等离子体处理设备、等离子体处理方法、其中使用的介质窗口以及该介质窗口的制造方法

专利名称：等离子体处理设备、等离子体处理方法、其中使用的介质窗口以及该介质窗口的制造方法
技术领域：
本发明涉及等离子体处理设备、等离子体处理方法、其中使用的介质窗 口 、以及该介质窗口的制造方法。
背景技术：
用于电离杂质并在低的能量将杂质引入固体的等离子体掺杂方法为用于将杂质引入固体样品的表面层的已知技术(见例如专利文献1)。图15示出在上述专利文献l中披露的，用于作为传统杂质引入方法的等离子体掺杂方法的等离子体处理设备的一般配置。如图15所示，样品电极6置于真空 容器1内部，该样品电极6将安装有样品9,样品9为硅晶片。用于将包含 期望元素的掺杂材料气体例如B2H6气体的气体供应到真空容器1内的供应 设备2以及用于降低真空容器1内的压力的泵3被设置，由此真空容器l内 的压力可以保持在预定值。微波波导51辐射微波穿过作为介质窗口的石英 板52进入真空容器1。该微波与由电磁体53形成的直流磁场之间的交互作 用在真空容器l内产生具有磁场的微波等离子体(电子回旋共振等离子体) 54。高频电源10通过电容器55连接到样品电极6，由此样品电极5的电势 可以被控制。从气体供应设备2供应的气体通过气体排出口 56被引入真空 容器1，并通过排气孔11被排放到泵3。在上述配置的等离子体处理设备中，已经通过气体引入孔56被引入的 摻杂材料气体例如B2H6被由微波波导51和电磁体53组成的等离子体发生 装置转换成等离子体54,且等离子体54内的硼离子通过高频电源IO被引到 样品9的表面上。在金属布线层形成样品9上之后，其中杂质已经按上述方式被引入样品 9,薄氧化物膜在预定氧化气氛下形成于金属布线层上。随后，栅极电极通 过CVD设备等形成于样品9上，由此形成例如MOS晶体管。气体供应方法对于等离子体掺杂的面内分布控制是重要的。气体供应方法对于其他类型等离子体处理的面内分布控制也是重要的。在这方面已经进 行了各种改进。在一般等离子体处理设备的领域中，感应耦合等离子体处理设备已经被 发展，其中多个气体排出口设置为与样品相对(见例如专利文献2)。图16示出在上述专利文献2中披露的传统干法蚀刻设备的一般配置。如图16所 示，真空处理室1的上壁是通过在介质第二顶板61上层铺介质第一顶板7 而形成。多个线圈8置于上第一顶板7上并连接到高频电源5。处理气体从 气体引入路径13被供应朝向第一顶板7。气体主要路径14是由一个或多个 腔体形成，该腔体具有一个定心孔作为穿通点以与气体引入路径13连通。 气体排出口 42形成于第一顶板7内以到达气体主要路径14以及第一顶板7 底面。另一方面，气体排出通孔63在与气体排出口 62相同的位置形成于下 第二顶板61内。真空室1可以沿排气路径64被抽空。基板台6置于真空室 1底部上，且作为处理对象的基板9固持在基板台6上。采用上述配置，当基板9被处理时，基板9安装在基板台6上且抽真空 沿着排气路径64被执行。在抽真空之后，用于等离子体处理的处理气体沿 气体引入路径13被引入。该处理气体通过形成于第一顶板7内的气体主要 路径14在第一顶板7内均匀展开，通过气体排出口 62均匀地到达第一顶板 7和第二顶板61之间的界面，穿过形成于第二顶板61内的气体排出通孔63, 且被引到基板9从而在基板9均匀分布。高频功率由高频电源5应用于线圈 8,且真空处理室1内的气体被从线圈8发射到真空处理室1内的电磁波激 励，由此等离子体产生于顶板7和41下，且安装于置于真空处理室1内的 基板台6上基板9被该等离子体处理。平行板电容耦合等离子体处理设备也已经被发明，其按照下述方式配 置排出朝向样品中心部的气体的流速可以与排出朝向样品外围部分的气体 的流速独立地被控制(见例如专利文献3)。图17示出在上述专利文献3中 披露的传统干法蚀刻设备的一般配置。如图17所示，也用做气体供应构件 的顶电极128是由下述组成的一体主体矩形框架129，其对应于待处理基 板114;喷淋板130,其关闭框架129的底部开口，且许多气体排出口 131 近似均匀地形成贯穿喷淋板130;以及环形隔离壁132,其将框架129和喷 淋板130闭合的空间划分为两个(即，内部和外部)区域。顶电极128和真 空室101顶板之间的内空间被隔离壁132划分为中心气体空间133和外围气体空间134。中心气体空间133在中心设有单个气体引入构件137用于供应反应气体 G。外围气体空间134设有两个气体引入构件138和139用于供应反应气体 G，位于关于气体引入构件137对称的侧位置。每个气体供应系统106是由 主阀108、质量流量控制器(流速调节器)109和次阀110组成，这些气体 供应系统106被导管连接(pipe connected)到相应的气体引入构件137-139, 由此反应气体G从气体供应源107被供应到每个气体引入构件137-139。另一方面，本发明人已经提出了一种感应耦合等离子体处理设备，其中 通过将两个介质板结合在一起而形成一个介质窗口 (专利文献4)。图18示 出传统干法蚀刻设备的一般配置。如图18所示，气体引入路径是由第一气 体引入通道220和第二气体引入通道230组成，第一气体引入通道220是形 成于第一介质板200内且直径例如为4mm的中空通道，并用于将介质板160a 外部的气体引到接近其中心，该第二气体引入通道230是形成于第二介质板 210内且直径例如为4mm的中空通道，并用于将被引到接近介质板160a中 心的气体引到气体排出口 240。如图18 (c)所示，该图为介质板160a的剖 面图(沿图18 (b)的线A-A，截取)，每个气体排出口 240的开口部渐缩使 得直径朝开口方向增大，其最大直径、最小直径、高度分别为8mm、 0.5mm、 5mm。专利文献1:美国专利No.4,912,065 专利文献2: JP-A-2001-15493 专利文献3: JP-A-2000-294538 专利文献4: JP-A-2005-209885发明内容本发明解决的问题然而，传统方法(专利文献1所披露的等离子体处理设备)存在的问题 为，杂质的引入数量(剂量)的样品表面均匀性低。由于气体排出口 56按 定向方式布置，在靠近气体排出口 56的部分的剂量高，在远离气体排出口 56的部分剂量低。鉴于上述问题，通过使用专利文献2所披露的等离子体处理设备来尝试 等离子体掺杂。然而，在基板中心部的剂量高，在其外围部分的剂量低；也就是说，剂量均勾性低。在专利文献3披露的等离子体处理设备中，均匀性提高，因为中心部内 包含杂质的气体的含量和外围部内包含杂质的气体的含量可以相互独立地 被控制。然而，由于使用平行板电容耦合等离子体，仍存在处理速度未达到 实用水平的问题。在图18所示的专利文献4的等离子体处理设备中，其中通过将两个介 质板结合在一起而形成单一介质窗口，形成于该两个介质板内的槽相互交叠，从而相互连通以形成单一槽。由于所有气体排出口 240与一体化槽连通， 因此难以获得足够的均匀性水平，这基本上与专利文献2披露的等离子体处 理设备的情形相同。由于一体化槽是通过两个介质板的槽相互交叠而形成， 因此难以控制通道的传导率(conductance),因为该传导率由于仅仅小的位 置偏差而变化。鉴于上述情形进行了本发明，且因此本发明的目的是提供一种等离子体 处理设备，其能够执行被S1入样品表面层的杂质的浓度的均匀性高的等离子 体掺杂以及处理的面内均匀性高的等离子体处理；其中所使用的介质窗口 ； 以及该介质窗口的制造方法。