專利名稱：微波放射機(jī)構(gòu)和表面波等離子體處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微波放射機(jī)構(gòu)和表面波等離子體處理裝置。
背景技術(shù)：
等離子體處理是半導(dǎo)體裝置制造中不可或缺的技術(shù)，近年來，由于LSI (Largescale integration:大規(guī)模集成電路)高集成化、高速化的要求,構(gòu)成LSI的半導(dǎo)體元件的設(shè)計(jì)規(guī)則也越來越微小化，另外，半導(dǎo)體晶片被大型化，與此相伴，在等離子體處理裝置中也要求與這種微小化和大型化相對應(yīng)。然而，在現(xiàn)有常用的平行平板型、電感耦合型等離子體處理裝置中，由于所生成的等離子體的電子溫度高，因此導(dǎo)致微小元件產(chǎn)生等離子體損傷，另外，由于等離子體密度高的區(qū)域被限定，因此難以均勻且高速地對大型的半導(dǎo)體晶片進(jìn)行等離子體處理。所以，能夠均勻地形成高密度、低電子溫度的表面波等離子體的RLSA (RadialLine SlotAntenna:徑向線縫隙天線)微波等離子體處理裝置受到關(guān)注(例如專利文獻(xiàn)I)。RLSA微波等離子體處理裝置是一種以下的裝置:在腔室的上部設(shè)置以預(yù)定圖案形成有多個(gè)縫隙的徑向線縫隙天線(Radial Line Slot Antenna)作為表面波等離子體發(fā)生用天線，使導(dǎo)自微波發(fā)生源的微波從天線的縫隙中放射，并且通過設(shè)置于其下方的含有電介質(zhì)的微波透過板放射到保持為 真空的腔室內(nèi)，通過該微波電場在腔室內(nèi)生成表面波等離子體，由此對半導(dǎo)體晶片等被處理體進(jìn)行處理。另外，也提案有以下的等離子體處理裝置:將微波分配為多個(gè)，設(shè)置多個(gè)具有上述那樣的表面波等離子體發(fā)生用天線的微波放射機(jī)構(gòu)，將從它們放射的微波導(dǎo)入腔室內(nèi)并在腔室內(nèi)使微波空間合成而生成等離子體(專利文獻(xiàn)2)?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:日本特開2000-294550號公報(bào)專利文獻(xiàn)2:國際公開第2008/013112號手冊

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明想要解決的課題然而，在這種放射微波而生成表面波等離子體的等離子體處理裝置中，表面波等離子體的生成范圍由微波的投入電力或腔室內(nèi)的壓力規(guī)定，但在電力低的條件下、壓力高的條件下，表面波等離子體的直徑變小，等離子體密度的均勻性降低。本發(fā)明使鑒于上述狀況而完成的，其課題在于，提供一種即使在微波的投入電力低的情況下、壓力高的情況下，也能夠確保所期望的表面波等離子體的直徑的微波放射機(jī)構(gòu)和表面波等離子體處理裝置。用于解決課題的方案為了解決上述課題，本發(fā)明的第一方面提供一種微波放射機(jī)構(gòu)，其在利用在腔室內(nèi)形成表面波等離子體進(jìn)行等離子體處理的等離子體處理裝置中，將由微波生成機(jī)構(gòu)生成的微波放射到腔室內(nèi)，上述微波放射機(jī)構(gòu)的特征在于，包括:傳送路徑，其具有呈筒狀的外側(cè)導(dǎo)體和同軸地設(shè)置在上述外側(cè)導(dǎo)體中的內(nèi)側(cè)導(dǎo)體，該傳送路徑傳送微波；天線，其將在上述微波傳送路徑中傳送來的微波經(jīng)由縫隙放射到上述腔室內(nèi)；電介質(zhì)部件，其使從上述天線放射的微波透過，在其表面形成表面波；和直流電壓施加部件，其對由上述表面波生成表面波等離子體的等離子體生成區(qū)域施加正的直流電壓，上述直流電壓施加部件對上述等離子體生成區(qū)域施加正的直流電壓，使得上述表面波等離子體擴(kuò)散。