微波導入裝置的製作方法

2023-06-06 13:52:01

專利名稱：微波導入裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種在對半導體晶片等作用利用微波產生的等離子體 而實施處理之時所使用的微波導入裝置。
背景技術：
近年來，伴隨著半導體產品的高密度化及高微細化，在半導體產品
的製造工序中，為了進行成膜、蝕刻、灰化(ashing)等處理而使用等 離子體處理裝置。特別是，由於即使是在0.1mTorr (13.3mPa) ~數十 mTorr (數Pa)左右的壓力比較低的高真空狀態下也可以穩定地產生等 離子體，因此使用利用微波來產生高密度等離子體的微波等離子體裝置 成為趨勢。
此種等離子體處理裝置已被日本特開平3 — 191073號公報、日本特 開平5 - 343334號公報、日本特開平9 - 181052號公報、日本特開2003 -332326號公報等所公開。這裡，參照圖7對使用了微波的一般的微波 等離子體處理裝置進行概略性的說明。圖7是表示以往的一般的微波等 離子體處理裝置的概略構成圖。
如圖7所示，該等離子體處理裝置102具備可以被抽真空的處理 容器104、設於處理容器104內的放置半導體晶片W的放置臺106。在 與放置臺106相對的頂板部，氣密性地設有透過微波的圓板狀的由氮化 鋁或石英等製成的頂板108。
在頂板108的上表面或上方，設有厚數mm左右的圓板狀的平面天 線構件IIO。為了縮短平面天線構件110的半徑方向的微波的波長，例 如在平面天線構件110的上表面或上方設置了由例如電介質製成的慢波 材料112。
在平面天線構件110上，形成有多個例如由長槽狀的通孔構成的微 波輻射孔114。該微波輻射孔114 一般來說被以同心圓狀配置或以螺旋 狀配置。另外，在平面天線構件110的中心部，連接有同軸波導管116200的中心導體118，從而可以對由微波發生器120產生的例如2.45GHz的 微波在利用模式轉換器122轉換為規定的振動模式後進行導引。這樣， 微波一邊以放射狀向天線構件110的半徑方向傳播， 一邊從設於平面天 線構件110的微波輻射孔114進行輻射，透過頂板108而導入處理容器 104的內部。利用該微波，可以在處理容器104內的處理空間S中產生 等離子體，對放置臺106上的半導體晶片W實施蝕刻或成膜等規定的 等離子體處理。
但是，為了在使用上述等離子體處理裝置進行的某種處理，例如等 離子體蝕刻處理中，識別作為蝕刻處理終點的結束點(endpoint)，有 時要實時地計測晶片表面的蝕刻對象膜的膜厚。
一般來說，膜厚測定中所用的膜厚測定器採用如下的方式(結構)， 即，向測定對象物發射檢查用的雷射，通過檢測出其反射光來測定膜厚。 在將此種膜厚測定器設於處理容器104的頂板部的情況下，可以考慮在 平面天線構件110上形成雷射的通過孔，穿過該通過孔向晶片表面照射 雷射的方式。但是，如果除了恰當且精度優良地找正位置而設置的多個 微波照射孔114以外，還在平面天線構件110上設置新的雷射用通過孔， 則有可能使微波洩漏，對微波的輻射造成不良影響。
所以，可以考慮將穿過同軸波導管116的中心的中心導體U8^L為 空腔狀態，在其內部i殳置空心通路的方式。在日本特開2003 -332326 號公報中，公開了在內部導體118中形成了氣體通路的方式。
但是，由於模式轉換器122及與之連接的同軸波導管116的各設計 尺寸是針對利用它們進行傳播的微波進行了最優化的尺寸，因此，即使 只是輕微地改變各尺寸，也會在微波中混雜不需要的振動模式，或者微 波的反射率發生很大的變動。
