等离子体处理装置 本发明涉及一种等离子体处理装置，更特别是涉及如在半导体或液晶显示元件的制造等中使用的等离子体处理装置。
目前，作为半导体或液晶显示元件的制造中使用的等离子体处理装置，一般是像称作为电容耦合型那样，在处理室内配置成对的电极，并作为等离子体激励手段向这些电极供给13.56MHz的高频率电。此时，处理对象被配置在一侧电极上。处理对象是导电性时，即使是电容耦合型的，也可由直流电激励出等离子体。
近年来，都瞄准了生产性好技术更高的元器件制造技术，大力开发装载了能够激励起所谓[高密度等离子体]的等离子体源的等离子体处理装置。对这些装置采用以各种原理为基础的等离子体激励手段，但使用微波方法也是一种有力的手段。使用微波时，如前所述，除了得到高密度等离子体外，至少不必将为激励出等离子体而投入必要功率的电极配置在处理室内部。因此，具有以下的优点：因为电极材料中不混入相关的杂质，以及被激励起的等离子体自身的电势比电容耦合型的等离子体低，所以能量粒子流向处理对象物表面的控制范围更广。
然而，目前在比较大面积的区域内，生成能够施以均匀处理的等离子体状态是困难地，为了解决该问题，提出了各种不同的方案。
上述方案之一，是特开平11-111493号公报所揭示的技术。图16及图17是上述公报所揭示的等离子体处理装置的模型的纵截面图及横截面图。
参照图16及图17，该公报揭示的等离子体处理装置主要有反应容器101，微波导入窗102，托盘107，介质线路111，微波分配器113，微波波导管114和微波振荡器115。
金属制的反应容器101的内部构成反应室120，其上部被微波导入窗102密封成不透气状态。把托盘107配设在该处理室120内，托盘107用于装载作为被处理物的半导体基板108，高频率电源连接该托盘107。在微波导入窗102上方间隔规定的距离(空气隙112)，设有分成4个的介质线路111。各介质线路111的周围被金属板116覆盖。微波波导管114经微波分配器113与在各介质线路111的侧面连接，在其前端上安装了微波振荡器115。
对于该装置的动作，首先，反应室120内被设定成所需真空度，压力后，从气体供给管供给反应气体。接着，微波振荡器115进行微波振荡，并经波导管114导向微波分配器113。
由微波分配器113调整微波，以同相位及同功率向4个介质线路111导入。导入介质线路111内的微波经空气隙112从微波导入窗102导入反应室120内。由于导入了微波，在反应室120内生成了等离子体，对托盘107上的基板108表面进行等离子体处理(蚀刻处理)。
除此之外，作为在比较大面积的区域内进行均匀的等离子体处理的技术的揭示文献，例如有，特开平8-316198号公报，特公平7-105385号公报，特许公报第2641450号等。
特开平8-316198号公报揭示了把从1个微波振荡器振荡出的微波分配给多个电介质层后，导入反应室的等离子体处理装置。
特公平7-105385号公报揭示了通过多个波导管连接处理室的上部，微波振荡器连接各波导管，独立地控制多个微波的等离子体处理装置。
特许公报第2641450号揭示的等离子体处理装置与上述特公开7-105385号公报记载的等离子体处理装置只是等离子体激励方式不同，在各波导管上分别需要一式的微波振荡器是相同的。
所谓的微波一般多指频率1-30GHz的电磁波，但VHF波段(30-300MHz)，UHF波段(0.3-3GHz)和毫米波段(30-300GHz)在工程学方面的说明也是一样的，本申请把这些频带的电磁波总称为微波。
上述各公报所记载的技术分别存在以下的问题。
首先，图16及图17所示的特开平11-111493号公报的等离子体处理装置，向分成4部分的介质线路111导入同相位，同功率的微波。但是，靠近微波导入窗102的反应容器101的侧壁101b的区域SA和远离该侧壁101b的区域SB中，电位状态和等离子体中粒子生成、消失的方式不同。因此，区域SA及区域SB正下方的等离子体的负载阻抗各自不同，不能进行均匀的等离子体处理。
