平板天线部件以及具备其的等离子体处理装置的制作方法

专利名称：平板天线部件以及具备其的等离子体处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于将规定频率的电磁波向对被处理体进行等离子体处理的处理容器导入的平板天线部件、以及具备该平板天线部件的等离子体处理装置。
背景技术：
作为对半导体晶片等被处理体进行氧化处理、氮化处理等等离子体处理的等离子 体处理装置，公知有使用具有多个槽的平板天线部件向处理容器内导入例如频率2. 45GHz 的微波来生成等离子体的方式的等离子体处理装置(例如JP特开平11-260594号公报、JP 特开2001-223717号公报)。在这种微波等离子体处理装置中，通过生成具有高等离子体密 度的等离子体，能够在腔室内形成表面波等离子体。在上述方式的等离子体处理装置中，当腔室内的压力变高时，存在等离子体密度 降低的倾向。当等离子体密度变低时，等离子体的角频率变得小于2. 45GHz的微波的角频 率，从而变得无法稳定地维持表面波等离子体。例如，在腔室内压力以133. 3Pa以上的条件 进行等离子体处理时，等离子体密度不充分地上升，表面波等离子体截止(cut off)，有时 会变成不是表面波等离子体的通常的主等离子体。面向下一代以后的设备开发，为了实现例如三维器件加工和应对微细化，在可精 密处理的较高的压力条件下，需要提高处理效率和实现晶片平面内的处理的均一性。为此， 即使在使等离子体的控制性提高，等离子体密度降低的较高的压力条件下，也必须能够稳 定地维持未截止的表面波等离子体。作为能够稳定地维持表面波等离子体用的一个方法， 可考虑降低电磁波的频率。例如，通过使用频率比2. 45GHz低的频率的电磁波，而即使在较 高压力条件下也具有能够稳定地维持表面波等离子体的可能性。但是，用于将电磁波高效地导入腔室内的平板天线部件的构造(槽图案等)，根据 电磁波的频率的不同而不同。现有技术的平板天线部件(槽图案等)是配置构成为最适合 于将频率为2. 45GHz的微波导入腔室内的目的的部件，关于适于比现有的微波的频率低的 例如IGHz左右程度的频率的电磁波的平板天线部件的构造面(槽图案等)的研究并没有 充分进行。因此，在使用IGHz以下的较低的频率的电磁波的等离子体处理装置中难以生成 表面波等离子体，因此存在没有使用平板天线部件自身的情况。一般来说，当电磁波的频率下降时，其波长变长。据此，与引导频率为2. 45GHz的 微波的情况相比，在引导IGHz左右的频率的电磁波的情况下，可考虑将平板天线部件的槽 的长度和槽的间隔变大。但是，即使使用基于理论上计算出的槽的长度和配置制作出的 平板天线部件来进行等离子体形成，也不一定能够稳定地形成表面波等离子体。例如，近 年来，为了能够应对300mm晶片的处理，等离子体处理装置大型化，并且也要求可以应对 450mm晶片。随之，平板天线部件也正在大径化。例如，用于处理300mm晶片的平板天线部 件的直径也达到500mm左右。在450mm晶片的情况下，平板天线部件进一步大型化，直径也 达到600 700mm左右。这样，在大型的平板天线部件中，即使设定为计算得到槽的长度和 配置的最佳值，用实际的装置执行，也很难稳定地维持表面波等离子体。

发明内容
本发明是鉴于上述实际情况而做出的，其第一目的在于能够提供一种平板天线部件，可将比现有的微波的频率低的频率的电磁波高效地导入腔室内。此外，本发明的第二目 的在于能够提供一种等离子体处理装置，使用频率比现有的微波的频率低的电磁波，而且 即使在处理大型的基板的情况下，离子体的控制性也高且在腔室内可稳定地形成表面波等 离子体。本发明的平板天线部件，向等离子体处理装置的处理容器内导入由电磁波发生源 发生的电磁波，其特征在于，具有由导电材料构成的平板状基材、和形成在上述平板状基材 上的放射电磁波的多个贯通口，上述贯通口包含沿中心与上述平板天线部件的中心重叠 的圆的圆周排列的多个第一贯通口 ；在上述第一贯通口的外侧与上述圆呈同心圆状排列的 多个第二贯通口，从上述平板天线部件的中心到上述第一贯通口的中心的距离Ll与上述 平板天线部件的半径r之比Ll/r在0. 35 0. 5的范围内，从上述平板天线部件的中心到 上述第二贯通口的中心的距离L2与上述平板天线部件的半径r之比L2/r在0. 7 0. 85 的范围内。根据本发明的平板天线部件，将从上述平板天线部件的中心到上述第一贯通口的 中心的距离Ll与上述平板天线部件的半径r之比Ll/r设定在0. 35 0. 5的范围内，将从 上述平板天线部件的中心到上述第二贯通口的中心的距离L2与上述平板天线部件的半径 r之比L2/r设定在0. 7 0. 85的范围内，由此，即使将由电磁波发生装置发生的电磁波的 频率变为比现有的微波的频率低的800MHz 1000MHz的情况下，也能够抑制反射波的发 生，能够将该电磁波高效地向腔室内导入。因此可以在腔室内稳定地维持表面波等离子体， 并且可以应对基板的大型化。优选地，第三圆的半径L3与上述半径r之比L3/r在0. 5 0. 7的范围内，其中，该 第三圆相对于以上述距离Ll为半径且通过上述第一贯通口的中心的第一圆和以上述距离 L2为半径且通过上述第二贯通口的中心的第二圆呈同心圆状，并且通过该第一圆的圆周与 该第二圆的圆周之间的径向上的中间点。此外，优选地，上述距离L2以及上述距离Ll之差(L2-L1)与上述平板天线部件的 半径r之比(L2-Ll)/r在0. 2 0. 5的范围内。此外，优选地，上述第一贯通口和上述第二贯通口都是细长形状，上述第二贯通口 的长度方向相对于上述第一贯通口的长度方向所成的角度在85° 95°的范围内。此时， 进而优选地，上述第一贯通口的长度方向相对于连接上述平板天线部件的中心与该第一贯 通口的中心的直线所成的角度在30° 50°的范围内。进而，优选地，上述第二贯通口的 长度方向相对于连接上述平板天线部件的中心与该第二贯通口的中心的直线所成的角度 在130° 150°的范围内。此外，优选地，连接从上述平板天线部件的中心到上述第一贯通口的中心的直线 与连接从上述平板天线部件的中心到上述第二贯通口的中心的直线所成的角度在8° 15°的范围内。此外，优选地，由上述电磁波发生源发生的电磁波的频率在800 1000MHz的范围 内。