特別是在以往的等離子體處理裝置中所用的用於例如2.45GHz的 微波傳播的同軸波導管116中，被最優化了的該中心導體118的直徑達 到16mm左右。然而，為了使由膜厚測定器發射的雷射通過並使膜厚測 定器接收其反射光所必需的雷射通過孔的內徑，最小也需要18mm左 右。由此，對於以往的等離子體處理裝置的中心導體118的16mm這樣 的設計而言，無法應對如上所述的尺寸變更的要求。

發明內容
本發明人等對微波的傳播進行了深入研究。其結果是，發現了新的 設計基準，按照該新的設計基準可以在維持與微波傳播有關的基本性能 的同時，擴大形成於中心導體中的空心通路的內徑，從而得到了本發明。
本發明是著眼於如上所述的問題，為了有效地解決它而創造的發 明。本發明的目的在於，基於新的設計基準，提供一種可以在維持與微 波傳播有關的基本性能的同時在同軸波導管的中心導體內形成內徑大 的空心通路的微波導入裝置及使用了它的等離子體處理裝置。
另外，本發明的其他目的在於，提供一種可以通過使來自膜厚測定 器的雷射在形成於中心導體中的空心通路內通過，來實時地測定被處理 體的表面膜厚的等離子體處理裝置。
本發明提供一種微波導入裝置，具備產生規定頻率的微波的微波 發生器、將上述微波轉換為規定振動模式的模式轉換器、朝向規定空間 設置的平面天線構件、連結上述模式轉換器和上述平面天線構件並傳播 上述微波的同軸波導管，其特徵是，上述同軸波導管的中心導體被形成 為筒狀，上述中心導體的內徑D1在第一規定值以上，上述同軸波導管 的外側導體也被形成為筒狀，上述外側導體的內徑的半徑rl與上述中 心導體的外徑的半徑r2之比rl/r2被維持為第二規定值，上述外側導體 的內徑D2在第三規定值以下。
根據本發明，特別是通過將外側導體的內徑的半徑rl與上述中心導 體的外徑的半徑r2之比rl/r2維持為第二規定值，可以維持與微波傳播 有關的基本性能，另一方面，可以在同軸波導管的中心導體內形成內徑 大的空心通路。
例如，可以在上述平面天線構件的中心部，形成與上述筒狀的中心 導體的內部連通的通孔。
另外，例如上述規定振動模式為TEM模式。
另外，例如上述第一規定值為16mm。
另外，例如上述第二規定值為^/3至e (e=2.718...)範圍內的一定值。
另外，例如基於上述比rl/r2求得的特性阻抗在40 ~ 60O的範圍內。
另外，例如上述第三規定值為上述微波在大氣中的波長的Xo的 (0.59-0.1)波長。
另外，例如包括上述模式轉換器和上述同軸波導管的整體長度可以 設定為上述微波在大氣中的波長lo的1/4波長的奇數倍。
另外，例如上述中心導體的基端部通過形成為圓錐形狀的接合部安 裝於上述模式轉換器的劃分壁上，位於與進入上述模式轉換器的微波的 行進方向相反側的端面和上述圓錐形狀的接合部的斜面的中間點之間 的距離，被設定為上述微波在大氣中的波長Xo的1/2波長的整數倍長度。
另外，例如上述中心導體的內徑D1在18mm以上。
另外，例如上述微波的頻率為2.45GHz。
另外，例如在上述平面天線構件的上表面側，設有慢波材料。
另外，本發明提供一種等離子體處理裝置，其特徵是，具備處理 容器，其頂板部形成了開口，內部可被抽真空；放置臺，為了放置被處 理體而設於上述處理容器內；頂板，氣密性地安裝於上述頂板部的開口， 透過微波，由電介質製成；氣體導入機構，向上述處理容器中導入規定 氣體；設於上述頂板上的具有任意一個上述特徵的微波導入裝置，用於 在上述處理容器內利用微波產生等離子體。
最好在上述微波導入裝置中，設有膜厚測定器，該膜厚測定器通過 沿著該微波導入裝置的同軸波導管的中心導體的空心通路射出雷射，來 測定上述被處理體的表面的薄膜厚度。
該情況下，可以在維持與微波傳播有關的基本性能的同時，實時地 測定被處理體表面的薄膜厚度。


圖l是表示本發明的一個實施方式的等離子體處理裝置的構成圖。圖2是表示圖1所示的等離子體處理裝置的平面天線構件的俯視圖。
圖3是表示圖l所示的等離子體處理裝置的微波導入裝置的放大剖 視圖。
