57包围的区域金属罩45下表面、金属电极27下表面及侧罩内侧部分58下表面成为表面波传播部。侧罩55通过螺钉等连接部件65安装在盖体3的下表面。露出到处理容器的内部 的连接部件65的下表面66与侧罩55的下表面共面。此外，连接部件65的下表面66也不 一定要与侧罩阳的下表面共面。连接部件65的上端突出到形成于盖体3的内部的空间部32。在如此突出到空间 部32的连接部件65的上端借助弹簧衬垫、波形衬垫等弹性部件67安装有螺母68。利用该 弹性部件67的弹性对侧罩55施力，使之与盖体3的下表面密合。在连接部件65的中心部设置有纵向方向的气体流路70，在盖体3下表面与侧罩 55之间设置有横方向的气体流路71。多个气体释放孔72在侧罩55的下表面分散地开口。 如后所述，被供给到盖体3内的空间部32的规定的气体，经由气体流路70、71及气体释放 孔72被分散供给到处理容器4的内部。在盖体3的上表面中央连接有同轴管86，该同轴管86用于传播从配置于处理容器 4的外部的微波源85供给的微波。同轴管86由内部导体87与外部导体88构成。内侧导 体87与配置于盖体3的内部的分支板90连接。如图4所示，分支板90是将以与内部导体87连结的连结位置为中心的4根支导 体91配置成十字状的构成。在各支导体91的末端下表面安装有金属棒92。该同轴管86、 分支板90、金属棒92由Cu等导电性部件形成。设置于盖体3的上部的弹簧93的押压力经由支柱94施加在金属棒92的上端。 金属棒92的下端抵接于在盖体3的下表面安装的介电体25的上表面中央。在介电体25 的上表面中央形成有容纳金属棒92的下端的凹部95。在弹簧93的押压力的作用下，金属 棒92以下端插入到介电体25上表面中央的凹部95的状态被从上按压，以不致贯通介电体 25。支柱94由特氟隆(注册商标)等绝缘体构成。此外，如果设置凹部95则能够抑制从 微波输入侧看的反射，但没有亦可。从微波供给装置85向同轴管86导入作为频率在2GHz以下的微波的例如具有 915MHz的频率的微波。由此，915MHz的微波被分支板90分支，经由金属棒92向各介电体 25传播。在盖体3的上表面连接有供给等离子体处理所需的规定的气体用的气体配管 100。另外，在盖体3的内部设置有冷却剂供给用的冷却剂配管101。从配置于处理容器4 的外部的气体供给源102经由气体配管100供给的规定的气体，在被供给到盖体3内的空 间部32后，经由气体流路40、41、50、51、70、71及气体释放孔42、52、72被分散供给到处理 容器4的内部。配置于处理容器4的外部的冷却剂供给源103经由配管104与冷却剂配管101连 接。通过经过配管104从冷却剂供给源103向冷却剂配管101供给冷却剂，确保盖体3为 规定的温度。(等离子体处理装置1中的等离子体处理)在如上构成的本发明的实施方式所涉及的等离子体处理装置1中，例如对在基板 G的上表面成膜非晶硅的情况进行说明。首先，将基板G搬入到处理容器4的内部，在基座 10上载置基板G。之后，在密闭烦人处理容器4内进行规定的等离子体处理。等离子体处理中，从气体供给源102经由气体配管100、空间部32、气体流路40、41、50、51、70、71及气体释放孔42、52、72向处理容器4内供给等离子体处理所需的例如氩 气体/硅烷气体/氢气的混合气体。并且，从排气口 20排出，将处理容器4内设定为规定 的压力。在该实施方式所涉及的等离子体处理装置1中，如上所述，气体释放孔42、52、72 被细密地分布设置在露出到处理容器4的内部的金属罩45下表面、金属电极27下表面及 侧罩55下表面的整体上。由此，等离子体处理中，能够以喷淋板的状态从配置于盖体3整 个下表面的各气体释放孔42、52、72向基板G的整个处理面均勻地供给规定的气体，能够向 载置于基座10上的基板G的整个表面毫无遗漏地供给规定的气体。此外，如此向处理容器2内供给规定的气体，还通过加热器12将基板G加热至规 定的温度。另外，微波供给装置85所产生的例如915MHz的微波经由同轴管86、分支板90 及电极棒92在各介电体25中传播。之后，穿过各介电体25的微波以导体表面波的状态沿 作为表面波传播部的金属罩45下表面、金属电极27下表面及侧罩内侧部分58下表面逐一 传播。此处，图8是在表面波传播部亦即金属罩45下表面、金属电极27下表面及侧罩内 侧部分58下表面逐一传播导体表面波的状态的说明图。等离子体处理中，导体表面波(微 波)W穿过在盖体3的下表面呈格子状露出的介电体25，沿金属罩45下表面、金属电极27 下表面及侧罩内侧部分58下表面传播。