專利名稱：等離子體處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于對半導(dǎo)體晶片等被處理體實施等離子體處理的等離子體處理裝置。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體器件的制造中，對作為被處理體的半導(dǎo)體晶片進行蝕刻、灰化、成膜等各種處理。這些處理中，使用在能夠保持真空氣氛的處理容器內(nèi)對半導(dǎo)體晶片實施等離子體處理的等離子體處理裝置。在等離子體處理裝置中，處理容器的內(nèi)壁由鋁等金屬形成。因此，若暴露在強等離子體中，則內(nèi)壁面會被等離子體濺射而產(chǎn)生微粒，產(chǎn)生因鋁等導(dǎo)致的金屬污染，對器件性能造成不良影響。為解決這種問題，提出下述技術(shù)(例如，參照日本特開2005-268763號)在利用平面天線向處理容器內(nèi)導(dǎo)入微波來生成等離子體的RLSA微波等離子體方式的等離子體處理裝置中，利用釔氧化物來對在處理容器內(nèi)暴露于等離子體中的部位進行涂覆膜。不過，近年來，半導(dǎo)體晶片的大型化和器件的精細化得到發(fā)展，為應(yīng)對這些發(fā)展， 需要改善等離子體處理的效率(例如成膜率)和晶片面內(nèi)的處理的均勻性。因此，在以等離子體氧化處理為代表的成膜處理中，以下方法也引人注目對埋設(shè)于在等離子體處理裝置的處理容器內(nèi)載置半導(dǎo)體晶片的由電介質(zhì)形成的載置臺內(nèi)的電極供給高頻電力，邊對半導(dǎo)體晶片施加偏壓邊進行等離子體處理。在對載置臺的電極供給高頻電力的情況下，需要隔著等離子體處理空間在處理容器內(nèi)設(shè)置相對電極。作為相對電極的材料優(yōu)選導(dǎo)電性的金屬，但在等離子體氧化處理中，因為會在相對電極附近生成具有強氧化作用的等離子體，所以導(dǎo)致相對電極的表面被氧化而發(fā)生劣化，并且相對電極的表面被濺射，發(fā)生金屬污染或微粒。另外，若對載置臺的電極供給高頻電力，則會形成從該載置臺經(jīng)由等離子體處理空間流向相對電極，并進一步從相對電極經(jīng)由處理容器的壁等流回高頻電源的地的高頻電流的通路(RF回流電路)。在這種高頻電流的通路形成得不合適的情況下，處理容器內(nèi)生成的等離子體不穩(wěn)定，并且高頻電力的耗電效率降低，不能穩(wěn)定地施加偏壓。另外，若高頻電流通路的途中發(fā)生短路或異常放電，則會產(chǎn)生處理效率降低和處理變得不穩(wěn)定的問題。例如，若發(fā)生應(yīng)當(dāng)從載置臺經(jīng)由等離子體處理空間前往相對電極的高頻電力，前往位于更接近的位置的處理容器的側(cè)壁等的短路，則高頻電力的耗電效率降低，并且處理效率也降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種技術(shù)，在向載置被處理體的載置臺的電極供給偏壓用的高頻電力的方式的等離子體處理裝置中，使高頻電流的通路合適化來提高耗電效率，并防止異常放電來提高處理效率。根據(jù)本發(fā)明，提供一種等離子體處理裝置，其特征在于，包括上部開口的處理容器；向上述處理容器內(nèi)供給處理氣體的氣體供給機構(gòu)；對上述處理容器內(nèi)進行減壓排氣的排氣機構(gòu)；在上述處理容器內(nèi)載置被處理體的載置臺；埋設(shè)于上述載置臺，用于對被處理體施加偏壓的第一電極；以至少一部分與上述處理容器內(nèi)的等離子體生成區(qū)域相鄰的方式配置，相對上述第一電極隔著等離子體處理空間設(shè)置的由導(dǎo)電性部件形成的第二電極；由上述第二電極支承，封閉上述處理容器的上述開口并使微波透過的電介質(zhì)板；和設(shè)置在上述電介質(zhì)板的上方，經(jīng)由波導(dǎo)管與微波發(fā)生裝置連接，向上述處理容器內(nèi)導(dǎo)入微波的平面天線，其中，在上述第二電極的表面中的與上述等離子體生成區(qū)域相鄰的部分設(shè)置有由金屬氧化物形成的保護膜，并且上述處理容器的上部的內(nèi)壁面由第一絕緣性襯套覆蓋，且上述處理容器的下部的內(nèi)壁面由與上述第一絕緣性襯套連接的第二絕緣性襯套覆蓋。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由金屬氧化物形成的保護膜能夠保護由金屬等導(dǎo)電性材料形成的第二電極(相對電極)的表面，實現(xiàn)提高耐久性的效果，并長期間保護相對電極不受等離子體作用。另外，流向第二電極的高頻電流，流經(jīng)處理容器的側(cè)壁導(dǎo)向處理容器的下部，利用第一絕緣性的襯套和第二絕緣性的襯套，能夠抑制從載置臺直接向處理容器的側(cè)壁異常放電，所以能夠容易更穩(wěn)定地維持無損的(無電阻的)合適的高頻電流路徑。