或者，本发明是一种等离子体处理装置，其特征在于，具备，收容被处理体的可抽真空的处理容器；向上述处理容器内供给气体的气体导入部；对上述处理容器内减压排气 的排气装置；透射板，其气密地安装在上述处理容器的上部的开口部，使在上述处理容器内 生成等离子体用的电磁波透射；平板天线部件，其配置在上述透射板之上，将上述电磁波向 上述处理容器内导入；从上方覆盖上述平板天线部件的罩部件；波导管，其贯通上述罩部 件地设置，将由电磁波发生源发生的800 1000MHz范围内的电磁波向上述平板天线部件 供给，上述平板天线部件具有由导电材料构成的平板状基材、形成在上述平板状基材上的 放射电磁波的多个贯通口，上述贯通口包含呈圆形排列的多个第一贯通口 ；在上述第一 贯通口的外侧呈同心圆状排列的多个第二贯通口，从上述平板天线部件的中心到上述第一 贯通口的中心的距离Ll与上述平板天线部件的半径r之比Ll/r在0. 35 0. 5的范围内， 从上述平板天线部件的中心到上述第二贯通口的中心的距离L2与上述平板天线部件的半 径r之比L2/r在0. 7 0. 85的范围内。根据本发明的等离子体处理装置，通过将由电磁波发生源发生的电磁波的频率设 定到比现有的微波的频率低的800 1000MHz这样的范围内，由此，与使用例如2. 45GHz的 微波的情况相比较，能够维持截止密度以上的等离子体密度直到较高的压力范围为止。因 此根据本发明的等离子体处理装置，即使较高的压力条件下，也能确保充分的处理率和晶 片平面内的处理的均勻性，还能够应对必须高精度的三维器件加工和微细加工。在本发明中也优选，第三圆的半径L3与上述半径r之比L3/r在0. 5 0. 7的范 围内，其中，该第三圆相对于以上述距离Ll为半径且通过上述第一贯通口的中心的第一圆 和以上述距离L2为半径且通过上述第二贯通口的中心的第二圆呈同心圆状，并且通过该 第一圆的圆周与该第二圆的圆周之间的径向上的中间点。此外，优选地，上述距离L2以及上述距离Ll之差(L2-L1)与上述平板天线部件的 半径r之比(L2-Ll)/r在0. 2 0. 5的范围内。此外，优选地，上述第一贯通口和上述第二贯通口都是细长形状，上述第二贯通口 的长度方向相对于上述第一贯通口的长度方向所成的角度在85° 95°的范围内。此时， 进而优选地，上述第一贯通口的长度方向相对于连接上述平板天线部件的中心与该第一贯 通口的中心的直线所成的角度在30° 50°的范围内。进而，优选，上述第二贯通口的长 度方向相对于连接上述平板天线部件的中心与该第二贯通口的中心的直线所成的角度在 130° 150°的范围内。此外，优选地，连接从上述平板天线部件的中心到上述第一贯通口的中心的直线 与连接从上述平板天线部件的中心到上述第二贯通口的中心的直线所成的角度在8° 15°的范围内。


图1是表示本发明的第一实施方式的等离子体处理装置的概略剖视图。图2是本发明的第一实施方式的平板天线板的要部的俯视图。图3是图2的平板天线板上的槽的放大图。图4是表示图1的等离子体处理装置的控制系统的概略构成的框图。图5是用于说明等离子体的截止密度的压力依存模型的曲线图。
图6是本发明的第二实施方式的平板天线板的要部的俯视图。图7是图6的平板天线板上的槽的放大图。图8是本发明的第三实施方式的平板天线板的要部的俯视图。
具体实施例方式第一实施方式以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式。图1是示意地表示本发明的第一实施方式的等离子体处理装置100的概略构成的剖视图。此外，图2是表示在图1的等离 子体处理装置100中使用的、本发明的第一实施方式的平板天线板(平板天线部件)的要 部俯视图，图3是该平板天线板上的作为贯通口的槽的放大图。进而，图4是表示图1的等 离子体处理装置100的控制系统的概略构成的一例的框图。等离子体处理装置100通过具有多个槽状的贯通口(孔)的平板天线板、特别是 RLSA(Radial Line Slot Antenna 径向线缝隙天线)，向处理容器内导入电磁波来发生等 离子体，由此构成为发生密度高且电子温度低的等离子体的等离子体处理装置。在等离子 体处理装置100中，可进行利用等离子体密度为IOkVchi3 1013/Cm3且1. 5 2eV以下的具 有低电子温度的等离子体的处理。因此，等离子体处理装置100在各种半导体装置的制造 过程中可以优选地利用。等离子体处理装置100，作为主要构成，具备气密地构成的腔室(处理容器)1、向 腔室1内供给气体的气体供给部18、用于对腔室1内减压排气的排气装置24、设置在腔室1 的上部并向腔室1内导入电磁波的电磁波导入部27、平板天线板31、控制这些等离子体处 理装置100的各构成部的控制部50。另外，气体供给部18、排气装置24以及电磁波导入部 27构成在腔室1内使等离子体生成的等离子体生成单元。腔室1由接地的大致圆筒状的容器形成。另外，腔室1也可以由方筒形状的容器 形成。腔室1具有由铝等金属材质构成的底壁Ia和侧壁lb。在腔室1的内部设有对作为被处理体的硅晶片(以下仅记为“晶片”)W水平地支 承用的载置台2。载置台2由导热性高的材质例如AlN等陶瓷构成。该载置台2由从排气 室11的底部中央向上方延伸的圆筒状的支承部件3支承。支承部件3由例如AlN等陶瓷 构成。