等离子体处理是半导体器件的制造中不可欠缺的技术，但最近， 由于LSI的高集成化、高速化的要求，构成LSI的半导体元件的设计 规则(design rule)日益细微化，并且，半导体晶片变得大型化，随之， 在等离子体处理装置中也要求与这样的细微化和大型化相对应。
但是，一直以来常使用的平行板型或电感耦合型等离子体处理装 置，由于电子温度高会对细微元件产生等离子体损害，另外，由于等 离子体密度高的区域受到限定，均匀且高速地等离子体处理大型半导 体晶片是困难的。
这里，能够均匀地形成高密度且低电子温度的等离子体的RLSA (Radial Line Slot Antenna：径向线缝隙天线)微波等离子体处理装置 受到瞩目(例如专利文献1)。
RLSA微波等离子体处理装置，在腔室上部设置以规定图形形成有 多个槽(slot)的平面天线(Radial Line Slot Antenna)，使从微波发生 源导出的微波，通过平面天线的槽，并且，经由设置在其下面的由电 介质构成的微波透过板，向保持为真空的腔室内放射，利用该微波电 场，将导入腔室内的气体等离子体化，利用这样形成的等离子体，处 理半导体晶片等被处理体。
该RLSA微波等离子体处理装置中，在含盖天线正下方的广阔区 域能够实现高等离子体密度，可以在短时间内进行均匀的等离子体处 理。另外，由于形成了低电子温度等离子体，对元件造成的损害小。
在该RLSA微波等离子体处理装置中，既使使用相同的平面天线， 如果改变处理条件，等离子体分布和等离子体稳定性也变化。为此， 如果处理条件改变，则每次为了得到等离子体的均匀性和稳定性，需 要进行平面天线的等离子体透过孔图案和等离子体透过窗的最佳化， 极其烦杂。

本发明就是鉴于这样的问题而提出的，本发明的目的在于，提供 一种微波等离子体处理装置，该微波等离子体处理装置能够与处理条 件等的变化相对应，容易地确保等离子体的均匀性和稳定性。
为了解决上述问题，根据本发明的第一观点，提供一种微波等离 子体处理装置，其特征在于，包括：收容被处理体的腔室；产生微波 的微波发生源；向上述腔室引导由微波发生源所产生的微波的波导单 元；由导体构成的平面天线，该平面天线具有将引导至上述波导单元 的微波向着上述腔室放射的多个微波放射孔；由介电体构成的微波透 过板，该微波透过板构成上述腔室的顶壁，用于透过已经通过上述平 面天线的微波放射孔的微波；覆盖上述微波透过板外周的、由导电体 构成的板；从上述微波透过板传送微波的两个以上的孔，从上述微波 透过板的端部向着上述板的内部设置；调节这些孔的体积的体积调节 机构；和向上述腔室内供给处理气体的处理气体供给单元，是利用微 波在上述腔室内形成处理气体的等离子体，利用该等离子体对被处理 体进行等离子体处理的微波等离子体处理装置，其中，通过利用上述 体积调节机构调节上述各孔的体积，对将上述微波透过板按上述两个 以上的孔的各自所属单元进行分割时的各单元的阻抗进行调节，控制 上述微波透过板的电场分布。
另外，根据本发明的第二观点，提供一种微波等离子体处理装置， 其特征在于，包括：收容被处理体的腔室；产生微波的微波发生源； 向上述腔室引导由微波发生源所产生的微波的波导单元；由导体构成 的平面天线，该平面天线具有将引导至上述波导单元的微波向上述腔 室放射的多个微波放射孔；由介电体构成的微波透过板，该微波透过 板构成上述腔室的顶壁，用于透过已经通过上述平面天线的微波放射 孔的微波；覆盖上述微波透过板外周的、由导电体构成的板；从上述 微波透过板传送微波的两个以上的孔，从上述微波透过板的端部向着 上述板的内部设置；调节这些孔的体积的体积调节机构；和向上述腔 室内供给处理气体的处理气体供给单元，是利用微波在上述腔室内形 成处理气体的等离子体，利用该等离子体对被处理体进行等离子体处 理的微波等离子体处理装置，其中，通过利用上述体积调节机构调节 上述各孔的体积，对将上述微波透过板按上述两个以上的孔的各自所 属单元进行分割时的各单元的阻抗进行调节，使得各个单元满足共振 条件。
在上述第二观点中，优选上述微波透过板的整体满足共振条件。
在上述第一和第二观点中，优选，上述体积调节机构包括紧贴在 上述孔内设置、可以在上述孔内移动的体积调节板；和使上述体积调 节板移动的致动器。另外，还包括控制器，其根据处理条件，控制各 体积调节机构，来控制各个单元的阻抗。