而特开平8-316198号公报的等离子体处理装置，因为电介质层只被分成2部分，所以处理大面积基板时，难以对该基板作均匀的处理。而且，即使增加电介质层的分割数量，但会与特开平11-111493号公报一样，各部的负载阻抗不同，不能进行均匀的等离子体处理。
对于特公平7-105385号及特许公报第2641450号，每个波导管需要1个微波振荡器。比起一般要准备多台输出功率小的振荡器，用同等大输出功率的1台振荡器在成本方面是有利的。因此，对于上述2个公报的等离子体处理装置，成本上是不利的，而处理大面积基板时成本将会更不利。
本发明的目的是提供一种即使在反应室内生成的等离子体的负载阻抗在各部位不同的场合下，仍能实现均匀的等离子体处理，且成本低廉的等离子体处理装置。
本发明的等离子体处理装置是借助于微波利用处于等离子体状态下的反应气体对基板进行等离子体处理的装置，该装置具备容器和多个微波导入窗。容器具有主壁和侧壁，该主壁在把基板保持在内部的状态下面向基板表面，侧壁则围着基板侧部，且在内部进行等离子体处理。多个微波导入窗是通过设置在主壁上而面对容器内部，而且，是用于将微波导入容器内部的部件。在多个微波导入窗中，处于与侧壁的位置关系为等同位置关系的至少2个微波导入窗内实质上被投入相同功率的微波，而向处于非等同位置关系的至少2个微波导入窗内投入不同功率的微波。
本发明的等离子体处理装置，向处于非等同位置关系的微波导入窗内投入不同功率的微波。因此，即使它们正下方的等离子体的负载阻抗不同的情况下，能够使它们正下方的等离子体状态基本上控制为相同的状态。
对于处于等同位置关系的微波导入窗，它们正下方的等离子体的负载阻抗实质上是相同的。因此，通过向这些微波导入窗投入相同功率的微波，基本上能够将它们的正下方控制为相同的等离子体状态。
由于采取这样的方式，因为能够使整个容器内处于均匀的等离子体状态，所以，也可对大面积基板实施均匀的等离子体处理。
因为利用1台大输出功率的微波振荡器就能够向处于等同位置关系的微波导入窗内导入微波，所以成本低廉。
对于上述等离子体处理装置，理想的是把容器内生成的等离子体表示为等价的并列的集总常数电路负载时，由从处于等同位置关系的至少2个微波导入窗导入的微波生成的等离子体的负载阻抗实质上是相同的。
通过像这样考虑到处理室内生成的等离子体负载阻抗而投入微波，就可实现更均匀的等离子体处理。
对于上述等离子体处理装置，理想的是还具备传送微波的微波波导管。1根微波波导管分支后与处于等同位置关系的至少2个微波导入窗连接。
由于1个微波波导管与1个微波振荡源连接，因此，就可用1台大输出功率的微波振荡源向处于等同位置关系上的各微波导入窗导入微波。
对于上述等离子体处理装置，理想的是还具备振荡出微波的微波振荡源。微波波导管连接1个微波振荡源。
因此，能够得到成本低廉的等离子体处理装置。
上述等离子体处理装置，理想的是还具备传送微波的微波波导管和可调整微波衰减量的衰减器。1根微波波导管分支后与处于非等同位置关系的至少2个微波导入窗各自连接。把衰减器连接到微波波导管的分支的各部分上。
这样，因为能够用1台大输出功率的微波振荡器向处于非等同位置关系上的各微波导入窗投入微波，所以能够得到成本更低的等离子体处理装置。
图1是本发明实施例1的等离子体处理装置构成的概要截面图。
图2是本发明实施例1的等离子体处理装置构成的概要截面图。
图3示出从图1箭头Ⅲ方向看的微波导入窗的配置状态图。
图4示出在比较小的反应器中作为1个微波导入用波导管传送回路时构成的概要截面图。
图5是说明图4所示的等离子体处理装置中等离子体的负载阻抗的图。