因此，能夠改善對載置臺的電極供給高頻電力時的高頻電力的耗電效率，并且能夠避免異常放電對處理的不良影響、微粒的產(chǎn)生導(dǎo)致的金屬污染和對處理容器的損傷，實現(xiàn)穩(wěn)定的等離子體處理。上述第二絕緣性襯套的厚度優(yōu)選比上述第一絕緣性襯套的厚度大。上述第二絕緣性襯套，優(yōu)選覆蓋上述處理容器的內(nèi)壁面中的比埋設(shè)有上述第一電極的上述載置臺的高度低的區(qū)域的至少一部分。在該情況下，上述第二絕緣性襯套，更優(yōu)選延伸至到達與上述處理容器的下部連接的排氣室的高度位置。在合適的一個實施方式中，上述處理容器包括形成上述處理容器的下側(cè)部分的第一部分；和與上述第一部分的上端面接合，形成上述處理容器的上側(cè)部分的第二部分，其中，在上述第一部分與上述第二部分之間，形成有用于流通從上述氣體供給機構(gòu)向上述處理容器內(nèi)供給的上述處理氣體的氣體通路，夾著(隔著)上述氣體通路，在其兩側(cè)設(shè)置有第一密封部件和第二密封部件，并且，在靠近上述處理容器的內(nèi)部的一側(cè)的設(shè)置有上述第一密封部件的部位，上述第一部分與上述第二部分抵接，在靠近上述處理容器的外部的一側(cè)的設(shè)置有上述第二密封部件的部位，上述第一部分與上述第二部分之間形成有間隙。上述保護膜優(yōu)選由釔氧化物形成。上述電介質(zhì)板、上述第一絕緣性襯套和上述第二絕緣性襯套優(yōu)選由石英形成。


圖1是表示本發(fā)明的等離子體處理裝置的一個實施方式的等離子體氧化處理裝置的大致截面圖。圖2是放大表示圖1的主要部分的截面圖。圖3是表示平面天線的結(jié)構(gòu)的圖。圖4是表示控制部的結(jié)構(gòu)的說明圖。圖5是說明等離子體氧化處理裝置中的電流的流動的圖。
圖6是說明RF回流電路的等效電路的圖。
具體實施例方式以下參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行詳細說明。圖1是示意地表示本發(fā)明的等離子體處理裝置的一個實施方式的等離子體氧化處理裝置100的大致結(jié)構(gòu)的截面圖。另外，圖2是放大表示圖1的主要部分的截面圖。圖3是表示圖1的等離子體氧化處理裝置 100的平面天線的俯視圖。等離子體氧化處理裝置100構(gòu)成為RLSA(feidial Line Slot Antenna、徑向線縫隙天線)微波等離子體處理裝置，能夠利用具有多個縫隙狀的孔的平面天線、特別是徑向線縫隙天線，直接向處理容器內(nèi)導(dǎo)入微波，在處理容器內(nèi)產(chǎn)生高密度且低電子溫度的微波激發(fā)等離子體。等離子體氧化處理裝置100，能夠利用具有1 X 101° 5 X IO1Vcm3的等離子體密度和0. 7 2幼的低電子溫度的等離子體進行處理。因此，等離子體氧化處理裝置100， 在各種半導(dǎo)體裝置的制造過程中，能夠適用于例如將作為被處理體的硅氧化來形成硅氧化膜(例如SiO2膜)的目的。等離子體氧化處理裝置100具有氣密地構(gòu)成的接地的大致圓筒狀的處理容器(腔室)1，用于被搬入作為基板的半導(dǎo)體晶片(以下僅記為“晶片”)W。該處理容器1由鋁或其合金、或者不銹鋼等金屬材料構(gòu)成。處理容器1包括構(gòu)成該處理容器1的下側(cè)部分的第一部分(以下稱“第一容器2”)，和配置在該第一部分之上，構(gòu)成該處理容器的上側(cè)部分的第二部分(以下稱“第二容器3”)。第一容器2和第二容器3可以形成為一體。另外，在處理容器1的上部，能夠裝卸地設(shè)置有用于向處理空間導(dǎo)入微波的微波導(dǎo)入部沈。即，微波導(dǎo)入部26能夠開閉處理容器1的上端的開口。第二容器3的上端部與微波導(dǎo)入部沈卡合，第二容器3的下端部與第一容器2的上端部接合。另外，在第二容器3形成有多個冷卻水流路3a，以能夠冷卻第二容器3的壁。于是，能夠抑制因等離子體的熱產(chǎn)生的熱膨脹導(dǎo)致接合部位發(fā)生錯位或產(chǎn)生等離子體損傷，防止密封性降低或微粒的產(chǎn)生。在第一容器2內(nèi)，用于水平地支承作為被處理體的晶片W的載置臺5，設(shè)置為由從排氣室11的底部中央向上方延伸的圓筒狀的支承部4支承的狀態(tài)。作為構(gòu)成載置臺5的支承部4的材料，能夠列舉石英或A1N、A1203等陶瓷材料，其中優(yōu)選熱傳導(dǎo)性優(yōu)良的A1N。另外，載置臺5中埋入有電阻加熱型的加熱器fe，例如通過從作為200V的交流電源的加熱器電源6供電來加熱載置臺5，利用該熱來加熱作為被處理體的晶片W。在連接加熱器如和加熱器電源6的供電線6a，設(shè)置有具有用于屏蔽RF(高頻)噪聲的噪聲濾波電路的濾波盒 45。載置臺5的溫度由插入載置臺5的未圖示的熱電偶測定，根據(jù)來自熱電偶的信號控制加熱器電源6，能夠在例如室溫到800°C的范圍內(nèi)進行穩(wěn)定的溫度控制。