圖4是圖3的A- A線剖視圖。
圖5是表示圖l所示的等離子體處理裝置的模式轉換器的俯視圖。
圖6A是表示針對本發明的一個實施方式的微波導入裝置的利用模 擬得到的電場分布的照片。圖6B是表示針對以往的微波導入裝置的利 用模擬得到的電場分布的照片。
圖7是表示以往的一般的等離子體處理裝置的概略構成圖。
具體實施例方式
下面，基於附圖對本發明的微波導入裝置及等離子體處理裝置的實 施方式進行詳述。
圖l是表示本發明的一個實施方式的等離子體處理裝置的構成圖。 圖2是表示圖l所示的等離子體處理裝置的平面天線構件的俯視圖。圖 3是表示圖1所示的等離子體處理裝置的微波導入裝置的放大剖視圖。 圖4是圖3的A-A線剖視圖。圖5是表示圖l所示的等離子體處理裝 置的模式轉換器的俯視圖。這裡，作為等離子體處理，以蝕刻處理為例 進行說明。
如圖l所示，本實施方式的等離子體處理裝置(等離子體蝕刻裝置) 32具有整體形成為筒體狀的處理容器34。處理容器34的側壁和底部由 鋁等導體構成並被接地。處理容器34的內部構成為密閉了的處理空間 S,從而可以在該處理空間S內形成等離子體。
在處理容器34內，收容有在上表面放置作為被處理體的例如半導 體晶片W的放置臺36。放置臺36例如被形成為由進行了氧化鋁膜處理 的鋁等構成的平坦圓板狀。放置臺36由從處理容器34的底部立起的例 如由絕緣性材料製成的支柱38支承。在放置臺36的上表面，設有用於保持半導體晶片W的靜電卡盤或 夾鉗機構(未圖示)。另外，放置臺36例如可以與13.56MHz的偏壓用 高頻電源連接。另外，根據需要，還可以在放置臺36的內部設置加熱 用加熱器。
在處理容器34的側壁上，作為氣體導入機構40，設有用於向處理 容器34內供給等離子體用氣體，例如氬氣的例如石英管制的等離子體 氣體供給噴嘴40A,另外，設有用於向處理容器34內導入處理氣體， 例如蝕刻氣體的例如石英管制的處理氣體供給噴嘴40B。可以根據需要 一邊控制從這些噴嘴40A、 40B流出的上述氣體的流量一邊供給上述各 氣體。
另外，在處理容器34的側壁上，設有為了向處理容器34的內部送 入晶片、從處理容器34的內部送出晶片而開閉的閘閥44。另外，在處 理容器34的底部，設有排氣口 46。在排氣口 46上，連接有夾設了未圖 示的真空泵的排氣路48。這樣，可以根據需要將處理容器34內抽真空 至規定的壓力。
另外，處理容器34的頂板部是開口的(具有開口部)。在這裡，利 用O形圏等密封構件52氣密性地設有對微波具有透過性的頂板50。頂 板50例如由石英或陶瓷材料等製成。考慮到耐壓性，頂板50的厚度例 如i殳定為20mm左右。
此外，在頂板50的上表面，設有本實施方式的微波導入裝置54。 具體來說，微波導入裝置54具有與頂板50的上表面接觸地設置的圓板 狀的平面天線構件56。平面天線構件56朝向處理空間S配置，從而可 以如後所述地向處理空間S中導入微波。此外，進而在平面天線構件 56的上表面側，設有具有高介電常數特性的板狀的慢波材料57。慢波 材料57會縮短所傳播的微波的波長。
平面天線構件56在對應8英寸大小的晶片的情況下，例如由直徑 300~400mm、厚1 ~數mm左右的導電性材料構成。更具體來說，例 如可以由表面鍍銀的銅板或鋁板構成。在平面天線構件56上，如圖2 所示，形成有例如由長槽狀的通孔構成的多個微波輻射孔58。微波輻射 孔58的配置方式沒有特別限定。例如可以以同心圓狀、螺旋狀、輻射 狀等配置。或者可以均勻地分布於平面天線構件的整個面。例如，圖2所示的例子中，將2個微波輻射孔58略為分離地以T字形配置，將如 此配置而形成的紐在中心部側配置6組，在周邊部側配置24組，由此 在整體上實現了 2個同心圓狀的配置。
在平面天線構件56的中心部，形成有規定大小的通孔60。如後所 述，膜厚測定用的雷射穿過該通孔60。
