等离子体处理装置以及半导体制造装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及使用放射线槽天线的微波等离子体处理装置，使放射线槽天线辐射面与构成处理室外壁的一部分，贴紧在与浇淋板贴紧的盖板上，在放射线槽天线上还通过设置冷却器，以便吸收于厚度方向在处理室外壁中流过的热流，从而使浇淋板的冷却效率最佳化，同时使微波激励效率最佳化。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种等离子体处理装置，尤其涉及一种微波等离子体处理装置。等离子体处理工序和等离子体处理装置，对于近年来被称为“超亚微元件(deep submicron)”或“超亚四分之一微元件(deep subquartermicron)”的具有接近0.1微米或小于0.1微米栅极长度的超细微化半导体器件的制造、或包括液晶显示装置的高清晰度平面显示装置的制造而言，是不可或缺的技术。作为用于制造半导体器件或液晶显示装置的等离子体处理装置来说，目前使用各种各样的等离子体激发方式，但通常使用的是平行平板型高频激发等离子体处理装置或电感耦合型等离子体处理装置。但是，这些现有的等离子体处理装置的等离子体形成不均匀，限定电子密度高的区域，所以存在难以用高的处理速度即生产量在被处理基板整体表面附近进行均匀加工的问题。该问题特别是在处理大直径基板的情况下变得严重。另外，在这些现有等离子体处理装置中，因为电子温度高，所以对被处理基板中形成的半导体元件产生损害，另外，还具有处理室壁的溅射引起的金属污染大等几个本质问题。因此，通过现有的等离子体处理装置，难以满足对提高半导体器件或液晶显示装置更细微化和更高生产率的严格要求。另一方面，目前提议不使用直流磁场而使用由微波电场激发的高密度等离子体的微波等离子体处理装置。例如，提议如下结构的等离子体处理装置从具有排列成产生均匀微波的多个槽的平面形天线(放射线槽天线)向处理容器内放射微波，由该微波电场电离真空容器内的气体来激发等离子体。(例如参照特开平9-63793公报)由这种方法激发的微波等离子体可在天线正下方的宽区域附近实现高的等离子体密度，并可在短时间内进行均匀的等离子体处理。而且，由这种方法形成的微波等离子体通过微波激发等离子体，电子温度低，可避免被处理基板的损害或金属污染。并且在大面积基板上容易激发均匀的等离子体，所以也可容易地适应于使用大口径半导体基板的半导体器件的制造工序或大型液晶显示装置的制造。参照附图说明图1A，微波等离子体处理装置100具有从多个排气端口116排气的处理室101，在上述处理室101中形成保持被处理基板114的保持台115。为了实现上述处理室101的均匀排气，在上述保持台115周围形成环形的空间101A，通过等间隔地、即相对于被处理基板轴对称地形成上述多个排气端口116，与上述空间101A连通，通过上述空间101A和排气端口116可使上述处理室101均匀地排气。在上述处理室101上，在对应于上述保持台115上的被处理基板114的位置上，通过密封圈109形成作为上述处理室101外壁的一部分、由低损耗电介质构成、并形成多个开口部107的板形浇淋板103，而且在上述浇淋板103的外侧也同样通过其它密封圈108来设置由低损耗电介质构成的盖板102。在上述浇淋板103中，在其上面形成等离子体气体的通路104，上述多个开口部107的每一个都与上述等离子体气体通路104连通。并且，在上述浇淋板103的内部形成与设置在上述处理容器101外壁上的等离子体气体供给端口105连通的等离子体气体供给通路106，从上述供给通路106通过上述通路104向上述开口部107供给已供给至上述等离子体气体供给端口105的Ar或Kr等的等离子体气体，以实质上同样的浓度从上述开口部107向上述处理容器101内部的上述浇淋板103正下方的空间101B排出。在上述处理容器101上，还在上述盖板102的外侧，从上述盖板102离开4～5mm设置具有图1B所示的放射面的放射线槽天线110。上述放射线槽天线110通过同轴波导管110A连接于外部的微波源(未图示)，通过来自上述微波源的微波，激发向上述空间101B排放的等离子体气体。由大气来填充上述盖板102和放射线槽天线110的放射面之间的间隙。