另外，在載置臺5的內(nèi)部的表面?zhèn)?，埋設(shè)有作為第一電極的偏壓用電極7。該電極 7埋設(shè)在與載置的晶片W大致對應(yīng)的區(qū)域。作為電極7的材料，能夠使用具有例如與載置臺 5的材料(AlN)大致相等的熱膨脹率的鉬、鎢等導(dǎo)電性材料。電極7例如能夠形成為網(wǎng)眼狀、格子狀、螺旋狀等形狀。另外，以覆蓋載置臺5的整個面的方式設(shè)置有罩8a，在該罩8a 設(shè)置有用于引導(dǎo)晶片W的槽。另外，在載置臺5的外周側(cè)，環(huán)狀設(shè)置有用于將處理容器1內(nèi)均勻排氣的石英制的緩沖板8b。該緩沖板8b具有多個孔8c，由支柱(未圖示)支承。另外，在載置臺5，相對載置臺5的表面可突出縮回地設(shè)置有用于支承晶片W使其升降的多個晶片支承銷(未圖示)。在第二容器3的上下的接合部，設(shè)置有例如0形環(huán)等密封部件9a、9b、9c，由此確保接合部的氣密狀態(tài)。這些密封部件9a、9b、9c例如由Kalrez (商品名，杜邦公司制)等氟橡膠材料形成。在第一容器2的底壁加的大致中央部形成有圓形的開口部10。以覆蓋該開口部 10的方式，在底壁加連接有與開口部10連通并向下方突出，用于將處理容器1內(nèi)部均勻排氣的排氣室(排氣腔室)11。如圖2中放大表示的那樣，在第一容器2內(nèi)的任意的位置(例如將第一容器2的圓周方向上均勻四等分的位置)，設(shè)置有沿垂直方向的多個氣體供給路12。氣體供給路12 與由第一容器2與第二容器3之間的間隙形成的環(huán)狀通路13連接。另外，在第二容器3的內(nèi)部，形成有與該環(huán)狀通路13連接的多個氣體通路14。另外，在第二容器3的上端部，沿著第二容器3的內(nèi)周面均勻地在多處(例如32處)設(shè)置有氣體導(dǎo)入口 15a，從這些氣體導(dǎo)入口 1 設(shè)置有水平延伸的氣體導(dǎo)入路15b。該氣體導(dǎo)入路1 與在第二容器3內(nèi)沿鉛垂方向形成的氣體通路14連通。環(huán)狀通路13是在第一容器2的上端面與第二容器3的下端面的接合部分，由臺肩部18和臺肩部19形成的流路。該環(huán)狀通路13以包圍處理容器1的內(nèi)部空間的方式，在大致水平方向上環(huán)狀地延伸。環(huán)狀通路13經(jīng)由氣體供給路12在處理容器1的下部與氣體供給裝置16連接。另外，氣體供給裝置16也可以與處理容器1的側(cè)面連接。環(huán)狀通路13具有作為向各氣體通路14均勻分配氣體加以供給的氣體分配單元的功能，以防止處理氣體偏向特定的氣體導(dǎo)入口 1 供給。如此，在本實施方式中，能夠?qū)碜詺怏w供給裝置16的氣體，經(jīng)由各氣體供給路 12、環(huán)狀通路13、和氣體通路14，從32處氣體導(dǎo)入口 1 均勻地?zé)o配管壓力損失地導(dǎo)入處理容器1內(nèi)，所以能夠提高處理容器1內(nèi)的等離子體的均勻性。另外，在第二容器3的下端面，以能夠與第一容器2的上端面的臺肩部18組合形成環(huán)狀通路13的方式設(shè)置有臺肩部19。S卩，環(huán)狀通路13由第一容器2的側(cè)壁的上端面的臺肩部18和第二容器3的下端面的臺肩部19形成。本實施方式中，臺肩部19的高度比臺肩部18的高度大。因此，在第二容器3的下端面與第一容器2的上端面接合的狀態(tài)下，在設(shè)置有密封部件9b的一側(cè)，臺肩部19的突出面北與臺肩部18的非突出面加抵接，而在設(shè)置有密封部件9a的一側(cè)，臺肩部19的非突出面3c與臺肩部18的突出面2b為非抵接狀態(tài)，由此形成了微小尺寸的間隙S。作為第二密封部件的密封部件9a，是以能夠保持氣體不向外部泄漏的程度的氣密性的程度進行密封的部分。作為第一密封部件的密封部件％，通過密封處于抵接狀態(tài)的臺肩部19的突出面北與臺肩部18的非突出面加，保持處理容器 1內(nèi)的氣密性，并使臺肩部19的突出面北與臺肩部18的非突出面加抵接，所以如后文所述，能夠有效地形成高頻電流的回流電路，相對電極(作為第二電極的蓋部27)的表面電位下降，相對電極難以受到濺射。對于該接合結(jié)構(gòu)的作用將在后文敘述。在上述排氣室11的側(cè)面，連接有排氣管23，該排氣管23與包含真空泵的排氣裝置 M連接。通過使該排氣裝置對動作，處理容器1內(nèi)的氣體被均勻地排出到排氣室11的空間Ila內(nèi)，經(jīng)由排氣管23排出。由此，處理容器1內(nèi)能夠高速地減壓至規(guī)定的真空度，例如 0.133Pa0在第一容器2的側(cè)壁，設(shè)置有用于進行晶片W的搬入搬出的搬入搬出口和用于開閉該搬入搬出口的閘閥(均未圖示)。