图6示出在比较大的反应器中作为1个微波导入用波导管传送回路时构成的概要截面图。
图7是说明图6所示的等离子体处理装置中等离子体的负载阻抗的图。
图8示出对于比较大的反应器，采用多个微波导入用波导管传送回路时构成的概要截面图。
图9是说明图7所示的等离子体处理装置中等离子体的负载阻抗和电源系统的图。
图10是本发明实施例1的等离子体处理装置的等效电路图。
图11是与本发明实施例2的等离子体处理装置的与图3对应的图。
图12示出本发明实施例2的等离子体处理装置的波导管传送回路构成的透视图。
图13是表示本发明实施例2的等离子体处理装置的等效电路结构的图。
图14是以与图1对应的截面示出本发明实施例3的等离子体处理装置的构成的图。
图15是以与图2对应的截面示出本发明实施例3的等离子体处理装置的构成的图。
图16是特开平11-111493号公报揭示的等离子体处理装置的模式纵截面图。
图17是特开平11-111493号公报揭示的等离子体处理装置的模式横截面图。
下面，参照附图说明本发明的实施例。
图1对应于沿图3的Ⅰ-Ⅰ线的截面，图2对应于沿图3的Ⅱ-Ⅱ线的截面。
主要参照图1及图2，本实施例的等离子体处理装置主要具有反应容器1，微波导入窗2a、2b，波导管3a、3b，匹配器4a、4b，隔离器5a、5b，微波振荡器6a、6b和基板保持架7。
由金属等导电体作成的反应容器1的内部构成处理室10。反应容器1的上壁1a例如具有4个开口部，各个开口部安装有面向处理室10的微波导入窗2a、2b。
主要参照图3，两侧的2个微波导入窗2a、2a彼此关于与反应容器1的侧壁1b的位置关系具有相互等同的位置关系。而中央侧的2个微波导入窗2b、2b彼此关于与侧壁1b的位置关系具有相互等同的位置关系。微波导入窗2a、2b关于与侧壁1b的位置关系具有相互非等同的位置关系。
在本申请中，《等同位置关系》是指与微波导入窗的侧壁1b的相对长度(WA,WB及WC)和相对间隔(LA,LB和LC)处于基本相同的位置关系。如果这样的相对长度和相对间隔基本相同，则在反应容器1的上壁面1a上，配置成点对称或线对称的微波导入窗也包含在《等同位置关系》的微波导入窗内。
主要参照图1，在微波导入窗2a、2b和反应容器1之间由O型环9等密封，采取这样的密封手段，就能够保持处理室10内部的不透气性。处理室10内部由真空泵(图未示出)抽气，保持真空状态。
1根波导管3a分支后连接关于与侧壁1b的位置关系中处于相互等同的位置关系的微波导入窗2a、2a。1根波导管3b分支后连接关于与侧壁1b的位置关系中处于相互等同的位置关系的微波导入窗2b、2b。各波导管3a、3b经匹配器4a、4b，隔离器5a、5b与各微波振荡器6a、6b连接。因此，能够向处于相互等同位置关系上的微波导入窗2a及2b(或2b及2b)投入相同功率的微波，向处于非相互等同的位置关系的微波导入窗2a及2b投入不同功率的微波。
在处理室10内设置了可保持基板8的基板保持架7，该盘对着反应容器1的上壁1a。反应容器1通常处于接地状态，向基板保持架7施加高频波和直流偏压。
为了便于说明，省略了向处理室10内供给反应气体的气体供给管等的图示。
下面，阐述微波导入窗的几何学配置和等离子体的负载阻抗的关系。参照图4，反应容器1上部有开口部，微波导入窗2经环9装到该开口部上。传送微波的波导管3连接微波导入窗2的上部。图中未示出的匹配器和隔离器及微波振荡器连接到波导管3上。
通过操作图中未示出的排气装置和阀门系统就能够把反应容器1内部抽气到规定的压力后，通过气体导入路适当地导入放电气体，调整到等离子体生成压力。反应容器1内部的压力由排气速度(量)和气体导入速度(量)的均衡决定。