作为上述波导单元，能够采用如下的波导单元，其包括，以TE模 式传送由上述微波发生源所发生的微波的矩形波导管；将TE模式变换 为TEM模式的模式变换器；和向着上述平面天线传送变换为TEM模 式的微波的同轴波导管。
另外，作为形成在上述平面天线上的多个微波透过孔，优选，形 成为长槽状，配置为使得相邻的微波放射孔彼此交叉，将这些多个微 波透过孔配置为同心圆状。
再者，优选，能够还包括以覆盖上述平面天线的方式设置的盖体， 在该情况下，在上述盖体中设置有制冷剂流路，通过使制冷剂在该制 冷剂流路中流通，冷却上述平面天线、和上述微波透过板。
根据本发明，从微波透过板的端部向着上述板的内部，设置传送 从平面天线到达上述微波透过板的微波的两个以上的孔，再者，设置 调节这些孔的体积的体积调节机构，利用体积调节机构来调节上述各 个孔的体积，由此，在将上述微波透过板分割为上述两个以上的各孔 所属的每个单元的情况下，调节各个单元的阻抗，控制微波透过板的 电场分布，所以在处理条件等变化的情况下，能够不进行平面天线的 等离子体透过孔的图案和等离子体透过板的最佳化，通过简单的操作， 就可控制微波透过板的电场分布，能够得到均匀性和稳定性高的等离 子体。
具体地说，在将微波透过板分割为上述两个以上的各孔所属的每 个单元的情况下，调节各个单元的阻抗，使得各个单元满足共振条件， 由此，能够使得微波透过板的电场分布均匀，可实现均匀性和稳定性 高的等离子体处理。
附图说明
图1是示意性表示本发明的一个实施方式的微波等离子体处理装 置的截面图。
图2是表示本发明的一个实施方式的微波等离子体装置所使用的 平面天线结构的图。
图3是用于说明本发明的一个实施方式的微波等离子体处理装置 主要部分的图。
图4是表示上部板所形成的孔的形状之示意图。
图5是用于说明本发明的微波透过板的电场分布控制之模型图。
图6是表示微波透过板的单元在两个的情况下的等效谐振电路的 图。
图7是表示本发明的装置和已有装置比较等离子体的电子密度分 布均匀性之曲线图。
图8是表示在本发明的微波等离子体处理装置中，模拟微波透过 板表面的微波电场强度的结果之图。
图9是表示在已有的微波等离子体处理装置中，模拟微波透过板 表面的微波电场强度的结果之图。
图10是表示在上部板上所形成的孔的其它例子之图。

下面，参照附图来具体说明本发明的实施方式。
图1是示意性表示本发明的一个实施方式的微波等离子体处理装 置的截面图。
该微波等离子体处理装置100构成为RLSA微波等离子体处理装 置，利用以规定图形形成有多个槽(slot)的平面天线(Radial Line Slot Antenna)，将从微波发生源导来的微波向腔室内放射，形成等离子体。
该微波等离子体处理装置100，具有气密地构成且接地的大致圆筒 状的腔室1。在腔室1的底壁1a的大致中央部形成圆形开口部10，在 底壁1a上设置有与该开口部10连通，向下方突出的排气室11。在腔 室1内设置有基座(suscepter)2，用于水平支承作为被处理基板的晶 片W，由AlN等陶瓷构成。该基座2利用从排气室11的底部中央向 上方延伸的、圆筒状、由AlN等陶瓷构成的支承部件3来支承。在基 座2的外边缘部设置有用于引导晶片W的引导环4。另外，在基座2 中埋入电阻加热型加热器5，该加热器5通过由加热器电源6供电，加 热基座2，利用该热量来加热作为被处理体的晶片W。在腔室1的内 周，设置有由石英构成的圆筒状衬套(liner)7。
在基座2中，设置有用于支承并升降晶片W的晶片支承销(未图 示)，其相对基座2的表面可突出没入。
在腔室1的侧壁上设置有形成为环状的气体导入部件15，处理气 体供给系统16与该气体导入部件15连接。气体导入部件也可以配置 成喷淋头(shower)状。来自该处理气体供给系统16的规定处理气体 经由气体导入部件15导入腔室1内。作为处理气体，可对应于等离子 体处理的种类使用适当的气体。作为等离子体处理，例如能够举出蚀 刻处理或者氧化处理等。
排气管23与上述排气室11的侧面连接，在该排气管23上连接有 包括高速真空泵的排气装置24。于是，通过使该排气装置24动作，将 腔室1内的气体向排气室11的空间11a均匀地排出，通过排气管23 排气。由此，能够将腔室1内高速地减压到规定的真空度、例如0.133Pa。