處理容器1的上部為開口部，微波導(dǎo)入部沈能夠以封閉該開口部的方式氣密地配置。該微波導(dǎo)入部26能夠通過未圖示的開閉機構(gòu)開閉。微波導(dǎo)入部沈的主要結(jié)構(gòu)從載置臺5 —側(cè)起依次具有蓋部27、透過板觀、平面天線31、滯波部件33。這些由例如不銹鋼、鋁、鋁合金等導(dǎo)電性的罩34覆蓋，隔著支承部件36 由環(huán)狀的按壓環(huán)35固定于蓋部27。蓋部27是與作為下部電極的載置臺5的電極7相對配置的相對電極。在微波導(dǎo)入部沈安裝于處理容器1的狀態(tài)下，處理容器1的上部與具有開閉功能的蓋部27處于由密封部件9c密封的狀態(tài)，并且如后文所述，透過板觀處于由蓋部27支承的狀態(tài)。另外，在蓋部27的外周部形成有多個冷卻水流路27b，通過冷卻蓋部27，防止等離子體的熱引起的熱膨脹導(dǎo)致接合部位發(fā)生錯位而造成密封性降低或產(chǎn)生微粒。作為電介質(zhì)板的透過板28，由電介質(zhì)例如石英、A1203、A1N、藍寶石、SiN等陶瓷形成，作為使微波透過并向處理容器1內(nèi)的處理空間導(dǎo)入的微波導(dǎo)入窗作用。透過板觀的下表面(載置臺5—側(cè))并不限定于平坦，為了抑制微波的反射波使其均勻化從而使等離子體穩(wěn)定化，也可以形成例如凹部或槽。在環(huán)狀的蓋部27的內(nèi)周部，形成有向處理容器1的內(nèi)部空間突出的突部27a，在該突部27a之上，透過板28的外周部的下表面通過密封部件四支承在氣密狀態(tài)下。因此，在微波導(dǎo)入部沈安裝于處理容器1時，能夠?qū)⑻幚砣萜?內(nèi)保持氣密。平面天線31為圓板狀。平面天線31位于透過板觀之上，并卡止于由金屬等導(dǎo)電性材料形成的罩34的外周部下表面。該平面天線31例如由表面鍍金或鍍銀的銅板、鋁板、 鎳板或黃銅板形成。在平面天線31，形成有用于放射微波等電磁波的貫通平面天線31的大量隙縫孔32。由兩個隙縫孔32形成的大量隙縫對以規(guī)定的圖案配置。隙縫孔32例如圖3所示具有長槽狀形狀。典型情況下，鄰接的兩個隙縫孔32配置為“T字狀”形成隙縫對，這些多個隙縫對配置為同心圓狀。隙縫孔32的長度或排列間隔根據(jù)微波的波長Ug)決定，例如隙縫孔32的間隔能夠為Xg/4 Ag。另外，在圖3中， 同心圓狀配置的隙縫孔32的半徑方向上鄰接的隙縫孔32的間隔以ΔΓ表示。另外，隙縫孔32也可以是圓弧形等其它的形狀。此外，隙縫孔32的配置方式并不特別限定，除了同心圓狀之外，也能夠配置成例如螺旋狀、放射狀。滯波部件33具有比真空大的介電常數(shù)，設(shè)置在平面天線31的上表面。該滯波部件33能夠由例如石英、陶瓷、聚四氟乙烯等氟樹脂，或者聚酰亞胺類樹脂構(gòu)成。由于真空中微波的波長會變長，所以滯波部件33具有縮短微波的波長來調(diào)整等離子體的功能。另外， 平面天線31和透過板觀之間，以及滯波部件33和平面天線31之間，各自可以緊貼也可以分離，不過優(yōu)選緊貼。在罩34的內(nèi)部形成有冷卻水流路34a，通過在此處流通冷卻水來冷卻罩34、滯波部件33、平面天線31、透過板28和蓋部27。由此能夠防止這些部件的變形或破損，生成穩(wěn)定的等離子體。另外，平面天線31和罩34接地。在罩34的上壁的中央，形成有開口部34b，該開口部34b與波導(dǎo)管37連接。在該波導(dǎo)管37的端部，經(jīng)由匹配電路38連接有微波發(fā)生裝置39。由此，在微波發(fā)生裝置39產(chǎn)生的例如頻率為2. 45GHz的微波經(jīng)由波導(dǎo)管37傳播至上述平面天線31。作為微波的頻率， 能夠使用 8. 35GHz、1. 98GHz 等。
波導(dǎo)管37具有從上述罩34的開口部34b向上方延伸而出的圓筒狀的同軸波導(dǎo)管 37a，和通過模式變換器40與該同軸波導(dǎo)管37a的上端部連接的在水平方向上延伸的矩形波導(dǎo)管37b。矩形波導(dǎo)管37b與同軸波導(dǎo)管37a之間的模式變換器40具有將在矩形波導(dǎo)管37b內(nèi)以TE模式傳播的微波變換成TEM模式的功能。在同軸波導(dǎo)管37a的中心，內(nèi)導(dǎo)體 41從模式變換器40延伸至平面天線31，內(nèi)導(dǎo)體41在其下端部與平面天線31的中心連接固定。另外，平面天線31和罩34形成扁平波導(dǎo)。由此，微波經(jīng)由同軸波導(dǎo)管37a的內(nèi)導(dǎo)體 41向平面天線31放射狀地高效均勻地傳播。埋設(shè)于載置臺5的電極7，經(jīng)由通過支承部4之中的供電線42和具有匹配電路的匹配盒(M. B.) 43與偏壓施加用的高頻電源44連接，由此能夠?qū)琖施加高頻偏壓。如上所述，在向加熱器fe供給來自加熱器電源6的電力的供電線6a設(shè)置有濾波盒45。并且，匹配盒43和濾波盒45通過屏蔽盒46連結(jié)而單元化，安裝在處理容器1的排氣室11的底部。 