微波等離子處理裝置以及微波的供給方法

2023-05-07 03:18:31 1

專利名稱：微波等離子處理裝置以及微波的供給方法
技術領域：
本發明涉及微波等離子處理裝置以及微波的供給方法。特 別是涉及利用自徑向線縫隙天線放出的微波的電場能量激發氣 體來對被處理體進行等離子處理的微波等離子處理裝置、以及 採用了該裝置的微波的供給方法。
背景技術：
通過將微波導入到減壓狀態的處理容器內，利用被導入的 微波的電場能量激發氣體來產生微波等離子體。在微波等離子 處理裝置中，在等離子體的電子密度大於截止密度的情況下， 微波無法進入到等離子體內而在電介質板與等離子體之間傳 播，其一部分被等離子體吸收，用於保持等離子體。
根據上述等離子體的生成原理，與利用容量耦合型、電感 耦合型的微波等離子處理裝置生成的等離子體相比，微波等離
子體的等離子體電子密度Ne較高，電子溫度Te較低，因此，能 夠利用高速且損壞較少的等離子處理製造高品質的產品。
作為生成微波等離子體的裝置之一，提出了一種採用徑向 線縫隙天線(RLSA: Radial Line Slot Antenna )的微波等離 子處理裝置(例如參照專利文獻l)。在將相同形狀的滯波板載 置在被切出許多條縫隙的圓盤狀的縫隙板上部的狀態下，徑向 線縫隙天線配置在電介質窗的上部，以其中央部連接於同軸波 導管。
採用該構造，自微波源輸出的、例如2.45GHz的微波在同 軸波導管中傳播，沿徑向線縫隙天線的徑向呈放射狀傳播。由 此，能夠將電場強度較高的微波自設置於縫隙板的許多條縫隙經由電介質窗放射到處理容器內。
專利文獻l:日本特開平9- 63793號公報
但是，在工藝過程中，處理容器內達到200。C以上的高溫。 因此，在工藝過程中，即使利用冷卻套210冷卻徑向線縫隙天 線905的周圍，徑向線縫隙天線905的溫度也會上升至15(TC ~ 165。C左右，天線上部的冷卻套210溫度上升至80。C ~ IO(TC左 右，外部導體340的溫度上升至40。C ~ 6(TC左右，根據工藝過 程，有時在外部導體340附近也達到100°C以上。結果，圖6所 示的徑向線縫隙天線905及其上部構件(冷卻套210、同軸波導 管的外部導體340、矩形波導管305等)進行熱膨脹。
這些構件中的徑向線縫隙天線905的滯波才反905a由氧化鋁 (A1203 )等電介質形成。另一方面，徑向線縫隙天線上部的 冷卻套210、外部導體340、矩形波導管305、同軸轉換機310 由銅(Cu)、鋁(Al)等金屬形成。相對於氧化鋁的線膨脹系 數為7.0x 10—6( / °C )，銅的線膨脹係數為16.7 x 10 —6( / °C ), 鋁的線膨脹係數為23.5 x l(T6 ( / 。C ),是氧化鋁的2倍以上。 因此，在升溫後，位於徑向線縫隙天線905上部的冷卻套210、 外部導體340及矩形波導管305分別膨脹，如圖6所示那樣位移 到升溫前的上方。
此時，在同軸轉換才凡310與內部導體315 —體地形成時，隨 著矩形波導管305、同軸轉換機310的位置改變，與同軸轉換機 310—體地形成的內部導體315也朝向處理容器100的鉛直上方 被拉起。
另一方面，通過向內部導體315中通入製冷劑，內部導體 315及同軸轉換機310在工藝過程中也被冷卻。因此，工藝過程 中的內部導體315及同軸轉換機310的溫度低於外部導體340、 矩形波導管305的溫度。因此，工藝過程中的內部導體315及同軸轉換機310的熱膨脹比例小於外部導體340及矩形波導管305 的熱膨脹比例。
由此，在升溫後，連結於內部導體315的錐形連接件320 與內部導體315—同被提起到徑向線縫隙天線905的上方，錐形 連接件320與滯波板905a之間、滯波板905a與徑向線縫隙天線 905之間、滯波4反905a與冷卻套210之間的間隙產生變動。由此， 微波的傳輸路徑發生變動，微波的模式不穩定，等離子體變得 不均勻。結果，工藝過程中的微波等離子處理裝置的穩定性及 可靠性受損。

發明內容
因此，為了應對上述問題，本發明提供在使用徑向線縫隙 天線向處理容器內供給微波時，通過抑制由熱膨脹引起的微波 傳輸路徑的變動來防止等離子體紊亂的微波等離子處理裝置以 及採用了該裝置的微波的供給方法。
即，為了解決上述問題，根據本發明的一個方式，提供一 種微波等離子處理裝置，該微波等離子處理裝置利用等離子體 來對被處理體進行等離子處理，該等離子體是採用由徑向線縫 隙天線放出的微波而生成的，其中，包括在內部進行等離子處 理的處理容器、輸出微波的微波源、對自上述微波源輸出的微 波進行傳輸的矩形波導管、對在上述矩形波導管中傳輸的微波 的模式進行轉換的同軸轉換機、可相對於上述同軸轉換機滑動 地與其連結的同軸波導管的內部導體、和與上述同軸轉換機接 合的、將上述同軸轉換機與上述內部導體電連接的第1觸點構 件。