在腔室1的侧壁上设置有与同等离子体处理装置100相邻的搬送 室(未图示)之间进行晶片W的搬入搬出之搬入搬出口25；和开闭该 搬入搬出口25的闸阀26。
腔室1的上部形成开口部，沿着该开口部的周边部，经由未图示 的密封部件气密地设置有形成为环状的上部板(plate)27，在该上部 板27的内侧，设置有由电介质、例如石英或者Al2O3等陶瓷构成的、 透过微波的微波透过板28。上部板27由金属等导电体例如铝构成，并 接地。另外，上部板27形成为截面L字形状，支承微波透过板28，并 且成为覆盖其外周的形式。微波透过板28相对上部板27，经由未图示 的密封部件气密地设置。因此，气密地保持腔室1内。
在微波透过板28的上方，以与基座2相对的方式设置有圆板状平 面天线31。该平面天线31卡止在上部板27的上端。平面天线31形成 如下的结构：由导体例如表面镀金的铜板或者铝板构成，多个微波放 射孔(slot：槽)32以规定的图形贯通，而形成。即，平面天线31构 成RLSA天线。该微波放射孔32例如如图2所示那样形成长槽状，配 置为使得相邻的微波放射孔32彼此交叉，典型的是使得如图所示那样 正交(“T”字状)配置，这些多个微波透过孔32配置为同心圆状。微 波透过孔32的长度和排列间隔，根据微波的波长等决定。而且，在图 2中，利用Δr表示形成同心圆状的相邻微波透过孔32彼此的间隔。另 外，微波放射孔32也可以是圆形、圆弧状等其它形状。再者，微波放 射孔32的配置形式不特别限定，也能够配置为同心圆状之外的其它形 状，例如螺旋状、放射状。
在该平面天线部件31的上面，设置有由具有比真空大的介电常数 的电介质构成的滞波件33。该滞波件33具有使得微波的波长比在真空 中的波长短，调整等离子体之功能。
平面天线31和微波透过板28之间为紧贴的状态，另外，滞波板 33和平面天线31之间也为紧贴状态。另外，调整微波透过板28、滞 波板33的厚度和平面天线的微波反射率，使得滞波板33、平面天线 31、微波透过板28和由等离子体所形成的等效电路满足共振条件，由 此，使得微波的反射最小化。另外，将滞波板33和微波透过板28形 成为相同材质，防止微波的界面反射。这样，使得微波的反射最小， 并且防止微波的界面反射，由此，能够提高等离子体的稳定性，并且 较高地维持微波功率的效率。
在腔室1的上面，设置有例如由铝或者不锈钢等金属材料构成的 遮护(shield)盖体34，使得覆盖这些平面天线部件31和滞波件33。 位于腔室1的上面的上部板27和遮护盖体34，通过未图示的密封部件 来密封。
在遮护盖体34中，形成有冷却水流路34a，在其中流通冷却水， 由此，冷却平面天线31、微波透过板28、滞波板33、遮护盖体34。 此外，遮护盖体34接地。
上述平面天线31和滞波板33的外周部，由设置在遮护盖体34的 内侧的按压部件34b按压。
在遮护盖体34的上壁中央形成有开口部36，波导管37与该开口 部连接。在该波导管37的端部，经由匹配电路38连接着微波发生装 置39。由此，由微波发生装置39所发生的例如频率2.45GHz的微波 经由波导管37向上述平面天线部件31传送。而且，作为微波的频率， 也能够使用8.35GHz、1.98GHz等。
波导管37具有：从上述遮护盖体34的开口部36向上方延伸的截 面圆形状的同轴波导管37a；和与该同轴波导管37a的上端部连接的、 沿着水平方向延伸的截面矩形的矩形波导管37b。在该矩形波导管37b 与同轴波导管37a的连接部侧的端部，设置有模式变换器40。内导体 41在同轴波导管37a的中心延伸，该内导体41的下端部连接固定在平 面天线部件31的中心。
在上述上部板27上，从微波透过板28的端部向着上部板27的内 部，水平地形成有多个孔42。在该例子中，如图3所示那样，12个孔 42从上部板27的内侧向着外侧放射状等间隔地设置，在上部板27的 周端部开口。使得这些孔42传送从平面天线31到达微波透过板33的 微波。
