[发明专利]等离子加工设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用微波来进行预定的等离子加工的微波等离子加工设备，特别涉及一种通过电磁波耦合在加工腔体中给等离子体提供微波能量的微波等离子加工设备。 

背景技术

在制造半导体装置、液晶显示器(LCD)等的等离子加工中，在真空加工腔体中使用射频(RF)波和微波来使加工气体放电或电离。RF等离子设备在所设置的一对电极处主要利用电容耦合，其中在加工腔体中一个电极与另一个电极平行，电极之间留有合适的间隙。RF波通过电容施加在其中一个电极上，而另一个电极则接地。但是，在RF等离子设备中很难在相对低的压力下产生高密度的等离子体。此外，不利的是，由于RF等离子体本身具有很高的电子温度，因此晶片上的装置元件在等离子加工过程中更加频繁地受到损坏。 

与之相反，微波等离子设备的优势在于微波在相对低的压力下能够产生具有低电子温度的高密度等离子体。此外，微波等离子设备的另一个优势在于，当应用了将微波导入腔体中的平面微波导入窗时，微波等离子体能够在更宽的压力范围下在二维的大面积上高效地产生。另外，由于不需要磁场，因此微波等离子设备的整体结构可以很简单(参见专利文献1)。 

专利文献1：WO2005/045913 A1(图1(A)、图2)。 

在微波等离子加工设备中，由于微波等离子体是通过把微波和加工气体导入加工腔体中而从加工气体中产生的，因此，微波和加工气体的导入方式可能是确定等离子体特性和设备性能的重要因数。 

在采用平面微波导入窗的微波等离子设备中，按照加工气体被导入腔体中的方式有两种类型的结构。第一种结构具有与基座相对的用作微波导入窗的喷射板。在这种结构中，加工气体通过均匀分布在喷射板中 的多个气体射出孔向下射出。 

另一方面，第二种结构具有一个或多个形成在腔体的侧壁中的气体射出孔，以便在腔体中将加工气体射入等离子体区域中。 

在第一种结构中，虽然有利的是等离子体能够在基座上均匀地产生，但是等离子体的密度通常更低，这就使得等离子加工设备为蚀刻机时蚀刻速率很低，并且总体加工效率也很低。这是因为具有多个气体射出孔的喷射板给微波(电磁波)的通过提供了通道。此外，这种结构可能会产生污染等问题。 

另一方面，在第二种结构中，由于微波并不通过形成在腔体侧壁中的气体射出孔，因此，不可能发生非正常的放电。但是，很难在径向方向上使加工气体均匀地散射，从而产生了非均匀分布的等离子体。特别地，由于单晶片等离子加工设备的腔体是从基座和腔体内壁之间的环形空间进行排放的，因此，加工气体趋向于在腔体中以非均匀的流动形态流动。这是因为被导入以便在环形空间上流动的加工气体受到向低于环形空间的排放端口前进的气体的流动的影响。 

此外，加工气体可以经由通过介电窗口形成(穿入)的气体射出孔而被导入加工腔体中，该介电窗口对应于加工腔体的顶面并且与基座相对。 

在这种情况下，由于介电窗口充当微波导入窗，即，充当微波传播通道，因此在介电窗口内部存在电场。因此，当加工气体流过介电窗口时暴露在微波电场下，从而可能在介电窗口中的气体导管中或者在气体射出孔附近被电离，这就引起了非正常放电。这种非正常放电可能会影响介电窗口，因此介电窗口在相对短的时间内会受到破坏或损坏，并且可能会影响加工性能。 

本发明的目的是为了消除前面所述缺点中的至少一个，并且提供能够在微波传输线或发射通道中，或者加工气体射出部分中防止非正常放电的等离子加工设备，从而使等离子体的密度均匀并且可以实现可控性，从而提高等离子加工的性能或质量。 

此外，本发明可以提供一种能够轻易并且有效地监控等离子体情况 或等离子加工的等离子加工设备。 

发明内容

为了克服前面所述的任何缺点，本发明的第一方面提供了一种利用等离子加工基体的等离子加工设备。该等离子加工设备包括加工腔体，其容纳要进行预定的等离子加工的基体，且可以被排放至减小的压力；微波发生器，其产生用于形成等离子体的微波；导波管，其将微波从微波发生器传输到加工腔体；导波管/同轴管转换器，其连接到导波管的一端；同轴管，其形成微波从导波管-同轴管转换器传输到加工腔体所要通过的线路，其中，同轴管的内部导体具有中空部分；和第一加工气体供应部分，其通过同轴管的内部导体的中空部分将加工气体提供给加工腔体。