由此，內部導體與同軸轉換機分別設置，內部導體可相對 於同軸轉換機滑動地與其連結。第l觸點構件將同軸轉換機與內部導體電連接。
由此，在升溫後，徑向線縫隙天線及其上部的矩形波導管 等構件膨脹而被向上方提起，即使連結於矩形波導管的同軸轉 換機隨之被向上方提起，由於內部導體可相對於同軸轉換機滑 動地與其連結，因此，內部導體也不會與同軸轉換機一同被提 起。因此，內部導體的前端部與冷卻套的3巨離在升溫前後不變。 另外，利用第l觸點構件能夠確保同軸轉換機與內部導體的電 連接。由此，防止傳播到徑向線縫隙天線的微波的傳輸路徑變 動，使微波的模式穩定，能夠均勻地生成等離子體。
上述內部導體的前端也可以至少一部分沿著上述徑向線縫 隙天線的被處理體側的面伸出。
上述徑向線縫隙天線也可以由伸出到上述內部導體前端的 錐形狀的連接件部與上述同軸波導管的外部導體把持。
採用該夾緊構造，能夠防止徑向線縫隙天線與內部導體(同 軸波導管)的錯位。結果，消除微波傳輸路徑的變動，能夠穩 定地生成均勻的等離子體。
上述處理容器在頂棚部具有開口 ，上述內部導體的前端也 可以在如下所述的部分的內側受限制地突出，該部分在設置於 上述頂棚部的開口的電介質窗的被處理體側的面的中央向被處 理體側突出。由此，能夠確保裝置的機械強度。
也可以在上述同軸波導管的外部導體與上述錐形狀的連接
件部的相面對部分具有第2觸點構件。由此，能夠補充同軸波 導管與徑向線縫隙天線的電連接。
也可以具有第l彈簧構件，該第l彈簧構件設置在連結於上
吸收由熱膨脹引起的上述徑向線縫隙天線及其上部構件的位 移。由此，內部導體不受徑向線縫隙天線及其上部構件膨脹的影響，因此，內部導體的位置在升溫前後不變。由此，防止傳 播到徑向線縫隙天線的微波的傳輸路徑變動，使微波的模式穩 定，能夠均勻地生成等離子體。
另外，上述第l彈簧構件也可以是螺旋狀的彈簧構件、耐 熱性的金屬密封件或者板狀的彈簧構件(例如，彈簧墊圏)。
也可以包括第2彈簧構件，該第2彈簧構件與支承上述矩形 波導管的上述同軸波導管的外部導體相鄰地設置，用於克服上 述徑向線縫隙天線及其上部構件朝向上述處理容器的外側熱膨 脹的力而對上述外部導體施加朝向上述處理容器內側的力。
由此，第2彈簧構件克服外部導體及其周圍構件的熱膨脹， 對外部導體施加朝向處理容器內側的力。由此，能夠吸收徑向 線縫隙天線及其上部構件因膨脹而向處理容器的鉛直上方位 移。
另外，上述第2彈簧構件也可以是螺旋狀彈簧構件或者耐 熱性的金屬密封件中的任一種。另外，上述第l觸點構件也可 以是金屬的彈性體。
上述內部導體也可以利用固定於上述同軸轉換機的軸承可 滑動地支承。由此，內部導體被第l觸點構件和軸承引導。由 此，抑制內部導體的中心軸線的擺動，將內部導體的端部與冷 卻套的距離管理為在設計上規定的間隔，能夠抑制微波傳輸路 徑的變動。
上述徑向線縫隙天線也可以形成為，利用電鍍、噴鍍及敷 金屬法中的任一方法在滯波板的上表面、下表面及外周側麵包 覆導電膜，將上述導電膜作為微波的傳輸路徑，並且，將自上 述同軸波導管在上述滯波板中傳播的微波從形成於上述滯波板 的下表面側導電膜上的多個縫隙放射到上述處理容器內。
由此，利用電鍍、噴鍍及敷金屬法中的任一方法在徑向線縫隙天線在滯波板的上表面、下表面及外周側麵包覆導電膜。
在傳輸路徑變形時，微波的傳播產生變動。但是，採用該 構造，由於作為傳輸路徑的導電膜與滯波板 一 體地緊貼形成， 利用滯波板的剛性而不會變形，因此，微波無論裝置狀態如何 都會穩定地傳播，能夠生成均勻的等離子體。另外，由於滯波 板與導電膜之間等部位不存在間隙而僅由耐電壓較高的材料構 成，因此，也不會發生異常放電。
另外，上述導電膜也可以通過噴鍍Cu、 Al及Ag中的任一 種來形成。噴鍍能夠比電鍍更厚地成膜，並且能夠自由地控制 導電膜的膜厚。
也可以在上述導電膜中設置用於防止微波洩漏的密封構 件。由此，例如，能夠防止從縫隙洩漏到頂板與導電膜之間的 間隙等中的微波向冷卻套側漏出。
另外，為了解決上述問題，根據本發明的另一方式，提供 一種微波的供給方法，該方法向利用等離子體來對被處理體進 行等離子處理的微波等離子處理裝置中供給微波，該等離子體 是採用由徑向線縫隙天線放出的微波而生成的，其中，自微波 源輸出微波，將上述輸出的微波傳輸到矩形波導管，利用同軸 轉換機轉換上述傳輸的微波的模式，將同軸波導管的內部導體 可相對於上述同軸轉換機滑動地與其連結，並且，利用接合於 上述同軸轉換機的第1觸點構件將上述同軸轉換機與上述內部 導體電連接，自上述同軸轉換機向上述同軸波導管傳輸微波， 將在上述同軸波導管中傳輸的微波傳播到上述徑向線縫隙天 線。