上述放射线槽天线110由连接于上述同轴波导管110A的外侧波导管上的平坦盘形天线主体110B、以及形成于上述天线主体110B的开口部中、并形成图1B所示的多个槽110a和与其垂直的多个槽110b的放射板110C构成，在上述天线主体110B和上述放射板110C之间插入由一定厚度的电介质膜构成的滞相板110D。在这种结构的放射线槽天线110中，从上述同轴波导管110供电的微波在上述盘形天线主体110B和放射板110C之间一边沿半径方向变宽一边前进，此时，由于上述滞相板110D的作用而压缩波长。于是，对应于在半径方向上前进的微波波长，上述槽110a和110b形成为同心圆形，并彼此相互垂直，从而可沿实质垂直于上述放射板110C的方向放射具有圆偏振波的平面波。通过使用这种放射线槽天线110，在上述浇淋板103正下方的空间101B中形成均匀的高密度等离子体。如此形成的高密度等离子体的电子温度低，因此，不会对被处理基板114产生损害，另外，也不会产生源于处理容器101器壁溅射的金属污染。在图1的等离子体处理装置100中，还在上述处理容器101中的上述浇淋板103和被处理基板114之间，形成导体结构物111，该导体结构物111形成有从外部处理气体源(未图示)通过形成于上述处理容器101中的处理气体通路112供给处理气体的多个喷嘴113，上述各喷嘴113将供给的处理气体排放到上述导体结构物111和被处理基板114之间的空间101C中。在上述导体结构物111中，在上述相邻的喷嘴113和113之间形成通过从上述空间101B扩散到上述空间101C来使上述空间101B中形成的等离子体有效通过的大的开口部。于是，在从上述导体结构物111通过上述喷嘴113向上述空间101C排放处理气体的情况下，在上述空间101B中形成的高密度等离子体激发排放出的处理气体，在上述被处理基板114上有效、高速、且不损害基板和基板上的元件结构、另外不污染基板地进行同样的等离子体处理。另一方面，这种导体结构物111阻止了从上述放射线槽天线110放射出的微波，不会损害被处理基板114。可是，在使用这种放射线槽天线110的等离子体处理装置100中，由于在前述空间101B上形成的等离子体密度达到1012/cm3的量级，所以浇淋板103暴露在构成前述高密度等离子体的大量离子以及电子下，由这些离子以及电子加热。源于这样的离子以及电子的热通量也达到1～2W/cm2。而且，为了在前述等离子体处理装置100中，抑制向处理室101附着堆积物，大都使处理室101的器壁保持150℃左右的温度运行，这样的处理室101的加热结果，由电介质材料构成的前述浇淋板103以及盖板102中积蓄热量，产生非常大的温度分布。图2示出在前述处理室101的器壁温度为150℃，热在1W/cm2的通量下从在前述空间101B中形成的高密度等离子体流入前述浇淋板103时，在前述浇淋板103中形成的温度分布。浇淋板103的厚度为25mm。参照图2，作为前述浇淋板103使用导热率1.4W/m·K的石英玻璃时，浇淋板中心温度远远超过600℃，如果考虑温度差所导致的热畸变，则认为这样的浇淋板不耐实用。此外，在由导热率1.5W/m·K的Al2O3形成的浇淋板或由导热率30W/m·K的热等静压法(HIP)形成的Al2O3浇淋板时，浇淋板中心部的温度也大于450℃或大于300℃，可以看到有非常大的热畸变加在前述浇本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子体处理装置，其特征为，由： 用外壁围成，并具有保持被处理基板的保持台的处理容器； 与所述处理容器连接的排气系统； 在所述处理容器上，按与所述保持台上的被处理基板相对置的方式，作为所述外壁的一部分而设置的、由浇淋板与盖板构成的等离子体气体供给部，所述浇淋板具有等离子体气体通路和与所述等离子体气体通路连通的多个开口部且在其第１侧与所述保持台上的被处理基板相对，所述盖板设在与所述浇淋板的所述第１侧相对置的第２侧； 在所述处理容器上，与所述等离子体气体供给部相对应，按与所述盖板贴紧的方式设置的微波天线；以及 与所述微波天线电连接的微波电源；构成， 所述微波天线由与所述等离子体气体供给部的盖板接触、形成微波辐射面的第１外表面和与所述第１外表面对置的第２外表面围成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：大见忠弘，平山昌树，须川成利，后藤哲也，
申请(专利权)人：大见忠弘，东京毅力科创株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]