回到圖1，慢波材料57的上方及側方的大致整個面被由導電性的空 心圓筒狀容器製成的波導箱62覆蓋。平面天線構件56構成為波導箱62 的底板，與放置臺36相面對。
波導箱62及平面天線構件56的周邊部都與處理容器34導通並被 接地。在波導箱62的上表面，連接有作為本發明的特徵的同軸波導管 64的外側導體68。同軸波導管64由中心導體66和例如截面為圓形的 筒狀的外側導體68構成，其中，外側導體68設置成以規定間隔與該中 心導體66分開且同軸狀地包圍該中心導體66的周圍。這些中心導體66 及外側導體68例如由不鏽鋼或銅等導體製成。在波導箱62的上部中心， 連接有同軸波導管64的筒狀的外側導體68 ，內部的中心導體66穿過形 成於慢波材料57的中心的孔70與平面天線構件56的中心部連接。
同軸波導管64通過夾設有模式轉換器72及匹配電路78的波導管 74，與例如2.45GHz的微波發生器79連接。由此可以向平面天線構件 56傳播微波。微波的頻率並不限定於2.45GHz，也可以是其他頻率，例 如為8.35GHz等。
作為波導管74，可以使用截面為圓形或截面為矩形的波導管。另外， 在波導箱62的上部，也可以設置未圖示的頂板冷卻套。此外，設于波 導箱62內且是設於平面天線構件56的上表面側的具有高介電常數特性 的慢波材料57，利用其波長縮短效應，將微波的波長縮短。另外，作為 慢波材料57，例如可以使用石英或氮化鋁等。
這裡，參照圖3至圖5對作為本發明的特徵的同軸波導管64的結 構進行更為詳細的說明。
本實施方式中，在模式轉換器72中，由微波發生器79產生的微波 的振動模式，被從TE模式轉換為TEM模式，並且微波的行進方向被彎曲卯度。如圖5所示，模式轉換器72的外側劃分壁80被形成為矩 形的箱體。此外，作為同軸波導管64的中心導體66的上端部的基端部， 成為上方側形成為大徑的圓錐形狀的接合部82，與作為模式轉換器72 的頂板的劃分壁80A接合。為了將從波導管74側傳播過來的微波的行 進方向彎曲90度而朝向下方，該圓錐形狀的接合部82的圓錐面的傾斜 角度e被設定為45度。
此外，同軸波導管64的中心導體66與外側導體68的直徑，與以 往的等離子體處理裝置的情況相比，在可以維持與微波傳播有關的基本 性能的範圍內，都被設定得更大。此外，中心導體66被設為空心(空 腔)，在中心導體66內沿著其長度方向形成有內徑D1在第一規定值以 上的空心通路84。該空心通路84的下端部與平面天線構件56的中央的 通孔60 (參照圖2)連通。這裡，第一規定值是作為以往的微波發生裝 置的中心導體的一般粗細的16mm左右。即，內徑Dl被設定為16mm 以上的較大的值。
另外，中心導體66及外側導體68的厚度都至少被設定為2mm左 右。如果厚度比之更小，則會導致被微波加熱。
這裡，如果只是單純地將中心導體66和外側導體68的直徑設定得 較大，則會產生在微波中混雜多個振動模式，或者微波的反射特性變差 等不良狀況。所以，需要滿足如下說明所示的設計基準。
作為第一基準，是外側導體68的內徑的半徑rl與中心導體66的外 徑的半徑r2之比rl/r2被維持為第二規定值，並且外側導體68的內徑 D2 (=2xrl)被i殳定為第三規定值以下。
該情況下，可以求出基於下述式1和上述比rl/r2求得的特性阻抗 Zo例如落入40 60Q的範圍內。具體來說，滿足此種特性阻抗值的第 二規定值是e"3 e (e=2.718 )範圍內的一定值。
Zo=h/27r.ln ( rl/r2 )……式1
h:電波阻抗(電場與磁場之比)
ln:自然對數(式1中，如果設40芻Zo舀60，則比rl/r2的範圍將確定。)