此时，金属罩45与金属电极27都为面积近似相同 的正方形，而且金属罩45与金属电极27都处于被露出到处理容器内的介电体25的部分 (周边部)包围四边的状态。因此，穿过介电体25的导体表面波W以近似相等的状态向金 属罩45与金属电极27传播。其结果，在金属罩45下表面与金属电极27下表面，能够以整 体上均勻的条件利用微波的能量生成等离子体。另外，与金属罩45和金属电极27处于被露出到处理容器内的介电体25的部分 (周边部)包围四边的状态相反，侧罩内侧部分58处于被露出到处理容器内的介电体25的 部分(周边部)仅包围2边的状态。因此，向侧罩内侧部分58下表面传播与金属罩45及 金属电极27相比约为一半程度能量的导体表面波W。然而，侧罩内侧部分58是与用对角 线2等分侧罩55的等边直角三角形近似相同的形状，侧罩内侧部分58的面积大致为金属 罩45与金属电极27的面积的一半。因此，在侧罩内侧部分58下表面，能够在与金属罩45 下表面及金属电极27下表面相等条件下生成等离子体。另外，当以露出到处理容器内的介电体25的部分(周边部)作为中心时，除了一 部分外，如图8所示，在露出到处理容器内的介电体25的部分的两侧左右对称地形成有由 同样等边直角三角形所示的表面波传播部部分a。因此，使表面波传播部部分a以都相等的 条件从露出到处理容器内的介电体25的部分传播导体表面波W。其结果能够在表面波传播 部整体(即、金属罩45下表面、金属电极27下表面及侧罩内侧部分58下表面整体)，以均 勻的条件利用微波的能量生成等离子体。而且，在该等离子体处理装置1中，如上所述，在露出到处理容器4的内部的金属 罩45下表面、金属电极27下表面及侧罩55下表面的整体细密地分布设置有气体释放孔42、52、72，由此能够向载置在基座10上的基板G的整个表面毫无遗漏地供给规定的气体。 因此，在作为表面波传播部的金属罩45下表面、金属电极27下表面及侧罩内侧部分58下 表面整体，以均勻的条件通过微波的能量生成等离子体，由此能够对基板G的整个处理面 施加更为均勻的等离子体处理。
(导体表面波的传播与频率的关系)以ε/ -j er"表示在处理容器4内生成的等离子体P的介电常数。由于等离子 体P的介电常数还存在损失成分，故有多个数值的形式表现。等离子体P的介电常数的实 部ε/通常小于-1。等离子体P的介电常数由下式⑴表示。
权利要求
1.一种等离子体处理装置，具备金属制的处理容器，其容纳应进行等离子体处理的 基板；和电磁波源，其向上述处理容器内供给激发等离子体所需的电磁波，在上述处理容器的盖体下表面设置有多个介电体，该多个介电体用于使上述电磁波源 供给的电磁波穿透到上述处理容器的内部，且该介电体的一部分在上述处理容器的内部露 出，在上述介电体的下表面设置有金属电极，上述介电体在上述金属电极与上述盖体下表面之间露出的部分的不同的两侧，设置有 用于传播电磁波的表面波传播部分，上述两侧的表面波传播部分具有彼此实质上相似的形 状或实质上对称的形状。
2.一种等离子体处理装置，具备金属制的处理容器，其容纳应进行等离子体处理的 基板；和电磁波源，其向上述处理容器内供给激发等离子体所需的电磁波，在上述处理容器的盖体下表面设置有多个介电体，该多个介电体用于使上述电磁波源 供给的电磁波穿透到上述处理容器的内部，且该介电体的一部分在上述处理容器的内部露 出，在上述介电体的下表面设置有金属电极，与上述介电体在上述金属电极与上述盖体下表面之间露出的部分的至少一部分相邻 地设置有用于传播电磁波的表面波传播部分，上述相邻的表面波传播部分具有与上述介电 体的形状呈实质上相似的形状或具有与上述介电体的形状呈实质上对称的形状。
3.一种等离子体处理装置，具备金属制的处理容器，其容纳应进行等离子体处理的 基板；和电磁波源，其向上述处理容器内供给激发等离子体所需的电磁波，在上述处理容器的盖体下表面设置有多个介电体，该多个介电体用于使上述电磁波源 供给的电磁波穿透到上述处理容器的内部，且该介电体的一部分在上述处理容器的内部露 出，在上述介电体的下表面设置有金属电极，上述介电体在上述金属电极与上述盖体下表面之间露出的部分，在从上述处理容器的 内部看时，实质上呈现多边形的轮郭，上述多个介电体以使上述多边形的轮郭的顶角彼此相邻的方式进行配置，在上述处理容器的内部露出的上述盖体下表面和上述金属电极下表面设置有用于传 播电磁波的表面波传播部。
4.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述介电体实质上是四边 形的板状。