由此，由於內部導體與同軸轉換機分別設置，內部導體可 相對於同軸轉換機滑動地與其連結，因此，即使徑向線縫隙天 線及其上部構件熱膨脹，內部導體也不會被提起到上方。因此，內部導體的前端部與冷卻套的距離在升溫前後不變。另外，利 用第l觸點構件能夠確保同軸轉換機與內部導體的電連接。由 此，防止傳播到徑向線縫隙天線的微波的傳輸路徑變動，使微 波的模式穩定，能夠均勻地生成等離子體。
像以上說明的那樣，採用本發明，能夠在使用徑向線縫隙 天線向處理容器內供給微波時，通過抑制由熱膨脹引起的微波 傳輸路徑的變動來防止等離子體的紊亂。


圖1是本發明的 一 個實施方式的微波等離子處理裝置的縱 剖視圖。
圖2是用於說明在該實施方式的微波等離子處理裝置中傳 播微波的路徑的圖。
圖3是用於說明該實施方式的微波等離子處理裝置的升溫 前後的狀態的圖。
圖4是表示間隙附近的電場強度分布的模擬結果的圖。
圖5是用於說明矩形波導管與同軸轉換機的嵌合構造的圖。
圖6是通常的微波等離子處理裝置的縱剖視圖。 圖7是用於說明通常的微波等離子處理裝置的升溫前後的 狀態的圖。
圖8是用於說明錐形連接件320的下表面與滯波板205a的 下表面的校平的圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖詳細說明本發明的一個實施方式。另外， 在以下的說明及附圖中，對具有相同的構造及功能的構成要件標註相同的附圖標記，從而省略重複的說明。 微波等離子處理裝置的整體構造
首先，參照表示其縱截面的圖l說明本發明的一個實施方
式的微波等離子處理裝置IO。本實施方式的微波等離子處理裝 置IO具有處理容器IOO、蓋體200、傳輸路徑300、冷卻機構400 及氣體供給機構500。
處理容器100是頂棚開口的圓筒狀的容器，例如由鋁等金 屬形成。在處理容器100的頂棚開口中嵌入有頂板105 (相當於 電介質窗)。頂板105由電介質形成。頂板105的下表面的中央 突出，並且其中間部向周向突出。在處理容器100與頂板105 的接觸面配i史有O型密封圈110。由此，處理室l^皮密閉。
在處理容器100的底部，隔著絕緣體120而設置有載置晶圓 W的基座(susceptor )(載置臺)115。在基座115上，通過匹 配器125a而連接有高頻電源125b。利用自高頻電源125b輸出 的高頻電力對處理容器100的內部施加規定的偏壓。另外，在 基座115上，通過線圏130a而連接有高壓直流電源130b,利用 自高壓直流電源130b輸出的直流電壓來靜電吸附晶圓W。在處 理容器100上安裝有真空泵(未圖示)，經由氣體排出管135排 出處理容器100內的氣體，從而將處理室U減壓至期望的真空 度。
蓋體200具有徑向線縫隙天線205 (以下簡稱作天線205 )、 冷卻套210及微波屏蔽罩215。天線205載置在頂板105的正上 方。
徑向線縫隙天線2 0 5是 一 枚圓盤狀的平板，如圖2中放大天 線205的左縱截面地所示，將滯波板205a作為基體材料而在其 上表面、外周面及下表面預先包覆有金屬膜205b。金屬膜205b 利用電鍍、噴鍍及敷金屬法中的任一方法緊貼滯波板205a地與其一體地形成。在本實施方式中，金屬膜205b通過噴鍍鋁(Al) 之後將其熔融而形成。另外，金屬膜205b也可以通過噴鍍導電 性較高的銅(Cu)、金(Au)及銀(Ag)中的任一種而形成。 另外，金屬膜205b是導電膜的一個例子，導電膜並不限定於金屬。
在滯波板205a的下表面設有多個放射^f款波的縫隙St (放射 孔，未圖示)。滯波板205a由氧化鋁等電介質形成。在天線205 中，微波向天線的徑向呈放射狀傳播，從縫隙St漏出而放射到 處理室內。
在天線205的上部與天線205相鄰地設有冷卻套210。冷卻 套210由鋁形成，調整天線205附近的溫度。微波屏蔽罩215覆 蓋徑向線縫隙天線205及冷卻套210，將裝置屏蔽成使在徑向線 縫隙天線2 0 5中傳播的微波不被放出到裝置外部。
密封構件220、 225用於防止漏出縫隙的微波的一部分從圖 2的頂板10 5與金屬膜2 0 5 b的間隙向冷卻套210側的間隙、蓋體 200與處理容器100的間隙洩漏。
傳輸路徑300主要由矩形波導管305、同軸轉換機310、內 部導體315、外部導體340、錐形連接件320和徑向線縫隙天線 205形成。微波在由傳輸路徑300限定的空間(以下均稱作微波 的傳輸路徑R)傳輸。此時，樣i波在滯波^反205a的內部傳播而 在滯波板205a的端面反射，在利用未圖示的調諧器取得放電負 荷與傳輸路徑的阻抗的匹配的同時、利用行波與反射波的幹涉 在傳輸路徑的空間中產生駐波。