而且，對於同軸線路的特性阻抗的求法及限定為TEM模式的微波 傳播，在文獻"7一夕口波工學"(森北電気工學、乂y—乂3， ^一夕口 波光學-基礎^原理-著者中島將光，発光所森北出版，1998年 12月18日発行)的"同軸線路"(67-70頁)中已詳細給出。所以， 在這裡省略其說明。
另外，作為第三規定值，考慮到經驗性的安全係數，是所傳播的微 波在大氣中的波長Xo的"0.59-0.1" (=0.49)波長。所以，如下述式2 所示，將上述內徑D2設定為達到0.49xXo以下的值。
D2^Xo (0.59-0.1)......式2
通過滿足該條件，可以使模式轉換後的在同軸波導管64內傳播的 微波的振動模式僅為TEM模式，即，可以設定成不混雜其他的振動模 式的狀態。
式2所示的條件式可以如下求得。即，除了 TEM模式以外最容易 在圓形波導管(並非同軸波導管)中傳播的模式，從傳播係數高的方面 考慮是TE11模式，該情況下的截止頻率fc為以下的式子。
/c = 1.841 /2;zr_/~(//s )
這裡，上述fc、 r、 n、 s分別為截止頻率、圓形波導管的半徑、大 氣中的導磁率、大氣中的介電常數。
如果將該式變形，則變成r一.295)a) (Xo:微波在大氣中的波長)， 圓形波導管的直徑2r=0.59Xo。
這裡，如果使用波長比Xo更長的微波，則會僅傳播TEM模式。另 外，如果將圓形波導管看作同軸波導管，則在2r —2rl=D2^0.591o這 樣的條件下會僅傳播TEM模式。另外，如果考慮經驗性的安全係數， 則變成"D2^ (0.59-0.1) Xo"，從而可以導出上述式2。
其結果是，可以使外側導體68的內徑D2: (2xrl)最大為60mm, 另外，可以使中心導體66的外徑(2xr2)最大為30mm左右，如果將 中心導體66的厚度設為2mm，則可以使其內徑Dl為26mm左右。另外，優選作為第二基準，如下述式3所示，將包括模式轉換器72 和同軸波導管64的整體長度Hl設定為微波在大氣中的波長Xo的1/4 波長的奇數倍。
Hl=l/4xkox (2n-l)......式3
n: 正整數
高度Hl具體來說是模式轉換器72的頂板的劃分壁80A與波導箱 62的頂板之間的距離。通過滿足該第二基準，可以使在同軸波導管64 內行進的行波與來自平面天線構件56側的反射波有效地相互抵消。
另外，進一步優選作為第三基準，如下述式4所示，將位於進入模 式轉換器72的微波的行進方向的裡側的端面(圖3的左端面)、也就是 短路板80B與接合部82的該側的圓錐面的中間點之間的距離H3 ，設定 為微波在大氣中的波長Xo的1/2波長的整數倍的長度。
H3=l/2xX0xn......式4
n: 正整數
這裡，接合部82的圓錐狀斜面的中間點的位置，位於同軸波導管 64的筒狀的外側導體68的鉛垂方向的延長線上。
通過滿足該第三基準，可以將從波導管74內傳播來的行波和由模 式轉換器72的短路板80B反射的反射波同步地有效合成，其合成波可 朝向下方的同軸波導管64 (將行進方向改變卯度)行進。
如上所述，通過滿足上述第一基準，可以在維持有關微波的基本性 能的同時，擴大形成於中心導體中的空心通路84的內徑。另外，通過 滿足上述第二及第三基準，可以進一步提高上述作用效果。
此外，回到圖l，在模式轉換器72的上端部，設有用於使用雷射測 定晶片表面的膜厚的膜厚測定器86。這樣，可以沿著設於中心導體66 中的空心通路84，射出膜厚檢查用的雷射。此外，膜厚測定器86通過 接收來自晶片的反射光，可以測定膜厚。
下面，對使用如上述那樣構成的等離子體處理裝置32進行的處理方法(蝕刻方法)進行說明。
首先，經由閘閥44,將半導體晶片W利用輸送臂(未圖示)收容 於處理容器34內。通過使升降銷釘上下移動，將半導體晶片W放置於 作為放置臺36的上表面的放置面上。
