[发明专利]顶板以及等离子体处理装置

说明书

技术领域

本发明涉及使由微波产生的等离子体作用于半导体晶片等实施处理时 所使用的等离子体处理装置以及该等离子体处理装置中所使用的顶板。

背景技术

近年来，随着半导体产品的高密度化以及高细微化的发展，在半导 体产品的制造工序中，使用等离子体处理装置实施成膜、蚀刻、灰化等 处理，特别是由于在0.1～10Pa左右的压力比较低的高真空状态下也能 够稳定地产生等离子体，所以愈发倾向于使用微波产生高密度等离子体 的微波等离子体装置。

这种等离子体处理装置在专利文献1～6等中被公开。在此，参照图 1概略地说明利用微波的通常的等离子体处理装置。图1是表示现有的 通常的等离子体处理装置的概略结构图。

在图1中，该等离子体处理装置2在可进行抽真空的处理容器4内 设置用于载置半导体晶片的载置台6，在与该载置台6对置的顶部气密 地设置有透过微波的由圆板状的氮化铝、石英等构成的顶板8。

而且，在该顶板8的上表面上设置有厚度数mm左右的圆板状平面 天线构件10、和用于缩短微波在该平面天线构件10的半径方向上的波 长例如由电介质构成的滞波构件12。在该滞波构件12的上方设置有顶 部冷却保护层14，该顶部冷却保护层14在其内部形成用于冷却水流动 的冷却水流路，以对滞波材料12等进行冷却。还有，在平面天线构件 10中形成有多个例如由长槽状的贯通孔构成的狭缝16。该狭缝16通常 配置成同心圆状，或者配置成漩涡状。

还有，平面天线构件10的中心部连接有同轴波导管18的内部导体 20，引导由未图示的微波发生器发生的例如2.45GHz的微波。而且，使 微波在天线构件10的半径方向放射状地传播并从设置在平面天线构件 10的狭缝16处放射微波使其透过到顶板8，将微波导入到下方的处理 容器4内，通过该微波在处理容器4内的处理空间S中发生等离子体， 对半导体晶片W实施蚀刻、成膜等规定的等离子体处理。

专利文献1：日本特开平3-191073号公报

专利文献2：日本特开平5-343334号公报

专利文献3：日本特开平9-181052号公报

专利文献4：日本特开2003-59919号公报

专利文献5：日本特开2004-14262号公报

专利文献6：日本特开2005-100931号公报

但是，利用上述的等离子体处理装置，在进行成膜或蚀刻等等离子 体处理时，通常，希望将等离子体密度在晶片的面内方向均一化，维持 高度的面内均一性。而且，该处理容器内的等离子体的状态很大程度依 存于处理压力、气体种类等处理条件，希望即使处理条件发生各种变动 也能将等离子体密度的面内均一性始终维持得较高。

此时，通常使形成在平面天线构件10中的狭缝16的分布、形状等 适当地变化，尝试将处理容器4内的等离子体密度尽可能做到均一。但 是，对处理容器4内的等离子体的行动的控制是非常困难的，如上所述 由于处理条件稍微变化，等离子体的行动能够变化很大，或者从相邻的 狭缝16导入的微波彼此干扰，其结果，存在不能充分维持等离子体处 理的面内均一性的情况。

特别是透过顶板8在处理容器4内传播的微波，因形成在处理空间 S中的等离子体阻碍其侵入，向顶板8的正下方的平面方向作为表面波 22被传播，该表面波22成为驻波进行传播，因此始终发生起因于该驻 波的等离子体密度的偏差，实现所希望的等离子体密度分布很困难。

此时，如专利文献4～6所示，研究了在顶板的表面设置凹凸来控制 等离子体密度的情况，特别是在如专利文献6这样在顶板的下表面设置 了圆锥状的凹凸的情况下，能够实现等离子体密度的均一性相当大的改 善，但是，即使这样也不够充分，由于上述微波的传播效率极大地依存 于狭缝的形状、排列图案，特别是顶板的表面形状，所以最佳化很困难。

尤其是在晶片尺寸从8英寸大口径化为12英寸，且在细微化以及 薄膜化逐步推进的今天，强烈希望解决上述问题。

发明内容

本发明是着眼于如上所述的问题，为了有效地解决该问题而做出 的。本发明的目的在于提供一种可使处理空间的水平面方向上的等离子 体密度均一化的等离子体处理装置以及该等离子体处理装置中所使用 的顶板。