TW200932069A - Top plate and plasma processing apparatus - Google Patents

Description

200932069 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於使微波所產生之電漿作用於半導體晶圓等 而施行處理之際所使用之電漿處理裝置及使用於此之頂 板。 * 【先前技術】 . 近年來，隨著半導體製品之高密度化及高微細化，在半 導體製品之製造步驟中，為施行成膜、蝕刻、灰化等處 © 理，有使用電漿處理裝置之情形，尤其由於在01〜10 ?&程 度之壓力較低之高真空狀態下，仍可穩定地激起電漿，故 有使用利用微波產生高密度電漿之微波電漿裝置之傾向。 此種電漿處理裝置曾揭示於專利文獻1~6。在此，泉昭 ^ t \ \\ 圖1概略地說明使用微波之一般的電漿處理裝置。圖1係表 示以往之一般的電漿處理裝置之概略構成圖。 在圖1中，此電聚處理裝置2係在可抽成真空之處理容器 ❹ 4内設有載置半導體晶圓之載置台6,在與此載置台6對向 之頂部氣密地設有由穿透微波之圓板狀之氮化鋁及石英等 所構成之頂板8。 . 而，在此頂板8之上面設置有厚度數mm程度之圓板狀之 • 平面天線構件10、及用來縮短在此平面天線構件1〇之半徑 方向之微波波長之例如電介質等所構成之慢波材料12。在 此慢波材料12之上方，設置形成有使冷卻水流通至内部之 冷卻水流路之頂板冷卻套管〗4，可冷卻慢波材料丨2等。 而，在平面天線構件10形成有多數之例如長溝狀之貫通孔 131462,doc 200932069 構成之槽孔16。此槽孔16—般係配置成同心圓狀，或配置 成漩渦狀。 而，使同轴波導管18之内部導體20接觸於平面天線構件 10之中心部而可導引未圖示之微波產生器所產生之例如 2.45 GHz之微波。而，一面使微波向天線構件1〇之半徑方 向呈放射狀傳播’一面由設於平面天線構件丨〇之槽孔16放 射微波，使其通過頂板8而將微波導入下方之處理容器4 内’藉由此微波在處理容器4之處理空間S激起電漿，以便 對半導體晶圓W施行蝕刻及成膜等之特定之電漿處理。 [專利文獻1]日本特開平3-191 073號公報 [專利文獻2]日本特開平5-343334號公報 [專利文獻3]日本特開平9-1 81052號公報 [專利文獻4]日本特開2003-59919號公報 [專利文獻5]日本特開2004-14262號公報 [專利文獻6]日本特開2005-100931號公報 【發明内容】 [發明所欲解決之問題] 而’利用如上述之電漿處理裝置施行成膜及蝕刻等之電 漿處理之情形，一般希望在晶圓之面内方向使電漿密度均 勻化而維持高的面内均勻性。而，此處理容器内之電浆狀 態大幅依存於製程壓力及氣體種類等之製程條件，即使在 製程條件發生種種變動，也希望能一直維持非常高之電漿 密度之面内均勻性。 此情形’一般’會嘗試適當地改變形成在平面天線構件 131462.doc 200932069

10之槽孔16之分佈及形狀等，期使在處理容器4内之電聚 密度儘可能地均勻化。但，有關處理容器4内中之電裝之 動性非常難以控制，如上所述，有時，由於製程條件之拖 微之變化’也會使電漿之動性大幅地發生變化，或使由鄰 接之槽孔16導入之微波彼此互相干涉，其結果，不能充分 維持電聚處理之面内均勻性D 尤其’穿透頂板8而傳播於處理容器4内之微波，其進入 會受到形成於處理空間S之電漿所阻礙而向頂板8之正下方 之平面方向傳播成為表面波22，此表面波22會變成駐波而 傳播’故常會發生此駐波引起之電漿密度之偏倚，欲實現 希望之電漿密度分佈相當困難。 此情形，如專利文獻4〜6所示，也有人探討過在頂板表 面設置凹凸部而控制電漿密度，尤其，如專利文獻6所 示，在頂板之下面設置錐狀之凹凸部之情形，雖可相當地 謀求電漿密度之均勻性之改善，但仍不夠充分，上述微波 之傳播效率會強烈地依存於槽孔之形狀及排列圖案尤其 是頂板表面，故難以最適化。 尤其，隨著晶圓尺寸由8吋大口徑化成為12吋而處在邁 向進一步之微細化及薄臈化之今日，強烈地期望上述之問 題點能夠獲得解決。 本發明係著眼於如以上之問題點，並為有效解決此問題 點而發明者。本發明之目的在於提供可使處理空間之水平 空間方向之電漿密度均勻化之電漿處理裝置及利用於此之 頂板。 131462.doc 200932069 [解決問題之技術手段] 依據本發明之第1態樣所提供之頂板係設於可抽成真空 之處理容器之頂部，使由並設之平面天線構件之槽孔所放 射之微波可向處理容器内穿透者，且包含：複數奐起部， 在頂板之面臨處理容器内之面側設置成放射狀。