此外，在载置台2上设有罩环4，其用于罩住该载置台2的外缘部，同时引导晶片 W。该罩环4是由例如石英、AlN、Al203、SiN等材质构成的环状部件。此外，罩环4也可以配 置成覆盖载置台2的表面整个面。此外，在载置台2上嵌入有作为温度调节机构的电阻加热型的加热器5。该加热器 5，通过从加热器电源5a供电而加热载置台2，借助该热均勻地加热作为被处理基板的晶片 I此外，在载置台2上配备有热电偶(TC)6。通过该热电偶6测量温度，由此能够将 晶片W的加热温度控制在例如从室温起到900°C的范围内。此外，在载置台2设有用于支承晶片W并使之升降的晶片支承销(未图示)。各晶 片支承销相对于载置台2的表面可伸缩地设置。在腔室1的内周设有由石英构成的圆筒状的衬板7。此外，为了对腔室1内均勻排气，在载置台2的外周侧呈环状设有具有多个排气孔8a的石英制的挡板8。该挡板8由多个支柱9支承。另外，将等离子体处理装置100用作等离子体CVD装置时，也可以不配备衬 板7和挡板8。在腔室1的底壁Ia的大致中央部形成有排出腔室1内的环境气体的开口部10。 以覆盖该开口部10的方式设置有连通并朝向下方突出的排气室11。在该排气室11中连接 有排气管12，排气装置24与该排气管12连接，能够对腔室1内均勻地排气。在腔室1的上部的开口部上配置有使腔室1开闭的环状的盖框(盖)13。盖框13 的内周部形成有向内侧(腔室内空间)突出并支承透射板28的环状的支承部13a。在腔室1的上部(侧壁lb)设有气体导入部15。该气体导入部15经气体配管与 供给处理气体(含氧气体、等离子体激励用气体)的气体导入部18连接。另外，气体导入 部15也可设置成向腔室1内突出的喷嘴状、或者具有多个气体孔的喷头状。此外，在腔室1的侧壁Ib上设有用于在等离子体处理装置100和与其相邻的输 送室(未图示)之间进行晶片W的输入输出的输入输出口 16和、开闭该输入输出口 16的 闸阀17。气体导入部18具有气体供给源(未图示)，该气体供给源供给例如等离子体激励 用的Ar、Kr、Xe、He等稀有气体、氧化处理中的含氧气体等氧化性气体、氮化处理中的含氮 气体、成膜用气体等处理气体。此外，在CVD处理的情况下，也可以设置气体供给源，其供给 原料气体、在置换腔室内环境气体时使用的N2、Ar等净化气体、清洁腔室1内时使用的C1F3、 NF3等清洁气体等。各气体供给源具备未图示的流量阀控制器和开闭阀，可以切换所供给的 气体或者控制流量等。排气装置24具备例如涡轮分子泵等高速真空泵。如上所述，排气装置24经由排 气管12与腔室1的排气室11连接。通过使排气装置24工作，从而腔室1内的气体均勻地 流动到排气室11的空间Ila内，进而经由排气管12从空间Ila向外部排气。由此，能够将 腔室1内高速地减压到例如0. 133Pa为止。接着，针对电磁波导入部27的构成进行说明。电磁波导入部27，作为主要构成，具 备透射板28、平板天线板31、慢波板33、罩部件34、波导管37、匹配电路38以及电磁波发生 装置39。使电磁波透射的透射板28，在盖框13上被配备在向内周侧伸出的支承部13a上。 透射板28包括电介质、例如石英或A1203、A1N等陶瓷。该透射板28和支承部13a之间经密 封部件29而被气密地密封起来。因此腔室1内被气密地保持。平板天线板31，在透射板28的上方，以与载置台2对置的方式设置。平板天线板 31呈圆板状。另外，平板天线板31的形状不限于圆板状，也可以例如是方板状。该平板天 线板31卡定在盖框13的上端并被接地。例如图2以及图3所示，平板天线板31，具有圆板状的基材31a、和在该基材31a 上以规定的图案贯通形成的成对的多个槽32 (32a，32b)。基材31a由例如表面镀金或者银 的铜板、铝板、镍板等导体板构成。作为电磁波放射孔发挥功能的各个槽32做成细长形状， 但是在槽32的角部，电场集中，容易引起异常放电。因此，细长的槽32的两端的角部被加 工呈带圆弧的形状。此外，槽32包含在平板天线板31的中心Oa侧的位置上具有与中心 Oa重叠的中心的圆的周围沿周向排列的多个第一槽32a、和以围绕这些第一槽32a的方式沿外侧排列的多个第二槽32b。第一槽32a和第二槽32b成对地呈同心圆状排列。关于平 板天线板31中的槽32的配置，在后面详述。在平板天线板31之上，设有由具有比真空介电常数大的材料构成的慢波板33。慢 波板33以覆盖平板天线板31的方式配置。作为慢波板33的材料可以举出例如石英、聚四 氟乙烯树脂、聚酰亚胺树脂等。考虑到在真空中电磁波的波长变长的情况，该慢波板33具 有将电磁波的波长缩短而调整等离子体的功能。另外，平板天线板31与透射板28之间，而且，慢波板33与平板天线板31之间即可以分别接触也可以分离，基于抑制驻波发生的观点来看，优选使其接触。在腔室1的上部，以覆盖平板天线板31以及慢波板33的方式，设置有由还具有形 成波导路的功能的导体构成的罩部件34。罩部件34例如由铝、不锈钢、铜等金属材料的导 体形成。盖框13的上端与罩部件34，由具有导电性的缠绕屏蔽环等密封部件35密封起来， 以便电磁波不向外部泄漏。此外，在罩部件34中形成有冷却水流路34a。通过在该冷却水 流路34a中使冷却水流通，由此可以冷却罩部件34、慢波板33、平板天线板31、透射板28以 及盖框13。通过该冷却机构，可防止罩部件34、慢波板33、平板天线板31、透射板28以及 盖框13因等离子体的热而变形、破损。另外，盖框13、平板天线板31以及罩部件34被接 地。在罩部件34的上壁(顶板部)的中央形成有开口部36，在该开口部36连接着波 导管37的下端。在波导管37的另一端侧，经匹配电路38连接着发生电磁波的电磁波发生 装置39。作方由电磁波发生装置39发生的电磁波的频率，根据后述的理由，优选使用低于 现有的微波频率的频率、例如800MHz 1000MHz的范围。