屏蔽盒46例如由鋁、不銹鋼等導(dǎo)電性材料形成。在屏蔽盒46內(nèi)，配置有與供電線42連接的銅等材料的導(dǎo)電板47，與匹配盒43內(nèi)的匹配器(未圖示)連接。因為使用了導(dǎo)電板47， 所以不容易產(chǎn)生接觸不良，能夠增大與供電線42的接觸面積，能夠降低連接部分的電流損失?！币詠?，因為不具備屏蔽盒46，將匹配盒43與供電線42之間在露出于外部的狀態(tài)下使用同軸電纜等連接，所以在該同軸電纜的部分會產(chǎn)生高頻電力的損失。另外，在這種情況下，高頻電流會形成從載置臺5經(jīng)由等離子體形成空間(此時，例如蓋體27、第一容器2、第二容器3等成為相對電極)傳向相對電極，并經(jīng)由處理容器1的第二容器3、第一容器2和排氣室11的壁返回高頻電源44的地的電流路徑，但電阻會與同軸電纜的長度成比例地增大。另外，在使用露出于外部的同軸電纜等連接濾波盒45和供電線6a的情況下，同樣地在同軸電纜的部分也會產(chǎn)生電力損失。當(dāng)在該部分產(chǎn)生電力損失時，從高頻電源44供給到電極7的高頻電力將不前往作為相對電極的蓋部27，而是形成從電極7前往加熱器5a、 供電線6a的異常的電路路徑，妨礙正常的高頻電流路徑(RF回流電路，后述)的形成，發(fā)生異常放電。由以上所述，本實施方式的等離子體氧化處理裝置100中，通過將匹配盒43和濾波盒45通過屏蔽盒46連結(jié)而單元化，形成與排氣室11的下部直接連接的結(jié)構(gòu)。由此，能夠減少來自高頻電源44的電力的損失，提高耗電效率，也能夠減小設(shè)置空間。在使微波透過的透過板附近，與等離子體生成區(qū)域相鄰的蓋部27的內(nèi)側(cè)表面，因暴露在強等離子體中而被濺射從而發(fā)生損耗。因此，如在圖2中放大表示的那樣，在相對載置臺5 (即電極)作為相對電極作用的突部27a的表面，優(yōu)選涂覆作為保護膜的IO3膜48。 Y2O3膜48保護蓋部27的表面不受等離子體的氧化作用或濺射作用，抑制由作為蓋部27的構(gòu)成材料的鋁等金屬產(chǎn)生的金屬污染。另外，因為有效地形成從載置臺5經(jīng)由等離子體處理空間流向作為相對電極的蓋部27的高頻電流路徑，所以高頻電流路徑能穩(wěn)定地維持。另外，能夠抑制其它部位的短路或異常放電。另外，作為保護膜的材料，除了 IO3之外，能夠使用例如々1203、1102等金屬氧化物。另外，在相對電極的表面形成IO3等電介質(zhì)膜之前，通過對該相對電極的表面實施噴砂處理來使表面粗糙，能夠提高膜的附著性。此外，也可以在形成膜之前設(shè)置M等金屬的打底層。
為實現(xiàn)上述目的，形成于蓋部27的IO3膜48優(yōu)選為氣孔率小、致密的膜。若^O3 膜48的氣孔率大則體電阻率也變大，所以氣孔率優(yōu)選在1 10%的范圍內(nèi)。優(yōu)選IO3膜 48的厚度在10 800 μ m的范圍內(nèi)，優(yōu)選在50 500 μ m的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在50 150 μ m 的范圍內(nèi)。若IO3膜48的厚度不足10 μ m則不能獲得足夠的保護作用，而若超過800 μ m 則會容易因膜的應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫或剝落。IO3膜48能夠通過PVD (物理蒸鍍)、CVD (化學(xué)蒸鍍)等薄膜形成技術(shù)或者噴涂來形成，其中，因為噴涂能夠比較價廉且容易地形成上述氣孔率、體電阻率處于良好范圍內(nèi)的膜，所以優(yōu)選利用噴涂來形成。作為噴涂，能夠使用火焰噴涂、電弧噴涂、激光噴涂、等離子體噴涂等，但從可控性良好地形成高純度的膜的觀點出發(fā)，優(yōu)選等離子體噴涂。另外，作為等離子體噴涂，可列舉大氣壓等離子體噴涂法、真空等離子體噴涂法。此外，本實施方式的等離子體氧化處理裝置100中，在處理容器1的內(nèi)周設(shè)置有由石英形成的圓筒狀的電絕緣性的襯套(liner)。襯套包括上部襯套49a，其作為覆蓋處理容器1的上部的主要是第二容器3的內(nèi)表面的第一絕緣板；和下部襯套49b，其與該上部襯套49a相連，作為覆蓋處理容器1的下部的主要是第一容器2的內(nèi)表面的第二絕緣板。上部襯套49a和下部襯套49b防止由金屬形成的處理容器1的壁面與等離子體接觸，使之與等離子體絕緣，實現(xiàn)下述功能防止處理容器1的構(gòu)成材料導(dǎo)致的金屬污染，并防止從載置臺 5向處理容器1的側(cè)壁發(fā)生高頻電力的短路或異常放電。離載置臺5較近的下部襯套49b 的厚度優(yōu)選比上部襯套49a的厚度大。襯套的厚度設(shè)定為不發(fā)生高頻電流的短路或異常放電的程度的厚度，并對阻抗加以考慮。