在反应容器1的内部被调整到等离子体生成压力的状态下，微波通过微波导入窗2被投入反应容器1内部时，在反应容器1内部生成等离子体。此时，在等离子体内部电离的离子或电子涌入反应容器1的壁面而被消耗掉，同时进行新的电离，来维持等离子体。
在离子和电子涌入反应容器1的壁面时，相对于该动作，反应容器1壁面的电位持有重要任务。即，如果壁面电位是正的，则离子后退，电子容易进入。若壁面电位是负的，则过程相反。
等离子体本身根据电子和离子的质量差通常相对于反应容器1的壁面持有正电位。反应容器1的壁是导电体并目通常接地。也有对保持基板8的基板保持架7等的基板保持机构施加高频或直流偏压。然而，因为微波导入窗2是电绝缘体，不流过电流，所以在正常状态下是得到表面电荷的状态，正电荷没有出入。即，为导电体的反应容器1的壁面和微波导入窗2的表面电位不同。因而，从生成的等离子体内部的电荷粒子(电子或离子)来看，存在电位不同的壁。因此，对于微波导入窗2的正下方和靠近周边部的侧壁1b的区域，出现了等离子体内部的电荷粒子的平衡状态不同的场合。
例如，如图4所示，如果等离子体生成区域小，即使从微波导入窗2的正下方区域来看，估计接地电位的侧壁1b的比例较大，则在等离子体生成区域的端部和中央部不会出现构成处理问题的等离子体状态差。因此，认为图4所示的等离子体处理装置中生成的等离子体具有如图5所示关于全部等离子体基本均等的负载阻抗Z。图中记号S表示电源系统，该电源系统S包含微波振荡器，隔离器，匹配器等。
然而，若如图6所示等离子体生成区域面积较大，则因为在等离子体的端部，接地电位的侧壁1b处于附近，所以电子损失率增高，而因为对于中央部不靠近微波导入窗2，所以电子不易损失。于是，当从微波导入窗2投入微波时，在平衡状态下，在等离子体的端部和中央部产生等离子体的密度差。因此，当把大面积的等离子体作为等效地并排的集总常数电路负载来表示时，如图7所示，在等离子体的中央部处的负载阻抗Z11与端部的负载阻抗Z12不同。
在等离子体的中央部和端部负载阻抗不同的情况下，因为如上所述，等离子体密度存在差异，所以不能进行均匀的等离子体处理。
因此，可以如图8所示，考虑把等离子体生成区域分割成数个区(即，把微波导入窗分成多个)，分别向各微波导入窗投入微波。但是，即使这样分割等离子体生成区域，微波导入窗2a正下方的等离子体和微波导入窗2c正下方的等离子体的负载阻抗存在差异的状况没有很大的改善。当负载阻抗不同时，微波的终端处的反射率就会不同，来自匹配器的在负载侧的驻波状态变得复杂。因此，即使单纯地向分割成的微波导入窗2a、2c投入相同功率的微波，仍不能补偿等离子体的阻抗差，结果等离子体处理成为不均匀。
本发明的构成是如图8所示，在把等离子体生成区域分割成多个的条件下，向相对于侧壁1b彼此处于非等效位置关系的微波导入窗2a及2b投入不同功率的微波。也就是说，如图9所示，由不同的电源系统S1、S2向负载阻抗Z11、Z12不同的部分上的微波导入窗独立地投入不同功率的微波。而负载阻抗Z12成为相同的部分上的微波导入窗连接同一电源系统S1。
下面，对把本实施例的等离子体处理装置作为等效电路来考虑的情况进行说明。
图10是示出图1-图3示出的等离子体处理装置的等效电路构成的图。参照图10，该等效电路构成具有2个电源系统S1、S2。电源系统S1包含图1所示的匹配器4a，隔离器5a和微波振荡器6a等，电源系统S2包含匹配器4b、隔离器5b、微波振荡器6b。2个相等负载Z11并联地连接该电源系统S1，而2个相同负载Z12并联地连接该电源系统S2。负载Z11和负载Z12彼此不同。
负载Z11在图1中是微波导入窗2a正下方的等离子体的负载阻抗。而负载Z12在图1中是微波导入窗2b正下方的等离子体的负载阻抗。因此，负载Z11对应于微波导入窗2a的个数有2个，负载Z12对应于微波导入窗2b的个数也有2个。