解决问题的手段为了达成上述目的，本发明提供了一种等离子体处理设备，包括真空 容器；样品电极，置于该真空容器内部且将安装有样品；气体供应设备，用 于供应气体到该真空容器内部；多个气体排出口，形成于与该样品电极相对 的介质窗口内；排气设备，用于对该真空容器排气；压力控制装置，用于控 制该真空容器内的压力；以及电磁耦合装置，用于在该真空容器内部产生电 磁场，其特征在于，该介质窗口是由多个介质板组成，槽形成于至少两个面 对的介质板的至少一个表面内，气体通道是由该槽以及与该槽相对的平坦表 面形成，以及形成于最靠近该样品电极的介质板内的气体排出口与该介质窗 口内的该槽连通。这种配置可以提供一种等离子体处理设备，其能够执行被引入样品表面 层的杂质的浓度的均匀性高的等离子体掺杂以及处理的面内均匀性高的等置，形成于最靠近样品电极的介质板内的气体排出口与介质窗口内的槽连 通，从气体供应部到气体排出口的槽的气体通道的传导率设为相同，以及由电磁耦合装置产生的气体等离子体被引到样品且等离子体处理在样品表面 上执行。术语"介质板"是指由介质制成的板状主体。本发明包括一种等离子体处理设备，其基于上述等离子体处理设备且其 中槽形成不相互连通的多个通道系统。这种配置使得可以独立地控制相应通道系统的气体供应速率。本发明包括一种等离子体处理设备，其基于上述等离子体处理设备且其 中每个通道系统是由使该槽不相互连通的多个气体通道组成。这种配置使得可以独立地控制相应通道系统的气体供应速率同时控制 每个气体通道的传导率。本发明包括一种等离子体处理设备，其基于上述等离子体处理设备且其 中通道系统形成为使得从该气体供应部到该气体排出口的该槽的气体通道 的传导率可以被相互独立地控制。采用这种配置，由于相应气体通道的传导率可以被相互独立地控制，从体分布因此可以容易地获得。该气体供应速率无需总是被控制为均匀的。通 过控制气体供应速率从而4氐消等离子体产生的电荷的变化，由此可以获得均 匀的等离子体分布。本发明包括一种等离子体处理设备，其基于上述等离子体处理设备且其 中该通道系统形成为使得从该气体供应部到该气体排出口的该槽的气体通 道的传导率可以被相互独立地控制，且从该通道系统排出的气体在该样品的 表面上具有近似均匀的分布。这种配置可以在样品表面上产生均匀的气体供应速率分布，因此可以实 现均匀的等离子体处理。本发明包括一种等离子体处理设备，其基于上述等离子体处理设备且其 中该通道系统的气体排出口布置成位于同心圓上。这种配置可以使该气体排出口的气体供应速率在该样品表面内是均匀的。本发明包括一种等离子体处理设备，其基于上述等离子体处理设备且其 中该气体排出口与布置成同心圆的第 一和第二通道系统连通，该第 一通道系 统具有位于该同心圆上该气体排出口的内部的气体供应部，且该第二通道系 统具有位于该同心圆上该气体排出口的外部的气体供应部。在这种配置中，位于内部的该第一通道系统具有位于其中心侧上的气体 供应部，且位于外部的该第二通道系统具有位于外部的气体供应部。因此， 通过具有位于同心圆上的气体排出口的该两个通道系统，可以实现均匀的气 体供应。本发明包括一种等离子体处理设备，其基于上述等离子体处理设备且其 中从气体供应部到该气体排出口的该槽的气体通道的传导率设为相同。 这种配置可以实现从该气体排出口的均匀的气体供应。本发明包括一种等离子体处理设备，其基于上述等离子体处理设备且其 中该槽仅形成于该第 一和第二介质板之一 内，该第 一和第二介质板中的另一 介质板具有平坦表面，且该通道是通过将该第一和第二介质板结合在一起而 形成。采用这种配置，每个通道的传导率不被该结合的微小位置偏差所改变。 因此，可以提供一种可以容易地执行均匀的气体供应的等离子体处理方法。本发明包括一种等离子体处理设备，其基于上述等离子体处理设备，且 其中该第 一通道系统具有从该介质板的中心放射状延伸的多个放射状槽部 以及呈圓弧形状且与该放射状槽部连通的第 一 圓形槽部，且气体排出口形成 为与该第 一 圓形槽部连通；以及其中该气体供应部在该介质板的中心与该放射状槽部连通。这种配置可以实现均匀性甚至更高的气体供应。本发明包括一种等离子体处理设备，其基于上述等离子体处理设备，且 其中该第二通道系统具有呈圆弧形状且形成于该第 一 圆弧槽部的外部的第 二圓弧槽部以及从该第二圓弧槽部向外延伸的外槽，且该气体供应部与该外 槽连通。这种配置可以使得每个该第一和第二通道系统的传导率变得均匀，且因 此可以产生高度精确和高度可靠的气体分布。在根据本发明的上述等离子体处理设备中，优选地，期望该电磁耦合装 置为线圈。备选地，该电磁耦合装置可以是天线。这种配置可以实现高的处理速度。上述等离子体处理设备在等离子体掺杂方面尤为有效。 在上述等离子体处理设备中，优选地，期望独立的气体供应设备连接到 相应槽。备选地，用于改变气体通道之间的传导率比值的控制阀可被设置，该气体通道允许该气体供应设备连通相应槽。这种配置可以提供一种等离子体处理设备，其能够执行被引入样品表面 层的杂质的浓度的均匀性甚至更高的等离子体掺杂以及处理的面内均匀性 甚至更高的等离子体处理。在上述等离子体处理设备中，优选地，期望允许该气体供应设备与每个 槽连通的气体通道的部分为贯穿用于支持该介质窗口的外围窗口框架的孔 和贯穿一个或多个介质板的孔。这种配置使得诸如泄漏的问题的可能性降低。优选地，期望当每个槽划分为其中将该槽连接到该气体排出口的通孔近似等间距布置的部分a以及其中没有布置用于将该槽连接到该气体排出口的 通孔的部分b时，该槽和气体供应设备的连接部通过作为部分b的多个路径 与部分a连通，该多个路径具有近似相同的长度。更优选地，期望部分a和 b的连接部相对于部分a几乎完全平衡地布置。这种配置可以提供一种等离子体处理设备，其能够执行被引入样品表面 层的杂质的浓度的均匀性甚至更高的等离子体掺杂以及处理的面内均匀性 甚至更高的等离子体处理。优选地，期望与形成于特定介质板的一个表面内的槽连通的通孔位于与 该介质窗口的中心具有近似相同距离的位置。这种配置可以提供一种等离子体处理设备，其能够执行被引入样品表面 层的杂质的浓度的均匀性甚至更高的等离子体掺杂以及处理的面内均匀性 甚至更高的等离子体处理。优选地，期望该介质板是由石英玻璃制成。这种配置可以实现一种机械强度高且可以防止不需要的杂质的混合的 介质窗口。优选地，期望该介质窗口由两个介质板组成；以及当该两个介质板按照 与该样品电极的距离的升序称为介质板A和B时，第一槽形成于位于与该 样品电极的对立侧上的介质板A的表面内，且第二槽形成于与该样品电极相 对的介质板B的表面内。更优选地，期望该第一槽通过形成于介质板A内 的通孔与部分气体排出口连通，以及该第二槽通过形成于介质板A内的通孔 与其余气体排出口连通。这种配置使得可以容易地低成本地构造该介质窗口 。一种备选的配置为，该介质窗口是由两个介质板组成；以及当该两个介质板按照与该样品电极的距离的升序称为介质板A和B时，第一槽和第二槽形成于位于与该样品电极的对立侧上或者与该样品电极相对的介质板A 的表面内。这种情况下，期望该第一槽和第二槽通过形成于介质板A内的通 孔与该气体排出口连通。这种配置使得可以容易地低成本地构造该介质窗口 。另一种备选的配置为，该介质窗口是由三个介质板组成；以及当该三个 介质板按照与该样品电极的距离的升序称为介质板A、 B和C时，第一槽形 成于位于与该样品电极的对立侧上的介质板A的表面内，第二槽形成于与该 样品电极相对的介质板B的表面内，第三槽形成于位于与该样品电极的对立 侧上的^h质板B的表面内，且第四槽形成于与该样品电极相对的介质板C 的表面内。这种情况下，期望该第一槽和第二槽通过形成于介质板A内的通 孔与部分气体排出口连通，以及该第三槽和第四槽通过形成于介质板A和B 内的通孔与其余气体排出口连通。这种配置使得可以容易地低成本地构造该介质窗口 。