另外，下部襯套49b，以覆蓋第一容器2的內(nèi)表面中比埋設(shè)有電極7的載置臺5的高度低的范圍和排氣室11的內(nèi)表面的至少一部分的方式設(shè)置。這是因為，在比第一容器2 的載置臺5低的高度位置，第一容器2與載置臺5間的距離最小，所以能夠防止此處的異常放電。另外，作為上部襯套49a和下部襯套49b的材料，優(yōu)選石英，但也可以是A1203、A1N、 Y2O3等陶瓷等電介質(zhì)。此外，上部襯套49a和下部襯套49b也可以通過對第一容器2和第二容器3分別涂覆上述絕緣性材料來形成。等離子體氧化處理裝置100的各結(jié)構(gòu)部件與控制部50連接并由其控制。控制部 50典型來說有計算機，例如圖4所示，包括具有CPU的處理控制器51、與該處理控制器51 連接的用戶接口 52和存儲部53。處理控制器51是對等離子體氧化處理裝置100中與例如溫度、壓力、氣體流量、微波輸出、偏壓施加用的高頻波輸出等處理條件相關(guān)的各結(jié)構(gòu)部件 (例如加熱器電源6、氣體供給裝置16、排氣裝置M、微波發(fā)生裝置39、高頻電源44等)進行整體控制的控制單元。用戶接口 52包括工序管理者為了管理等離子體氧化處理裝置100而進行指令的輸入操作等的鍵盤、和將等離子體氧化處理裝置100的運行狀況可視化地加以顯示的顯示器等。另外，存儲部53存儲有用于使在等離子體氧化處理裝置100中執(zhí)行的各種處理通過處理控制器51的控制來加以實現(xiàn)的控制程序(軟件)，和記錄了處理條件數(shù)據(jù)等的方案。按照需要，根據(jù)來自用戶接口 52的指示等，從存儲部53調(diào)出任意的方案，使處理控制器51執(zhí)行，由此，在處理控制器51的控制下，在等離子體氧化處理裝置100的處理容器1內(nèi)進行希望的處理。另外，上述控制程序和上述方案，能夠在存儲于計算機可讀取的存儲介質(zhì)——例如CD-ROM、硬盤、軟磁盤、閃存、DVD、藍光光盤等——中的狀態(tài)下利用。另外，也可以通過專用線路從其它裝置傳送上述方案加以利用。在這種結(jié)構(gòu)的等離子體氧化處理裝置100中，能夠在例如室溫(25°C左右)以上 600°C以下的低溫下，對基底膜或基板(晶片W)等進行無損傷的等離子體氧化處理。另外， 等離子體氧化處理100由于等離子體的均勻性較好，所以對于大口徑的晶片W(被處理體) 也能夠?qū)崿F(xiàn)處理的均勻性。接著，對等離子體氧化處理裝置100的動作進行說明。首先，將晶片W搬入處理容器1內(nèi)，載置到載置臺5上。然后，從氣體供給裝置16以規(guī)定的流量經(jīng)由氣體導(dǎo)入部1 向處理容器1內(nèi)導(dǎo)入作為處理氣體的例如Ar、Kr、He等稀有氣體，例如02、N2O, NO、NO2, CO2 等氧化氣體。另外，也可以根據(jù)需要添加H2。接著，經(jīng)由匹配電路38向波導(dǎo)管37引導(dǎo)來自微波發(fā)生裝置39的微波，依次通過矩形波導(dǎo)管37b、模式變換器40和同軸波導(dǎo)管37a，經(jīng)由內(nèi)導(dǎo)體41供給到平面天線31，從平面天線31的隙縫孔32經(jīng)由透過板28向處理容器1內(nèi)放射。微波在矩形波導(dǎo)管37b內(nèi)以TE模式傳播，該TE模式的微波被模式變換器40變換成TEM模式，在同軸波導(dǎo)管37a內(nèi)向平面天線31傳播。由于從平面天線31經(jīng)由透過板觀向處理容器1內(nèi)放射的微波，在處理容器1內(nèi)形成電磁場，處理氣體被等離子體化。由于微波從平面天線31的大量的隙縫孔32放射，所以能夠獲得大致IX 101° 5 X IO1Vcm3的高密度的等離子體，且能夠獲得晶片W附近的電子溫度低至大致1. 5eV以下的低電子溫度的等離子體。由此，通過使該等離子體與晶片W作用，能夠?qū)崿F(xiàn)抑制等離子體損傷的處理。另外，本實施方式中，在進行等離子體處理的期間，從高頻電源44以規(guī)定的頻率對載置臺5的電極7供給高頻電力。從高頻電源44供給的高頻電力的頻率，例如優(yōu)選在 IOOkHz以上60MHz以下的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在400kHz以上13. 5MHz以下的范圍內(nèi)。作為高頻電力的晶片W的單位面積的功率密度，優(yōu)選在例如0. 2ff/cm2以上2. 3ff/cm2以下的范圍內(nèi)供給，更優(yōu)選在例如0. 35ff/cm2以上1. 2ff/cm2以下的范圍內(nèi)供給。另外，高頻波的功率優(yōu)選在200W以上2000W以下的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在300W以上1200W以下的范圍內(nèi)。對載置臺 5的電極7供給的高頻電力，具有一面維持等離子體的低電子溫度，一面將等離子體中的離子成分向晶片W吸引的作用。