❹ 依據本發明之第2態樣所提供之頂板係在第丨態樣之頂板 中，分別設定頂板設有突起部之部分之厚度與頂板未設有 大起。卩之邛分之厚度，以使傳播於頂板設有突起部之部分 之被波與傳播於頂板未設有突起部之部分之微波中，所 傳播之微波之傳播模式之種類數相異。 依據本發明之第3態樣所提供之頂板係在第1或第2態樣 之頂板中，冑起部<寬度係頂&中所傳播之微波之波長之 1/10〜1/2之範圍内。 依據本發明之第4態樣所提供之頂板係在第1至第3中任 〜、樣之頂板中，3個以上之突起部係以頂板之中心部為 中心在周方向以等角度設置成放射狀。 依據本發明之第5態樣所提供之頂板係在第1至第4中任 一態樣之頂板中，在頂板之面臨處理容器内之面側，設置 有1或複數之環狀突起部。 依據本發明之第6態樣所提供之電衆處理裝置係包含： 頂部開口之可抽成真空之處 生電漿產生用之微波；平面 口，並具有將來自微波產生 數槽孔；及頂板，其係氣密 理容器；微波產生部，其係產 天線構件’其係設於頂部之開 部之微波導入處理容器内之複 地設於頂部之開口，並使由平 131462.doc 200932069 面天線構件之槽孔所放射之微波穿透而導入處理容器内； 在頂板之面臨處理容器内之面側，放射狀地設有複數突起 部。 依據本發明之第7態樣所提供之電漿處理裝置係在第6態 樣之電漿處理裝置中，分別設定頂板設有突起部之部分之 厚度與頂板未設有突起部之部分之厚度，以使傳播於頂板 設有突起部之部分之微波、與傳播於頂板未設有突起部之 部分之微波中，所傳播之微波之傳播模式之種類數相異。 依據本發明之第8態樣所提供之電漿處理裝置係在第6或 第7態樣之電槳處理裝置中，突起部之寬度係頂板中所傳 播之微波之波長之1/10〜1/2之範圍内。 依據本發明之第9態樣所提供之電漿處理裝置係在第6至 第8中任一態樣之電漿處理裝置中，3個以上之突起部係以 頂板之中心部為中心在周方向以等角度設置成放射狀。 依據本發明之第1〇態樣所提供之電漿處理裝置係在第6 至第9中任一態樣之電漿處理裝置中，在頂板之面臨處理 容器内之面側，設有以頂板之中心部為中心之丨或複數之 環狀突起部。 依據本發明之第11態樣所提供之電漿處理裝置係在第6 至第10中任一態樣之電漿處理裝置中，頂板之突起部係對 應於平面天線構件之槽孔之位置而設置。 依據本發明之第12態樣所提供之頂板係設於可抽成真空 之處理容器之頂部，使由並設之平面天線構件之槽孔所放 射之微波向處理容器内穿透者，且包含：複數凹部，形成 I3I462.doc • 11 · 200932069 在頂板之面臨處理容器内之面側。 依據本發明之第1 3態樣所提供之頂板係在第1 2態樣之頂 板中’分別設定頂板形成有凹部之部分之厚度與頂板未形 成有凹部之部分之厚度’以使傳播於頂板形成有凹部之部 分之微波、與傳播於頂板未形成有凹部之部分之微波中， 所傳播之微波之傳播模式之種類數相異。 依據本發明之第14態樣所提供之頂板係在第12或第13態 樣之頂板中，凹部之平面形狀係圓形。 依據本發明之第15態樣所提供之頂板係在第12至第14中 任一態樣之頂板中，凹部中至少最内周之凹部係形成於以 頂板之中心部為中心之同一圓周上。 依據本發明之第16態樣所提供之電漿處理裝置係包含： 頂部開口之可抽成真空之處理容器；微波產生部，其係產 生電漿產生用之微波；平面天線構件，其係設於頂部之開 口 ’並具有將來自微波產生部之微波導入處理容器内之複 數槽孔；及頂板，其係氣密地設於頂部之開口而使由平面 天線構件之槽孔所放射之微波穿透而導入處理容器内；且 在頂板之面臨處理容器内之面側形成有複數凹部。 依據本發明之第17態樣所提供之電漿處理裝置係在第16 態樣之電漿處理裝置中，分別設定頂板形成有凹部之部分 之厚度與頂板未形成有凹部之部分之厚度，以使傳播於頂 板形成有凹部之部分之微波、與傳播於頂板未形成有凹部 之部分之微波中，所傳播之微波之傳播模式之種類數相 異。 131462.doc 200932069 依據本發明之第18態樣所提供之電漿處理裝置係在第μ •或第Π態樣之電聚處理裝置中，凹部之平面形狀係圓形。 依據本發明之第19態樣所提供之電漿處理裝置係在第μ 至第18中任-態樣之電聚處理裝置中，凹部中至少最内周 之凹部係形成於以頂板之中心部為中心之同一圓周上。 依據本發明《第20態樣所提供之電漿處理裝置係在第 • ㈣19中任—態樣之電漿處理裝置中，最内周之凹部係對 應於偏離平面天線構件之槽孔之位置而形成。 © 【實财 [發明之效果] 依據本發明之實施型態，可提供可使處理空間之水平空 間方向之電漿密度均勻化之電漿處理裝置及利用於此之頂 板。 以下，依據附圖說明有關本發明電漿處理裝置及利用於 此之頂板之合適之一實施型態。 圖2係表示有關本發明之一實施型態之電漿處理裝置之 構成圖，圖3係表示圖2所示之電漿處理裝置之平面天線構 件之平面圖圖4係表示有關本發明之一實施型態之頂板 之立體® ’圖5係表示圖4之頂板之平面圖，圖6A係沿著圊 5中之A-A線之剖面圖，圖6B係沿著圖5中之b_b線之剖面 圖’圖7係說明頂板與平面天線構件之槽孔之關係位置之 圖。 如圖所示此電漿處理裝置3 2例如係包含銘合金等導體 構成側壁及底部而全體成型為筒體狀，例如圓筒體狀之處 13I462.doc -13- 200932069 理容器34，内部構成為密閉之處理空間s，在此處理空間s • 形成電漿。此處理容器34本身被接地。 