[发明专利]等离子体处理方法和装置

说明书

本发明涉及等离子体处理方法和装置，尤其涉及适合下列情况的等离子体处理方法和装置；即利用微波来发生等离子体，对半导体晶片等被处理衬底进行腐蚀、成膜等处理。

已知的现有微波等离子体处理装置，如：EP-A-0674334号公报所述，其中采用空腔谐振器和缝隙天线，该天线的安装方向与流过空腔谐振器底部的表面电流相垂直。其结构是：利用该缝隙天线来放射与空腔谐振器内的微波方式相同的微波，生成等离子体。

并且，采用原有缝隙天线的装置有以下两种：一种如U.S.P4,776,918号专利说明书所示，把缝隙设置在空腔谐振器的一个部分上，使该缝隙位于等离子体发生室的对面；另一种如U.S.P.5,134,965号专利说明书所示，把缝隙设在同轴空腔谐振器基板的对面，通过第1缝隙板在等离子体室内设置第1空腔谐振室，通过第2缝隙板在第1空腔谐振室内设置第2空腔谐振室。

上述现有技术存在的问题是：没有考虑对多种方式的微波进行组合的等离子体控制方法，只能生成由单一方式微波所形成的等离子体，难于控制等离子体的均匀性。

但是，随着半导体集成电路集成度的提高，为提高生产效率，被称之谓晶片的被处理基板，其尺寸增大。下一代的集成电路必须在直径12英寸(约300mm)的巨大基板上形成许多半导体器件。因此，必须在这种巨大的基板上进行均匀成膜或腐蚀等处理。但是，上述现有技术没有充分考虑被处理基板直径的增大问题。

本发明的目的在于提供一种容易控制等离子体均匀性的等离子体处理方法和装置。并且还在于提供这样一种等离子体处理方法和装置，即在采用微波的等离子体处理时，即使晶片直径达到12英寸(约300mm)以上，也能在晶片半径方向上进行均匀的等离子体处理。

一种等离子体处理装置，其构成部分包括：

处理室，它与真空排气装置相连接，能使室内压力降低；

气体供应装置，用于向上述处理室内供应气体；以及

等离子体发生装置；利用从设置在空腔谐振器底部的缝隙天线上放射出来的微波使上述处理室内部产生等离子体。

为实现上述目的，本发明在上述结构的等离子体处理装置中，设置上述缝隙天线时，使该天线不平行于上述缝隙天线安装面上所流过的表面电流方向，并且与该表面电流方向也不形成直角，而是呈其他各种角度。并且，本发明是把TM₀₁方式的微波导入空腔谐振器内，在空腔谐振器内被激励成TM_omn方式(m、n为正整数)的微波，然后从下述缝隙天线上放射出微波，该缝隙天线被配置成圆环形状，既不是平行于，也不是垂直于空腔谐振器底部上流过的表面电流的方向。

也就是说，通过把TM₀₁方式的微波导入至空腔谐振器内，即可很容易地在空腔谐振器内激励出TM_omn方式(m、n为正整数)的微波。表面电流在该空腔谐振器的底面上呈放射状、即向径向流动。如果缝隙天线的配置状态呈圆环状，并且既不平行于也不垂直于表面电流方向，而是以一定角度与其相交，那么，就能从缝隙天线上放射出径向和圆周方向的微波电场。换言之，可以放射出TE_on方式和TM_om方式(m、n为正整数)相混合的微波。所以，通过选定缝隙天线和上述表面电流相交的角度，即可使TE_on方式和TM_om方式(m、n为正整数)的比达到最佳状态，因此，很容易控制生成的微波等离子体的均匀性。

图1是表示本发明的等离子体处理装置的一实施例，即有磁场微波干法腐蚀装置的纵断面(剖视)图。

图2是图1的II-II断面向视图。

图3是表示图1的缝隙天线形态的平面图。

图4是表示从图3所示的缝隙天线放射出来的微波电磁场的图。

图5是表示使图3的缝隙天线孔倾斜角度变化时的微波方式的透过率的图。

图6是表示在图1的装置中使由线圈所形成的磁场发生变化时的等离子体密度分布的图。

图7是表示图3缝隙天线形状的其他实施例的平面图。

图8是表示本发明的等离子体处理装置的第2实施例有磁场微波干法腐蚀装置的纵断面图。

图9是表示图8的装置中晶片对面的电极详细结构的纵断面图。

图10是表示图9的电极的其他实施例的纵断面图。

图11是表示本发明的等离子体处理装置的第3实施例的微波等离子体处理装置的纵断面图。