专利名称：微波等离子体处理装置及等离子体处理控制方法
技术领域：
本发明一般地涉及等离子体处理装置，特别是涉及通过由微波激发的等离子体进行等离子体处理的微波等离子体处理装置。
背景技术：
近年来，在等离子体处理装置中，微波等离子体处理装置受人关注。微波等离子体装置与平行平板型等离子体处理装置、ECR等离子体处理装置那样的等离子体处理装置相比，等离子体电位低，因此能够产生具有低电子温度和低离子辐射能的等离子体。
所以，若使用微波等离子体处理装置，可防止对实施等离子体处理的基片的金属污染或由离子辐射产生的损伤。此外，由于等离子体激发空间可从处理空间分离，因此可以不依赖在基片材料或基片上形成的图案来实施等离子体处理。
微波等离子体处理装置具有用于将由磁控管产生的如2.45GHz的微波导入处理室的缝隙天线(电极)。由磁控管产生的微波通过导波管和同轴管被供给到缝隙天线(电极)，再由缝隙天线导入处理室内。
微波的一部分在从同轴管向缝隙天线入射时在连接部分被反射而回到导波管。此外，若在缝隙天线的正下方产生等离子体，则微波被等离子体反射，通过同轴管回到导波管。因此，在导波管的途中设置匹配器(调谐器)，使被反射回来的微波再次回到缝隙天线。在磁控管和匹配器之间设置用于检测微波入射波的入射监测器，控制由该入射监测器检测的入射波恒定，从而来控制将恒定的微波导入等离子体激发气体中。由于匹配器具有通过计算求出处理室内的负载阻抗并使反射波返回的结构，因此，精度不怎么高，不能使反射波全部返回。所以，在入射监测器的上游一侧设置吸收反射波的滤波器，使反射波不返回到磁控管。
上述入、反射波监测器被设置在磁控管和匹配器之间，即从磁控管一侧来看在匹配器的上游。所以，通过该入射监测器，虽然能够监测无法被匹配器返回的反射波，但不能监测被等离子体反射的微波的功率。
这里，由于被等离子体反射的微波的量根据产生的等离子体的密度而变化，所以反射波的功率成为表示等离子体密度的指标。但是，在现有的微波等离子体处理装置中，无法监测由等离子体导致的微波的反射，不能根据产生的等离子体的密度来控制导入的微波。
此外，由磁控管产生的微波的频率有±2％左右的波动，产生的等离子体的密度根据微波频率的波动而变化。即，微波的频率波动是等离子体密度变化的主要原因之一。但是，在现有的微波等离子体处理装置中，不能监测实际供给到缝隙天线的微波的频率，从而无法实施对策防止由微波频率的波动引起的等离子体密度的变化。因此，在由等离子体密度的波动引起的反射波的变化中，包含了由微波频率波动导致的变化成分。
发明内容
鉴于以上问题，本发明目的是提供一种微波等离子体处理装置及等离子体处理控制方法，使得能够通过监测微波反射波来控制等离子体密度恒定。
为解决上述问题，在本发明中采取了下述各种方法。
本发明的微波等离子体处理装置，通过由微波产生的等离子体实施等离子体处理，其特征在于，具有产生微波的微波发生器、容纳被处理物用于实施等离子体处理的处理室、将所述微波发生器产生的微波导入所述处理室的导波管、监测被在所述处理室内产生的等离子体反射的反射波的功率的反射波监测装置。
本发明的其他微波等离子体处理装置，通过由微波产生的等离子体实施等离子体处理，其特征在于，具有产生微波的微波发生器、容纳被处理物用于实施等离子体处理的处理室、将所述微波发生器产生的微波导入所述处理室的导波管、检测由所述微波发生器产生的微波频率的频率监测装置。
本发明的其他微波等离子体处理装置，通过由微波产生的等离子体实施等离子体处理，其特征在于，具有产生微波的微波发生器、容纳被处理物用于实施等离子体处理的处理室、将所述微波发生器产生的微波导入所述处理室的导波管、监测被在所述处理室内产生的等离子体反射的反射波的功率的反射波监测装置、检测由所述微波发生器产生的微波频率的频率监测装置。
本发明的等离子体处理控制方法，使用由微波产生的等离子体来处理被处理物，其特征在于，将由微波发生器产生的微波通过导波管导入处理室，从而在所述处理室内产生等离子体；监测被在所述处理室内产生的等离子体反射的微波反射波的功率。