特别优选915MHz。波导管37具有从上述罩部件34的开口部36向上方延伸出的剖面圆形形状的同 轴波导管37a、和与该同轴波导管37a的上端部经模式变换器40连接的沿水平方向延伸的 矩形波导管37b。模式变换器40具有将在矩形波导管37b内以TE模式传播的电磁波变换 为TEM模式的功能。在同轴波导管37a的中心延伸着内导体41。该内导体41，在其下端部，与平板天 线板31的中心连接固定。利用这种构造，电磁波经同轴波导管37a的内导体41向平板天 线板31呈放射状高效地均勻地传播。利用以上这样的构成的电磁波导入机构27，由电磁波发生装置39发生的电磁波 经波导管37向平板天线板31传播，进而经由透射板28被导入腔室1内。等离子体处理装置100的各构成部，成为与控制部50连接并被该控制部50控制 的构成。控制部50，如图4所示具备具有CPU的处理控制器51、与该处理控制器51连接 的用户接口 52以及存储部53。处理控制器51，是在等离子体处理装置100中，统一控制与 例如温度、气体流量、压力、电磁波输出等处理条件相关的各构成部(例如，加热器电源5a、 气体导入部18、排气装置24、电磁波发生装置39等)的控制单元。用户接口 52具有为了工序管理者管理等离子体处理装置100而进行命令的输入 操作等用的键盘、将等离子体处理装置100的工作状况可视地显示用的显示器等。此外，在 存储部53中保存有记录了用于将由等离子体处理装置100执行的各种处理用处理控制器 51的控制实现的控制程序(软件)、和处理条件数据等的配方(recipe)。并且，根据需要，按照来自用户接口 52的指示等从存储部53调出任意的配方并被处理控制器51执行，由此可以在处理控制器51的控制下，在等离子体处理装置100的腔室 1内进行所期望的处理。此外，上述控制程序和处理条件数据等的配方可以利用被存储在计 算机可读取的存储介质、例如CD-ROM、硬盘、软盘、闪存、DVD、蓝光光盘等的状态下的配方， 还可以在线利用从其他装置经例如专用线路随时传输来的配方。在这样构成的等离子体处理装置100中，即使以800°C以下的低温在基板上直接生成等离子体也可以向基底膜等进行无损的等离子体处理。此外，等离子体处理装置100 即使口径大，等离子体的均一性也优异，因此可以对大口径的基板实现处理的均一性。在此，再次参照图2以及图3，对平板天线板31上的槽32的配置进行说明。在等 离子体处理装置100中，由电磁波发生装置39发生的例如915MHz的电磁波，经同轴波导管 37a被供给到平板天线板31的中央部，在由平板天线板31和罩部件34构成的扁平波导路 中呈放射状传播。通过在该传播路径的中途配置槽32，从而可以使电磁波从该槽32的开口 均勻且高效率地向下方的腔室1内空间放射。在本实施方式中，例如16个第一槽32a沿平 板天线板31的圆周方向均勻地配置。与第一槽32a成对的第二槽32b也沿平板天线板31 的圆周方向均勻地配置16个。此外，为了抑制反射波的发生并使向腔室1内导入电磁波的效率提高，从平板天 线板31的中心Oa (与基材31a的中心相同)到第一槽32a的中心O32a的距离Ll与平板天线 板31的半径r之比Ll/r在0. 35 0. 5的范围内。若该比Ll/r不足0. 35或者超过0. 5， 则可确认从各槽导入电磁波的功率效率变差。此外，从平板天线板31的中心Oa到第二槽32b的中心O32b的距离L2与平板天线 板31的半径r之比L2/r在0. 7 0.85的范围内。若该比L2/r不足0. 7或者超过0. 85 时，则可确认从各槽导入电磁波的功率效率变差。距离Ll与半径r之比Ll/r以及距离L2与半径r之比L2/r，可以根据被慢波板33 调整的电磁波的波长Xg确定为某一程度，但是计算值与实际有效的范围不一定一致。因 此，本发明人发现将比Ll/r和L2/r置于上述范围是有效的。此外，可确认在设与平板天线板31同心、半径为距离Ll且通过第一槽32a的中心 O32a的圆为Cl，设与平板天线板31同心、半径为距离L2且通过第二槽32b的中心O32b的圆 为C2的情况下，针对与平板天线板31同心并以从平板天线板31的中心Oa到圆Cl和圆C2 的圆周的径向的中间点M的距离L3为半径的圆C3，该距离L3与平板天线板31的半径r之 比L3/i 在0.5 0.7的范围内，从基于提高向腔室1内导入电磁波的效率(功率效率)的 观点来看是优选的。可确认通过将该比L3/r限定在上述范围内，可以抑制反射波的发生， 高效地将电磁波向腔室1内供给，以高功率效率形成稳定的等离子体。此外，可确认距离L2和距离Ll之差(L2-L1)与平板天线板31的半径r之比 (L2-Ll)/r在0.2 0.5的范围内，从提高向腔室1内导入电磁波的效率(功率效率)的观 点来看为优选。可确认通过将该比(L2-Ll)/r限定在上述范围内，可以抑制反射波的发生， 将电磁波高效地向腔室1内供给，以高功率效率形成稳定的等离子体。另外，“平板天线板31的半径r”是指在基材31a上作为平板天线有效地发挥作用 的圆形区域的半径的意思。例如，在将平板天线板31用螺钉等固定单元固定在盖框13的 上端的情况下，必须有在基材31a的周缘部形成有螺钉孔等的配合区域(未图示，从周缘端 起3 20mm左右)。以固定的目的设置的该配合区域是不发挥作为天线的功能的部分。因此，以不包含这种配合区域的方式限定(识别)平板天线板31的半径r。接着，针对平板天线板31上的槽32的配置角度进行说明。因从同轴波导管37a向平板天线板31的中心传播的电磁波，而在由导体构成的平板天线板31的基材31a上产 生表面电流。该表面电流朝向平板天线板31的径向外侧呈放射状流动，在中途被槽32遮 断。并且，在槽32的边缘感应到电荷。