5.根据权利要求4所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述四边形是正方形、菱 形、去掉角部后的正方形或去掉角部后的菱形。
6.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述介电体实质上是三角 形的板状。
7.根据权利要求6所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述三角形是正三角形或 去掉角部后的正三角形。
8.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，从上述处理容器的内部看， 被上述多个介电体包围的在上述处理容器的内部露出的上述盖体下表面的形状与上述金属电极下表面的形状实质上相同。
9.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，从上述处理容器的内部看， 上述介电体的外缘比上述金属电极的外缘靠外侧。
10.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，从上述处理容器的内部 看，上述介电体的外缘与上述金属电极的外缘相同或靠内侧。
11.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述介电体的厚度为相邻 的上述介电体的中心间的距离的1/ 以下。
12.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述介电体的厚度为相邻 的上述介电体的中心间的距离的1/40以下。
13.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述介电体被插入到在上 述盖体下表面所形成的凹部中。
14.根据权利要求13所述的等离子体处理装置，其特征在于，在上述处理容器的内部 露出的上述盖体下表面与上述金属电极下表面配置为共面。
15.根据权利要求13所述的等离子体处理装置，其特征在于，在上述处理容器的内部 露出的上述盖体下表面与上述金属电极下表面被钝态保护膜覆盖。
16.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，在上述处理容器的内部露 出的上述盖体下表面与上述金属电极下表面的中心线平均粗糙度为2.4μπι以下。
17.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，在上述处理容器的内部露 出的上述盖体下表面与上述金属电极下表面的中心线平均粗糙度为0.6μπι以下。
18.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，在上述盖体下表面，与上 述盖体电连接的金属罩被安装在与上述介电体相邻的区域，在上述处理容器的内部露出的上述金属罩下表面，设置有用于传播电磁波的表面波传 播部。
19.根据权利要求18所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述介电体的侧面与上 述金属罩的侧面相邻。
20.根据权利要求18所述的等离子体处理装置，其特征在于，在上述处理容器的内部 露出的上述金属罩下表面与上述金属电极下表面被配置为共面。
21.根据权利要求18所述的等离子体处理装置，其特征在于，从上述处理容器的内部 看，上述金属罩下表面的形状与上述金属电极下表面的形状实质上相同。
22.根据权利要求18所述的等离子体处理装置，其特征在于，在上述处理容器的内部 露出的上述金属罩下表面与上述金属电极下表面的中心线平均粗糙度为2.4μπι以下。
23.根据权利要求18所述的等离子体处理装置，其特征在于，在上述处理容器的内部 露出的上述金属罩下表面与上述金属电极下表面的中心线平均粗糙度在0.6μπι以下。
24.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，具备多个连接部件，该多 个连接部件贯通在形成于上述介电体的孔中，将上述金属电极固定于上述盖体。
25.根据权利要求M所述的等离子体处理装置，其特征在于，在形成于上述介电体的 孔的至少一部分中，设置有将上述盖体与上述金属电极电连接的弹性部件。