本发明的其他等离子体处理控制方法，使用由微波产生的等离子体来处理被处理物，其特征在于，将由微波发生器产生的微波通过导波管导入处理室，从而在所述处理室内产生等离子体；监测由所述微波发生器产生的微波的频率。
本发明的其他等离子体处理控制方法，使用由微波产生的等离子体来处理被处理物，其特征在于，将由微波发生器产生的微波通过导波管导入处理室，从而在所述处理室内产生等离子体；监测由所述微波发生器产生的微波的频率；监测被在所述处理室内产生的等离子体反射的微波反射波的功率。
根据所述本发明，检测被产生的等离子体反射的微波的功率。微波被等离子体反射的反射率依赖于等离子体密度。因此，通过监测反射波的功率，可以监测等离子体密度，能够控制以最佳等离子体密度进行等离子体处理。特别是通过根据反射波的功率控制向等离子体发生器供给的功率，从而可以维持等离子体密度恒定。
此外，通过监测由微波发生器产生的微波的频率，可监测由频率波动引起的等离子体密度的波动。特别是根据监测的频率控制向等离子体发生器供给的频率，从而，即使有频率波动，也可维持等离子体密度恒定。
而且，根据反射波的功率和微波的频率控制向等离子体发生器供给的功率，从而可更高精度地维持等离子体密度恒定。
图1是本发明的一个实施方式的微波等离子体处理装置的概略结构图。
图2是微波从磁控管到等离子体激发用空间的路线结构示意图。
图3是图1所示微波等离子体处理装置中同轴管与缝隙天线的连接部分的剖面放大图；图3 A是改进前连接部分的结构示意图；图3B是改进后连接部分的结构示意图。
图4是通过具有改进前的连接部分的同轴管供给微波时的反射系数和通过具有改进后的连接部分的同轴管供给微波时的反射系数的图表。
图5是通过计算改进了同轴管的连接部分时的反射特性求得的结果的图表。
具体实施例方式
下面，结合
本发明的实施方式。图1是本发明的一个实施方式的微波等离子体处理装置的概略结构图。
图1所示微波等离子体处理装置10由处理室12、设置在处理室12上部的缝隙天线14、设置在缝隙天线14下方的电介质隔板16、设置在电介质隔板16下方的等离子体激发气体用喷盘18、设置在等离子体激发气体用喷盘18下方的处理气体用喷盘20、设置在处理气体用喷盘20下方的载物台22、产生微波的磁控管(微波发生器)24构成。
由磁控管24产生的、例如2.45GHz的微波通过导波管26和同轴管28导向缝隙天线14。导向缝隙天线14的微波通过电介质隔板16和等离子体激发气体用喷盘18，导入等离子体激发用空间30。
在等离子体激发用空间30中，从等离子体激发气体用喷盘18供给如氩(Ar)或氪(Kr)等的等离子体激发气体，等离子体激发气体被微波激发产生等离子体。通过如格子状形成的处理气体用喷盘20的开口部分，向处理空间32供给在等离子体激发用空间30中产生的等离子体。
从处理气体用喷盘20向处理空间32供给规定的处理气体。在设置在处理空间32中的载物台22上，放置有作为被处理物的半导体晶片W，通过处理气体和等离子体对其实施规定的等离子体处理。等离子体处理最终产生的排出气体通过设置在处理室12底部的排气口12a被真空泵(图中未示出)排出。
接下来，参照图2，说明在微波等离子体处理装置10中进行的等离子体处理控制方法。图2是微波从磁控管24到等离子体激发用空间30的路线结构示意图。
由磁控管24产生的如2.45GHz的微波通过导波管26和同轴管28供给到缝隙天线14。供给到缝隙天线14的微波均匀地分散，再通过电介质隔板16及等离子体激发气体用喷盘18导入到等离子体激发用空间30。
在等离子体激发用空间30中，从等离子体激发气体用喷盘18供给如氩(Ar)或氪(Kr)等的等离子体激发气体。若向等离子体激发用气体中导入微波，则产生等离子体点火，等离子体在整个等离子体激发用空间30内产生。一旦产生等离子体，因为等离子体作为导体产生作用，所以微波在等离子体激发气体用喷盘18的表面附近被反射20％～30％。被反射的微波通过等离子体激发气体用喷盘18和电介质隔板16及缝隙天线14返回到导波管26。因此，被产生的等离子体反射的微波的量(强度)依赖于等离子密度。即，等离子体激发用空间30内的等离子体密度越高，反射系数越大；等离子体密度越低，反射系数越小。