于是，通過對電極7供給高頻電力，對晶片W施加偏壓，能夠提高等離子體氧化的速率，并提高晶片面內(nèi)的處理的均勻性。該情況下，如圖5中箭頭所示，由于本發(fā)明的回流電路結(jié)構(gòu)，從高頻電源44，經(jīng)由單元化的高頻電力的導(dǎo)入部(匹配盒43和屏蔽盒46內(nèi)的導(dǎo)電板47)和供電線42，高頻電力以電力損失較少的狀態(tài)高效地向載置臺5的電極7供給。向電極7供給的高頻電力，形成從載置臺5經(jīng)由等離子體形成空間傳至作為相對電極的蓋部27，并經(jīng)由處理容器1的第二容器3、第一容器2和排氣室11的壁，傳向高頻電源44的地的高頻電流路徑(RF回流電路)。該RF回流電路的等效電路能夠如圖6所示。在本實施方式中，在作為相對電極的蓋部27的面臨等離子體生成區(qū)域的部位設(shè)置有IO3膜48，所以很少會妨礙從載置臺5隔著等離子體處理空間流向作為相對電極的蓋部27的合適的高頻電流路徑的形成。而且，與IO3 膜48鄰接地在第二容器3和第一容器2的內(nèi)表面設(shè)置有上部襯套49a和比其厚的下部襯套49b，所以能夠可靠地防止向這些部位短路或發(fā)生異常放電。另外，IO3膜48不容易產(chǎn)生因充電(Charge Up)導(dǎo)致的濺射或異常放電，耐久性優(yōu)異，能夠長期間抑制鋁等金屬污染的產(chǎn)生。即，利用IO3膜48能夠異常放電并防止金屬污染。另外，在本實施方式中，如上所述，在第二容器3與第一容器2接合的狀態(tài)下，在設(shè)置有密封部件9b的一側(cè)，臺肩部19的突出面北與臺肩部18的非突出面加抵接，而在設(shè)置有密封部件9a的一側(cè)，臺肩部19的非突出面3c與臺肩部18的突出面2b處于非抵接狀態(tài)，形成小間隙S。在如本實施方式所示，通過將臺肩部18與臺肩部19組合來結(jié)合第一容器2和第三容器的情況下，由于加工尺寸精度的制約，難以使對置面彼此完全密接，所以需要使兩臺肩部18、19中的任一個的階差增大，僅使形成臺肩部18和臺肩部19的兩組突出面和非突出面中的任一對抵接。在不對載置臺5供給偏壓用的高頻電力的現(xiàn)有的處理容器的結(jié)構(gòu)中，主要由位于環(huán)狀通路13的外側(cè)(環(huán)狀通路13的外周)的密封部件9a來確保處理容器1內(nèi)的氣密性，所以在設(shè)置有密封部件9a的一側(cè)，使臺肩部18的突出面2b與臺肩部19的非突出面3c緊貼，而在設(shè)置有密封部件9b的一側(cè)，使臺肩部18的非突出面加與臺肩部19的突出面北處于非抵接狀態(tài)，在該部分形成間隙。該情況下，內(nèi)側(cè)的密封部件9b 主要具有處理容器1內(nèi)部與環(huán)狀通路13之間的氣體密封功能。不過，在對載置臺5的電極7供給偏壓用的高頻電力的等離子體氧化處理裝置100 中，如上所述，對電極7供給的高頻電力，會形成從載置臺5經(jīng)由等離子體形成空間傳至作為相對電極的蓋部27，并經(jīng)由處理容器1的第二容器3和第一容器2以及排氣室11的壁傳至高頻電源4的地的高頻電流路徑(RF回流電路)。這時，高頻電流沿著第二容器3和第一容器2的內(nèi)壁作為表面電流傳播，所以若第二容器3和第一容器2的內(nèi)表面?zhèn)却嬖陂g隙，則電流會在此處被截斷，高頻電流路徑變得復(fù)雜且距離變長，例如可能會在臺肩部18或臺肩部19的角部等引起異常放電，妨礙形成合適的高頻電流路徑。因此，在本實施方式中，在設(shè)置有密封部件9b的一側(cè)，使臺肩部19的突出面北與臺肩部18的非突出面加緊貼，以使高頻電流沿著處理容器1的內(nèi)表面即第二容器3和第一容器2的內(nèi)壁順暢地流動的方式構(gòu)成。該情況下，臺肩部19的突出面北與臺肩部18的非突出面加的接觸面積減小，由此接觸壓增大，能夠?qū)崿F(xiàn)導(dǎo)通的穩(wěn)定化。如上所述，本實施方式的等離子體氧化處理裝置100中，使對載置晶片W的載置臺 5的電極7供給的偏壓用高頻電力的路徑合適化來提高耗電效率，并防止異常放電來實現(xiàn)處理的高效化。接著，對使用表面形成有IO3膜48的鋁制的蓋部27進行等離子體氧化處理的情況，和使用表面沒有形成IO3膜48的鋁制的現(xiàn)有技術(shù)的蓋部進行等離子體氧化處理的情況，比較(1)鋁金屬污染O)晶片W表面的硅氧化速率和該晶片面內(nèi)的均勻性的高頻功率依賴性。另外J2O3膜48通過大氣等離子體噴涂法形成為膜厚80 μ m,該IO3膜48的純度為99%，體電阻值為3. 6 X 101° Ω · cm2，氣孔率為約10%。能夠確認(rèn)，通過涂覆^O3膜48， 與使用沒有IO3膜的鋁制蓋部的現(xiàn)有裝置相比，能夠降低鋁金屬污染，并改善氧化處理的面內(nèi)均勻性。另外，本發(fā)明并不限定于上述實施方式，能夠有各種變形。例如，在上述實施方式中，作為暴露于等離子體中的部件的蓋部27的主體，使用了鋁，但在使用不銹鋼等其它的金屬的情況下也能夠獲得同樣的效果。另外，作為對象，只要是對載置臺5的電極7供給高頻電力的處理即可，并不限定于等離子體氧化處理，能夠是例如等離子體氮化處理、等離子體蝕刻處理等各種處理。另外，關(guān)于被處理體，也并不限定于半導(dǎo)體晶片，能夠以FPD用玻璃基板等其它基板為對象。