另外，從氣體導入機構40的等離子體氣體供給噴嘴40A向處理容 器34內，在控制流量的同時供給例如氬氣。同時，從氣體導入機構40 的處理氣體供給噴嘴40B向處理容器34內，在控制流量的同時供給例 如蝕刻氣體。此外，將處理容器34內維持為規定的處理壓力，例如維 持在0.01 數Pa的範圍內。
與此同時，由微波導入裝置54的微波發生器79產生的TE模式的 微波經由波導管74向模式轉換器72傳播，在該處將振動模式轉換為 TEM模式後，經由同軸波導管64向平面天線構件56供給。從平面天 線構件56向處理空間S導入利用慢波材料57將波長縮短了的微波。由 此在處理空間S內產生等離子體，從而進行規定的蝕刻處理。
這裡，由微波發生器79產生的例如2.45GHz的微波如上所述，在 同軸波導管64內傳播，並向波導箱62內的平面天線構件56傳播。此 外，在從圓板狀的平面天線構件56的中心部向周邊部以放射狀傳播的 期間，微波從形成於平面天線構件56上的多個微波輻射孔58，透過頂 板50,導入到平面天線構件56的正下方的處理空間S。氬氣被該微波 激發而等離子體化，向下方擴散，使蝕刻氣體活化而製成活性種。此後， 利用該活性種的作用，蝕刻晶片W表面的薄膜。
這裡，在上述蝕刻處理中，從安裝於模式轉換器72的上部的膜厚 測定器86中射出膜厚檢查用的雷射。該雷射在設於同軸波導管64的中 心導體66的空穴通路84內穿過，然後，穿過設於平面天線構件56的 中心部的通孔60,繼而透過由石英製成的透明的頂板50,向放置臺36 上的晶片W的表面照射。此後，來自晶片W表面的該雷射的反射光穿 過與上述路徑相反的路徑，射入膜厚測定器86。由此可以實時地測定蝕 刻中的薄膜的厚度。
此外，在膜厚測定器86的測定值減少到預先設定的膜厚時，即可 知曉作為終點的結束點。此時，未圖示的控制機構會結束該蝕刻處理。這裡，在利用膜厚測定器86以雷射測定膜厚的情況下，中心導體66的 空心通路84的內徑Dl需要在16mm以上，優選在18mm以上。在這 一點上，根據本實施方式，如前所述，可以在維持與微波傳播有關的基 本性能的同時，也就是可以在不混雜TEM模式以外的其他振動模式的 情況下有效地消去反射波的同時，進而可以在有效地供給微波的同時， 擴大空心通路84的內徑D1。
具體來說，如前所述，如果只是單純地將中心導體66和外側導體 68的直徑設定得較大，則會產生在微波中混雜多個振動模式，或者微波 的反射特性變差等不良狀況。所以，需要滿足作為本發明的特徵的設計 基準。
作為第 一基準，是外側導體68的內徑的半徑rl與中心導體66的外 徑的半徑r2之比rl/r2被維持為第二規定值，並且外側導體68的內徑 D2 (-2xrl)被設為第三規定值以下。
該情況下，可以求出基於上述式1和上述比rl/r2求得的特性阻抗 Zo例如落入40 60Q的範圍內。具體來說，滿足這樣的特性阻抗值的 第二規定值是e^ e (e=2.718...)範圍內的一定值。
通常來說，同軸波導管64的特性阻抗Zo被設定為500，來構建微 波發生裝置的整體。所以，這裡也最好將特性阻抗Zo的值例如設定為 50Q。由此可以實現微波在傳播路徑中的阻抗匹配。另外，在不滿足上 述式l的情況下，會產生阻抗不匹配，使功率利用係數明顯地降低。
另外，作為第三規定值，考慮到經驗性的安全係數，是所傳播的微 波在大氣中的波長Xo的"0.59-0.1" (=0.49)波長。所以，如上述式2 所示，將上述內徑D2設定為0.49xko以下的值。
通過滿足式2的條件，可以使模式轉換後的在同軸波導管64內傳 播的微波的振動模式僅為TEM模式，即，可以成為不混雜其他振動模 式的狀態。即，利用上述式2，可以不產生TEM模式以外的高次模式， 例如TE模式或TM模式，而使這些模式截止。在不滿足上述式2的條 件的情況下，就會混雜高次模式，由平面天線構件56輻射出的微波就 會變為不均勻分布，因而不夠理想。其結果是，可以使外側導體68的 內徑D2:(2xrl)最大為60mm,另夕卜，可以使中心導體66的外徑(2xr2)最大為30mm左右，如果將中心導體66的厚度i殳定為2mm，則可以將 其內徑Dl i殳定為26mm。