这样被感应到的电荷产生电磁场。该电磁场经由槽 32和透射板28向下方的腔室1内空间放射。因此，在槽32的长度方向与表面电流的方向 (平板天线板31的径向)一致时，不易引起电磁场向腔室1内放射。由此，为了将电磁场均勻且高效地导入腔室1内，槽32的配置角度也是重要的要 素。在本实施方式中，该第一槽32a的长度方向相对于连接平板天线板31的中心Oa与第 一槽32a的中心O32a的直线所成的角度θ 1优选在30° 50°的范围内。可确认通过将 该角度θ 1限定在30° 50°的范围内，可抑制反射波的发生，将电磁场均勻且高效地向 腔室1内生成供给而形成稳定的等离子体。若该角度θ 1不足30°则沿平板天线板31的 径向传播的波的效率降低，若超过50°则沿平板天线板31的周向传播的波的效率降低。根据与上述同样的理由，该第二槽32b的长度方向相对于连接平板天线板31的中 心Oa与第二槽32b的中心O32b的直线所成的角度θ 2优选在130° 150°的范围。可确认 通过将该角度θ 2限定在130° 150°的范围内，可抑制反射波的发生，可将电磁场均勻 且高效地向腔室1内供给而以高功率效率形成稳定的等离子体。若该角度θ 2不足130° 则沿平板天线板31的径向传播的波的效率下降，若超过150°则沿平板天线板31的周向传 播的波的效率下降。此外，连接从平板天线板31的中心Oa到第一槽32a的中心O32a的直线与连接从平 板天线板31的中心Oa到第二槽32b的中心O32b的直线所成的角度θ 3优选在8° 15° 的范围。可确认通过将该角度θ 3限定在8° 15°的范围内，可抑制反射波的发生，将电 磁场均勻且高效地向腔室1内供给而以高功率效率形成稳定的等离子体。若该角度θ 3在 上述范围以外，则来自各槽的电磁波的放射效率下降。此外，第一槽32a的长度方向与第二槽32b的长度方向所成的角度Θ4优选为大 致直角，可以设定为例如85° 95°的范围。如上所述，通过将各角度θ 1、θ 2、θ 3以及θ 4适当地调整，可以经由槽32将电 磁场均勻且高效地向腔室1内导入。另外，从平板天线板31的中心Oa起分别延伸到相邻 的第一槽32a的中心O32a的2根直线所成的角度，根据第一槽32a的配设数量，以例如变得 均等的方式适宜地设定。从平板天线板31的中心Oa起分别延伸到相邻的第二槽32b的中 心O32b的2根直线所成的角度也相同。此外，如图3所示，第一槽32a的长度与第二槽32b的长度都相同(槽长L4)。进 而，第一槽32a的宽度与第二槽32b的宽度都相同(槽宽W1)。槽长与槽宽之比(L4/W1)， 从提高放射效率(电磁波导入的功率效率)的观点来看，优选为1 26的范围。另外，槽 长L4可以设定为例如40mm 80mm的范围。此外，槽宽Wl可以设定为例如3mm 40mm的 范围。此外，针对慢波板33的材质是石英时的慢波板33的厚度、与平板天线板31的第 一槽32a以及第二槽32b的径向上的位置(比Ll/r以及比L2/r)的关系，考虑到因石英的 介电常数导致的波长缩短和石英内的驻波的周期性，优选设定为驻波的波长。
接着，说明使用本实施方式的等离子体处理装置100的等离子体处理的顺序的一 例。在此，举例示出使用含有氧的气体作为处理气体，对晶片表面进行等离子体氧化处理的 情况。首先，例如从用户接口 52输入指令，以便用等离子体处理装置100进行等离子体氧化处理。接受该指令，处理控制器51读出保存在存储部53中的配方。然后，从处理控制 器51向等离子体处理装置100的各终端设备，例如气体导入部18、排气装置24、电磁波发 生装置39、加热器电源5a等发送控制信号，以便在基于该配方的条件下执行等离子体氧化处理。然后，闸阀17被打开，将晶片W从输入输出口 16输入到腔室1内，并载置到载置 台2上。接着，边对腔室1内进行减压排气，边从气体导入部18将惰性气体和含氧气体以 规定的流量分别经气体导入部15导入到腔室1内。进而，调整排气量以及气体供给量，将 腔室1内调节到规定的压力。接着，将电磁波发生装置39的电源置于ON(接通)，发生电磁波(800 1000MHz)。 然后，将频率低于现有的微波的频率的、例如915MHz的电磁波经匹配电路38导入波导管 37。被导入波导管37的电磁波依次通过矩形波导管37b以及同轴波导管37a，并经内导体 41被供给到平板天线板31。电磁波在矩形波导管37b内以TE模式传播。该TE模式的电 磁波在模式变换器40被变换为TEM模式，在同轴波导管37a内向平板天线板31传播。然 后，该电磁波从在平板天线板31上贯通形成的孔即槽32，经透射板28，向腔室1内的晶片 W的上方空间放射。电磁波输出(功率)，基于高效地供给电磁波(电磁场)的观点，作为 平板天线板31的1平方厘米面积上的功率密度优选在0. 41 4. 19ff/cm2的范围内。电磁 波输出，可以从例如500 5000W左右的范围中，根据目的以变为上述范围的功率密度的方 式进行选择。利用从平板天线板31经透射板28向腔室1放射的电磁波，在腔室1内均勻地形 成电磁场，分别将惰性气体和含氧气体等离子体化。由电磁场激励的该等离子体，通过从平 板天线板31的多个槽32放射电磁场，而变为109/Cm3 1013/Cm3的高密度且在晶片W附近 为大致1. 5eV以下的低电子温度的等离子体。这样形成的高密度等离子体，是离子等对基 底膜导致的等离子体损坏少的等离子体。并且，通过等离子体中的活性种类例如自由基、离 子的作用，晶片W的硅表面被氧化而形成氧化硅膜SiO2的薄膜。另外，通过替代含氧气体 而用氮气，可进行硅的氮化处理。此外，通过使用成膜原料气体，可以进行利用等离子体CVD 法的成膜。当从处理控制器51送出使等离子体处理结束的控制信号时，电磁波发生装置39 的电源被断开(关)，等离子体氧化处理结束。