矩形波導管3 0 5連接於微波源3 3 5 。同軸轉換機310形成為 圓錐狀，將微波的模式由TE模式轉換為TE模式與TM模式的混 合模式。模式轉換後的微波被傳播到同軸波導管(內部導體315 及外部導體340 )。內部導體315及外部導體340由鍍銀的銅形成。外部導體340在其上部螺紋固定於矩形波導管305。在外部 導體340的外周設有第2彈簧構件350。第2彈簧構件350在升溫 時吸收外部導體340、其周圍的位移。外部導體340與錐形連接 件320把持金屬膜205b及滯波板205a,防止徑向線縫隙天線錯位。
錐形連接件320為錐狀，其在內部導體315的下表面螺紋固 定於內部導體315。錐形連接件320由鍍金的銅形成。錐形連接 件320的下表面在天線205的下方朝向天線205的徑向凸緣狀地 突出。該錐形連接件320的突出部分埋設於頂板105。為了確保 裝置的機械強度，錐形連接件320在設置於頂板105中央部的突 起的內側受限制地突出。
第1觸點構件3 3 0是在同軸轉換機310的下端部的開口釺焊 於同軸轉換機310的內周緣上的指型的金屬彈性體。釆用該構 造，能夠使同軸轉換機310和內部導體315分離，將內部導體315 可相對於同軸轉換機310滑動地與其連結，並且，能夠通過第l 觸點構件330將同軸轉換機310與內部導體315電連接。
在同軸轉換機310與內部導體315之間，沿著內部導體315 的外周設有軸承355。軸承355的端部固定於同軸轉換機310， 可滑動地引導內部導體315。由此，能夠防止在內部導體315 中產生側向擺動，防止間隙變動。
微波在限定上述微波的傳輸路徑R的構件的金屬表面傳 播。特別是，在徑向線縫隙天線205內，微波自作為傳輸路徑 的金屬膜205b通過在金屬膜205b上切出的縫隙而被放出到處 理容器內。
在傳輸路徑變形時，微波的傳播發生變動。但是，採用本 實施方式，作為傳輸路徑的金屬膜205b與滯波板205a—體地緊 貼而形成，利用滯波板205a的剛性而不會變形，因此，微波無論裝置狀態如何都會穩定地傳播，能夠生成均勻的等離子體。
另外，由於滯波板205a與金屬膜205b之間等不存在間隙而僅由 耐電壓較高的材料構成，因此，也不會發生異常放電。
另外，在〗象本實施方式這樣地在滯波寺反205a的上下表面及 外周麵包覆金屬膜205b的情況下，由於替代縫隙板的金屬膜 205b較薄，因此無法分接抽頭。另外，與以往的縫隙板的構造 不同，金屬膜205b不是片狀材料，無法利用螺紋固定於錐形連 接件。另外，由於金屬膜205b無法期待機械強度，因此，不能 適應由螺紋牢固地固定。因此，最好利用彈簧等，通過適當的 負荷來將其把持。因此，在本實施方式中，利用外部導體與錐
形連接件的相對面從兩側把持一體形成的金屬膜205b及滯波 板205a。採用該構造，能夠防止包覆有金屬膜205b的滯波板 205a與內外導體(同軸波導管)的錯位。結果，能夠消除微波 傳輸路徑的變動，良好地保持微波的放射特性，穩定地生成均 勻的等離子體。
在外部導體340與錐形連接件320的相面對部分配設有第2 觸點構件325。第2觸點構件325補充通過上述夾緊構造形成的 同軸波導管(內部導體315、外部導體340)與金屬膜205b的電 連接。特別是，由於第2觸點構件325由線材的金屬密封構件形 成，因此其反作用力小於螺旋密封件，不對金屬膜205b施加過 度的負荷就能夠將金屬膜205b與同軸波導管良好地電連接。
如圖l所示，在內部導體315的內部插入有製冷劑配管360。 矩形波導管305及同軸轉換機310被蓋部365引導。第l彈簧構件 375設置在固定構件370 (即，連結於內部導體315的構件)與 蓋部365 (即，連結於同軸轉換機310的構件)之間，吸收徑向 線縫隙天線205及其上部因升溫而產生的位移。結果，在升溫 後，徑向線縫隙天線205及其上部的矩形波導管305等構件膨脹而被向上方提起，即使連結於矩形波導管3 0 5的同軸轉換機310 也隨之被向上方提起，由於內部導體315與同軸轉換機310分別 設置，內部導體315可相對於同軸轉換機310滑動地與其連結， 因此，內部導體315也不會被提起。因此，內部導體315的前端 部(錐形連接件320 )與冷卻套210的距離在升溫前後不會變動。 另外，通過第1觸點構件330能夠確保同軸轉換機310與內部導 體315的電連接。由此，防止傳播到徑向線縫隙天線205的微波 的傳輸路徑變動，使微波的模式穩定，能夠均勻地生成等離子 體。
如圖2所示，矩形波導管305與同軸轉換機310在開口的外 周側具有嵌合構造F，使得設置於矩形波導管305的開口的側部 壁面、與相面對的同軸轉換機310的側部壁面的間隙G在任一相 對位置都是規定範圍內的間隔。對於嵌合構造F的詳細說明見後述。