另外，優選作為第二基準，如上述式3所示，將包括模式轉換器72 和同軸波導管64的整體長度Hl設定為微波在大氣中的波長Xo的1/4 波長的奇數倍。
如前所述，高度Hl具體來說是模式轉換器72的頂板的劃分壁80A 與波導箱62的頂板之間的距離。通過滿足該第二基準，可以使在同軸 波導管64內行進的行波和來自平面天線構件56側的反射波有效地相互 抵消。其結果是，可以將用於等離子體產生的微波的功率利用係數維持 得較高。在不滿足上述式3的條件的情況下，由於無法抵消反射波，因 此會降低微波的功率利用係數。
另外，進一步優選作為第三基準，如上述式4所示，將位於進入模 式轉換器72的微波的行進方向的裡側的端面(圖3的左端面)、也就是 短路板80B與接合部82的該側的圓錐面的中間點之間的距離H3,設定 為微波在大氣中的波長Xo的1/2波長的整數倍的長度。這裡，接合部 82的圓錐狀斜面的中間點的位置位於同軸波導管64的筒狀的外側導體 68的鉛垂方向的延長線上。
通過滿足該第三基準，可以將從波導管74內傳播來的行波和由模 式轉換器72的短路板80B反射的反射波同步地有效合成，其合成波可 朝向下方的同軸波導管64 (將行進方向改變90度)行進。在不滿足上 述式4的條件的情況下，由於行波與來自短路板80B的反射波不能被同 步地有效合成，因此會降低微波的功率利用係數。
如上所述，通過滿足上述第一基準，可以在維持有關微波的基本性 能的同時，擴大形成於中心導體中的空心通路84的內徑。另外，通過 滿足上述第二及第三基準，可以進一步提高上述作用效果。
而且，上述第一~第三基準中所說明的各尺寸的公差在第一基準中 為士Xo/20左右，在第二及第三基準中為士Xo/10 (Xo:微波在大氣中的波 長)左右。如果是這樣的公差，則基本上不會對作為傳播TEM模式的 同軸波導管的性能造成影響。這裡，對基於上述第一~第三基準製作的微波導入裝置實施模擬， 進行了它的評價。對其評價結果進行說明。
圖6A是表示針對本發明的微波導入裝置的利用模擬得到的電場分 布的照片。圖6B是表示針對以往的微波導入裝置的利用模擬得到的電 場分布的照片。為了使理解更為容易，同時給出示意圖。
圖6A中，電場的分布以中心導體66為中心軸而左右對稱。即，可 以確認產生了良好的電場分布。這裡，圖6A的微波導入裝置的各尺寸
為rl=30mm， r2=15mm， Hl=100mm， H3=50mm，滿足第--第三基準。
與之不同，圖6B中，電場的分布不是以中心導體66為中心軸而左 右對稱，產生了偏移。即，可以確認電場分布變得不均勻，不夠好。這 裡，圖6B的微波導入裝置的各尺寸為rl=75mm，r2=32mm,Hl=135mm， H3=40mm,不滿足第一~第三基準。
如上說明所述，通過至少滿足第一基準，可以在一定程度上維持與 微波傳播有關的基本性能的同時，擴大形成於中心導體66中的空心通 路84的內才聖。
另外，通過進一步滿足第二和/或第三基準，可以使模式轉換器72 內和同軸波導管64內的電場分布更加均勻化、恰當化，可以將與微波 傳播有關的基本性能維持得更高。
另外，這裡作為等離子體處理裝置，以等離子體蝕刻裝置為例進行 了說明，然而並不限定於此。也可以將本發明應用於等離子體CVD裝 置、等離子體灰化裝置、氧化裝置、氮化裝置等中。另外，當然可以才艮 據需要來設置膜厚測定器86。
另外，上述的實施方式中，雖然作為被處理體以半導體晶片為例進 行了說明，然而並不限定於此。也可以將本發明應用於LCD基板、玻 璃基板、陶瓷基板等。
權利要求