在此處理容器34内，收容著上面載置作為被處理體之例 如半導體晶圓w之載置台36。此載置台36例如係利用陽極 鋁處理之鋁合金或陶瓷材料等形成平坦之略圓板狀。又， • 載置台36係被支撐於由容器底部豎起之支柱38,支柱38例 * 如係包含絕緣性材料^ 在載置台36之上面，設有於此保持晶圓用之靜電吸盤或 夾持機構（未圖示）。又，也有將此載置台36連接於例如 13.56 MHz之偏壓用高頻電源之情形。再者，必要時，也 可在此載置台36中設置加熱用加熱器。 在處理容器34之侧壁，作為氣體供應部4〇，在此處理容 器34内设有供應電漿用氣體，例如氬氣之石英管製之電漿 氣體供應喷嘴42、$入處理氣趙，例如殿積氣體用之例如 石英管製之處理氣體供應喷嘴44。通過此等噴嘴42、44， ❹ 可面控制各氣體之流量，一面供應至處理空間8内。 又，作為氣體供應部40，也可在載置台36之上方設置例如 石英管製之喷淋頭等。 又，在容器側壁設有寬幅之開口 46，對此開口 46，安裝 向處理空間s内搬入•搬出晶圓時開閉之閘閥48。又， 容器底部設有排氣口 50，在此排氣口 5〇連接有介接未圖示 之真空泵及壓力調整闕之排氣系統52。藉由此構成，可依 需要將處理容器34内排氣至特定之壓力。 而，處理容器34係在上部含有開口，在此開口設有頂板 13I462.doc -14- 200932069 56 °此頂板56係包含對微波具有穿透性之例如石英或陶竞 材料等，介著〇形環等密封構件58氣密地設置於處理容器 34之上部之開口。此頂板56之厚度考慮耐壓性，設定於例 如20 mm程度。而’在此頂板56之下面且面臨處理容器34 内之面’設有控制微波之傳播之放射狀之微波傳播控制突 起部60及圓形狀突起部62。又，有關此頂板56，留待後 述。 而，在此頂板56之上設有圓板狀之平面天線構件64，在 平面天線構件64設置具有高介電常數特性之慢波材料66。 具體上’此平面天線構件64係構成作為覆蓋慢波材料66之 上方全面之導電性之中空圓筒狀容器所構成之波導箱68之 底板’介著頂板56而與處理容器34内之載置台36相對向。 此波導箱68及平面天線構件64均在周邊部接地。又，在 波導箱68之上部之中心’連接同轴波導管7〇之外管7〇A， 内側之内部導體70B係通過慢波材料66之中心之貫通孔而 連接於平面天線構件64之中心部。而，此同軸波導管7〇係 逐次介著模式變換器72、與途中介設有匹配材料74之矩形 波導管76而連接至例如2·45 GHz之微波產生器（微波產生 部）78 ^藉由此構成，將微波由微波產生器78傳播至平面 天線構件64。模式變換器72係介設於矩形波導管％與同轴 波導管70構成之波導管之途中。 在此，由微波產生器78例如放出TE模式之微波，此微波 例如被模式變換器72變換成TEM模式而在同轴波導管7〇内 傳播。此頻率不限定於2.45 GHz，也可利用其他頻率，例 131462.doc •15- 200932069 如8.35 GHz。又，在波導箱68之上部也可設置未圖示之頂 板冷卻套管。 在處理容器34内處理8吋尺寸之晶圓之情形，平面天線 構件64例如係包含直徑300〜400 mm、厚度1〜數!!^!之導電 性材料所構成之例如表面鍍銀之銅板或鋁板所構成。在平 面天線構件64，亦如圖3所示，例如形成有長溝狀之貫通 孔所構成之多數槽孔8〇。此槽孔8〇之配置型態並無特限 定’例如既可配置成同心圓狀、漩渦狀或放射狀，也可均 勻地分佈於天線構件全面。在此，例如如圖3所示，2個槽 孔80互相微幅離開’配置成大致呈[字狀而形成一對槽孔 80。又，在平面天線構件64之内側部，沿著内圓（未圖示） 配置6對槽孔80，在平面天線構件64之外側部，沿著與上 述内圓同心圓狀之外圓（未圖示）配置24對槽孔8〇。又，一 對槽孔80也可呈現τ字狀。 在此’詳細說明有關設在平面天線構件64之下之頂板 56。如前所述，在此頂板56之面臨處理容器34内之面側， 即在下面侧，向下方突起地設有控制微波之傳播之放射狀 之微波傳播控制突起部60與圓形狀突起部62。圓形狀突起 部62主要係可控制向頂板56之半徑方向呈放射狀傳播之微 波。又，放射狀之微波傳播控制突起部6〇可控制向頂板56 之周方向（與半徑方向正交之方向）傳播之微波。藉由此等 突起部62、60之相乘作用’可期待電漿密度之面内均勻性 之大幅之改善。 亦如圖4至圖6所示’作為圓形狀突起部62，設有位於頂 131462.doc -16 - 200932069 板56之中央部之圓形之圓錐台狀之圓形狀突起部62A、位 於頂板56之中周部之剖面呈梯形狀之環狀之圓形狀突起部 62B及位於頂板56之周邊部之環狀之圓形狀突起部62。。 圓形狀突起部62A〜62C只要分別依照需要設置即可，只要 在電漿密度較疏之部分有必要提高電漿密度時設置即可。 又上述環狀之圓形狀突起部即可設置！個，也可進一步 依需要設置2個以上。 * 此情形，在沿著圖5之A-A線之剖面圖之圖6A中，設定 ❹料圓形狀突起部62B之部分之厚㈣與未設有此之部分 之厚度，即頂板56本身之厚度H2 ,以便在傳播於設有圓形 狀突起部62B之部分之微波、與傳播於未設有此之部分之 微波中使傳播之微波之電磁場分佈之型式之傳播模式之 種類數相異。由平面天線構件64之各槽孔8〇(圖3)放射之微 波向頂板56之半徑方向傳播之際，會在頂板％内重複反射 而變成駐波。又，為了增強外周部之微波，使外周之圓形 〇 狀突起部62C之厚度稍厚於中周部之圓形狀突起部62B之 厚度。 