[发明专利]微波等离子体处理装置

说明书

技术领域

本发明涉及利用使用微波生成的等离子体对半导体晶片、液晶用 基板、有机EL元件等被处理体进行等离子体处理的微波等离子体处理 装置。

背景技术

等离子体处理在半导体制造工序的蚀刻、薄膜成膜等处理(工艺) 中被广泛使用。近年来，从LSI的高集成化、高速化、省电力化的观 点出发，构成LSI的半导体的处理规则(process rule)(IC的线宽度) 越来越细微化。但是，在历来被较多使用的平行平板型或感应耦合型 的等离子体处理装置中，因为电子温度高，所以存在对基板造成损害 的问题。

进一步，半导体的晶片尺寸也在大口径化，随之要求对大口径的 半导体晶片不产生偏差地均匀地进行处理。

因此，近年来，使用能够以高密度使低电子温度的等离子体均匀 的RLSA(Radial Line Slot Antenna，径向线缝隙天线)的微波等离子 体处理装置被注目。该微波等离子体处理装置从平面状的微波天线向 处理容器内发射微波，利用微波的电场使处理容器内的气体电离，激 励等离子体，其中，该平面状的微波天线具有以发出均匀的微波的方 式排列的多个缝隙。根据微波等离子体处理装置，能够在天线正下方 的较宽区域实现高的等离子体密度，因此能够以较短时间进行均匀的 等离子体处理。而且，因为能够生成低电子温度的等离子体，所以还 具有能够减少对被处理基板的损害的优点。

如图1所示，在微波等离子体处理装置中，处理容器1的顶壁部 (顶部)的开口由电介质窗(介电体窗)2封闭。微波天线3被置于电 介质窗2上。传播经过由内侧波导管和外侧波导管构成的同轴波导管 的截面呈圆环形的同轴波导4后的微波，在发射方向上传播经过圆盘 形的电介质板6。在电介质板6内被压缩且谐振的微波，透过由导电材 料构成的缝隙板7的缝隙，经由电介质窗2发射到处理容器1内。

处理容器的电介质窗被暴露于处理容器内部的等离子体，因此在 电介质窗蓄积热。为了防止在电介质窗蓄积热，在专利文献1中，公 开有使微波天线紧贴电介质窗、通过设置在微波天线的冷却板将蓄积 在电介质窗的热吸取的等离子体处理装置。在专利文献1所记载的等 离子体处理装置中，微波天线的缝隙板与电介质窗的接触面，为了提 高接触面的传热性而维持在0.8～0.9atm(608～684Torr)的范围内的 压力。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-355550号公报(参照段落0023的作 用栏，段落0026、权利要求7)

发明内容

发明所要解决的问题

作为对微波的传播和发射施加影响的方式，能够列举缝隙板周边 的间隙。具体而言，能够列举(1)冷却板与电介质板之间的间隙、电 介质与缝隙板之间的间隙，(2)缝隙板与电介质窗之间的间隙。(1) 的间隙对电介质板内的微波的传播施加坏的影响。(2)的间隙使来自 缝隙板的微波发射率变化。当(1)和(2)的间隙随时间变动、在空 间上呈非对称等时，在微波电场分布中产生紊乱，等离子体密度变化。

在缝隙板的周围产生间隙的原理如下。如图2所示，缝隙板7的 中心部通过螺栓等与同轴波导管的内导体8结合，缝隙板7的外周通 过螺栓等与冷却板9结合。当从微波天线3向处理容器1射入微波时， 由于微波电流流过缝隙板7而产生焦耳热，因此缝隙板7被加热而热 膨胀。因为缝隙板7的外周被固定在冷却板9，所以缝隙板7弯曲，在 缝隙板与电介质板6之间产生间隙。此外，当处理容器1内产生等离 子体时，来自等离子体的热进入电介质窗2、电介质板6。通过随时间 变动的热的移动，电介质窗2和电介质板6的温度分布变化，使电介 质窗2和电介质板6发生翘曲等变形。进一步，处理容器1的内部为 真空，大气压从外侧施加于电介质窗2，因此，电介质窗2本来就弯曲。 其结果是，产生上述的(1)和(2)的间隙。

为了不产生间隙，需要以使冷却板9和电介质板6弯曲程度的较 强的力将它们压向电介质窗2。但是，为此需要提高天线按压部10的 刚性，即使使冷却板9和电介质板6弯曲，也成为偏离的配置方式。