接着，停止来自气体导入部18的处理气体的 供给，腔室内被抽真空。然后，晶片W从腔室1内被输出，结束对一张晶片W的等离子体处理。在等离子体处理装置100中，将利用本申请发明的平板天线板31的槽图案设 定为将由电磁波发生装置39发生的电磁波的频率可适用于比现有的微波的频率低的、 800MHz 1000MHz的范围(优选地为915MHz)内。这样，通过使用频率为800MHz 1000MHz 的范围的作为等离子体生成用的电磁波，与使用现有的2. 45GHz的频率的微波的情况相 比，表面波等离子体被截止的等离子体密度(截止密度)会降低，能够以高功率效率稳定地均勻地生成等离子体直到更高的压力条件为止。图5表示用等离子体处理装置100进行的等离子体处理的处理压力与等离子体的 电子密度之间的关系。随着处理压力变高，等离子体的电子密度会降低，在截止密度上，电 子密度急剧减少。在此，2. 45GHz的微波等离子体的截止密度大约是7. 5 X IO1W, 915MHz 的电磁波等离子体的截止密度大约是1. OX 101(lCm_3。此外，如图5所示，与2. 45GHz的微波 等离子体相比，在915MHz的电磁波等离子体中能够维持截止密度以上的等离子体密度直 到更高的压力条件为止。此外，在本实施方式的平板天线板31中，将从平板天线板31的中心Oa到内侧的 第一槽32a的中心O32a的距离Ll与平板天线板31的半径r之比Ll/r设定为0. 35 0. 5 的范围内，且将从平板天线板31的中心Oa到外侧的第二槽32b的中心O32b的距离L2与平 板天线板31的半径r之比L2/r设定为0. 7 0. 85的范围内，因此即使由电磁波发生装置 39发生的电磁波的频率处于800MHz 1000MHz这样的范围内，也能够抑制反射波的发生， 能够高效地将电磁波向腔室1内导入。因此，能够在腔室内将表面波等离子体均勻且稳定 地维持。此外，在本实施方式的平板天线板31中，将该第一槽32a的长度方向相对于连接 平板天线板31的中心Oa与第一槽32a的中心O32a的直线所成的角度θ 1设定为30° 50°的范围内，且将该第二槽32b的长度方向相对于连接平板天线板31的中心Oa与第二 槽32b的中心O32b的直线所成的角度θ 2设定为130° 150°的范围内，进而，将连接从 平板天线板31的中心Oa到第一槽32a的中心O32a的直线与连接从平板天线板31的中心Oa 到第二槽32b的中心O32b的直线所成的角度θ 3设定为8° 15°的范围内，进而，将第一 槽32a的长度方向与第二槽32b的长度方向所成的角度θ 4设定为大致直角、例如85° 95°的范围内。通过将各角度θ 1、θ 2、θ 3以及θ 4限定到上述范围内，能够经由槽32将 电磁波以高功率效率向腔室1内导入，由此适当地生成等离子体。如上所述，根据本实施方式的平板天线板31，通过对槽32a、32b的配置花费上述 的心思，可以高效地向腔室1内导入频率比现有的微波频率低的、800MHz 1000MHz范围 内(优选地915MHz)的电磁波。因此，与使用现有的2. 45GHz的微波的情况相比，即使更高 的压力条件下也可以在等离子体处理装置100的腔室1内均勻且稳定地维持表面波等离 子体。并且，通过使用这种等离子体处理装置100，能够以较高的压力条件实现提高处理率 和晶片平面内的处理的均一性，能够应对需要高精度的三维器件加工和微细加工以及大口 径。第二实施方式接着，参照图6以及图7说明本发明的第二实施方式中的平板天线板61。图6是 表示第二实施方式的平板天线板61的要部的俯视图，图7是放大表示平板天线板61上的 槽的俯视图。本实施方式的平板天线板61，与第一实施方式的平板天线板31相同地被使用 于等离子体处理装置100。平板天线板61具有圆板状的基材61a、和在该基材61a上以规定的图案贯通形成 的成对的多个槽62 (62a, 62b)。在平板天线板61上，除了将各槽62的宽度W2形成得很大、 槽62的配设数量变少的 方面之外，具有与第一实施方式的平板天线板31相同的构成。因 此，在以下的说明中，以与第一实施方式中的不同点为中心进行说明，对同样的构成标注相同的附图标记以省略说明。在基材61a上形成的多个槽62是稍宽幅且细长的形状。槽62包含在接近于平 板天线板61的中心Oa的位置上沿周向排列的多个第一槽62a、和以围绕这些第一槽62a的 方式在外侧排列的多个第二槽62b。第一槽62a和第二槽62b呈同心圆状排列。
第一槽62a与第二槽62b成对，并且它们各8个地与平板天线板61呈同心圆状均 等地配置。在此，从平板天线板61的中心0A(与基材61a的中心相同)到第一槽62a的中 心O62a的距离Ll与平板天线板61的半径r之比Ll/r在0. 35 0. 5的范围。此外，从平 板天线板61的中心Oa到第二槽62b的中心O62b的距离L2与平板天线板61的半径r之比 L2/r在0. 7 0. 85的范围。对于将比Ll/r和L2/r限定到上述范围内的理由与第一实施 方式相同。此外，在设与平板天线板61同心、半径为距离Ll且通过第一槽62a的中心O62a的 圆为Cl，设与平板天线板61同心、半径为距离L2且通过第二槽62b的中心O62b的圆为C2 的情况下，针对与平板天线板61同心并以从平板天线板61的中心Oa到圆Cl和圆C2的圆 周的径向的中间点M的距离L3为半径的圆C3，该距离L3与平板天线板61的半径r之比 L3/r优选在0. 5 0. 7的范围。通过将比L3/r限定到0. 5 0. 7的范围内能够抑制反射 波的发生，由槽高效地将电磁波导入，在腔室1内均勻地形成稳定的等离子体。此外，距离L2和Ll之差(L2-L1)与平板天线板61的半径r之比(L2_Ll)/r优选 在0.2 0.5的范围。