此際例如在厚度Η1之部分中，可傳播ΤΜ0模式與ΤΕ1 模式之2種模式之微波，在厚度Η2之部分中，可僅傳播 ΤΜ〇模式之1種模式之微波。因此，與在僅傳播ΤΜ0模式 之微波厚度Η2之部分相比，在傳播丁]^〇模式及TE1模式之 微波之厚度Hi之部分’微波強度會變大，可增大此部分之 電漿密度。 此情形，圓形狀突起部62B之寬度Ml(梯形之上底之長 131462.doc -17- 200932069 度與下底之長度之平均值）並無特別限定，在傳播於頂板 56中之微波波長為人時，最好在λ/1〇〜人/2之範圍内。在此， 由各槽孔80放射之微波既傳播於半徑方向，也傳播於周方 向，但以對半徑方向之傳播較具支配性。換言之，微波對 半徑方向之傳播強度大於對周方向之傳播強度。因此，主 要控制對半徑方向之傳播之微波之圓形狀突起部62以呈現 圓錐形狀（梯形），較可防止電場分佈之急遽變化，提高電 漿谘度之面内均勻性。上述之圓形狀突起部62Β之微波之 傳播樣態（模式）在其他之圓形狀突起部62八、62c中亦同。 又，亦如圖5所示，以頂板56之中心部為中心以等角度 間隔呈放射狀設置複數支微波傳播控制突起部60,在圖示 之例中，設置6支微波傳播控制突起部6〇。此微波傳播控 制突起部60支數為2支時效果較少，但只要是在3支以上皆 可’最好以等角度設置4支以上。各微波傳播控制突起部 6〇如沿著圖5中之B-B線之剖面圖之圖仙所示，具有矩形 ❹ 狀之剖面。又，此剖面形狀也可呈現如圖6A所示之梯形 狀。 此情形’設置微波傳播控制突起部6〇之部分之頂板乂之 ’ #度係依據相同於設有圖6A所示之圓形狀突起部62B之部 分之頂板56之厚度之想法所設定。 此It幵v ’如圖6B所不，分別設定設有微波傳播控制突起 部60之#刀之厚度出與未設有此之部分之厚度，即頂板％ 本身之厚度H2，以便在傳播於設有微波傳播控制突起部 之部分之微波、與傳播於未設有此之部分之微波中’使傳 131462.doc 200932069 播之微波之f磁場分佈之型式之傳播模式之種類數相異。 由平面天線構件64之各槽孔8〇放射之微波向頂板56之周方 向（與半徑方向正交之方向）傳播之際會在頂板56内重複 反射而變成駐波。 此際’例如在厚度H3i部分中，可傳播TM〇模式與TE1 模式之2種模式之微波，在厚度H2之部分中，可僅傳播 ΤΜ0模式之1種模式之微波。因此，與在僅傳播模式 之厚度H2之部分相比，在傳播了]^〇模式及TE1模式之微波 之厚度H3之部分，可增大微波強度，可提高此部分之電漿 密度。此情形，微波傳播控制突起部6〇之寬度M2(梯形之 情形為上底之長度與下底之長度之平均值）在傳播於頂板 56十之微波波長為人時，最好在λ . 1/1〇〜入· 1/2之範圍内。 在寬度M2窄於λ · 1/10之情形，不能充分發揮設置此微波 傳播控制突起部60之作用效果，且在寬於λ· 1/2之情形， 同樣不能充分發揮設置此微波傳播控制突起部6〇之作用效 果。 在此’設有微波傳播控制突起部60之部分、與未設有此 之0卩刀之傳播模式數之差以設定為1或2為佳，此模式數在 3以上時’調整電場分佈之作用變小，設置此微波傳播控 制突起部60之作用效果會急遽減低。又，本實施例之情 形’厚度Η1與厚度Η3係設定於相同值。在本實施型態 中，例如厚度Η3係設定於25 mm程度，厚度Η2係設定於17 mm程度。 另外’在本實施型態中，6支微波傳播控制突起部6〇如 131462.doc -19- 200932069 圖7所示，係對應於設置在此頂板56上之平面天線構件64 之槽孔80之位置被設置。具體上，如前所述，在平面天線 構件64，以同心圓狀排列著略微分離而互相配置成τ字狀 之複數個一對之2個槽孔80，微波傳播控制突起部60係對 應於排列於内側之同一圓上之槽孔80之對80A之位置。此 理由係由於在頂板56中傳播於周方向之微波之電場強度在 頂板56之内周侧比外周側大，故利用微波傳播控制突起部 60有效控制内周側之槽孔8〇之對80A所放射之微波之故。 但’在另一實施型態中，如圖8所示，也可使6支微波傳 播控制突起部60位於槽孔80之對80A之間。具體上，圖8所 示之構成係藉由使圖7所示之構成之6支微波傳播控制突起 部60向周方向旋轉約30。所獲得。在此種情形下，微波傳 播控制突起部60也可發揮控制向頂板56之周方向傳播之微 波之效果。 其次，說明有關利用如以上所構成之電漿處理裝置32所 執行之處理方法。 首先，藉由搬送臂（未圖示）經由閘閥48將半導體晶圓收 容於處理容器34内，使升降銷(未圖示)上下動，藉以將晶 圓載置於載置台36之上面之載置面。 而，使處理容器34内維持於特定之製程壓力，例如 〇.〇1〜10 Pa程度之範圍内而一面由電漿氣體供應喷嘴a， 例如控制流量’-面供應氬氣，並依處理需要，例如若為 成膜處理時，-面由處理氣體供應喷嘴44，控制流量，— 面供應成膜用氣體’若為㈣處理時’―面控制流量，一 13l462.doc 200932069 面供應蝕刻氣體。 同時，經由矩形波導管76及同軸波導管70將微波產生器 78所產生之微波供應至平面天線構件64，將波長因慢波材 料66而變短之微波導入處理空間S，藉此使氬離解而在處 理空間S產生電漿，以施行特定之電漿處理。 在此’微波產生器78所產生之例如2.45 GHz之TE模式之 微波在矩形波導管76中傳播後，被模式變換器72變換成