再一种备选的配置为，该介质窗口是由三个介质板组成；以及当该三个 介质板按照与该样品电极的距离的升序称为介质板A、 B和C时，第一槽和 第二槽形成于位于与该样品电极的对立侧上的介质板A的表面内或者与该 样品电极相对的介质板B的表面内，且第三槽和第四槽形成于位于与该样品 电极的对立侧上的介质板B的表面内或者与该样品电极相对的介质板C的 表面内。这种情况下，期望该第一槽和第二槽通过形成于介质板A内的通孔 与部分气体排出口连通，以及该第三槽和第四槽通过形成于介质板A和B 内的通孔与其余气体排出口连通。这种配置使得可以容易地低成本地构造该介质窗口 。上迷等离子体处理设备可以为，该第一通道系统具有多个从该介质板的 中心放射状延伸的第 一放射状槽部以及从每个该第 一放射状槽部的外端放 射状延伸从而与该第一放射状槽部连通的第二放射状槽部，且气体排出口形 成为与该第二放射状槽部的末端连通；以及该气体供应部在该介质板的中心 与该第一放射状槽部连通。这种配置使得可以形成传导率是恒定的且不趋于相互干涉的通道。该第 一和第二通道系统的任一个可具有采用上述结构的放射状槽部。本发明还提供了 一种用于处理待处理基板的等离子体处理方法，通过操 作与样品电极相对的电磁耦合装置来产生包含杂质离子的气体等离子体，其 中该样品电极置于真空容器内部且安装有待处理基板，同时将包含杂质的气 体按预定速率和预定浓度供应到该真空容器内部并将该真空容器内的压力 控制为预定值，其特征在于，赋予被供应到待处理基板的表面的包含杂质的 气体的浓度或供应速率一分布。基于上述等离子体处理方法的本发明等离子体处理方法的特征在于，待不同分布。基于上述等离子体处理方法的本发明等离子体处理方法的特征在于，气 体浓度分布是这样的，该浓度在距待处理基板的中心一预定距离的区域具有 峰值。基于上述等离子体处理方法的本发明等离子体处理方法的特征在于，使 用该气体等离子体形成杂质区，该杂质具有从待处理基板的表面测量的20nm或小于20nm的深度。本发明还提供一种通过层叠至少两个介质板而形成的介质窗口 ，其特征 在于，槽形成于至少两个介质板的至少一个表面内，且形成于介质板的表面 内的气体排出口与该介质窗口内的该槽连通，该介质板的表面为该介质窗口 的一个表面。这种配置可以提供一种等离子体处理设备，其能够执行被引入样品表面 层的杂质的浓度的均匀性高的等离子体掺杂以及处理的面内均匀性高的等 离子体处理。在根据本发明的介质窗口内，期望该介质板是由石英玻璃制成。 这种配置可以实现 一 种机械强度高且可以防止不需要的杂质的混合的 介质窗口。本发明提供了一种介质窗口的制造方法，其特征在于包括步骤在介质 板内形成通孔；在介质板内形成槽；以及将形成了该通孔的该介质板和形成 了该槽的该介质板置于真空中并加热，同时使介质板的至少一个表面相互接 触，且由此将接触表面结合在一起。这种构造可以低成本地容易实现一种机械强度高的介质窗口 。 本发明提供了另一介质窗口的制造方法，其特征在于包括步骤在介质板内形成通孔和槽；以及将形成了该通孔和槽的该介质板和另 一介质板置于真空中并加热，同时使介质板的至少一个表面相互接触，且由此将接触表面 结合在一起。这种构造可以低成本地容易实现一种机械强度高的介质窗口 。


图1为示出用于本发明第一实施例的等离子体掺杂室的配置的剖面图。图2为示出本发明第一实施例的介质窗口的结构的剖面图。图3为示出本发明第一实施例的介质板的结构的平面图。图4为示出本发明第二实施例的介质窗口的结构的剖面图。图5为示出本发明第二实施例的介质板的结构的平面图。图6为示出本发明第三实施例的介质窗口的结构的剖面图。图7为示出本发明第三实施例的介质板的结构的平面图。图8为示出本发明第四实施例的介质窗口的结构的剖面图。图9为示出本发明第四实施例的介质板的结构的平面图。图10为示出本发明第五实施例的介质窗口的结构的剖面图。图11为示出本发明第五实施例的介质板的结构的平面图。图12为示出本发明另一实施例的等离子体掺杂室的配置的剖面图。图13为示出本发明第六实施例的介质窗口的结构的剖面图。图14为示出本发明第九实施例的介质板的结构的平面图。图15为示出传统等离子体掺杂设备的配置的剖面图。图16为示出传统干法蚀刻设备的配置的剖面图。图17为示出另 一传统干法蚀刻设备的配置的剖面图。图18为示出传统介质窗口的结构的透视图和剖面图。符号说明1:真空容器2:气体供应设备3.涡轮分子泵4:压力调节阀5:等离子体源用高频电源6:样品电^L7:介质窗口8:线圈9:晶片10样品电极用高频电源11排气孔12支柱13导管14槽15气体排出口16气体供应设备17导管18槽19气体排出口20通孔21通孔具体实施方式
下面参考附图描述本发明的实施例。 实施例1下面参考图1至3描述本发明的第一实施例。图1为用于本发明第一实施例的等离子体处理设备的剖面图。该等离子 体处理设备包括用于使来自气体排出口的气体的供应是均匀的装置，且其特 征如下。槽14和槽18分别划分为槽部14a和槽部18a (槽部(a))，其中 将槽14或18连接到气体排出口 15或19的通孔22近似等间距地布置；以 及槽部14b和槽部18b(槽部(b))，其中没有布置有用于将槽14或18连接 到气体排出口 15或19的通孔。随后，槽14或18与气体供应设备2的连接 部通过具有近似相同长度的多个路径(槽部(b))与该槽部14a或18a (槽 部(a))连通，且槽部(a)和(b)的连接部相对于槽部(a)几乎完全平 衡地布置。参考图1，预定气体从气体供应设备2被引入真空容器1，同时通过作 为排气设备的涡轮分子泵3排气。真空容器l内的压力可通过作为压力控制装置的压力调节阀4保持在预定值。13.56MHz的高频功率从高频电源5供 应到置为靠近与样品电极6对立的介质窗口 7的线圈8，由此感应耦合等离 子体可以产生于真空容器l内。作为样品的硅晶片9安装在样品电极6上。 用于供应高频功率到样品电极6的高频电源IO被设置作为用于控制样品电 极6的电势的电压源，使得作为样品的晶片9相对于该等离子体被赋予负电 势。采用上述布置和设置，等离子体内的离子加速朝向并碰撞样品的表面， 样品的表面层由此可以被处理。通过使用包含乙硼烷或磷化氬的气体可以执 行等离子体掺杂。从气体供应设备2供应的气体通过排气孔11被排放到泵3 。 涡轮分子泵3和排气孔11置于样品电极6正下方，且压力调节阀4为置于 样品电极6正下方和涡轮分子泵3正上方的升降阀。样品电极6#1四个支持 支柱12固定到真空容器1。在执行等离子体掺杂时，包含杂质材料气体的气体的流速被流速控制器 (质量流量控制器)控制在预定值，该流速控制器设置在气体供应设备2内。 一般而言，使用氦气稀释杂质材料气体而得到的气体，例如使用氦气将乙硼 烷(B2HJ稀释到0.5%而得到的气体，被用做杂质材料气体。杂质材料气 体的流速被第 一质量流量控制器控制，且氦气的流速被第二质量流量控制器 控制。流速由第一和第二质量流量控制器控制的气体在气体供应设备2内相 互混合。混合气体通过导管(气体引入路径)13被导引到作为气体主要路径 的槽14内，且随后通过与槽14 (气体主要路径)连通的多个孔经由气体排 出口 15被导引到真空容器1内。该多个气体排出口 15形成为将气体从与样 品电极6对立的表面排出朝向样品9。导管13和槽14通过位于介质窗口和 导管13之间的通孔20而相互连通。也就是说，允许气体供应设备2与槽14 连通的气体通道的一部分是由下述形成贯穿真空容器l顶部的孔，真空容 器l也用做窗口框架，该窗口框架的外围部分支持介质窗口 7;以及贯穿介 质板的孔(后述)。采用这种配置，真空容器设有连接凸缘(即，连接凸缘 与介质窗口 7接触的结构被避免)，这使得诸如泄漏的问题的可能性降低。