[发明专利]微波等离子体处理装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用微波等离子体对待处理物体进行处理的微波等离子体处理装置。

背景技术

等离子体处理是半导体器件制造中必不可少的技术。随着对LSI的更高的集成度和更高的速度的持续需求，构成LSI的半导体器件的设计规则已经越来越微型化。同时，半导体晶片的尺寸已经得到大型化。据此，需要有适合于微型化的设计规则以及大型化的半导体晶片的等离子体处理装置。

然而，普遍采用的平行板型或感应耦合型的传统等离子体处理装置，由于使用的电子温度很高，而有可能对精细器件造成等离子体损伤。另外，由于等离子体密度较高的区域受到限制，所以难以对大型的半导体晶片进行均匀、迅速的等离子体处理。

因此，能够均匀地形成高密度和低电子温度的等离子体的RLSA(径向线缝隙天线)微波等离子体处理装置，已经引起广泛的关注(例如，JP2000-294550A)。

RLSA微波等离子体装置具有布置于腔室上方的平面天线(径向线缝隙天线)。在平面天线中，以预定图案形成有许多缝隙。引导自微波发生源的微波通过平面天线内的缝隙朝腔室辐射。通过布置于平面天线下方的由介电材料制成的微波透射板，将微波辐射到保持在真空状态下的腔室中。由于微波电场的作用，导入到腔室中的气体被变成等离子体。通过由此产生的等离子体对待处理物体如半导体晶片进行等离子体处理。

RLSA微波等离子体处理装置可以在天线正下方的广阔区域内实现很高的等离子体密度，使得可以在短时间内实现均匀的等离子体处理。而且，可以形成低电子温度的等离子体，器件受损较小。

在RLSA微波等离子体处理装置中，已知有一种技术，其在平面天线和微波透射板之间设置气隙，用于调节微波透射板中的微波电场分布，以便使等离子体模式稳定(Jpn.Appl.Phys.Vol.38(1999)pp.2082-2088 Part 1，No.4A，April 1999)。

然而，由于气隙的阻抗高于形成微波透射板的介电材料的阻抗，所以在平面天线和微波透射板之间设置气隙，会增加气隙中的微波功率损耗。结果，微波功率效率可能会降低，或者在天线内部可能会很容易发生异常放电。

发明内容

本发明就是考虑到上述情况而做出的。本发明的目的在于提供一种微波等离子体处理装置，其微波功率损耗小，微波功率效率不会降低，并且天线内部不太可能发生异常放电。

为了实现上述目的，本发明是一种微波等离子体处理装置，其包括：收容待处理物体的腔室；将处理气体供应到腔室中的处理气体供应单元；产生微波的微波发生源，该微波用于在腔室中形成处理气体的等离子体；将微波发生源所产生的微波导向腔室的波导单元；由导体材料制成的平面天线，其设置有用于将波导单元所引导的微波向腔室辐射的多个微波辐射孔；由介电材料制成的微波透射板，该微波透射板用作腔室的顶壁并透射已经穿过平面天线的微波辐射孔的微波；以及布置于平面天线的相对于微波透射板的相反侧上的慢波板，该慢波板具有缩短到达平面天线的微波的波长的功能；其中平面天线和微波透射板彼此接触，在它们之间基本上没有空气，慢波板和微波透射板由相同材料制成，并且由慢波板、平面天线、微波透射板和腔室中形成的处理气体的等离子体形成的等效电路满足谐振条件。

根据本发明，由于平面天线和微波透射板彼此接触，以便消除传统上形成的气隙，因此不可能存在由这种气隙造成的微波功率损耗。因此，可以抑制微波功率效率的降低和/或天线内部异常放电的发生。

仅消除气隙会增加微波的反射，从而损害等离子体的稳定性。然而，根据本发明，由于由慢波板、平面天线、微波透射板和等离子体形成的等效电路可以谐振，所以可以使微波的反射最小化。而且，由于慢波板和微波透射板由相同材料制成，所以可以防止微波的界面反射，使得可以稳定地维持等离子体。