本發(fā)明的第二方面提供一種表面波等離子體處理裝置，其特征在于，包括:收納被處理基板的腔室；向上述腔室內(nèi)供給氣體的氣體供給機(jī)構(gòu)；生成微波的微波生成機(jī)構(gòu)；和將由上述微波生成機(jī)構(gòu)生成的微波放射到上述腔室內(nèi)的多個(gè)微波放射機(jī)構(gòu)，上述微波放射機(jī)構(gòu)包括:傳送路徑，其具有呈筒狀的外側(cè)導(dǎo)體和同軸地設(shè)置于上述外側(cè)導(dǎo)體中的內(nèi)側(cè)導(dǎo)體，該傳送路徑傳送微波；天線，其將在上述微波傳送路徑中傳送來的微波經(jīng)由縫隙放射到上述腔室內(nèi)；和電介質(zhì)部件，使從上述天線放射的微波透過，在其表面形成表面波，上述表面波等離子體處理裝置利用從上述多個(gè)微波放射機(jī)構(gòu)放射的微波在上述腔室內(nèi)生成表面波等離子體，對被處理體實(shí)施等離子體處理，上述多個(gè)微波放射機(jī)構(gòu)的至少之一具有對由上述表面波生成表面波等離子體的等離子體生成區(qū)域施加正的直流電壓的直流電壓施加部件，上述直流電壓施加部件對上述等離子體生成區(qū)域施加正的直流電壓，使得上述表面波等離子體擴(kuò)散。在上述第一方面和第二方面中，作為上述直流電壓施加部件能夠適當(dāng)使用插入到上述等離子體生成區(qū)域的直流電壓施加探針。另外，能夠通過控制對上述直流電壓施加部件施加的直流電壓，來控制上述表面波等離子體的擴(kuò)散。在上述第一方面中，優(yōu)選:還具有使上述腔室內(nèi)的負(fù)載的阻抗與上述微波生成機(jī)構(gòu)的特性阻抗匹配的調(diào)諧器，上述調(diào)諧器具有:設(shè)置于上述微波傳送路徑的上述外側(cè)導(dǎo)體和上述內(nèi)側(cè)導(dǎo)體之間，沿上述內(nèi)側(cè)導(dǎo)體的長度方向能夠移動的由電介質(zhì)構(gòu)成的芯子(slug);和使上述芯子移動的驅(qū)動 機(jī)構(gòu)。在上述第二方面中，優(yōu)選:在上述微波放射機(jī)構(gòu)的兩個(gè)以上分別設(shè)置有上述直流電壓施加部件，上述直流電壓施加部件分別獨(dú)立地被施加電壓，獨(dú)立地對表面波等離子體的擴(kuò)散進(jìn)行控制。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，通過從直流電壓施加部件對生成表面波等離子體的等離子體生成區(qū)域施加正的直流電壓，能夠使微波發(fā)生機(jī)構(gòu)生成的表面波等離子體擴(kuò)散，能夠提高等離子體密度的均勻性。


圖1是表示具有本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的微波放射機(jī)構(gòu)的表面波等離子體處理裝置的概略結(jié)構(gòu)的截面圖。圖2是表示圖1的表面波等離子體處理裝置所使用的微波等離子體源的構(gòu)成的構(gòu)成圖。圖3是示意性表示微波等離子體源的微波供給部的俯視圖。圖4是表示圖1的表面波等離子體處理裝置所使用的微波放射機(jī)構(gòu)的縱截面圖。
圖5是表示微波放射機(jī)構(gòu)的供電機(jī)構(gòu)的沿圖4的AA’線的橫截面圖。圖6是表示調(diào)諧器中的芯子和滑動部件的沿圖4的BB’線的橫截面圖。圖7是用于說明通過從作為直流電壓施加部件的DC探針施加電壓使表面波等離子體擴(kuò)散的機(jī)理的圖。圖8是對由DC探針施加電壓使表面波等離子體擴(kuò)散作說明的示意圖。圖9是表示使由DC探針施加的電壓改變時(shí)的直流電流值和實(shí)際的等離子體狀態(tài)的圖。圖10是表示施加的電壓和等離子體直徑的關(guān)系的圖。