TEM模式。此TEM模式之微波如上所述，在同轴波導管7〇 内傳播而到達波導箱68内之平面天線構件64。接著，此微 波係由連接内部導體70B之圓板狀之平面天線構件64之中 〜部以放射狀傳播至周邊部，並由形成於此平面天線構件 64之多數槽孔8〇向頂板56侧傳播。其後，此微波以放射狀 在頂板56内向半徑方向傳播，且向周方向（與半徑方向正 交之方向）傳播，在此傳播途中，穿透頂板56而被導入下 方之處理空間S。此微波所激發之氬氣會電漿化，向此下 方核散而在此使處理軋體活性化而形成活性種，可利用此 /舌ί種之作用，在半導體晶圓界之表面施行特定之電装處 理。 在此’如以往裝置一般’頂板8(參照圖”之表面形狀完 隋形，在頂板8之平面方向傳播之微波中會產生 在電衆密度中會發生偏倚，且微波彼此會互 ★導致處理容參照圖1}内之製程條件之些微變 使處理容器4内之電聚密度之面内均句性發 生相备變動’此結果1電浆密度之均句性造成不良之影 131462.doc ，21- 200932069 響。 對此’在頂板56内由中心部以放射狀傳播之微波方面， 在本實施型態中，分別設定設有頂板56之圓形狀突起部62 之部分之厚度H1、與未設有頂板56之圓形狀突起部62之厚 度H2(參照圖6A)，以便在傳播於設有圓形狀突起部62之部 分之微波、與傳播於未設有圓形狀突起部62之部分之微波 中’使傳播之微波之電磁場分佈之型式，即傳播模式之種 類數相異。 ◎換s之’分別設定各厚度HI、H2，以便在傳播於設有 圓形狀突起部62之厚度H1之頂板56之部分之微波、與傳播 於未設有圓形狀突起部62之厚度H2之頂板56之部分之微波 中’使其傳播模式之種類數相異。例如，例如在厚度m之 部分中，可傳播2種模式之微波（ΤΜ0模式之微波τΜ0與 ΤΕ1模式之微波ΤΕ1)，在厚度扣之部分中，可僅傳播1種 模式之微波（ΤΜ0模式之微波ΤΜ0)。因此，與在僅傳播 • ΤΜ0模式之微波厚度Η2之部分相比，在傳播ΤΜ0模式及 ΤΕ1模式之微波之厚度H1之部分’可増大微波強度，提高 此部分之電漿密度。 在如圖1所示之一般的平坦之頂板8中，頂板8之中周部 及周邊部之電漿密度有降低之傾向，但以謀求在晶圓面内 方向之電漿在'度之均勻性為目的’如本實施型態一般，在 頂板56之中周部及周邊部設置圓形狀突起部62時，可提高 此部分之微波強度’而選擇地提高電致密度。因此，可提 高在晶圓面内方向（處理空間S之水平面方向）之電漿密度 131462.doc -22- 200932069 之均勻性。 又’在向頂板56内之周方向（與半徑方向正交之方向）傳 播之微波方面，分別設定設有頂板56之微波傳播控制突起 部60之部分之厚度H3、與未設有頂板％之微波傳播控制突 起部60之厚度H2(參照圊6B)，以便在以放射狀傳播於設有 微波傳播控制突起部60之部分之微波、與傳播於未設有微 波傳播控制突起部60之部分之微波中，使傳播之微波之電 磁場分佈之型式，即傳播模式之種類數相異。 換言之’分別設定厚度H3、H2，以便在傳播於設有微 波傳播控制突起部60之厚度H3之頂板56之部分之微波、與 傳播於未設有微波傳播控制突起部6〇之厚度H2之頂板56之 部分之微波中，使其傳播模式之種類數相異。 例如在厚度H3之部分中’可傳播2種模式之微波（tmo模 式之微波ΤΜ0與TE1模式之微波TE1)，在厚度H2之部分 中’可僅傳播1種模式之微波（TM0模式之微波TM〇)。因 此，與在僅傳播ΤΜ0模式之微波之厚度H2之部分相比，在 傳播ΤΜ0模式及TE1模式之微波之厚度H3之部分，可增大 微波強度’提高此部分之電漿密度。 因此’可控制向頂板56之周方向傳播之微波之強度，可 &兩電漿岔度之面内均勻性’而不依存於製程壓力及氣體 種類等之製程條件。尤其’在微波功率較低之情形，可改 善電漿密度之偏倚。 如此’採用在頂板56之面臨處理容器34内之面側，為了 控制微波之傳播而以放射狀設置複數支微波傳播控制突起 131462.doc -23- 200932069 部60之構成時，可控制向頂板56之周方向傳播之微波，可 使在處理空間S之水平面方向之電漿密度均勻化。 又’設置圓形狀突起部62與微波傳播控制突起部6〇之雙 方時’不僅可控制向頂板56之周方向傳播之微波，且可控 制向半徑方向傳播之微波，藉由兩者之相乘作用，可進一 步使在處理空間S之水平面方向之電漿密度均勻化。 又’在上述實施例中’也可不設置圓形狀突起部62而僅 δ又置放射狀之微波傳播控制突起部6 〇 ^此情形，也可控制 在頂板56中向周方向傳播之微波，故例如與以往裝置一樣 平坦之頂板8(圖1)相比，更可改善電漿密度之面内均勻 性。 在此，參照圖9及圖10說明有關在圓形狀突起部62及微 波傳播控制突起部60之微波之傳播型態。圖9係表示模擬 微波之傳播型態時之頂板之模型之圖，圖1〇係表示頂板之 厚度與微波之傳播常數對微波之傳播模式造成之影響之曲 線圖。 參照圖9,在本模型中，在電介質構成之頂板％上接合 含有槽孔80之主板90。在此，假定微波在頂板56與真空之 界面以表面波傳播，微波會隨著遠離電介質表面而呈現指 數函數性地衰減。且假定頂板56向垂直方向（紙面垂直方 向）無限地延伸。 圖中之各符號之定義如以下所述： Ζ :傳播方向 X:垂直於電介質（頂板）表面之方向 131462.doc -24- 200932069 εΓ:電介質（頂板）之比介電常數 ε〇:真空中之介電常數 d :電介質之厚度 由本模型求出TM模式及TE模式之傳播用之厚度極限。 所求之厚度極限可利用下列數式群加以定義： • [數 1] - 次 、 +εΜ - fi2)^{x*y) = 〇 for O^x^d d2 s ⑴ O + = 0 for d^x<〇o 在此；