在本实施例中，从等效电路来看，不同的电源系统连接等离子体负载阻抗不同的电路，并投入不同功率的微波。仍从等效电路来看，相同的电源系统连接等离子体负载阻抗相同的电路，并投入相同功率的微波。
然而，图1中，波导管3a、3b分支后的微波传送线路具有传送线路阻抗，该传送线路阻抗是包含等离子体负载阻抗的。但是，传送线路阻抗改变的重要原因不仅是等离子体负载阻抗，而且例如以下的因素也会使传送线路阻抗变化。
(1)传送线路内配置的电介质的介电常数相对于微波电场强度有可能是非线性响应。
(2)传送线路内配置的电介质有温度变化时，有可能使介电常数变化。
(3)反应容器壁的温度变化时，其表面气体吸附率变化，处理室内的气体组成有可能出现微妙变化。
(4)若投入功率不同时，等离子体密度(气体的电离状况)变化，因此，有可能向等离子体中的微波传送形态变化。
上述(1)、(2)是有关传送线路材料，能够在线性区域内动作和根据各部的温度控制实现对应。而(3)也能够通过控制反应容器壁的温度而对应。至于(4)只要使相对于微波导入窗的反应容器侧壁的几何学配置和(1)-(3)一致，则在微波传送形态变化时，等效区域的等离子体状态也同样变化而不再存在问题。
现实中，由波导管构成的传送线路的组装状态的调整是很重要的。
通过这样来控制其它因素，能够使包含处于相互等效位置关系的微波导入窗的各电路的传送线路阻抗相同。因而，对于传送线路阻抗成为相同的电路连接相同的电源系统，并投入相同功率的微波，对于传送线路阻抗不相同的电路连接不同的电源系统，并投入不同功率的微波，从而可生成均匀的等离子体。
下面，将本实施例的等离子体处理装置作为CVD(Chemical VaporDeposition)装置使用时的动作进行说明。
预先使用真空泵等将反应容器1的内部保持真空状态。从微波振荡器6a、6b发出的微波经过隔离器5a、5b和匹配器4a、4b导入各波导管3a、3b内后，从各微波导入窗2a、2b投入到反应容器1内。此时，考虑到微波导入窗2a和2b正下方的负载阻抗，对投入到微波导入窗2a和2b内的微波功率作个别调整。
另一方面，所需的原料气体从气体供给管供给到反应容器1内。
当将反应气体导入到反应容器1内时，由微波生成整体均匀的等离子体，从而对基板保持架7上的基板8表面进行均匀覆膜。
在本实施例中，如图1所示，向与反应容器1的侧壁1b的位置关系中处于彼此等效位置关系的微波导入窗2a及2a(或微波导入窗2b及2b)导入相同功率的微波，而向处于非等效位置的微波导入窗2a和2b独立地投入不同功率的微波。因此，能够在处理室10内生成整体均匀的等离子体。由于等离子体均匀，对于大面积的基板，也能够进行均匀的等离子体处理。
另外，因为由1台微波振荡器6a或6b向处于等效位置关系上的微波导入窗2a投入微波，所以可降低成本。
在本实施例中，虽然说明了把微波导入窗分割成4分，即所谓的分割模式(1,4)的情况，但本发明如果分割数量是大于3(即分割模式(1,n)中，n大于等于3)也可适用。
实施例2
沿图1的Ⅰ-Ⅰ线的截面对应图1所示的构成，沿Ⅱ-Ⅱ线的截面对应图2所示的构成。
参照图11及图12，本实施例在反应容器1的上面1a中，微波导入窗被分割成12块，就这一点与实施例1的不同。
配置在反应容器1上面1a的四个角区上的4个微波导入窗2a相对于反应容器1的侧壁1b处于相互等效的位置关系。4个微波导入窗2b也处于相互等效的位置关系，2个微波导入窗2c也处于相互等效的位置关系，而2个微波导入窗2d也处于相互等效的位置关系。微波导入窗2a、2b、2c、2d相互处于非等效位置关系。
主要参照图12，配置在四角上的4个微波导入窗2a中的2个通过波导管3a连接电源系统S1-1，其余的2个通过波导管3a连接电源系统S1-2。4个微波导入窗2b通过波导管3b与1个电源系统S2连接。2个微波导入窗2c通过波导管3c与1个电源系统S3连接。2个微波导入窗2d通过波导管3d与1个电源系统S4连接。