在这些孔42中，沿着孔42的长度方向自由移动地设置有用于调 节孔42的体积的体积调节板43。该体积调节板43紧贴地设置在孔42 的内部，至少与该孔42接触的面由导电体例如铝等金属构成。再者， 在上部板27的外周端部开口的孔42上，设置有金属制成的盖47。由 此，围绕孔42的部分全部由导电体构成，使得被传送的微波不泄漏地 全部反射。各个体积调节板43经由杆44，利用气缸机构等致动器45， 独立地移动，由此，调节各个孔42的体积。通过这样调节各个孔42 的体积，在微波透过板28被分割为各个孔42所属的每个单元的情况 下，可以对各个单元的每一个调节阻抗。并且，在处理条件存在改变 的情况下，可对应于处理条件，从控制器46向各个致动器45输出用 于控制各个单元的阻抗的指令，控制各个体积调节板43的位置，即各 个孔42的体积，使得微波透过板28的电场分布均匀。
而且，体积调节板43，只要与其孔42接触的面是导电体，其它部 分是电介质也没有关系。另外，孔42的个数不限于12个，只要是两 个以上就可以。但是，由于过多控制会变得烦杂，所以优选16个以下。 再者，孔42的深度只要是在作为电介质的微波透过板28中的微波的1 波长以上就可以。再者，作为致动器45，不限于气缸机构，也能够采 用通过马达旋转滚珠螺杆来调节体积调节板43的位置的滚珠螺杆机 构。
孔42的形状，也可以如图4(a)所示那样截面是圆形，也可以如 (b)所示那样，截面是长方形，但为了使得微波能够在孔42内传送， 如果将微波透过板28内的微波的波长设为λc，将截面为圆形情况下的 半径设为r，将截面为长方形的情况下的横向宽度设为a，高度设为b， 需要下面的公式(1)、(2)成立。
r＞λc/3.41           ……(1)
a＞λc/2，b＞λc/8    ……(2)
等离子体处理装置100的各个构成部分形成为与处理控制器50连 接并被其控制的结构。在处理控制器50上连接有由为了工序管理者管 理等离子体处理装置100而进行命令的输入操作等的键盘、和可视化 显示等离子体处理装置100的运转状况的显示器等构成的用户接口 51。
另外，存储部52与处理控制器50连接，该存储部52中存储有方 案(recipe)，该方案记录着用于通过处理控制器50的控制实现由等离 子体处理装置100所执行的各种处理的控制程序和处理条件数据等。
并且，根据需要，利用来自用户接口51的指示等，从存储部52 提出任意的方案，由处理控制器50执行，在处理控制器50的控制下， 由等离子体处理装置100进行希望的处理。
在这样构成的等离子体处理装置100中，首先，打开闸阀26，从 搬入搬出口25将作为被处理体的晶片W搬入腔室1内，载置在基座2 上。
然后，通过气体导入部件15，从处理气体供给系统16向腔室1 内导入对应于等离子体处理的规定处理气体，维持在规定压力。
接着，经过匹配电路38向波导管37导入来自微波发生装置39的 微波。微波顺序通过矩形波导管37b、模式变换器40、和同轴波导管 37a、滞波板33，提供给平面天线部件31，从平面天线部件31开始经 过微波透过板28，向腔室1内的晶片W的上方空间放射。微波在矩形 波导管37b内以TE模式传送，该TE模式的微波由模式变换器40变 换为TEM模式，在同轴波导管37a内向着平面天线部件31传送。
通过从平面天线部件31经过微波透过板28向腔室1放射的微波， 在腔室1内将所导入的处理气体等离子体化，利用该等离子体进行氧 化处理等规定的处理。
本实施方式的微波等离子体处理装置100，能够实现大致1012/cm3 以上的高等离子体密度并且大致1.5eV以下的低电子温度等离子体。 为此，能够在低温且短时间内进行等离子体处理，而且具有对基底膜 造成的离子等的等离子体损害小等优点。
另外，在本实施方式中，从微波透过板28的端部向着上部板27 的内部，设置传送已经从平面天线到达上述微波透过板的微波的多个 孔42，再者，设置调节这些孔的体积的体积调节板43和致动器45， 利用体积调节板43和致动器45来调节各个孔42的体积，由此，在将 微波透过板28分割为多个孔42的各孔所属的每个单元的情况下，能 够调节各个单元的阻抗。由此，能够控制微波透过板28的电场分布， 所以，在处理条件等变化的情况下，能够不进行平面天线31的等离子 体透过孔32的图案和等离子体透过板28的最佳化，而利用简单的操 作来控制微波透过板的电场分布，能够得到等离子体的均匀性和稳定 性。