流量由另一质量流量控制器控制的混合气体通过导管(气体引入路径) 17被导引到作为气体主要路径的槽18,且随后通过与槽18连通的多个孔经 过气体排出口 19被导引到真空容器1内。该多个气体排出口 19形成为从与 样品电极6相对的表面将气体排出朝向样品9。导管17和槽18通过通孔21 相互连通，该通孔21位于介质窗口和导管17之间。也就是说，允许气体供应设备16与槽18连通的部分气体通道是由贯穿真空容器1顶部的孔以及贯 穿介质板的孔(后述)形成，其中该真空容器1也用做窗口框架，该窗口框架的外围部分支持介质窗口 7。自然地，通过其外围部分来支持介质窗口 7 的该窗口框架可以是与真空容器1分离的元件。图2示出介质窗口 7的详细剖面图。从该图显见，介质窗口7是由两个 介质板7A和7B组成。槽14和18分别为第一和第二通道系统的气体通道， 其相互独立地形成于介质板的单一表面内。形成于最靠近样品电极6的介质 板7A内的气体排出口 15和19与介质窗口 7内的槽连通。上述结构实现了这样的状态，气体供应设备相互独立地连接到相应槽， 且由此使得可以非常精确地执行气体排出控制。图3 (a)至3 (c)为构成介质窗口 7的介质板7A和7B的沿图2中相 应线A-1、 A-2和B-1截取的平面图。如图3 (a)所示，该图为在位置A-1 截取的剖面图，将槽连接到气体排出口的通孔22以及允许槽与窗口框架连 通的通孔23形成于介质板7A的下层(位于样品电极侧上)。如图3(b)所示，该图在位置A-2截取的剖面图，(第一槽)14a和14b 形成于介质板7A的上层(位于与样品电极的对立侧上)。如图3 (a)所示， 该图为在位置A-l截取的剖面图，将槽连接到气体排出口 15的通孔22形成 于槽14a的正下方。也就是说，槽14a是将槽14连接到气体排出口 15的通 孔22近似等间距地布置的部分。槽14b是没有布置用于将槽14连接到气体 排出口 15的通孔的部分。从图3A-2显见，气体供应设备2和槽14的连接 部通过两个路径(槽14b)与槽14a连通，该两个路径具有近似相同的长度。 也就是说，从允许窗口框架与槽14连通的槽14和通孔23的连接部到槽14a 和14b的连接部24的两个路径具有近似相同的长度。此外，槽14a和14b的连接部24相对于槽14a几乎完全平衡地布置， 这对于抑制当供应气体时供应到相应通孔22的气体的流速变化是有效的。 尽管在本实施例中气体供应设备2和槽14的连接部通过两个路径(槽14b) 与槽14a连通，不过前者可以通过三个或更多路径与后者连通。再进一步， 将槽18连接到气体排出口 19的通孔22布置在比槽14a更靠近介质板7A中 心的位置。这些通孔22布置在与介质窗口 7中心的距离近似相同的位置。如图3(c)所示，该图为在位置B-1截取的剖面图，(第二)槽18a和 18b形成于介质板B的下层(位于样品电极侧上)。如图3 (b)所示，该图为在位置A-2截取的剖面图，将槽连接到气体排出口 19的通孔22形成于槽 18a的正下方。也就是说，槽18a是将槽18连接到气体排出口 19的通孔22 近似等间距地布置的部分。槽18b是没有布置用于将槽18连接到气体排出 口 19的通孔的部分。从图3 (c)显见，该图为在位置B-l截取的剖面图，气体供应设备16 和槽18的连^^部通过四个^^径(槽18b)与槽18a连通，该四个路径具有近 似相同的长度。也就是说，从允许窗口框架与槽18连通的槽18和通孔23 的连接部到槽18a和18b的连接部25的该四个^各径具有近似相同的长度。此外，槽18a和18b的连接部25相对于槽18a几乎完全平衡地布置， 这对于抑制当供应气体时供应到相应通孔22的气体的流速变化是有效的。 尽管在本实施例中气体供应设备2和槽18的连接部通过四个路径(槽18b) 与槽18a连通，不过前者可以通过任意数目(大于或等于2)路径与后者连 通。从图3 (b)和3 (c)显见，这些图分别为在位置A-2和B-l截取的剖 面图，槽14b形成于槽14a外部，且槽18b形成于槽18a内部。按此方式将 槽形成于介质板A和B的结合面内从而不相互干涉，这使得可以独立地控 制气体从气体排出口 15和气体排出口 19净皮供应的速率。每个介质板7A和7B是由石英玻璃制成。使用石英玻璃可以防止不需 要的杂质的混合，因为高质量石英玻璃可以容易地生产且作为其构成元素的 硅和氧几乎不会成为半导体装置的污染源。再者，使用石英玻璃使得可以实 现具有高机械强度的介质窗口 。接下来描述上述介质窗口 7的制造工艺。首先，在介质板7A的一个表 面内形成槽14，且也形成通孔22和23。而且槽18形成于介质板7B的一个 表面内。随后，其中形成了通孔的介质板7A和其中形成了槽的介质板7B 置于真空中并加热至约IOO(TC,同时，其中已经形成通孔的介质板7A的形 成了槽14的表面和形成了槽18的介质板7B的表面相互接触。接触表面因 此可以相互结合。如此生产的介质窗口 7机械强度高，且结合表面在普通等 离子体工艺中不相互剥离。在上述等离子体处理设备中，样品电极6的温度保持在25。C, He稀释 的BsH6气体和He气体通过气体排出口 15分别以5sccm和100sccm,并通 过气体排出口 19分别以lsccm和20sccm被供应到真空容器1内部，真空容器1内的压力保持在0.7Pa,且1400W的高频功率应用于线圈8,由此等离 子体产生于真空容器l。此外，150W的高频功率供应到样品电极6，由此等 离子体内的硼离子被导致与晶片9的表面碰撞且硼成功地引入晶片9的表面 层。引入晶片9表面层内的硼的浓度(剂量)面内均匀性良好到±0.65%。为了比较，在下述情况下执行处理，He稀释的B2H6气体和He气体通 过气体排出口 15和气体排出口 19以相同的流速被供应(He稀释的B2H6气 体6sccm; He气体120sccm)。越靠近晶片9中心时，剂量增大，且剂量 的面内均匀性为±2.2%。独立地控制靠近晶片中心的部分的流速和远离中心的部分的流速对于 保证处理的高均匀性是非常重要的，这一事实在等离子体掺杂中尤为显著。 对于干法蚀刻的情形，仅需要非常少量的自由基来激励离子辅助反应。具体 而言，对于使用诸如感应耦合等离子体源的高密度等离子体源的情形，蚀刻 速率分布的均匀性由于气体排出口的布置方式而降低是罕见的。对于等离子 体CVD的情形，在基板被加热时薄膜沉积在基板上。因此，只要基板温度 均匀，沉积速率分布的均匀性由于气体排出口的布置方式而大幅降低是罕见 的。在本实施例中，从靠近介质窗口 7中心的气体排出口 19引入的气体内 B2H6的浓度设置为等于从远离介质窗口 7中心的气体排出口 15引入的气体 内B2H6的浓度。然而，在具有上述配置的设备中，这两种82116浓度可以相 互独立地控制。也就是说，供应到待处理基板表面的包含杂质的气体的气体浓度或气体 供应速率可具有特定分布。例如，该气体浓度或气体供应速率的分布可以是，板的外部区域的气体的浓度或供应速率。期望上述气体浓度设置为这样的分布，即，峰值浓度位于与距待处理基 板的中心一预定距离的区域。这种情况下，由于气体浮皮供应以具有这样的浓 度分布，其中峰值浓度位于不采取该措施时浓度低的区域内，因此可以在所 处理的基板的表面内获得均匀的浓度分布。本发明对于下述情形尤为有效，其中杂质区域形成于距待处理基板的表 面的深度小于或等于20nm的层内。附带地，在绝缘膜的干法蚀刻中会出现的问题为，由于碳-氟化物基薄膜沉积在真空容器的内表面上而引起蚀刻特性改变。然而，沉积膜的影响相 对小，因为被引入真空容器内的混合气体中碳-氟化物基气体的浓度低到百 分之几。