26.根据权利要求M所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述连接部件由金属构成。
27.根据权利要求M所述的等离子体处理装置，其特征在于，在上述处理容器的内部 露出的上述连接部件的下表面被配置为与上述金属电极的下表面共面。
28.根据权利要求M所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述介电体实质上为四 边形的板状，上述连接部件配置于上述四边形的对角线上。
29.根据权利要求观所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述连接部件在每1个上 述介电体上设置有4个。
30.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，具有弹性部件，该弹性部 件将上述介电体及上述金属电极朝向上述盖体施力。
31.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，在上述盖体下表面设置有 连续的槽，上述表面波传播部及上述多个介电体被配置在由槽包围的区域内。
32.根据权利要求31所述的等离子体处理装置，其特征在于，利用上述槽划分出上述 表面波传播部。
33.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，在上述处理容器的内面设 置有连续的凸部，上述表面波传播部及上述多个介电体被配置在由凸部包围的区域内。
34.根据权利要求33所述的等离子体处理装置，其特征在于，利用上述凸部划分出上 述表面波传播部。
35.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，在上述介电体的上部具备 用于向上述介电体传播电磁波的1个或多个金属棒，该1个或多个金属棒不贯通上述介电 体，且下端与上述介电体的上表面邻接或靠近。
36.根据权利要求35所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述金属棒被配置于上 述介电体的中央部。
37.根据权利要求35所述的等离子体处理装置，其特征在于，在上述介电体与上述盖 体之间具备密闭部件，该密封部件隔断了上述处理容器的内部与外部之间的气氛气体。
38.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述介电体的露出部分的 面积为上述表面波传播部的面积的1/2以下。
39.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述介电体的露出部分的 面积为上述表面波传播部的面积的1/5以下。
40.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，在上述表面波传播部具有 气体释放部，该气体释放部用于向处理容器释放规定的气体。
41.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述介电体的露出部分的 面积为基板上表面的面积的1/5以下。
42.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，从上述电磁波源供给的电 磁波的频率为2GHz以下。
全文摘要
一种进一步提高对基板处理的均匀性的等离子体处理装置。具备容纳应进行等离子体处理的基板(G)的金属制的处理容器(4)；和向处理容器(4)内供给激发等离子体所需的电磁波的电磁波源(85)，在处理容器(4)的盖体(3)下表面设置有多个介电体(25)，该多个介电体用于将由电磁波源(85)供给的电磁波透过到处理容器(85)的内部，且该介电体的一部分露出到处理容器(4)的内部，在介电体(25)的下表面设置有金属电极(27)，对于金属电极(27)和在盖体(3)下表面之间露出的介电体(25)的部分，在从处理容器(4)的内部看时，实质呈现多边形的轮郭，多个介电体(25)以使多边形的轮郭的顶角彼此相邻的方式进行配置，在处理容器(4)的内部露出的盖体(3)下表面与金属电极(27)下表面设置有用于传播电磁波的表面波传播部。
文档编号H01L21/3065GK102057761SQ20098012128
公开日2011年5月11日 申请日期2009年6月5日 优先权日2008年6月11日
发明者大见忠弘, 平山昌树 申请人:东京毅力科创株式会社, 国立大学法人东北大学