Ez{x,y,z)=ez{x,y)e'jPz β為傳播常數 β :傳播常數 在此，TM模式之極限條件係以下列數式群（2)加以表 示： φ [數 2]

Ez=0 x=0、 ΕΖ<〇〇 λ：—»00

Ezcontinuous x—d V (2) ' HyContinuous x=d

Hx=Ey=Hz-0 」 又，TE模式之極限條件係以下列數式群（3)加以表示： 131462.doc •25· 200932069 [數3]

Ey=0 χ=〇 、

Ey<C〇 χ—>〇Q

EyContinuous x=d > (3)

Hzcontinuous x=d

Εχ—Ηγ—Ε^^ J ' 藉由分析上述模型’可獲得如圖10所示之曲線圖。在圖 巾橫轴取ά/λ〇，縱轴取”P/k。，，，關於微波之傳播模 © 式，以TM0〜™2及加〜TE3為探討對象。在此，”d"表示 頂板56之厚度，”λ〇”表示微波之真空中之波長。因此’橫 轴之"d/w，，表示頂板56具有相當於微波之真空中之丨波 長之厚度d。又，2.45 GHz之微波之情形，λ〇=122 mm程 度。 ▲圖ίο係表示在以石英（比介電常數Sr=3 78)形成頂板56之 月J提下所求知之計算結果，以其他電介質，例如氧化紹等 0 形成頂板56之情形，其數值雖有差異，但顯示與圖所示 之特性同樣之特性。 又’ "β"表示微波之傳播常數，”k〇"為波數。在此，藉由 邛/kQ”將傳播常數規格化（標準化）。又’縱軸上之數值愈 . 大時，愈旎有效地傳播微波，在"β/ko g 1"之區域中，微波 會农減，已不能再傳播。即，各傳播模式之曲線與 βπ0=ι”之交點所決定之"d"係有關對應之傳播模式之截止 厚度。 例如’ ΤΜ0模式之曲線與”p/k()=1，，之交點為"d/、=〇"，故 131462.doc -26- 200932069 截止頂板厚度d為"〇"(d=0p即，TM0模式之微波不管頂板 5 6是何種厚度皆可傳播。 又’ ΤΕ1模式之曲線與"p/k〇=1 ”之交點為”d/、与〇 ， 故截止頂板厚度d為，，18.3 mm”（d=〇 15χλ〇)。即，頂板“之 厚度d小於18·3 mm時，ΤΜ〇模式之微波雖可傳播，但不能 傳播ΤΕ1模式之微波。 * 因此，例如以"d/、=0.5"方式設定頂板56之厚度d(=61 mm)時，ΤΜ0、TE1、TM1、TE2之4種模式之微波雖可傳 〇 播，但不能傳播丁M2及TE3之2種之各模式之微波。因此， 局邛地改變頂板56之厚度d時，即可傳播對應於厚度4之模 式數之微波。 在此表示圖中之各傳播模式（在比介電常數"3 78"之 石英中傳播之微波）之曲線與"β/1ζ〇=1"之橫軸之交點之正確 值時’ ΤΜ0模式為"〇"，TE1模式為"〇 1499"，模式為 "0.2999" ’ TE2模式為"〇 4498"，模式為"〇 5998”， ©TE3模式為"0.7497，，。 又，以比介電常數"9.8"之氧化紹形成頂板56之，清形，表 示各傳播模式之曲線與，。=!"之橫抽之交點之正確值 . 時，™〇模式為"0"，頂模式為"0.0843"，TM1模式為 • "0.1685"，TE2模式為 ”〇·2528"，TM2模式為"〇 3371"，加 模式為"0.4214·，。 =，在本實施型態中，從圖1〇中之橫軸與ΤΕι模式曲線 之交點之"(M5" ’將頂板56之微波傳播控制突起部的設成 放射狀之部分之厚度H3(圖6B)定為等於橫轴與tmi模式曲 131462.doc -27- 200932069 線之父點之0.3為止之範圍之點PI，從橫轴與tmo模式曲 線之交點之"0"，將頂板56本身之厚度Η2(圖6Β)定為等於 橫軸與ΤΕ1模式曲線之交點之"〇.15"為止之範圍之點ρ2。 藉此’如先刖所說明’在向頂板56之半徑方向以放射狀傳 播之微波方面，在具有頂板56之厚度Η3(Ρ1)之部分，可傳 播2種模式（ΤΕ1模式與ΤΜ0模式）之微波，另一方面，在具 有頂板56之厚度Η2之部分，可傳播！種模式（ΤΜ〇模式）之 微波。即，微波之模式種類因微波傳播之場所而異，在本 實施型態中，其差為1。 此情形，圖10中之點PI、Ρ2可為任意點，可依照其位置 改變可傳播之傳播模式之種類。又，輸入於平面天線構件 64之必要種類之傳播模式之微波在未使用慢波材料及同 轴波導管70之情形，也可利用模式變換器72而藉由模式變 換使其產生。 在此，說明有關利用本發明之實施型態之頂板56所執行 之電場分佈之模擬結果。圖11Α及圖11Β係表示依據本發 明之實施型態之頂板之電場分佈之模擬結果之圖，表示色 愈濃之部分表示具有愈高之電漿密度。圖UA係表示未設 有微波傳播控制突起部6〇而僅設有圓形狀突起部62之情 形’圖11Β係表示設有微波傳播控制突起部6〇與圓形狀突 起部62之雙方之情形。微波之頻率為2 45 GHz，處理容器 34(圖2)内之壓力為2〇 mT〇rr(2 7 pa)，電漿氣體為氬氣。 又，在頂板56之厚度方面，分別設定為

Hl=25 mm、H2 = 17 mm、H3=25 mm。 131462.doc -28· 200932069 如圖11A所不，在頂板56僅設有圓形狀突起部a之产 形’電漿密度會向平面方向擴大至大致全域，可實現心 密度良好之面内均句性，但高密度之部分與㈣度 之差變得較大，電浆密度之面内均句性有改善之餘地。 對此，如圖UB所示，在頂板56除了圓形狀突起部㈣ 外，加設微波傳播控制突起部6〇之情形，電漿密度之差尤 其在周方面㈣低，確料A幅提高電漿密度之面内 性。 ❹