另一方面，在等离子体掺杂中，沉积膜的影响相对大，因为被引入 真空容器内的与惰性气体混合的杂质材料气体的浓度小于1%(对于需要高 精度地控制剂量的情形，小于0.1%)。被引入真空容器内的与惰性气体混合的杂质材料气体的浓度需要高于0.001%。如果浓度低于这个值，则该处理需要执行极其长的时间以获得期望剂量。已经发现，在所谓的自调节现象中的饱和剂量取决于引入真空容器内的 混合气体中杂质材料气体的浓度，其中在该自调节现象中，在处理单个基板 中获得的剂量随着处理时间增加而饱和。本发明也可以通过原位监测相对容 易地获得一测量量，该测量量与由等离子体中杂质材料气体的解离或电离产 生的诸如离子或自由基的粒子强关联。实施例2下面结合图4和5描述本发明的第二实施例。第二实施例中使用的等离 子体处理设备的大多数配置与上述第一实施例中使用的等离子体处理设备 的配置的相应部分相同，因此不进行描述。图4示出介质窗口 7的详细剖面图。从该图看出，介质窗口 7是由两个 介质板7A和7B组成。用做气体通道的槽14和18形成于介质板7A的一个 表面内。形成于最靠近样品电极6的介质板7A内的气体排出口 15和19与 介质窗口 7内的槽连通。上述结构实现了气体供应设备相互独立地连接到相应槽的状态，由此使 得可以非常精确地执行气体排出控制。图5 (a)和5 (b)为介质板7A的沿图4相应线A-l和A-2截取的平面 图。如图5(a)所示，该图为在位置A-l截取的剖面图，将槽连接到气体排 出口的通孔22和允许槽连通窗口框架的通孔23形成于7A的下层(位于样 品 电极侧上)。如图5(b)所示，该图为在位置A-2截取的剖面图，(第一)槽14a和 14b以及(第二)槽18a和18b形成于介质板7A的上层(位于与样品电极 的对立侧上)。如图5(a)所示，该图为在位置A-l截取的剖面图，将槽连 接到气体排出口 15的通孔22形成于槽14a正下方。也就是说，槽14a是将 槽14连接到气体排出口 15的通孔22近似等间距地布置的部分。槽14b是没有布置用于将槽14连接到气体排出口 15的通孔的部分。从图5(b)显见，该图为在位置A-2截取的剖面图，气体供应设备2和槽14的连接部通过两 个路径(槽14b)与槽14a连通，该两个路径具有近似相同的长度。如图5(a)所示，该图为在位置A-l截取的剖面图，将槽连接到气体排 出口 19的通孔22形成于槽18a的正下方。也就是说，槽18a是将槽18连 接到气体排出口 19的通孔22近似等间距地布置的部分。槽18b是没有布置 用于将槽18连接到气体排出口 19的通孔的部分。从图5(b)显见，该图为 在位置A-2截取的剖面图，气体供应设备16和槽18的连接部通过四个路径 (槽18b)与槽18a连通，该四个路径具有近似相同的长度。从图5 (b)显见，该图为在位置A-2截取的剖面图，槽14b形成于槽 14a外部，且槽18b形成于槽18a内部。按此方式将槽形成为邻近介质板A 和B之间的结合面从而不相互千涉，这使得可以独立地控制气体从气体排出 口 15和气体排出口 19被供应的速率。实施例3下面结合图6和7描述本发明的第三实施例。第三实施例中使用的等离 子体处理设备的大多数配置与上述第一实施例中使用的等离子体处理设备 的配置的相应部分相同，因此不进行描述。图6示出介质窗口 7的详细剖面图。从该图看出，介质窗口 7是由两个 介质板7A和7B组成。用做气体通道的槽14和18形成于介质板7A的一个 表面内。形成于最靠近样品电极6的介质板7A内的气体排出口 15和19与 介质窗口 7内的槽连通。上述结构实现了气体供应设备相互独立地连接到相应槽的状态，由此使 得可以非常精确地执行气体排出控制。图7 (a)和7 (b)为介质板7A的沿图6相应线A-l和B-l截取的平面 图。如图7(a)所示，该图为在位置A-l截取的剖面图，将槽连接到气体排 出口的通孔22和允许槽连通窗口框架的通孔23形成于介质板7A内。如图 7(b)所示，该图为在位置B-1截取的剖面图，(第一)槽14a和14b以及 (第二)槽18a和18b形成于介质板7B的下层(位于与样品电极的对立侧 上)。如图7(a)所示，该图为在位置A-l截取的剖面图，将槽连接到气体排 出口 15的通孔22形成于槽14a正下方。也就是说，槽14a是将槽14连接23到气体排出口 15的通孔22近似等间距地布置的部分。槽14b是没有布置用 于将槽14连接到气体排出口 15的通孔的部分。从图7(b)显见，该图为在 位置B-l截取的剖面图，气体供应设备2和槽14的连接部通过两个路径(槽 14b)与槽14a连通，该两个路径具有近似相同的长度。如图7(a)所示，该图为在位置A-l截取的剖面图，将槽连接到气体排 出口 19的通孔22形成于槽18a的正下方。也就是说，槽18a是将槽18连 接到气体排出口 19的通孔22近似等间距地布置的部分。槽18b是没有布置 用于将槽18连接到气体排出口 19的通孔的部分。从图7(b)显见，该图为 在位置B-l截取的剖面图，气体供应设备16和槽18的连接部通过四个路径 (槽18b)与槽18a连通，该四个路径具有近似相同的长度。从图7 (b)显见，该图为在位置B-l截取的剖面图，槽14b形成于槽 14a外部，且槽18b形成于槽18a内部。按此方式将槽形成为邻近介质板A 和B之间的结合面从而不相互干涉，这使得可以独立地控制气体从气体排出 口 15和气体排出口 19被供应的速率。实施例4下面结合图8和9描述本发明的第四实施例。第四实施例中使用的等离 子体处理设备的大多数配置与上述第一实施例中使用的等离子体处理设备 的配置的相应部分相同，因此不进行描述。然而，四个气体供应设备的系统 被设置，而不是两个系统。图8示出介质窗口 7的详细剖面图。从该图看出，介质窗口 7是由三个 介质板7A、 7B和7C组成。用做气体通道的槽14、 18、 26和27形成于介 质板的不同表面内。形成于最靠近样品电极6的介质板7A内的气体排出口 15、 19、 28和29与介质窗口 7内的槽连通。上述结构实现了气体供应设备相互独立地连接到相应槽的状态，由此使 得可以非常精确地执行气体排出控制。图9 (a)至9 (e)为构成介质窗口 7的介质板7A、 7B和7C的沿图8 相应线A-1、 A-2、 B-l、 B-2和C-1截取的平面图。如图9(a)所示，该图 为在位置A-l截取的剖面图，将槽连接到气体排出口的通孔22和允许槽连 通窗口框架的通孔23形成于介质板7A的下层(位于样品电极侧上)。如图9(b)所示，该图为在位置A-2截取的剖面图，(第三)槽26a和 26b形成于介质板7A的上层(位于与样品电极的对立侧上)。如图9 (a)所示，该图为在位置A-l截取的剖面图，将槽连接到气体排出口 28的通孔22 形成于槽26a正下方。也就是说，槽26a是将槽26连接到气体排出口 28的 通孔22近似等间距地布置的部分。槽26b是没有布置用于将槽26连接到气 体排出口 28的通孔的部分。从图9A-2显见，用于供应气体到槽26的气体 供应设备的连接部通过两个路径(槽26b)与槽26a连通，该两个路径具有 近似相同的长度。允许其它槽与相应气体排出口连通的通孔形成于更靠近介 质板7A中心的槽26a的侧上。如图9(c)所示，该图为在位置B-l截取的剖面图，(第四)槽27a和 27b形成于介质板B的下层(位于样品电极侧上)。如图9 (b)所示，该图 为在位置A-2截取的剖面图，将槽连接到气体排出口 29的通孔22形成于槽 27a正下方。也就是说，槽27a是将槽27连接到气体排出口 29的通孔22近 似等间距地布置的部分。槽27b是没有布置用于将槽27连接到气体排出口 29的通孔的部分。