为使反射波再次返回到缝隙天线14，在导波管26的中途设有匹配器34。此外，在匹配器34的磁控管24一侧设有入射监测器36，监测供给到缝隙天线14的微波，即入射波的功率。设有匹配器34及入射监测器36的结构同现有的微波等离子体处理装置相同。此外，没能被匹配器34返回的反射波被滤波器38吸收，不返回磁控管24。
这里，只在上述结构中，能够通过入射监测器36监测入射波，但却不能监测被产生的等离子体反射的微波。也就是说，在入射监测器36和缝隙天线14之间设置匹配器34，通过匹配器34使反射波的大部分返回到缝隙天线14。因此，由入射监测器36检测得到的反射波正是没能通过匹配器34返回的反射波。
因此，在本实施方式中，在导波管26的中途设置反射监测器40，监测被在等离子体激发用空间30产生的等离子体反射回来的反射波的功率。反射监测器40被设置在匹配器34的缝隙天线一侧。因此，由反射监测器40监测的反射波是被匹配器34返回之前的反射波，含有全部被产生的等离子体反射的反射波。
图3是微波等离子体处理装置10中同轴管28与缝隙天线14的连接部分的剖面放大图；图3A是改进前连接部分的结构示意图；图3B是改进后连接部分的结构示意图。在本实施方式中的微波等离子体处理装置中，通过在如图3B所示的同轴管34的连接部分中安装锥形，来抑制微波在传播路径中的反射。通过这样的结构，可使微波的反射系数稳定并将之抑制在较低的值。
图4是通过具有改进前的连接部分的同轴管28供给微波时的反射系数和通过具有改进后的连接部分(即在连接部分装有锥形的结构)的同轴管28供给微波时的反射系数的图表。在改进前，反射系数约为0.8，非常高，而且稳定性差，但改进后，除了微波的导入初期，大约都稳定在0.25这一较低的值。
若使用改进后的连接部分，则在微波的传播路径上的反射被尽量地抑制，反射波的大部分都是被产生的等离子体反射的。因此，通过使用改进后的连接部分向缝隙天线14供给微波，并且监测微波反射波的功率，可以高精度地监测等离子体密度的变化。
通过功率监测器42检测来自反射监测器40的输出，将其功率值供给到功率控制装置44。功率控制装置44根据来自反射监测器40的功率值，控制由磁控管24供给的微波的功率。也就是说，功率控制装置44将来自反射监测器40的功率值稳定地维持在规定的值，进而控制由磁控管24供给的功率。
这里，由功率监测器42检测的功率就是通过反射监测器40的反射波的功率，与被产生的等离子体反射回到导波管26的反射波大体一致。反射波也从等离子体以外的部分产生，但那样的反射波不依赖于等离子体的状态(等离子体密度)，是恒定值。即，若由反射监测器40监测的反射波的功率有变化，则可将其看作是等离子体密度变化的显示。
因此，在本实施方式中，向功率控制装置44供给由功率监测器42检测的反射波的功率值，根据产生的等离子体密度控制向磁控管24供给的功率，进而控制由磁控管24产生的微波的功率，由此，控制等离子体激发用空间30中的等离子体密度，使其恒定。在本实施方式中，由反射监测器40和功率监测器42构成反射监测装置，功率控制装置44根据来自该反射监测装置的输出，控制向磁控管24供给的功率。
因此，在本实施方式中的微波等离子体处理装置10中，可维持由微波产生的等离子体密度恒定，可防止由等离子体密度波动引起的等离子体处理的波动，可完成均匀的高质量的等离子体处理。此外，在由反射监测器监测的反射波产生大的波动时，将其看作是微波等离子体处理装置10中发生了什么异常的情况，可以向操作者发出警告，或者也可以自动中止装置的运转。
这里，所述入射监测器36主要是为了监测供给到缝隙天线的微波(入射波)的功率而设置的。即，在朝向缝隙天线14的方向通过的微波的功率，通过入射监测器36，由功率监测器46检测，以此来监测入射波的功率。因此，来自入射监测器36的输出是由磁控管24供给的微波的显示。