1. 一種微波導入裝置，具備產生規定頻率的微波的微波發生器、 將上述微波轉換為規定振動模式的模式轉換器、朝向規定空間而設置的 平面天線構件、連結上述模式轉換器和上述平面天線構件並傳播上述微 波的同軸波導管，其特徵是，上述同軸波導管的中心導體形成為筒狀，上述中心導體的內徑Dl在第一規定值以上，上述同軸波導管的外側導體也形成為筒狀，上述外側導體的內徑的半徑rl與上述中心導體的外徑的半徑r2之 比rl/r2被維持為第二規定值，上述外側導體的內徑D2在第三規定值以下。
2. 根據權利要求1所述的微波導入裝置，其特徵是，在上述平面 天線構件的中心部，形成有與上述筒狀的中心導體的內部連通的通孔。
3. 根據權利要求1或2所述的微波導入裝置，其特徵是，上述規定 振動模式為TEM模式。
4. 根據權利要求1至3中任意一項所述的微波導入裝置，其特徵是， 上述第一規定值為16mm。
5. 根據權利要求1至4中任意一項所述的微波導入裝置，其特徵是， 上述第二規定值為e^至e的範圍內的一定值，其中e=2.718 。
6. 根據權利要求5所述的微波導入裝置，其特徵是，基於上述比 rl/r2求得的特性阻抗在40 ~ 60n的範圍內。
7. 根據權利要求1至6中任意一項所述的微波導入裝置，其特徵是， 上述第三規定值為上述微波在大氣中的波長3io的(0.59-0.1)波長。
8. 根據權利要求1至7中任意一項所述的微波導入裝置，其特徵是， 包括上述模式轉換器和上述同軸波導管的整體長度被設定為上述微波 在大氣中的波長Xo的1/4波長的奇數倍。
9. 根據權利要求1至8中任意一項所述的微波導入裝置，其特徵是，上述中心導體的基端部通過形成為圓錐形狀的接合部而安裝於上 述模式轉換器的劃分壁上，位於進入上述模式轉換器的微波的行進方向的裡側的端面、與上述 圓錐形狀的接合部的斜面的中間點之間的距離，被設定為上述微波在大 氣中的波長Xo的1/2波長的整數倍長度。
10. 才艮據權利要求1至9中任意一項所述的微波導入裝置，其特徵 是，上述中心導體的內徑Dl在18mm以上。
11. 根據權利要求1至10中任意一項所述的微波導入裝置，其特徵 是，上述微波的頻率為2.45GHz。
12. 根據權利要求1至11中任意一項所述的微波導入裝置，其特徵 是，在上述平面天線構件的上表面側，設有慢波材料。
13. —種等離子體處理裝置，其特徵是，具備處理容器，其頂板部形成有開口，內部可被抽真空，放置臺，設於上述處理容器內，以便放置被處理體，頂板，氣密性地安裝於上述頂板部的開口，可透過微波，由電介質 製成，氣體導入機構，向上述處理容器內導入規定氣體，以及權利要求1至11中任意一項所述的微波導入裝置，設於上述頂板 上，以便在上述處理容器內利用微波產生等離子體。
14. 根據權利要求13所述的等離子體處理裝置，其特徵是，在上述 微波導入裝置中，設有膜厚測定器，該膜厚測定器通過沿著該微波導入 裝置的同軸波導管的中心導體的空心通路射出雷射，來測定上述被處理 體的表面的薄膜厚度。
全文摘要
本發明提供一種微波導入裝置，具備產生規定頻率的微波的微波發生器、將上述微波轉換為規定振動模式的模式轉換器、朝向規定空間而設置的平面天線構件、連結上述模式轉換器和上述平面天線構件並傳播上述微波的同軸波導管，其特徵是，上述同軸波導管的中心導體形成為筒狀，上述中心導體的內徑(D1)在第一規定值以上，上述同軸波導管的外側導體也形成為筒狀，上述外側導體的內徑的半徑(r1)與上述中心導體的外徑的半徑(r2)之比(r1/r2)被維持為第二規定值，上述外側導體的內徑(D2)在第三規定值以下。
文檔編號H01L21/3065GK101313390SQ20068004379
公開日2008年11月26日 申請日期2006年11月15日 優先權日2005年11月25日
發明者湯淺珠樹, 田才忠, 野沢俊久 申請人:東京毅力科創株式會社