通过将该比(L2-Ll)/r限定到上述范围内，可以抑制反射波的发生， 由槽高效地将电磁波导入，在腔室1内均勻地形成稳定的等离子体。另外。图6所示的角度θ 1、θ 2、θ 3以及θ 4的范围(以及设定到该范围内的理 由)都与第一实施方式相同。在本实施方式的平板天线板61中，如图7所示，第一槽62a的长度与第二槽62b的 长度都相同(槽长L4)。进而，第一槽62a的宽度与第二槽62b的宽度也都相同(槽宽W2)。 槽长与槽宽之比(L4/W2)，从在平板天线板61上提高来自各槽的电磁波的放射效率(功率 效率)的观点来看，优选设定为1 26的范围。另外，槽长L4可以设定为例如40mm 80mm 的范围，此外，槽宽W2可以设定为例如3mm 40mm的范围。在本实施方式中，与第一实施 方式的平板天线板31相比较，以增大槽宽W2的比率的方式设定。由此，槽62的贯通口的 面积变大，使电磁波可以经平板天线板61的槽62高效地向腔室1内导入。本实施方式中的其他的构成、作用以及效果与第一实施方式相同。第三实施方式接着，参照图8说明本发明的第三实施方式的平板天线板71。图8是表示第三实 施方式的平板天线板71的要部的俯视图。本实施方式的平板天线板71与第一实施方式中 的平板天线板31同样地被使用于等离子体处理装置100。平板天线板71，除了在外周侧配 置的槽的数量形成得较多这点，具有与第二实施方式的平板天线板61相同的构成。因此， 在以下的说明中，以与第二实施方式的不同点为中心进行说明，对相同的构成标柱相同的 附图标记以省略说明。平板天线板71具有圆板状的基材71a、和在该基材71a上以规定的图案贯通形成 的多个槽72 (72a, 72bl、72b2)。槽72包含在接近于平板天线板71的中心Oa的位置上沿周 向排列的多个第一槽72a、和以围绕这些第一槽72a的方式在外侧排列的多个第二槽72bl和第三槽72b2。第一槽72a、第二槽72bl以及第三槽72b2呈同心圆状排列。此外，第一槽72a和 第二槽72bl成对。而第三槽72b2是与第一槽72a不成对的不成对槽。第一槽72a沿平板 天线板71的圆周方向均等地配置8个。外周侧的槽中的与第一槽72a成对的第二槽72bl 也沿平板天线板71的圆周方向均等地配置8个。另一方面，第二槽72bl和第三槽72b2它们各8个(合计16个)地沿平板天线板71的圆周方向均等地配置。第二槽72bl和第三槽72b2每隔一个交替地配置。在平板天 线板71中，除了第二槽72bl还设有第三槽72b2，由此平板天线板71上的贯通口的面积比 起第二实施方式的平板天线板61进一步增大。因此，能够使电磁波更高效地向腔室1内导 入。在本实施方式的平板天线板71中，从平板天线板71的中心Oa (与基材71a的中心 相同)到第一槽72a的中心O72a的距离Ll与平板天线板71的半径r之比Ll/r也在0. 35 0. 5的范围内。此外，从平板天线板71的中心Oa到第二槽72bl、第三槽72b2的中心O72bl, O72b2的距离L2与平板天线板71的半径r之比L2/r在0. 7 0. 85的范围内。关于将比Li/ r和L2/r限定到上述范围内的理由与第一实施方式相同。通过限定到上述范围内，能够抑 制反射波的发生，高效地将电磁波供给到腔室1内而形成稳定的等离子体。此外，在设与平板天线板71同心、半径为距离Ll且通过第一槽72a的中心O72a的 圆为Cl，设与平板天线板71同心、半径为距离L2且通过第二槽72bl的中心O72bl的圆为C2 的情况下，针对与平板天线板71同心且以从平板天线板71的中心Oa到圆Cl和圆C2的圆 周的径向的中间点M的距离L3为半径的圆C3，优选该距离L3与平板天线板71的半径r之 比L3/r在0. 5 0. 7的范围内。通过将该比L3/r限定到0. 5 0. 7的范围内，能够抑制 反射波的发生，高效地将电磁波供给到腔室1内而形成稳定的等离子体。此外，距离L2和Ll之差(L2-L1)与平板天线板71的半径r之比(L2_Ll)/r优选 在0.2 0.5的范围内。通过将该比(L2-Ll)/r限定到上述范围内，可以抑制反射波的发 生，高效地将电磁波导入到腔室1内均勻地形成稳定的等离子体。另外。图8所示的角度Θ1、θ 2、θ 3以及θ 4的范围(以及设定到该范围的理 由)都与第一实施方式相同。另外，本实施方式的第一槽72a、第二槽72bl和第三槽72b2的长度和宽度的范围、 以及限定到该范围内的理由都与第二实施方式相同。本实施方式中的其他的构成、作用以及效果与第一实施方式相同。以上，针对本发明的实施方式进行了讲述，但本发明不限于上述实施方式，可以进 行种种变形。例如，具备具有根据本发明的槽图案的平板天线板31的等离子体处理装置 100可以适用于等离子体氧化处理装置、等离子体氮化处理装置、等离子体CVD处理装置、 等离子体蚀刻处理装置、等离子体退火处理装置等。进而，具有本发明的平板天线板的等离 子体处理装置不限于将半导体晶片作为被处理体进行处理的情况，也适用于将例如液晶显 示器装置和有机EL显示器装置等平板显示装置用的基板作为被处理体的等离子体处理装 置。进而，针对各槽的平面形状，不限定于上述实施方式所示的形状，可以采用例如圆 形、椭圆形、正方形、矩形等形状。
权利要求
一种平板天线部件，向等离子体处理装置的处理容器内导入由电磁波发生源发生的电磁波，其特征在于，具有由导电材料构成的平板状基材、和形成在上述平板状基材上的放射电磁波的多个贯通口，上述贯通口包含沿中心与上述平板天线部件的中心重叠的圆的圆周排列的多个第一贯通口；在上述第一贯通口的外侧与上述圆呈同心圆状排列的多个第二贯通口，从上述平板天线部件的中心到上述第一贯通口的中心的距离L1与上述平板天线部件的半径r之比L1/r在0.35～0.5的范围内，从上述平板天线部件的中心到上述第二贯通口的中心的距离L2与上述平板天线部件的半径r之比L2/r在0.7～0.85的范围内。