此外，除所述反射波功率监测器之外，在本实施方式中，还利用来自入射监测器36的输出，通过频率监测器48检测由磁控管24产生的微波的频率。若设计含有缝隙天线的微波路径，使其不产生反射波，则该设计依赖于沿路径传播的微波频率。
图5是通过计算如图3B所示那样改进了同轴管28的连接部分时的反射特性求得的结果的图表。而且，图5所示改进后的反射特性是设计在2.4GHz、使反射最小时的反射特性。如图5所示，改进后的反射率在设定的频率处最小，而在设定的频率(2.4GHz)左右则急剧上升。
一般由磁控管产生的微波的频率精度不太高，有±2％左右的波动。所以，若微波频率有波动，则微波路径的反射率产生很大变化，其结果是供给到缝隙天线14的微波的功率发生变化。这样，等离子体密度也产生变化。所以，为了根据反射波的功率推定等离子体密度，就需要精确地监测微波的频率，补偿由频率波动引起的反射波功率的波动。
所以，在本实施方式中，利用频率监测器48检测微波的频率，当检测的频率超出了规定的范围时，向操作者发出警报，或者中止装置的运转。此外，根据检测出的频率控制由磁控管24产生的微波的频率，使其为恒定值。
此外，如图2虚线所示，也可以向功率控制装置44供给由频率监测器48检测的频率，然后根据检测的频率控制向磁控管24供给的功率。
也就是说，因为若频率波动，则反射率变化，所以，通过预先实际测定或者计算来确定由频率变化引起的反射率的变化，为了补偿该反射率的变化，控制微波的功率，使等离子体激发用空间30内的等离子体密度不变化。这样，若产生一定程度上的频率波动，由于可通过控制微波功率来进行补偿，所以磁控管24不必要求高频率精度。
此外，当频率的波动超出规定的范围时，发出警报或者中止装置的运转，当其在规定的范围内时，控制由磁控管24供给的微波的功率，从而可以控制产生的等离子体密度恒定。即，当由磁控管24供给的微波的频率在较小的范围内，从而可以通过调整微波的功率来控制产生的等离子体密度恒定时，则控制由磁控管产生的微波的功率。另一方面，当由磁控管24供给的微波的频率产生大的变动时，判断为磁控管24发生了异常或只调整供给微波的功率不能维持产生的等离子体密度恒定，中止装置的运转。
如以上所述，在本实施方式中，由入射监测器36和功率监测器48构成频率监测装置，功率监测装置44根据该频率监测装置的输出，控制由磁控管24供给的微波的功率。
此外，功率控制装置44也可以根据所述反射监测装置的输出和频率监测装置的输出两方面控制由磁控管24供给的功率，这时，可以更高精度地控制等离子体密度。
工业可实用性如上所述，根据本发明，检测被产生的等离子体反射的微波的功率。微波被等离子体反射的反射率依赖于等离子体密度。因此，通过监测反射波的功率可以监测等离子体密度，能够控制以最佳等离子体密度进行等离子体处理。特别是，根据反射波的功率控制由等离子体发生器供给的微波的功率，从而可以维持等离子体密度恒定。
此外，通过监测由微波发生器产生的微波的频率，可以监测由频率波动引起的等离子体密度的波动。特别是，根据监测的频率来控制由等离子体发生器供给的功率，从而，即使有频率波动，也可以维持等离子体密度恒定。
而且，根据反射波的功率和微波的频率来控制由等离子体发生器供给的功率，从而可以更高精度地维持等离子体密度恒定。
权利要求
1.一种微波等离子体处理装置，通过由微波产生的等离子体进行等离子体处理，其特征在于，具有微波发生器，用于产生微波；处理室，容纳被处理物，用于实施等离子体处理；导波管，将所述微波发生器产生的微波导入所述处理室；以及反射波监测装置，监测被在所述处理室内产生的等离子体反射的反射波的功率。
2.如权利要求1所述的微波等离子体处理装置，其特征在于，所述反射波监测装置含有反射监测器，设置在所述导波管内；和功率监测器，检测通过该反射监测器监测的反射波的功率。
3.如权利要求2所述的微波等离子体处理装置，其特征在于，所述导波管具有匹配器，该匹配器用于将反射波返回到处理室一侧，所述反射监测器被设置在所述匹配器和所述处理室之间的所述导波管上。
4.如权利要求1所述的微波等离子体处理装置，其特征在于，还具有功率控制装置，该装置根据从所述反射波监测装置输出的反射波的功率，控制从所述微波发生器供给的功率。