在圖l所示的冷卻機構400中，製冷劑供給源405與製冷劑 配管360連結，製冷劑供給源405與冷卻套210連結。製冷劑配 管360為雙層配管，從製冷劑供給源405供給的製冷劑自製冷劑 配管3 6 0的內側通過外側而循環，來調整內部導體315的溫度。 另外，通過從製冷劑供給源4 0 5供給來的製冷劑在冷卻套210 內的流路210a中循環，來調整冷卻套210附近的溫度。
在氣體供給機構500中，氣體供給源505與上部氣體供給管 線510連結，並且氣體供給源505與簇射板515連結。簇射板515 中，朝向晶圓W側均等地設有多個氣體供給孔。從氣體供給源 505供給的等離子體激發氣體自貫穿處理容器100的側壁的多 個上部氣體供給管線510的貫穿孔，朝向處理室U的內部朝橫向
射板515的多個氣體供給孔朝下供給。另外，在本實施方式中，內部導體315與錐形連接件320 連結，但也可以i故成^吏內部導體315與錐形連接件320—體化、 且其前端突出為凸緣狀的構造。另外，也可以使內部導體315 前端的至少 一 部分沿著徑向線縫隙天線205的基板側表面突出。
由此，能夠防止因用於連結內部導體315與錐形連接件320 的螺栓鬆動等、未將錐形連接件320牢固地固定於內部導體315 而引起的微波傳輸路徑的變動。由此，能夠更穩定地傳輸微波。
同軸轉換機與內部導體的分離
在本實施方式中，做成了使同軸轉換機310與內部導體315 分離的構造。與同軸轉換機3IO和內部導體315 —體化的通常的 裝置相比較來說明其理由。
如圖6及圖7所示，在採用了徑向線縫隙天線905的通常的 微波等離子處理裝置中，縫隙板905b由金屬的片狀材料形成， 以被設置於頂棚部的頂板105 (電介質窗)和滯波板905a夾著 的形態載置，螺紋固定在錐形連接件320的下表面，並且，在 其外周利用螺4丁910固定於冷卻套210。如圖7中左右地表示升 溫前後的微波等離子處理裝置的狀態那樣，在升溫前的狀態下， 滯波板905a的下表面與錐形連接件320的下表面位於同 一 個面 上。
在工藝過程中，處理容器內達到200。C以上的高溫。因此， 即使利用冷卻套210將徑向線縫隙天線905的附近冷卻，在工藝 過程中，例如，徑向線縫隙天線905的溫度也會上升至150。C ~ 165°C,天線上部的冷卻套210的溫度上升至80。C ~ IO(TC ，外 部導體340的溫度上升至40。C ~ 60°C ，根據工藝過程，有時在 外部導體340附近也達到100°C以上。結果，徑向線縫隙天線905 的附近、同軸波導管的外部導體340、矩形波導管305等各構件熱膨脹。
這些構件中的徑向線縫隙天線905的滯波板905a由氧化鋁 (Al20s)等電介質形成。另 一方面，冷卻套210、外部導體340、 矩形波導管305由銅(Cu)、鋁(A1)等金屬形成。相對於氧化 鋁的線膨脹係數為7.0x 10 —6 ( / °C ),銅的線膨脹係數為16.7 xl(T6(/。C),鋁的線膨脹係數為23.5 x 10_6 ( / 。C ),是氧 化鋁的2倍以上。因此，在升溫後的狀態下，冷卻套210、外部 導體340、矩形波導管305分別膨脹而位移。例如，冷卻套210 的位移P1、矩形波導管305的位移P2 (下部)及P3 (上部)的 關係為P3 > P2 〉 Pl。各構件的位移越向裝置的鉛直上方去累 計越大。
此時，由於同軸轉換機310與內部導體315 —體地形成，因 此，在矩形波導管305因熱膨脹而向上方位移時，同軸轉換機 310及內部導體315也隨之被拉到上方。
特別是，通過在內部導體315的內部自雙層配管的製冷劑 酉己管360的內側向外側通入製冷劑，內部導體315在工藝過程中 也被冷卻。因此，工藝過程中的內部導體315及同軸轉換機310 的溫度低於外部導體340、矩形波導管305的溫度。因此，工藝 過程中的內部導體315及同軸轉換機310的熱膨脹比例小於外 部導體340及矩形波導管305的熱膨脹比例。
由此，在升溫後，內部導體315下端的錐形連接件320的位 置變為與周圍構件相同(P4)。結果，錐形連接件320被提起到 徑向線縫隙天線905的上方，錐形連接件320與冷卻套的距離自 在設計上規定的間隔而變動。因此，微波的傳播狀態變動，微 波的模式不穩定，等離子體的均勻性受損。
在錐形連接件320被提起到徑向線縫隙天線905的上方時， 螺紋固定於錐形連接件320下表面的縫隙板905b被拉起到上方。由此，微波的傳輸路徑也會因縫隙板905b的錯位而變動， 不均勻地生成等離子體。