电源系统S1-1和电源系统S1-2是振荡出相同微波的振荡器。而电源系统S1-1和电源系统S1-2在构成方便方面，只分成了2个，在装置构成上以及成本方面最好合二为一。即，位于四角区上的4个微波导入窗2a全部通过波导管3a与1个电源系统连接为更好。
采取上述构成，本实施例的构成是向处于非等效位置关系的微波导入窗投入不同功率的微波，而向处于相互等效位置上的微波导入窗投入相同功率的微波。
关于这些以外的构成，与上述实施例1的构成基本相同，因此，此处对相同的部件采用相同的符号，并省略对它们的说明。
下面，对本实施例的等离子体处理装置的等效电路构成进行说明。
图13是示出图12所示的等离子体处理装置中将微波导入窗2b作为传送线路的微波等效回路构成的图。参照图13，由于微波导入窗2b彼此处于相互等效位置关系，因此，其正下方的等离子体负载阻抗Z11实质上相同。像这样，由同一电源系统S2向等离子体负载阻抗Z11实质相同的各微波导入窗2b投入相同功率的微波。
另外，涉及其它微波导入窗2a、2c、2d的等效回路构成因为与图10所示的构成基本相同，因此，省略对它们的说明。
对于相互处于非等效位置关系的微波导入窗，因为其正下方的等离子体负载阻抗不同，所以由不同的电源系统投入不同功率的微波。
对于连接相同电源系统的各回路，通过对在实施例1中说明的使传送线路阻抗变动的其它要素(1)-(4)等进行相同控制，各传送线路阻抗变成实质相同是必要的。
在本实施例中，向相对于反应容器1的侧壁1b处于等效位置关系的微波导入窗投入相同功率的微波，且向处于非等效位置关系的微波导入窗投入不同功率的微波。因此，与上述实施例1一样，能够使处理室内生成整体均匀的等离子体，可进行均匀的等离子体处理。
由于1个电源系统连接处于等效位置关系的微波导入窗足够，所以可降低成本。
本实施例中，虽然说明了把微波导入窗分割成12分的分割模式(3,4)的情况，但本发明也可适用分割超过12的模式(即，分割模式(m,n))。
实施例3
参照图14及图15，对于本实施例的等离子体处理装置，关于与反应容器1的侧壁1b的位置关系中，处于相互非等效位置关系的微波导入窗2a及2b与相同的微波振荡器6连接这一点与实施例1不同。在把处于非等效位置关系上的微波导入窗与单一微波振荡器6这样地连接时，在分支部上有必要设置可变衰减器11。该可变衰减器11用于调整微波的衰减量。利用该可变衰减器11，就可向配置在非等效位置关系上的微波导入窗2a及2b投入不同功率的微波。
对于其它的构成，因为与上述实施例1的构成基本相同，对相同的部件用相同的符号，并省略其说明。
在本实施例中，配置在非等效位置关系上的微波导入窗2a及2b连接1个微波振荡器6。因此，与实施例1的构成相比，能够使装置更简化，成本更低。
借助于该可变衰减器11，可向处于非等效位置关系上的微波导入窗2a及2b投入不同功率的微波。因此，能够在处理室10内生成整体均匀的等离子体，可进行均匀的等离子体处理。
本实施例说明了分割模式为(1,n)的情况，但也适用于如实施例2所示，分割模式为(m,n)的情况。
本次公开的实施例所有各方面只是示例性的，不应该看作是对它们的限制。本发明的范围不只是如上说明的，而是由权利要求范围示出，当然也包含了与权利要求的范围均等的含意及范围内的全部变更。
如上所述，本发明的等离子体处理装置向与处理室的侧壁面的位置关系中处于非等效位置上的微波导入窗投入不同功率的微波。因此，即使在各微波导入窗正下方的等离子体的负载阻抗不同时，处理室内也能够生成整体均匀的等离子体。因此，可进行均匀的等离子体处理。
因为可用1台大功率的微波振荡器向处于等效位置关系上的微波导入窗导入微波，所以可简化装置的构成，并降低装置的成本。