5.一种微波等离子体处理装置，通过由微波产生的等离子体实施等离子体处理，其特征在于，具有微波发生器，用于产生微波；处理室，容纳被处理物，用于实施等离子体处理；导波管，将所述微波发生器产生的微波导入所述处理室；以及频率监测装置，检测由所述微波发生器产生的微波的频率。
6.如权利要求5所述的微波等离子体处理装置，其特征在于，所述频率监测装置含有入射监测器，监测从所述微波发生器供给的微波的功率；和频率监测器，检测来自该入射监测器的输出的频率。
7.如权利要求6所述的微波等离子体处理装置，其特征在于，所述导波管具有匹配器，该匹配器用于将反射波返回到处理室一侧，所述入射监测器被设置在所述匹配器和所述微波发生器之间的所述导波管上。
8.如权利要求5所述的微波等离子体处理装置，其特征在于，还具有功率控制装置，该装置根据由所述频率监测装置检测的频率，控制从所述微波发生器供给的功率。
9.一种微波等离子体处理装置，通过由微波产生的等离子体实施等离子体处理，其特征在于，具有微波发生器，用于产生微波；处理室，容纳被处理物，用于实施等离子体处理；导波管，将所述微波发生器产生的微波导入所述处理室；反射波监测装置，监测被在所述处理室内产生的等离子体反射的反射波的功率；以及频率监测装置，检测由所述微波发生器产生的微波的频率。
10.如权利要求9所述的微波等离子体处理装置，其特征在于，还具有功率控制装置，该装置根据从所述反射波监测装置输出的反射波的功率和由所述频率监测装置检测的频率，控制从所述微波发生器供给的功率。
11.一种等离子体处理控制方法，使用由微波产生的等离子体来处理被处理物，其特征在于，将由微波发生器产生的微波通过导波管导入处理室，从而在所述处理室内产生等离子体；监测被在所述处理室内产生的等离子体反射的微波反射波的功率。
12.如权利要求11所述的等离子体处理控制方法，其特征在于，根据所述反射波的功率，控制从所述微波发生器供给的功率。
13.一种等离子体处理控制方法，使用由微波产生的等离子体来处理被处理物，其特征在于，将由微波发生器产生的微波通过导波管导入处理室，从而在所述处理室内产生等离子体；监测由所述微波发生器产生的微波的频率。
14.如权利要求13所述的等离子体处理控制方法，其特征在于，根据所述微波的频率，控制从所述微波发生器供给的功率。
15.如权利要求13所述的等离子体处理控制方法，其特征在于，当所述微波的频率波动在规定的范围内时，根据所述微波的频率，控制从所述微波发生器供给的微波的功率；当所述微波的频率波动超出所述规定的范围时，中止所述被处理基片的处理。
16.一种等离子体处理控制方法，使用由微波产生的等离子体来处理被处理物，其特征在于，将由微波发生器产生的微波通过导波管导入处理室，从而在所述处理室内产生等离子体；监测由所述微波发生器产生的微波的频率；监测被在所述处理室内产生的等离子体反射的微波的反射波的功率。
17.如权利要求16所述的等离子体处理控制方法，其特征在于，根据所述反射波的功率和所述微波的频率，控制从所述微波发生器供给的功率。
18.如权利要求16所述的等离子体处理控制方法，其特征在于，当所述微波的频率波动在规定的范围内时，根据所述反射波的功率和所述微波的频率，控制从所述微波发生器供给的微波的功率；当所述微波的频率波动超出所述规定的范围时，中止所述被处理基片的处理。
全文摘要
通过等离子体处理装置中的导波管(26)向处理室中导入微波，产生等离子体。通过反射监测器(40)和功率监测器(42)监测被在处理室内产生的等离子体反射的反射波的功率。此外，通过入射监测器(36)和频率监测器(48)监测由磁控管(24)产生的微波的频率。根据监测的反射波功率和频率控制供给到磁控管的功率。通过这种方法来控制等离子体密度使其恒定。
文档编号H01L21/205GK1500370SQ0280732
公开日2004年5月26日 申请日期2002年3月28日 优先权日2001年3月28日
发明者大见忠弘, 平山昌树, 须川成利, 后藤哲也, 也, 利, 树 申请人:东京毅力科创株式会社, 大见忠弘