如圖8所示，在將矩形波導管305、同軸轉換機310、錐形 連接件320各構件螺紋固定來進行組裝時，在矩形波導管305 與同軸轉換機310之間夾入有墊片3 8 0進行校平，使得錐形連接 件320的下表面與滯波板205a的下表面定位在同一個面內。例 如，在圖8中，通過夾入2個墊片380a、 380b來將錐形連接件 320的下表面與滯波板205a的下表面校平。通過該校平，能夠 在組裝時將滯波板205a表面的冷卻套210與錐形連接件320的 距離定為在設計上規定的間隔。但是，在工藝過程中，在錐形 連接件3 2 0被提起到徑向線縫隙天線9 0 5的上方時，組裝時進行 的微細的校平變得沒有意義，如上所述，微波的傳輸路徑Ra產 生變動。
以上說明的微波傳輸路徑的變動有損工藝過程中的微波等 離子處理裝置的穩定性及可靠性。因此，在本實施方式的微波 等離子處理裝置10中，首先如圖l及圖2所示，使同軸轉換機310 與內部導體315分離。
內部導體315可相對於同軸轉換才幾310滑動地與其連結。在 同軸轉換機310與內部導體315之間設有將同軸轉換機310和內 部導體315電連結的第l觸點構件330。
由此，如圖3所示，即使在工藝過程中冷卻套210、外部導 體340、矩形波導管305等金屬構件因熱膨脹而朝向處理容器 IOO的鉛直上方位移(P1 P3)的情況下，由於內部導體315 與同軸轉換機310分別設置，因此也不會受到矩形波導管305 等的熱膨脹的影響，不會被拉起。
第l彈簣構件
此外，第1彈簧構件375安裝在連結於內部導體315的構件(固定構件370 )與連結於同軸轉換機310的構件(蓋部365 ) 之間，根據外部導體340、矩形波導管305的熱膨脹程度而收縮， 由此，吸收各構件向上方的位移。利用這樣的第1彈簧構件375 的作用，內部導體315在升溫後也能夠保持升溫前的位置。
由此，存在於內部導體315前端部的錐形連接件320與冷卻 套210之間的間隙Ra (參照圖2)不變動，錐形連接件320與冷 卻套210的距離被管理為在設計上規定的距離。由此，能夠防 止錐形連接件320與冷卻套210的距離變動，避免^b皮傳輸路徑 的變動。結果，能夠使微波的模式穩定，均勻地生成等離子體。 由此，能夠提高微波等離子處理裝置10的穩定性及可靠性。 夾緊構造
發明人還在錐形連接件320的外周設有突出部320a。即， 發明人使錐形連接件320的前端沿著天線的徑向突出到徑向線 縫隙天線205的晶圓側的表面。在本實施方式中，在錐形連接 件320中設有凸緣狀的突起。
金屬膜205b及滯波板205a也可以 一體地緊貼形成，由錐形 連接件320的突起部分和同軸波導管的外部導體340把持。採用 該夾緊構造，能夠防止徑向線縫隙天線205與內外導體(同軸 波導管)的錯位。
另外，設置於錐形連接件320的突出部320a形成為在突出 部分105a的內側受限制地突出，該突出部分105a在設置於處理 容器100的頂棚部開口的頂板105的中央，自晶圓W側的表面向 晶圓W突出。
由此，錐形連接件320的突出部320a未突出到頂板105中央 的突出部分105a的外側。由此，能夠確保頂々反105的機械強度。 第2彈簧構件
第2彈簧構件350與支承矩形波導管305的外部導體340相頁
鄰地設置，克服微波等離子處理裝置10朝向處理容器100的鉛 直上方熱膨脹的力而對外部導體340施加朝向處理容器IOO的 鉛直下方的力。
由此，能夠吸收外部導體340及其周圍構件向處理容器IOO 的鉛直上方的位移。結果，通過第1彈簧構件375、第2彈簧構 件350及上述夾緊構造，在升溫前後使間隙Ra不變動而將錐形 連接件320與冷卻套210的距離管理為在設計上規定的間隔，能 夠防止微波傳輸路徑R的變動。
另外，第1彈簧構件375也可以是螺旋狀的彈簧構件、耐熱 性的金屬密封件或者板狀的彈簧構件。另外，第2彈簧構件350 也可以是螺旋狀的彈簧構件或者耐熱性的金屬密封件。
防止內部導體的擺動
在同軸轉換機310的中空部分設有固定於同軸轉換機310 的、可滑動地支承內部導體315的軸承355。由此，內部導體315 能夠被第l觸點構件330和軸承355引導。由此，能夠抑制內部 導體315的軸線Oc的擺動。
金屬膜與滯波板的一體化
在徑向線縫隙天線205上，利用電鍍、噴鍍及敷金屬法中 的任一方法在滯波^反205a的上表面、下表面及外周側麵包覆有 金屬膜205b。天線205將金屬膜205b作為微波的傳輸路徑，並 且，將自同軸波導管在滯波板205a中傳播的微波從滯波板205a 的形成於下表面側金屬膜205b的多個縫隙放射到處理容器內。
由此，由於作為傳輸路徑的金屬膜205b與滯波板205a—體 地緊貼形成，利用滯波板205a的剛性而不會變形，因此，微波 無論裝置狀態如何都會穩定地傳播，能夠生成均勻的等離子體。 另外，由於滯波板205a與金屬膜205b之間等不存在間隙而僅由 耐電壓較高的材料構成，因此，也不會發生異常放電。結果，能夠生成均勻的等離子體。