2.根据权利要求1所述的平板天线部件，其特征在于，第三圆的半径L3与上述半径r 之比L3/r在0. 5 0. 7的范围内，其中，该第三圆相对于以上述距离Ll为半径且通过上述 第一贯通口的中心的第一圆和以上述距离L2为半径且通过上述第二贯通口的中心的第二 圆呈同心圆状，并且通过该第一圆的圆周与该第二圆的圆周之间的径向上的中间点。
3.根据权利要求1或2所述的平板天线部件，其特征在于，上述距离L2以及上述距离 Ll之差(L2-L1)与上述平板天线部件的半径r之比(L2-L1)/r在0. 2 0. 5的范围内。
4.根据权利要求1 3中任一项所述的平板天线部件，其特征在于，上述第一贯通口和 上述第二贯通口都是细长形状，上述第二贯通口的长度方向相对于上述第一贯通口的长度 方向所成的角度在85° 95°的范围内。
5.根据权利要求4所述的平板天线部件，其特征在于，上述第一贯通口的长度方向 相对于连接上述平板天线部件的中心与该第一贯通口的中心的直线所成的角度在30° 50°的范围内。
6.根据权利要求4或5所述的平板天线部件，其特征在于，上述第二贯通口的长度方向 相对于连接上述平板天线部件的中心与该第二贯通口的中心的直线所成的角度在130° 150°的范围内。
7.根据权利要求1 6中任一项所述的平板天线部件，其特征在于，连接从上述平板天 线部件的中心到上述第一贯通口的中心的直线与连接从上述平板天线部件的中心到上述 第二贯通口的中心的直线所成的角度在8° 15°的范围内。
8.根据权利要求1 7中任一项所述的平板天线部件，其特征在于，由上述电磁波发生 源发生的电磁波的频率在800 1000MHz的范围内。
9.一种等离子体处理装置，其特征在于，具备处理容器，其收容被处理体且可抽真空；气体导入部，其向上述处理容器内供给气体；排气装置，其对上述处理容器内减压排气；透射板，其气密地安装在上述处理容器的上部的开口部，使在上述处理容器内生成等 离子体用的电磁波透射；平板天线部件，其配置在上述透射板之上，将上述电磁波向上述处理容器内导入；罩部件，其从上方覆盖上述平板天线部件；波导管，其贯通上述罩部件地设置，将由电磁波发生源发生的800 1000MHz范围内的电磁波向上述平板天线部件供给，上述平板天线部件具有由导电材料构成的平板状基材、和形成在上述平板状基材上的 放射电磁波的多个贯通口，上述贯通口包含呈圆形排列的多个第一贯通口 ；在上述第一贯通口的外侧呈同心圆 状排列的多个第二贯通口，从上述平板天线部件的中心到上述第一贯通口的中心的距离Ll与上述平板天线部件 的半径r之比Ll/r在0. 35 0.5的范围内，从上述平板天线部件的中心到上述第二贯通口的中心的距离L2与上述平板天线部件 的半径r之比L2/r在0. 7 0. 85的范围内。
10.根据权利要求9所述的等离子体处理装置，其特征在于，第三圆的半径L3与上述半 径r之比L3/r在0. 5 0. 7的范围内，其中，该第三圆相对于以上述距离Ll为半径且通过 上述第一贯通口的中心的第一圆和以上述距离L2为半径且通过上述第二贯通口的中心的 第二圆呈同心圆状，并且通过该第一圆的圆周与该第二圆的圆周之间的径向上的中间点。
11.根据权利要求9或10所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述距离L2以及上 述距离Ll之差(L2-L1)与上述平板天线部件的半径r之比(L2-L1)/r在0. 2 0. 5的范 围内。
12.根据权利要求9 11中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述第一贯 通口和上述第二贯通口都是细长形状，上述第二贯通口的长度方向相对于上述第一贯通口 的长度方向所成的角度在85° 95°的范围内。
13.根据权利要求12所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述第一贯通口的长度 方向相对于连接上述平板天线部件的中心与上述第一贯通口的中心的直线所成的角度在 30° 50°的范围内。
14.根据权利要求12或13所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述第二贯通口的 长度方向相对于连接上述平板天线部件的中心与该第二贯通口的中心的直线所成的角度 在130° 150°的范围内。
15.根据权利要求9 14中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于，连接从上述 平板天线部件的中心到上述第一贯通口的中心的直线与连接从上述平板天线部件的中心 到上述第二贯通口的中心的直线所成的角度在8° 15°的范围内。
全文摘要
本发明涉及一种平板天线部件，向等离子体处理装置的处理容器内导入由电磁波发生源发生的电磁波，其特征在于，具有由导电材料构成的平板状基材、和形成在上述平板状基材上的放射电磁波的多个贯通口，上述贯通口包含沿中心与上述平板天线部件的中心重叠的圆的圆周排列的多个第一贯通口；在上述第一贯通口的外侧与上述圆呈同心圆状排列的多个第二贯通口，从上述平板天线部件的中心到上述第一贯通口的中心的距离L1与上述平板天线部件的半径r之比L1/r在0.35～0.5的范围内，从上述平板天线部件的中心到上述第二贯通口的中心的距离L2与上述平板天线部件的半径r之比L2/r在0.7～0.85的范围内。
文档编号H05H1/46GK101849444SQ20098010090
公开日2010年9月29日 申请日期2009年3月13日 优先权日2008年3月14日
发明者吉冈正雄, 本乡俊明, 植田笃, 田才忠, 福田良则, 足立光 申请人:东京毅力科创株式会社