又，在本實施型態中，在頂板56形成圓形狀（含環狀）及 放射狀之突起部60、62，但也可取代此，而在另一實施型 態中，如圖12及圖13所示，在頂板56形成微波傳播控制凹 部。圖12係纟示本發明之另一實施型態之頂板之剖面圖， 圖13係表示此頂板之平面圖。 如圖所示，例如在石英等構成之頂板56之下面（面臨處 理容器内之面）設有複數之微波傳播控制凹部92 β微波傳 播控制凹部92具有圓形之平面形狀。又，複數之微波傳播 控制凹部92係包含沿著一圓排列之内侧微波傳播控制凹部 92Α、與對該一圓沿著在外側成為同心圓之另一圓排列之 外侧微波傳播控制凹部92Β。在此，内側微波傳播控制凹 部92Α之直徑係設定成大於外側微波傳播控制凹部92Β， 但其大小也可相同，並無特別限定。 而，6個内側微波傳播控制凹部92A係以等角度間隔沿著 一圓排列。此情形’此内侧微波傳播控制凹部92A係偏離 平面天線構件64之槽孔80(參照圖3、圖7)被配置。又，18 I31462.doc •29- 200932069 個外側微波傳播控制凹部92B係沿著上述之另—圓排列。 又，相鄰之3個外側微波傳播控制凹部92B係互相接進而構 成一群96 ’在頂板56全體含有6個群96。此群96彼此分離 某程度之距離H5被排列。 在如此構成之頂板56中，在相鄰之2個内側微波傳播控 制凹部92A間之部分、與群96間之部分中，可倣真地形成 相當於圖5所說明之放射狀之微波傳播控制突起部6〇(參照 圖5)之凸狀部94。即，凸狀部94係與放射狀之微波傳播控 制突起部60(參照圖5)同樣地，可控制向頂板％之周方向傳 播之微波。 又，頂板56之中心之部分係倣真地對應於圖5中之圓形 狀突起部62A，内側微波傳播控制凹部92A與外側微波傳 播控制凹部92B之間之環狀之部分係倣真地對應於位於圖$ 中之中周部之圓形狀突起部62B，外側微波傳播控制凹部 92B之外側之環狀之部分係倣真地對應於位於圖5中之外周 部之圓形狀突起部62C1此，在圖13之頂板56中也可 發揮控制向頂板56之半徑方向放射狀傳播之微波之效果。 此If形，如圖12所示，相當於内側微波傳播控制凹部 92A及外側微波傳播控制凹部92B之底部之部分之頂板兄 之厚度係設定於與圖6所示之厚度H2相同又，其他之部 为’即被倣真地視為凸部之部分之厚度係設定於與圖6所 示之厚度H1或H3相同。 f此在本實施型態之情形，也可傲真地在頂板％形成 先別之實施型態所說明之微波傳播控制突起部6()及圓形狀 131462.doc -30- 200932069 犬起部62(參照圖5)，故可發揮與前述同樣之作用效果。在 本實施型態之情形，只要將圓板狀之石英板切削加工而形 成圓形狀之凹部，即可製造頂板56，故與先前之實施型態 之情形相比，更可容易製造。 又，在本實施型態中，微波傳播控制凹部92係排列成雙 重之環狀，但不限定於此，也可排列成三重以上之環狀。 另外’在本實施型態之情形，微波之強度變大之最内周 側之内側微波傳播控制凹部92A最好在同一圓周上排列成 環狀’但更外側之外側微波傳播控制凹部92B也可隨機配 置’而非為環狀。 在先前之實施型態中，在頂板56設有微波傳播控制突起 部60及圓形狀突起部62或微波傳播控制凹部92，藉由改變 頂板56之厚度（微波之傳播剖面之高度）’可依照厚度變更 在頂板56中傳播之微波之模式種類數，藉此，可使由平面 天線構件64通過頂板56導入處理容器34内之微波密度在水 平面中均勻化。但’利用具有不同介電常數之2種以上之 電介質材料製作頂板56時，也可變更在頂板56中傳播之微 波之模式種類數。例如，在具有一種介電常數之一種材料 所構成之圓板形成具有特定平面形狀之溝（凹部），將具有 另一介電常數之另一種材料埋入此溝（凹部）時，即可製作 頂板56。此情形’可獲得適切之微波之強度分佈，故使用 之材料、以及溝（凹部）之平面形狀及深度可參照上述模型 加以決定。又，此溝（凹部）也可形成於此頂板56之下面（面 臨處理容器34内之面）及上面（與下面對向之面）中之一方咬

131462.doc -3N 200932069 雙方。 又，也可利用異於頂板56本身之材料形成設於頂板56之 微波傳播控制突起部60及圓形狀突起部62(圖4、圖5)。另 外，微波傳播控制突起部60及圓形狀突起部62可具有互異 之介電常數’頂板56、微波傳播控制突起部6〇及圓形狀突 起部62也可具有互異之介電常數。依據此等，例如可一面 獲得與圖11B所示之結果同樣之結果，一面比以相同之材 料形成頂板56、微波傳播控制突起部6〇及圓形狀突起部62 之情形更能減少厚度H1 (圖6A)及厚度H3(圖6B)，並可提高 電漿處理裝置之設計自由度。 又，作為頂板56 '微波傳播控制突起部60及圓形狀突起 部62之合適之材料之例，並不限定於此等，有石英、氧化 銘、氮化銘、氮化石夕。 又’在此，作為被處理體，雖以半導體晶圓為例加以說 明’但並不限定於此，本發明也可適用於玻璃基板、LCD 基板、陶瓷基板等。 本國際專利申請案主張依據20〇7年8月28曰申請之曰本 專利申請案2007-221524號之優先權，並將2007-221524號 之全部内容援用於此。 【圖式簡單說明】 圖1係表示以往之一般的電漿處理裝置之概略構成圖。 圖2係表示有關本發明之一實施型態之電漿處理裝置之 構成圖。 圖3係表示圖2所示之電漿處理裝置之平面天線構件之平 131462.doc •32- 200932069 面圖。 圖4係表示有關本發明之一 之立體圖。 實施型態之頂板之第1實施例 ❹