另外，金屬膜205b也可以通過噴鍍Cu、 Al及Ag中的任一 種來形成。噴鍍能夠比電鍍更厚地成膜，並且能夠自由地控制 金屬膜205b的膜厚。
間隙G
如圖5所示，在通過將同軸轉換機310插入矩形波導管305 的開口中來組裝將在矩形波導管3 0 5中傳輸的微波的模式轉換 而將其傳輸的路徑時，利用相交在矩形波導管3 0 5的側部壁面 與相面對的同軸轉換機310的側部壁面中產生間隙G。
該間隙G存在於將微波的模式由TE模式轉換為TE模式與 TM模式的混合模式的位置。另外，在間隙G附近，由於在矩形 波導管305的反射端305a反射微波，因此易於擾亂微波的電場。
實際上，雖為了在矩形波導管305的反射端305a及間隙G 的位置出現微波的節而將從反射端305a到間隙G的距離設計為 Xg/2,但未抑制異常放電。因此，除了管理從矩形波導管305 的反射端305a到間隙G的距離之外，還通過在矩形波導管與同 軸轉換機中設置嵌合構造來管理間隙G 。
間隙G的管理
首先，為了具體地決定嵌合構造F及間隙G的適當範圍，通 過模擬求出間隙G附近的微波的電場強度分布。
通過模擬計算圖4 ( a)所示的位置P1 ~ P4的電場強度。將 其結果表示在圖4(b)中。由該結果可知，在位置P1、 P3微波 的電場強度變強，在P2、 P4電場強度變弱。還可知，間隙(洩 漏通路厚度)越變大，電場強度就越變大，但只要間隙均勻， 即使間隙的大小變化0.1mm,電場強度也不會變大。
根據帕邢(Paschen)定律，如V- f ( pd)的計算式所示， 用氣體壓力p及電極間距離d的積的函數表示平行的電極間的放電開始電壓V。由於間隙G中的氣體壓力為大氣壓(latm = 1.013 x i05Pa)，因此，電極間的距離d越小，越能以最低的電 壓V引起放電。另一方面，在間隙G的間隔(相當於距離d)不 均勻時，電場強度易於偏置。因此，通過使間隙G相對於規定 的標準間隔kmm ( k> 0.3 )為(k± n) ( n《0.1 ) mm的範圍 內，將間隙G管理成難以引起放電且難以產生電場強度的偏置 的狀態，從而能夠防止發生異常放電。
因此，以即使形成為環狀的間隙G置於任一相對位置也成 為規定範圍內的間隔的方式，在間隙G的外周側，在矩形波導 管305和同軸轉換機310中設置高度的嵌合構造F (參照圖2、 5)。具體地講，將間隙G的標準間隔k定為0.3mm，以在環狀的 間隙G的任一相對位置也將間隙G管理在(k士n)( n< 0.1 )mm 的範圍內的方式，設置嵌合構造F。考慮到組裝時產生的公差， 在嵌合構造F中容許比在間隙G中容許的間隙足夠小的間隙(例 如，間隙G的間隔差的最大值的大約20%以內)，從而，無論什 麼樣的作業人員進行組裝，都能夠將間隙G管理在設計上容許 的間隔差以內。結果，能夠避免在矩形波導管305與同軸轉換 機310之間的間隙G中發生異常放電。
利用絕緣材料進行塗覆
利用絕緣材料塗覆間隙G周圍的矩形波導管305及同軸轉 換機310。作為絕緣材料，能夠列舉PTFE (聚四氟乙烯)、PFA (四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物)、氧化鋁(鋁陽極化處 理、噴鍍)等。由此，能夠降低間隙之間的電位差，從而能夠 進一步抑制發生異常放電。
像以上說明的那樣，採用本實施方式的微波等離子處理裝 置IO,能夠抑制由熱膨脹引起微波傳輸路徑的變動。由此，能 夠大幅度提高微波等離子處理裝置10的穩定性及可靠性。在上述實施方式中，各部分的動作互相關聯，能夠在考慮 相互關聯的同時、作為一連串的動作而置換。於是，通過這樣 地置換，能夠將上述微波等離子處理裝置的實施方式做成採用
了上述微波等離子處理裝置10的微波供給方法的實施方式。
以上，參照

了本發明的較佳實施方式，但不言而 喻，本發明並不限定於該例子。顯而易見，只要是本領域技術 人員，就能夠在權利要求範圍所述的範疇內想到各種變更例或 者改正例，很清楚各種變更例或者改正例也當然屬於本發明的 技術範圍。
例如，金屬膜也可以利用敷金屬法形成。在這種情況下，
由於利用敷金屬法形成的Mo-Mn層的金屬膜的電阻較大，因 此，優選Ag-Cu-Ti層的金屬膜。
另外，上述縫隙板與滯波板的一體化(由金屬膜覆蓋滯波 板而成的天線205 )、嵌合構造F雖優選與將同軸轉換機310和內 部導體315分離的構造一同裝備於微波等離子處理裝置IO，但 並不是本裝置的必需要件。
僅從簇射板515供給。另外，也可以替代這些氣體供給機構500、 或者除這些氣體供給機構500之外，在頂板105中設置氣體路徑 而將頂板10 5用作簇射板。
2權利要求