權(quán)利要求
1.一種等離子體處理裝置，其特征在于，包括 上部開口的處理容器；向所述處理容器內(nèi)供給處理氣體的氣體供給機構(gòu)； 對所述處理容器內(nèi)進行減壓排氣的排氣機構(gòu)； 在所述處理容器內(nèi)載置被處理體的載置臺； 埋設(shè)于所述載置臺，用于對被處理體施加偏壓的第一電極；以至少一部分與所述處理容器內(nèi)的等離子體生成區(qū)域相鄰的方式配置，相對所述第一電極隔著等離子體處理空間設(shè)置的由導(dǎo)電性部件形成的第二電極；由所述第二電極支承，封閉所述處理容器的所述開口并且使微波透過的電介質(zhì)板；和設(shè)置在所述電介質(zhì)板的上方，經(jīng)由波導(dǎo)管與微波發(fā)生裝置連接，向所述處理容器內(nèi)導(dǎo)入微波的平面天線，其中，在所述第二電極的表面中的與所述等離子體生成區(qū)域相鄰的部分設(shè)置有由金屬氧化物形成的保護膜，并且所述處理容器的上部的內(nèi)壁面由第一絕緣性襯套覆蓋，且所述處理容器的下部的內(nèi)壁面由與所述第一絕緣性襯套連接的第二絕緣性襯套覆蓋。
2.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述第二絕緣性襯套的厚度比所述第一絕緣性襯套的厚度大。
3.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述第二絕緣性襯套覆蓋所述處理容器的內(nèi)壁面中的比埋設(shè)有所述第一電極的所述載置臺的高度低的區(qū)域的至少一部分。
4.如權(quán)利要求3所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述第二絕緣性襯套延伸至到達與所述處理容器的下部連接的排氣室的高度位置。
5.如權(quán)利要求1 4中任一項所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述處理容器包括形成所述處理容器的下側(cè)部分的第一部分；和與所述第一部分的上端面接合，形成所述處理容器的上側(cè)部分的第二部分，其中在所述第一部分與所述第二部分之間，形成有用于流通從所述氣體供給機構(gòu)向所述處理容器內(nèi)供給的所述處理氣體的氣體通路，夾著所述氣體通路，在其兩側(cè)設(shè)置有第一密封部件和第二密封部件，并且， 在靠近所述處理容器的內(nèi)部的一側(cè)的設(shè)置有所述第一密封部件的部位，所述第一部分與所述第二部分抵接，在靠近所述處理容器的外部的一側(cè)的設(shè)置有所述第二密封部件的部位，所述第一部分與所述第二部分之間形成有間隙。
6.如權(quán)利要求5所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述氣體通路由分別設(shè)置于所述第一部分的上端面與所述第二部分的下端面的階差形成。
7.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述保護膜由釔氧化物形成。
8.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述電介質(zhì)板、所述第一絕緣性襯套和所述第二絕緣性襯套由石英形成。
全文摘要
在對埋設(shè)于載置臺(5)的電極(7)供給偏壓用的高頻電力的等離子體處理裝置(100)中，在對于作為電極的載置臺(5)作為相對電極作用的鋁制的蓋部(27)的暴露于等離子體中的表面，涂覆保護膜(48)，優(yōu)選Y2O3膜(48)。在形成處理容器(1)的下側(cè)部分的第一部分(2)和形成處理容器(1)的上側(cè)部分的第二部分(3)，設(shè)置有絕緣性的上部襯套(49a)和形成得更厚的絕緣性的下部襯套(49b)。防止不希望出現(xiàn)的短路和異常放電，形成穩(wěn)定的高頻電流路徑。
文檔編號H01L21/31GK102165567SQ20098013771
公開日2011年8月24日 申請日期2009年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月30日
發(fā)明者中村秀雄, 伊佐和裕, 北川淳一, 山下潤 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社