参照图5的模型来说明具体的微波透过板28的电场分布控制。首 先，从中心开始呈放射状将微波透过板28分割为多个孔42的各孔所 属于的单元28a。在该情况下，来自微波透过板28的中心的微波，在 各个单元向着属于其中的孔42直线地传送，由体积调节板43反射， 返回到起点。现在，将任意相邻的两个单元28a(第i单元和第j单元) 之间的耦合系数ki，j按照如下式(3)所示定义：
公式1：
$k_{i,j}=\frac{X_{m(i,j)}}{\sqrt{X_i{X}_j}}---\left(3\right)$
这里，Xm(i，j)是相邻的两个单元的共同部分的电抗，Xi是第i单 元与Xm(i，j)串联地插入的电抗中与Xm(i，j)同类的电抗，是包含Xm(i，j) 的值。Xj也同样。例如，假定单元数是两个，则上述公式(3)能够改 写为下面的式(4)所示。
公式2：
$k=\frac{X_m}{X_1{X}_2}---\left(4\right)$
一般的，电抗是电容耦合，能够利用图6所示的等效谐振电路表 示该状态。
这种情况下，能够利用下面的式(5)来表示耦合系数k。
公式3：
$k=\sqrt{\frac{C_a{C}_b}{(C_a+C_m)(C_b+C_m)}}---\left(5\right)$
这里，从图6的P点看的阻抗是变为零的频率，即，微波透过板 28整体的共振频率f和各个单元的频率fi′(f1′、f2′)由如下的式 (6)表示。
公式4：
$f^2=\frac{f_1^{\prime 2}+f_2^{\prime 2}\pm \sqrt{{(f_1^{\prime 2}-f_2^{\prime 2})}^2+{4f}_1^{\prime 2}{f}_2^{\prime 2}{k}^2}}{2(1-k^2)}---\left(6\right)$
此时，如果将各个单元的电容设为Ci，各个单元的频率fi′可由 下面的式(7)来表示。
公式5：
$f_i^{\prime }=\frac{1}{2\pi \sqrt{L_i{C}_i}}$ (i＝1，2)         ……(7)
由上述公式(6)、(7)可知，由耦合系数k，存在两个谐振频率。 特别是，在耦合系数k比1充分小的情况下，即在接近0的情况下，f ＝f1′＝f2′，产生各个单元的共同谐振频率。此时，耦合系数k接近 0，所以，各个单元间的干涉实质上不存在，各个单元能够无干涉地独 立进行模式控制。
因此，能够形成多个孔42，使得各个单元间的耦合系数k实质上 不存在，如果在各个单元的每个中利用致动器45移动体积调节板43， 调节孔42的体积，就可以独立地调节各个单元的阻抗，使得各个单元 的每个满足谐振条件，由此，能够均匀地控制微波透过板28的电场分 布。一般的，由于等离子体分布和稳定性依赖于微波透过板的电场分 布，所以，通过这样均匀地控制微波透过板28的电场分布，能够提高 等离子体的均匀性和稳定性。因此，既使处理条件变化，也能够容易 地应对。
图7表示使用本发明的装置来进行微波透过板28的阻抗调节的情 况和使用已有装置的情况下的等离子体的电子密度分布。如该图所示， 可确认，根据本实施方式，通过进行阻抗调节，电子密度分布变得均 匀。
下面，如上述图5所示，在上部板上均等地形成12个孔，将孔直 径设为323mmΦ，将孔的长度设为60mm的情况下，进行微波透过板 的电磁场模拟。将其结果显示在图8和图9中。如图8所示，可确认， 利用本发明的装置，通过调节各个孔的体积，与图9所示的已有装置 相比，微波透过板的电场分布变得均匀。
而且，本发明不限于上述实施方式，能够进行各种变形。例如， 处理装置的构成只要满足本发明的构成要件，可不限于上述实施方式。 另外，作为在上部板上所形成的孔，以从微波透过板的端部向外侧水 平延伸，在上部板的周端部开口的情况为例子进行了说明，但不限于 此，可以如图10所示，采用在上部板的上面开口，在上部板中弯曲90 °的方式。再者，作为进行等离子体处理的被处理体，不限于半导体 晶片，也可以是板显示器基板等其它基板。
产业上的可利用性
本发明适合于半导体器件的制造工序的氧化处理、成膜处理、蚀 刻处理等，适合于要求低电子温度和高密度等离子体的等离子体处理。 特别是，适合于重视等离子体密度均匀性的蚀刻处理。
专利文献1：日本特开2000-294550号公报。