1.一種微波等離子處理裝置，該微波等離子處理裝置利用等離子體來對被處理體進行等離子處理，該等離子體是採用自徑向線縫隙天線放出的微波而生成的，其中，包括處理容器，在內部進行等離子處理；微波源，輸出微波；矩形波導管，對自上述微波源輸出的微波進行傳輸；同軸轉換機，對在上述矩形波導管中傳輸來的微波的模式進行轉換；同軸波導管的內部導體，可相對於上述同軸轉換機滑動地與其連結；第1觸點構件，與上述同軸轉換機接合，將上述同軸轉換機與上述內部導體電連接。
2. 根據權利要求l所述的微波等離子處理裝置，其特徵在於，上述內部導體的前端至少一部分沿著上述徑向線縫隙天線 的被處理體側的面突出。
3. 根據權利要求2所述的微波等離子處理裝置，其特徵在於，上述處理容器在頂棚部具有開口 ；上述內部導體的前端在如下所述的部分的內側受限制地突 出，該部分是在設置於上述頂棚部的開口的電介質窗的被處理 體側的面的中央向一皮處理體側突出的部分。
4. 根據權利要求2或3所述的微波等離子處理裝置，其特徵 在於，上述徑向線縫隙天線由突出到上述內部導體的前端的錐狀 連接件部和上述同軸波導管的外部導體把持。
5. 根據權利要求4所述的微波等離子處理裝置，其特徵在於，在上述同軸波導管的外部導體與上述錐狀的連接件部的相面對部分設置有第2觸點構件。
6. 根據權利要求l ~ 5中任一項所述的微波等離子處理裝 置，其特徵在於，具有第l彈簧構件，該第l彈簧構件設置在連結於上述內部熱膨脹引起的上述徑向線縫隙天線及其上部構件的位移。
7. 根據權利要求6所述的微波等離子處理裝置，其特徵在於，上述第l彈簧構件是螺旋狀的彈簧構件、耐熱性的金屬密 封件或者板狀的彈簧構件中的任 一 種。
8. 根據權利要求1~ 7中任一項所述的微波等離子處理裝 置，其特徵在於，具有第2彈簧構件，該第2彈簧構件與支承上述矩形波導管 的上述同軸波導管的外部導體相鄰地設置，克服上述徑向線縫 隙天線及其上部構件朝向上述處理容器的外側熱膨脹的力而對 上述外部導體施加朝向上述處理容器內側的力。
9. 根據權利要求8所述的微波等離子處理裝置，其特徵在於，上述第2彈簧構件是螺旋狀彈簧構件或者耐熱性的金屬密 封件中的任一種。
10. 根據權利要求l ~ 9中任一項所述的微波等離子處理 裝置，其特徵在於，上述第l觸點構件是金屬的彈性體。
11. 根據權利要求1 IO中任一項所述的微波等離子處理 裝置，其特徵在於，上述內部導體可滑動地由固定於上述同軸轉換機的軸承支承。
12. 根據權利要求l ~ ll中任一項所述的微波等離子處理 裝置，其特徵在於，上述徑向線縫隙天線形成為，利用電鍍、噴鍍及敷金屬法 中的任一方法在滯波板的上表面、下表面及外周側麵包覆導電 膜，將上述導電膜作為微波的傳輸路徑，並且，將自上述同軸 波導管在上述滯波板中傳播的微波從上述滯波板的形成於下表 面側導電膜的多個縫隙放射到上述處理容器內。
13. 根據權利要求12所述的微波等離子處理裝置，其特徵 在於，上述導電膜通過噴鍍Cu、 Al及Ag中的任一種來形成。
14. 根據權利要求1 13中任一項所述的微波等離子處理 裝置，其特徵在於，在上述導電膜中設置用於防止微波洩漏的密封構件。
15. —種微波的供給方法，該方法向利用等離子體來對被 處理體進行等離子處理的微波等離子處理裝置中供給微波，該 等離子體是採用自徑向線縫隙天線放出的微波而生成的，其中，自微波源輸出微波；將上述輸出的微波傳輸到矩形波導管；利用同軸轉換機轉換上述傳輸的微波的模式；將同軸波導管的內部導體可相對於上述同軸轉換機滑動地與其連結，並且，利用接合於上述同軸轉換機的第l觸點構件將上述同軸轉換機與上述內部導體電連接，自上述同軸轉換機向上述同軸波導管傳輸微波；將在上述同軸波導管中傳輸的微波傳播到上述徑向線縫隙天線。
全文摘要
本發明提供一種抑制微波傳輸路徑的變動的微波等離子處理裝置以及微波的供給方法。微波等離子處理裝置(10)利用自徑向線縫隙天線(205)放出的微波的電場能量激發氣體，等離子處理基板(G)。微波等離子處理裝置(10)包括在內部進行等離子處理的處理容器(100)、輸出微波的微波源(335)、對自微波源輸出的微波進行傳輸的矩形波導管(305)、轉換在矩形波導管中傳輸的微波的模式的同軸轉換機(310)、可相對於同軸轉換機滑動地與其連結的同軸波導管的內部導體(315)、與同軸轉換機接合的、將上述同軸轉換機與上述內部導體電連接的第1觸點構件(330)、和吸收由熱膨脹引起的徑向線縫隙天線及其上部構件的位移的第1彈簧構件(375)。
文檔編號H01L21/20GK101609792SQ20091020325
公開日2009年12月23日 申請日期2009年6月2日 優先權日2008年6月18日
發明者西本伸也 申請人:東京毅力科創株式會社