从图9 (c)显见，该图为在位置B-1截取的剖面图，用 于供应气体到槽27的气体供应设备的连接部通过四个路径(槽27b)与槽 27a连通，该四个路径具有近似相同的长度。允许其它槽与相应气体排出口 连通的通孔形成于更靠近介质板7B中心的槽27a的侧上。从图9 (b)和9 (c)显见，这些图分别为在位置A-2和B-l截取的剖 面图，槽26b形成于槽26a外部，且槽27b形成于槽27a内部。按此方式将 槽形成于介质板A和B的结合面内从而不相互干涉，这使得可以独立地控 制气体从气体排出口 28和气体排出口 29被供应的速率。如图9(c)所示，该图为在位置B-2截取的剖面图，(第一)槽14a和 14b形成于介质板7B的上层(位于与样品电极的对立侧上)。如图9 (a)至 9(c)所示，这些图为在位置A-1、 A-2和B-l截取的剖面图，将槽连接到 气体排出口 15的通孔22形成于槽14a正下方。也就是说，槽14a是将槽14连接到气体排出口 15的通孔22近似等间 距地布置的部分。槽14b是没有布置用于将槽14连接到气体排出口 15的通 孔的部分。从图9(d)显见，该图为在位置B-2截取的剖面图，气体供应设 备2和槽14的连接部通过两个路径(槽14b )与槽14a连通，该两个路径具 有近似相同的长度。允许其它槽与相应气体排出口连通的通孔形成于更靠近 介质板7B中心的槽14a的侧上。如图9(e)所示，该图为在位置C-l截取的剖面图，(第二)槽18a和18b形成于介质板C的下层(位于样品电极侧上)。如图9 (a)至9 (d)所 示，这些图为在位置A-1、 A-2、 B-l和B-2截取的剖面图，将槽连接到气体 排出口 19的通孔22形成于槽18a正下方。也就是说，槽18a是将槽18连 接到气体排出口 19的通孔22近似等间距地布置的部分。槽18b是没有布置 用于将槽18连接到气体排出口 19的通孔的部分。从图9(e)显见，该图为 在位置C-l截取的剖面图，气体供应设备16和槽18的连接部通过四个路径 (槽18b)与槽18a连通，该四个路径具有近似相同的长度。从图9 (d)和9 (e)显见，这些图分别为在位置B-2和C-l截取的剖 面图—，槽14b形成于槽14a外部，且槽18b形成于槽18a内部。按此方式将 槽形成于介质板B和C的结合面内从而不相互干涉，这使得可以独立地控 制气体从气体排出口 15和气体排出口 19被供应的速率。实施例5下面结合图IO和11描述本发明的第五实施例。第五实施例中使用的等 离子体处理设备的大多数配置与上述第一实施例中使用的等离子体处理设 备的配置的相应部分相同，因此不进行描述。然而，四个气体供应设备的系 统被设置，而不是两个系统。图10示出介质窗口 7的详细剖面图。从该图看出，介质窗口7是由三 个介质板7A、 7B和7C组成。用做气体通道的槽14、 18、 26和27形成于 介质板B和C的单一表面内。形成于最靠近样品电极6的介质板7A内的气 体排出口 15、 19、 28和29与介质窗口 7内的槽连通。上述结构实现了气体供应设备相互独立地连接到相应槽的状态，由此使 得可以非常精确地执行气体排出控制。图11 (a)至11 (d)为构成介质窗口 7的介质板7A、 7B和7C的沿图 IO相应线A-I、 B-l、 B-2和C-1截取的平面图。如图11 (a)所示，该图为 在位置A-l截取的剖面图，将槽连接到气体排出口的通孔22和允许槽连通 窗口框架的通孔23形成于介质板7A内。如图11 (b)所示，该图为在位置 B-l截取的剖面图，(第三)槽26a和26b形成于介质板7B的下层(位于样 品电极侧上)。如图11A-l所示，将槽连接到气体排出口 28的通孔22形成 于槽26a正下方。也就是说，槽26a是将槽26连接到气体排出口 28的通孔 22近似等间距地布置的部分。槽26b是没有布置用于将槽26连接到气体排 出口 28的通孔的部分。从图11 (b)显见，该图为在位置B-1截取的剖面图，用于供应气体到槽26的气体供应设备的连接部通过两个路径(槽26b )与槽 26a连通，该两个路径具有近似相同的长度。(第四)槽27a和27b也形成于介质板B的下层(位于样品电极侧上)。 如图11 (a)所示，该图为在位置A-l截取的剖面图，将槽连接到气体排出 口 29的通孔22形成于槽27a正下方。也就是说，槽27a是将槽27连接到 气体排出口 29的通孔22近似等间距地布置的部分。槽27b是没有布置用于 将槽27连接到气体排出口 29的通孔的部分。从图11 (b)显见，该图为在 位置B-l截取的剖面图，用于供应气体到槽27的气体供应设备的连接部通 过四个路径(槽27b)与槽27a连通，该四个路径具有近似相同的长度。允 许其它槽与相应气体排出口连通的通孔形成于更靠近介质板7B中心的槽 27a的侧上。从图11 (b)显见，该图为在位置B-1截取的剖面图，槽26b形成于槽 26a外部，且槽27b形成于槽27a内部。按此方式将槽形成为邻近介质板A 和B之间的结合面从而不相互干涉，这使得可以独立地控制气体从气体排出 口 28和气体排出口 29被供应的速率。如图11 (c)所示，该图为在位置B-2截取的剖面图，将槽连接到气体 排出口的通孔22和允许槽连通窗口框架的通孔23形成于介质板7B的上层 (位于与样品电极的对立侧上)。如图11 (d)所示，该图为在位置C-l截取的剖面图，(第一)槽14a 和14b形成于介质板7C的下层(位于样品电极侧上)。如图ll(a)、 11(b) 和ll (c)所示，这些图为在位置A-l、 B-l和B-2截取的剖面图，将槽连接 到气体排出口 15的通孔22形成于槽14a正下方。也就是说，槽14a是将槽 14连接到气体排出口 15的通孔22近似等间距地布置的部分。槽14b是没有 布置用于将槽14连接到气体排出口 15的通孔的部分。从图11 (d)显见， 该图为在位置C-l截取的剖面图，气体供应设备2和槽14的连接部通过两 个路径(槽14b)与槽14a连通，该两个路径具有近似相同的长度。(第二 )槽18a和18b也形成于介质板C的下层(位于样品电极侧上)。 如图11 (a)至11 (c)所示，这些图为在位置A-1、 B-l和B-2截取的剖面 图，将槽连接到气体排出口 19的通孔22形成于槽18a正下方。也就是说， 槽18a是将槽18连接到气体排出口 19的通孔22近似等间距地布置的部分。 槽18b是没有布置用于将槽18连接到气体排出口 19的通孔的部分。从图11(d)显见，该图为在位置C-l截取的剖面图，气体供应设备16和槽18的 连接部通过四个路径(槽18b)与槽18a连通，该四个^^径具有近似相同的 长度。从图11 (d)显见，该图为在位置C-l截取的剖面图，槽14b形成于槽 14a外部，且槽18b形成于槽18a内部。按此方式将槽形成为邻近介质板B 和C之间的结合面从而不相互干涉，这使得可以独立地控制气体从气体排出 口 15和气体排出口 19^皮供应的速率。实施例6下面结合图13和14描述本发明的第六实施例。第六实施例中使用的等 离子体处理设备的大多数配置与上述等离子体处理设备的配置的相应部分 相同，因此不进行描述。如在上述第五实施例中，介质窗口是由三个介质板 组成。该实施例的介质窗口与第五实施例的介质窗口不同在于，如图14(b) 和14(d)所示，与将槽连接到气体排出口的通孔22连通的四个槽形成为从 在介质板的同一圆上等间距布置的每个点放射状延伸。这种结构使得到气体 排出口的距离相等。另一方面，两个气体供应系统被设置。图13示出介质窗口 7的详细剖面图。从该图看出，同样在本实施例中， 介质窗口 7是由三个介质板7A、 7B和7C组成。用做气体通道的槽14和槽 26分别形成于介质板7A和7B的单一表面内。