圖5係表示圖4之頂板之平面圖。 圖6Α係沿著圖5中之Α_Α線之剖面圖。 圖6Β係沿著圖5中之Β_Β線之剖面圖。 圖7係說明頂板與平面天線構件之槽孔之關係位置之 圖8係說明頂板與平面天線構件之槽孔之另一關係位置 之圖。 圖9係表示模擬微波之傳播型態時之頂板之模型之圖。 圖10係表示頂板之厚度與微波之傳播係數對微波之傳播 模式造成之影響之曲線圖。 圖11Α係表示有關依據本發明之一實施型態之頂板之電 場分佈之模擬結果之圖。 圖11Β係表示有關依據本發明之一實施型態之頂板之電 場分佈之模擬結果之圖。 圖12係表示有關本發明之另一實施型態之頂板之剖面 圖。 圖13係表不圖12之頂板之平面圖。 【主要元件符號說明】 32 電漿處理裝置 34 處理容器 36 載置台 131462.doc -33- 200932069 40 氣體供應部 56 頂板 60 微波傳播控制突起部 62 圓形狀突起部 64 平面天線構件 78 微波產生器（微波產生部） - 92 微波傳播控制凹部 W ❹ 半導體晶圓（被處理體） 131462.doc -34-

Claims (1)

1. 200932069 十、申請專利範圍： 1. 一種頂板，其係設於可抽成真空之處理容器之頂部，使 由並設之平面天線構件之槽孔所放射之微波可向前述處 理容器内穿透者，且包含： 複數突起部，在前述頂板之面臨前述處理容器内之面 - 側設置成放射狀。 . 2.如請求項1之頂板，其中分別設定前述頂板設有突起部 之部分之厚度與前述頂板未設有突起部之部分之厚度， © 以使傳播於前述頂板設有突起部之部分之微波、與傳播 於前述頂板未設有突起部之部分之微波中，所傳播之微 波之傳播模式之種類數相異。 3·如請求項丨之頂板，其中前述突起部之寬度係前述頂板 中所傳播之微波之波長之1/10〜1/2之範圍内。 4. 如請求項1之頂板，其中3個以上之前述突起部係以前述 頂板之中心部為中心，在周方向以等角度設置成放射 狀。 ❹ 5. 如請求項1之頂板，其中在前述頂板之面臨前述處理容 器内之面側’設有1或複數之環狀突起部》 • 6_ 一種電漿處理裝置，其包含： - 頂部開口之可抽成真空之處理容器； 微波產生部’其產生電漿產生用之微波； 平面天線構件，其設於前述頂部之開口，並具有將來 自前述微波產生部之微波導入前述處理容器内之複數槽 孔；及 131462.doc 200932069 頂板，其氣密地設於前述頂部之開口，並使由前述平 線構件之槽孔所放射之微波穿透而導入前述處理容 器内；且 在前述頂板之面臨前述處理容器内之面側，放射狀地 設有複數突起部。 ❹ 8. θ求項6之電漿處理裝置，其中分別設定前述頂板設 有突起部之部分之厚度與前述頂板未設有突起部之部分 之厚度以使傳播於前述頂板設有突起部之部分之微 波、與傳播於前述頂板未設有突起部之部分之微波中， 所傳播之微波之傳播模式之種類數相異。 如請求項6之電製處理裝置，其中前述突起部之寬度係 前述頂板中所傳播之微波之波長之1/lQ〜1/2之範圍内。 9. 如請求項6之電漿處理裝置，其中3個以上之前述突起部 係以前述頂板之中心部為中心，在周方向以等角度設置 成放射狀。 10. 如請求項6之電漿處理裝置…在前述頂板之面臨前 述處理容器内之面側，設有以前述頂板之中心部為中心 之1或複數之環狀突起部。 11. 如請求項6之電漿處理裝置，其中前述頂板之突起部係 對應於前述平面天線構件之槽孔之位置而設。 12. —種頂板，其係設於可抽成真空之處理容器之頂部，使 由並設之平面天線構件之槽孔所放射之微波可向前述處 理容器内穿透者，且包含： 複數凹部，形成在前述頂板之面臨前述處理容器内之 131462.doc -2- 200932069 面侧。 13. 如請求項12之頂板，其中分別設定前述頂板形成有凹部 之部分之厚度與前述頂板未形成有凹部之部分之厚度， 以使傳播於前述頂板形成有凹部之部分之微波、與傳播 於前述頂板未形成有凹部之部分之微波中，所傳播之微 波之傳播模式之種類數相異。 14. 如請求項12之頂板，其中前述凹部之平面形狀係圓形。 15. 如請求項12之頂板，其中前述凹部中至少最内周之凹部 ® 係形成於以前述頂板之中心部為中心之同一圓周上。 16. —種電漿處理裝置，其係包含： 頂部開口之可抽成真空之處理容器； 微波產生部，其係產生電漿產生用之微波； 平面天線構件’其設於前述頂部之開口，並具有將來 自前述微波產生部之微波導入前述處理容器内之複數槽 孔；及 •頂板’其係氣密地設於前述頂部之開口，並使由前述 平面天線構件之槽孔所放射之微波穿透而導入前述處理 容器内；且 在前述頂板之面臨前述處理容器内之面側形成有複數 凹部。 17. 如請求項16之電漿處理裝置，其中分別設定前述頂板形 成有凹部之部分之厚度與前述頂板未形成有凹部之部分 之厚度’以使傳播於前述頂板形成有凹部之部分之微 波、與傳播於前述頂板未形成有凹部之部分之微波中， 131462.doc 200932069 所傳播之微波之傳播模式之種類數相異。 18. 如請求項16之電漿處理裝置，其中前述凹部之平面形狀 係圓形。 19. 如請求項16之電漿處理裝置，其中前述凹部中至少最内 周之凹部係形成於以前述頂板之中心部為中心之同一圓 〇 :长項19之電漿處理裝置，其中前述最内周之凹部係 -’、於偏離前述平面天線構件之槽孔之位置而形成。 131462.doc