形成于最靠近样品电极6的 介质板7A内的气体排出口 15、 28与介质窗口 7内的槽连通。上述结构实现了气体供应设备相互独立地连接到各组槽的状态，由此使 得可以更为精确地执行气体排出控制。图14 (a)至14 (e)为构成介质窗口 7的介质板7A、 7B和7C的沿图 13相应线A-1、 A-2、 B-l、 B-2和C-l截取的平面图。如图14 (a)所示， 该图为在位置A-l截取的剖面图，将槽连接到气体排出口的通孔22和允许 槽连通窗口框架的通孔23形成于介质板7A的下层(位于样品电极侧上)。如图14 (b)所示，该图为在位置A-2截取的剖面图，槽26a和槽26b 形成于介质板7A的上层(位于与样品电极的对立侧上)。如图14(a)所示， 该图为在位置A-l截取的剖面图，将槽连接到气体排出口的通孔22形成于 槽26a正下方。也就是说，槽26a是将槽26连接到气体排出口 28的通孔22 近似等间距地布置的部分。槽26b是没有布置用于将槽26连接到气体排出 口 28的通孔的部分。从图9A-2显见，用于供应气体到槽26的气体供应设28备的连接部通过四个路径(槽26b)与槽26a连通，且该两个路径具有近似相同的长度。允许其它槽与相应气体排出口连通的通孔形成于更靠近介质板7A中心的槽26a的侧上。如图14(c)所示，该图为在位置B-1截取的剖面图，穿过介质板B并 允许槽14a与气体排出口 15连通的通孔22形成于介质板B的下层(位于样 品电极侧上)。如图M (b)所示，该图为在位置A-2截取的剖面图，将槽 连接到气体排出口 15的通孔22形成于槽14a正下方。也就是说，槽14a是 将槽14连接到气体排出口 15的通孔22近似等间距地布置的部分。槽14b 是没有布置用于将槽14连接到气体排出口 15的通孔的部分。从图14 (c) 显见，该图为在位置B-l截取的剖面图，用于供应气体到槽14的气体供应 设备的连接部通过四个路径(槽14b)与槽14a连通，且该四个路径具有近 似相同的长度。允许其它槽26与相应气体排出口连通的通孔22形成于槽14a 外部的介质板7B内。从图14 (b)和14 (c)显见，这些图为在位置A-2和B-l截取的剖面 图，四个槽26a从每个槽26b的外端部放射状延伸。按此方式将槽形成为邻 近介质板A和B之间的结合面从而不相互干涉，这使得可以高精度地控制 气体从气体排出口 28被供应的速率。如图14(c)所示，该图为在位置B-2截取的剖面图，(第一)槽14a和 (第一)槽14b形成于介质板7B的上层(位于与样品电极的对立侧上)。槽 14b从介质板7B的中心沿四个方向放射状延伸，且槽14a从每个槽l处的 末端放射状延伸。如图14 (a)至14 (c)所示，这些图分别为在位置A-l、 A-2和B-1截取的剖面图，将槽连接到气体排出口 15的通孔22形成于槽14a 正下方。也就是说，槽14a是将槽14连接到气体排出口 15的通孔22近似等间 距地布置的部分。槽14b是没有布置用于将槽14连接到气体排出口 15的通 孔的部分。从图14(d)显见，该图为在位置B-2截取的剖面图，气体供应 设备2和槽14的连接部通过四个独立的放射状路径(槽14b )与槽14a连通， 该两个路径具有近似相同的长度。允许其它槽与相应气体排出口连通的通孔 形成于更靠近介质板7B中心的槽14a的侧上。从图14 (e)所示，该图为在位置C-1截取的剖面图，槽不形成于介质 板C的下层(位于样品电极侧上)且因此下表面是平坦表面。该平坦表面和形成于介质板B —个表面内的槽14定义该通道。从图14 (b)和14 (d)看出，这些图为在位置A-2和B-2截取的剖面 图，四个槽14a从每个该四个槽14b的外端部放射状延伸，该四个槽14b本 身从介质板的中心放射状延伸。且四个槽26a从每个该四个槽26b的外端部 放射状延伸，该四个槽26b本身从介质板的中心放射状延伸。按此方式将槽 形成于介质板B和C的结合面内从而不相互千涉，这使得可以具有高控制 性地独立控制气体从气体排出口 15和气体排出口 28被供应的速率。对于真空容器的形状、等离子体源的类型和沉积方式等，在本发明的应 用范围内，在本发明的上述实施例中仅描述了各种变型的一部分。无需说， 上述变型之外的各种变型可以应用本发明。例如，线圈8可以是平面线圈。不使用线圈作为电磁耦合装置以通过介 质窗口在真空容器内产生电磁场，而可以使用天线来激励螺旋波等离子体、 磁中心回路等离子体、具有磁场的微波等离子体(电子回旋共振等离子体)、 或者无磁场的微波表面波等离子体。如图9所示的平行面等离子体源也可以 使用。能够产生高密度等离子体，通过介质窗口在真空容器内产生电磁场的 这些电磁耦合装置使得可以获得高的处理速度。然而，使用具有线圈的感应耦合等离子体源在设备配置中是优选的，因 为这简化了设备配置，降低成本和出现问题的几率，并使得可以高效地产生 等离子体。在上述实施例中，独立气体供应设备被设置给相应的槽或槽组。备选地， 如图12所示，控制阀30可以被设置，该控制阀30可以改变允许气体供应 设备2与相应槽连通的气体通道之间的传导率比值。例如可变节流孔 (variable orifice )可以合适地用作该控制阀。尽管这种配置无法改变从与相 应槽连通的气体排出口组引入的气体的浓度，但是可以最小化气体供应设备 的数目，每个气体供应设备采用诸如质量流量控制器和各种阀的许多元件， 且因此有效地例如简化设备配置，减小设备尺寸，并降低故障率。在上述实施例中，与每个槽对应的气体排出口位于从介质窗口的中心具 有近似相同距离的位置。然而，与每个槽对应的气体排出口可以位于从介质 窗口的中心具有不同距离的位置。例如，位于与介质窗口是同心圆的多个圓 上的气体排出口可对应于单一槽。工业适用性根据本发明的该等离子体处理设备、其中使用的介质窗口、以及这种介 质窗口的制造方法可以提供一种等离子体处理设备，其能够实现被引入样品 表面层的杂质的浓度的均匀性优异的等离子体掺杂以及处理的面内均匀性 优异的等离子体处理。因此，本发明可以应用于半导体杂质掺杂工艺、用于 液晶装置的薄膜晶体管的制造、以及其它用途，例如各种材料的蚀刻、沉积 以及表面性能改性。
权利要求
1.一种等离子体处理设备，包括真空容器；样品电极，置于所述真空容器内部且将安装有样品；气体供应设备，用于供应气体到所述真空容器内部；多个气体排出口，形成于与所述样品电极相对的介质窗口内；排气设备，用于对所述真空容器排气；压力控制装置，用于控制所述真空容器内的压力；以及电磁耦合装置，用于在所述真空容器内部产生电磁场，其中所述介质窗口是由多个介质板组成，槽形成于介质板的两个面对的表面的至少一个内，气体通道是由所述槽以及与所述槽相对的介质板的平坦表面形成，并且用于将来自所述气体供应设备的气体供应到所述槽的气体供应部被设置；以及形成于最靠近所述样品电极的介质板内的气体排出口与所述介质窗口内的所述槽连通。
2. 如权利要求1所述的等离子体处理设备，其中所述槽形成不相互连 通的多个通道系统。
3. 如权利要求2所述的等离子体处理设备，其中每个通道系统是由使 所述槽不相互连通的多个通道组成。
4. 如权利要求2所述的等离子体处理设备，其中所述通道系统形成为 使得从所述气体供应部到所述气体排出口的所述槽的气体通道的传导率可 以被相互独立地控制。
5. 如权利要求4所述的等离子体处理设备，其中所述通道系统形成为 使得从所述气体供应部到所述气体排出口的所迷槽的气体通道的传导率可 以被相互独立地控制，且从所述通道系统排出的气体在所述样品的表面上具 有近似均匀的分布。
6. 如权利要求2所述的等离子体处理设备，其中所述气体排出口与布 置成同心圓的第一和第二通道系统连通，所述第一通道系统具有位于所述同 心圓上所述气体排出口的内部的气体供应部，且所述第二通道系统具有位于 所述同心圆上所述气体排出口的外部的气体供应部。
7. 如权利要求1所述的等离子体处理设备，其中从气体供应部到所述 气体排出口的所述槽的气体通道的传导率设为相同。
8. 如权利要求1至7任意一项所迷的等离子体处理设备，其中所述槽仅形成于所述第一和第二介质板之一内，所述第一和第二介质板中的另一介 质板具有平坦表面，且所述通道是通过将所述第一和第二介质板结合在一起 而形成。
9. 如权利要求6所述的等离子体处理设备，其中所述第一通道系统具有从所述介质板的中心放射状延伸的多个放射状槽部以及呈圓弧形状且与 所述放射状槽部连通的第一圓形槽部，且气体排出口形成为与所述第一圓形槽部连通；以及其中所述气体供应部在所述介质板的中心与所述放射状槽部连通。
10. 如权利要求9所述的等离子体处理设备，其中所述第二通道系统具 有呈圓弧形状且形成于所述第 一 圆弧槽部的外部的第二圆弧槽部以及从所 述第二圆弧槽部向外延伸的外槽，且所述气体供应部与所述外槽连通。
11. 如权利要求1所述的等离子体处理设备，其为一种等离子体掺杂设 备，包括热处理部，用以在待处理基板的表面上形成期望的等离子体分布， 并将所述等离子体引入待处理基板的表面层。
12. 如权利要求1所述的等离子体处理设备，其中气体供应设备相互独 立地连接到相应槽。
13. 如权利要求1所述的等离子体处理设备，其中所述气体供应设备包 括控制阀，用以改变气体通道之间的传导率比值，所述气体通道允许所述气 体供应设备连通相应槽。
14. 如权利要求1所述的等离子体处理设备，其中当每个槽划分为其中 将所述槽连接到所述气体排出口的通孔近似等间距布置的部分a以及其中没 有布置用于将所述槽连接到所述气体排出口的通孔的部分b时，所述槽和气 体供应设备的连接部通过作为部分b的多个路径与部分a连通，所述多个路 径具有近似相同的长度。
15. 如权利要求7所述的等离子体处理设备，其中部分a和b的连接部 相对于部分a几乎完全平衡地布置。
16. 如权利要求1所述的等离子体处理设备，其中所述介质窗口由两个 介质板组成；以及当所述两个介质板按照与所述样品电极的距离的升序称为 介质板A和B时，第一槽形成于位于与所述样品电极的对立侧上的介质板A 的表面内，且第二槽形成于与所述样品电极相对的介质板B的表面内。
17. 如权利要求16所述的等离子体处理设备，其中所述第一槽通过形成于介质板A内的通孔与部分气体排出口连通，以及所述第二槽通过形成于 介质板A内的通孔与其余气体排出口连通。
18. 如权利要求1所述的等离子体处理设备，其中所述介质窗口是由两 个介质板组成；以及当所述两个介质板按照与所述样品电极的距离的升序称 为介质板A和B时，第一槽和第二槽形成于位于与所述样品电极的对立侧 上或者与所述样品电极相对的介质板A的表面内。
19. 如权利要求18所述的等离子体处理设备，其中所述第一槽和第二 槽通过形成于介质板A内的通孔与所述气体排出口连通。
20. 如权利要求1所述的等离子体处理设备，其中所述介质窗口是由三 个介质板组成；以及当所述三个介质板按照与所述样品电极的距离的升序称 为介质板A、 B和C时，第一槽形成于位于与所述样品电极的对立侧上的介 质板A的表面内，第二槽形成于与所述样品电极相对的介质板B的表面内， 第三槽形成于位于与所述样品电极的对立侧上的介质板B的表面内，且第四 槽形成于与所述样品电极相对的介质板C的表面内。
21. 如权利要求20所述的等离子体处理设备，其中所述第一槽和第二 槽通过形成于介质板A内的通孔与部分气体排出口连通，以及所述第三槽和 第四槽通过形成于介质板A和B内的通孔与其余气体排出口连通。
22. 如权利要求20所述的等离子体处理设备，其中所述介质窗口是由 三个介质板组成；以及当所述三个介质板按照与所述样品电极的距离的升序 称为介质板A、 B和C时，第一槽和第二槽形成于位于与所述样品电极的对 立侧上的介质板A的表面内或者与所述样品电极相对的介质板B的表面内， 且第三槽和第四槽形成于位于与所述样品电极的对立侧上的介质板B的表 面内或者与所述样品电极相对的介质板C的表面内。
23. 如权利要求22所述的等离子体处理设备，其中所述第一槽和第二 槽通过形成于介质板A内的通孔与部分气体排出口连通，以及所述第三槽和 第四槽通过形成于介质板A和B内的通孔与其余气体排出口连通。
24. 如权利要求6所述的等离子体处理设备，其中所述第 一通道系统具有多个从所述介质板的中心放射状延伸的多个第 一放射状槽部以及从每个所述第 一放射状槽部的外端放射状延伸从而与所 述第一放射状槽部连通的第二放射状槽部，且气体排出口形成为与所述第二 放射状槽部的末端连通；以及所述气体供应部在所述介质板的中心与所述第一放射状槽部连通。
25. —种用于处理待处理基板的等离子体处理方法，通过操作与样品电极相对的电磁耦合装置来产生包含杂质离子的气体等离子体，其中所述样品 电极置于真空容器内部且安装有待处理基板，同时将包含杂质的气体按预定 速率和预定浓度供应到所述真空容器内部并将所述真空容器内的压力控制为预定值，包括步骤 一分布。
26. 如权利要求25所述的等离子体处理方法，其中待处理基板的内部
27. 如权利要求25所述的等离子体处理方法，其中气体浓度分布是这 样的，所述浓度在距待处理基板的中心一预定距离的区域具有峰值。
28. 如权利要求25至27任意一项所述的等离子体处理方法，还包括步 骤使用所述气体等离子体形成杂质区，所述杂质具有从待处理基板的表面 测量的20nm或小于20nm的深度。
29. —种通过层叠至少两个介质板而形成的介质窗口，其中槽形成于至 少两个介质板的至少一个表面内，且形成于介质板的表面内的气体排出口与 所述介质窗口内的所述槽连通，所述介质板的表面为所述介质窗口的一个表 面。
30. 如权利要求29所述的介质窗口，其中所述介质板是由石英玻璃制成。
31. —种介质窗口的制造方法，包括步骤 在介质板A内形成通孔； 在介质板B内形成槽；以及将形成了所述通孔的介质板A和形成了所述槽的介质板B置于真空中 并加热，同时使介质板A和B的至少一个表面相互接触，且由此将接触表 面结合在一起。
32. —种介质窗口的制造方法，包括步骤 在介质板A内形成通孔和槽；以及将形成了所述通孔和槽的介质板A和另 一介质板B置于真空中并加热， 同时使介质板A和B的至少一个表面相互接触，且由此将接触表面结合在一起。
全文摘要
实现了均匀性出色的等离子体掺杂。当预定气体从气体供应设备(2，16)引入真空容器(1)时，该真空容器(1)通过排气孔(11)藉由作为排气装置的涡轮分子泵(3)被排气，且通过压力调节阀(4)在真空容器(1)内维持预定压力。通过将13.56MHz的高频功率从高频电源(5)供应到置为与样品电极(6)对立的介质窗口(7)附近的线圈(8)，由此在真空容器(1)内产生感应耦合等离子体。介质窗口(7)是由多个介质板组成，且槽形成于相互对立的至少两个介质板的至少一侧内。气体通道由该槽和其对立的平坦表面形成，且设置于最靠近样品电极的介质板内的气体排出口(15，19)被允许连通介质窗口内的槽。从气体排出口(15，19)引入的气体的流速可以独立地被控制，且处理的均匀性可以提高。
文档编号H05H1/46GK101258786SQ20068003225
公开日2008年9月3日 申请日期2006年9月1日 优先权日2005年9月1日
发明者中山一郎, 伊藤裕之, 佐佐木雄一朗, 冈下胜己, 奥村智洋, 水野文二, 永井久雄, 置田尚吾 申请人:松下电器产业株式会社