圖11是在對基準(zhǔn)條件的表面波等離子體以直流電壓增加功率的情況下、和使微波的功率上升與用直流電壓增加的功率大致相同量的情況下，對等離子體的擴(kuò)散進(jìn)行比較所得到的圖。附圖標(biāo)記說明1 腔室2微波等離子體源11 基座12支承部件15排氣管16排氣裝置17搬入搬出口20噴淋板30微波輸出部31微波電源32微波振蕩器40微波供給部41天線模塊42放大器部43微波放射機(jī)構(gòu)44波導(dǎo)路徑45天線部52外側(cè)導(dǎo)體53內(nèi)側(cè)導(dǎo)體54供電機(jī)構(gòu)55微波電力導(dǎo)入口56同軸線路58反射板60調(diào)諧器81平面縫隙天線82滯波件100表面波等離子體處理裝置
110 頂板IlOb電介質(zhì)部件112DC 探針114直流電源120控制部W半導(dǎo)體晶片
具體實(shí)施例方式以下參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。<表面波等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)>圖1是表示具有本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的微波放射機(jī)構(gòu)的表面波等離子體處理裝置的概略結(jié)構(gòu)的截面圖，圖2是表示圖1的表面波等離子體處理裝置所使用的微波等離子體源的構(gòu)成的構(gòu)成圖，圖3是示意性表示微波等離子體源的微波供給部的俯視圖，圖4是表示微波等離子體源的微波放射機(jī)構(gòu)的截面圖，圖5是表示微波放射機(jī)構(gòu)的供電機(jī)構(gòu)的沿圖4的AA’線的橫截面圖， 圖6是表示調(diào)諧器中的芯子和滑動部件的沿圖4的BB’線的橫截面圖。表面波等離子體處理裝置100構(gòu)成為對晶片進(jìn)行等離子體處理例如實(shí)施蝕刻處理的等離子蝕刻裝置，并具有氣密構(gòu)成的由鋁或不銹鋼等金屬材料制成的大致圓筒狀的接地腔室I和用于在腔室I內(nèi)形成微波等離子體的微波等離子體源2。腔室I的上部形成有開口部la，微波等離子體源2設(shè)置為從該開口部Ia面對腔室I的內(nèi)部。在腔室I內(nèi)在由筒狀的支承部件12支承的狀態(tài)下設(shè)置有用于水平支承作為被處理體的半導(dǎo)體晶片W (以下記為晶片W)的基座11，其中筒狀的支承部件12通過絕緣部件12a立設(shè)置于腔室I的底部中央。作為構(gòu)成基座11和支承部件12的材料舉例表示有對表面進(jìn)行有耐酸鋁處理(陽極氧化處理)的鋁等。另外，雖然未圖示，但在基座11設(shè)置有用于對晶片W進(jìn)行靜電吸附的靜電卡盤、溫度控制機(jī)構(gòu)、對晶片W的背面供給熱傳遞用氣體的氣體流路、和為了搬送晶片W而進(jìn)行升降的升降銷。并且，基座11經(jīng)由匹配器13與高頻偏置電源14電連接。從該高頻偏置電源14向基座11供給高頻電力，由此將等離子體中的離子引向晶片W側(cè)。腔室I的底部與排氣管15連接，該排氣管15與含有真空泵的排氣裝置16連接。而且，通過使該排氣裝置16工作而對腔室I內(nèi)進(jìn)行排氣，從而能夠?qū)⑶皇襂內(nèi)高速地減壓至預(yù)定的真空度。此外，腔室I的側(cè)壁設(shè)置有用于進(jìn)行晶片W搬入搬出的搬送出入口 17和對該搬送出入口 17進(jìn)行開閉的閘閥18。在腔室I內(nèi)的基座11上方位置水平地設(shè)置有向晶片W排出用于等離子蝕刻處理的處理氣體的噴淋板20。該噴淋板20具有形成為格子狀的氣體流路21、和形成于該氣體流路21的多個(gè)氣體排出孔22，格子狀的氣體流路21之間成為空間部23。該噴淋板20的氣體流路21與向腔室I外側(cè)延伸的配管24連接，該配管24與處理氣體供給源25連接。另一方面，在腔室I的噴淋板20上方位置沿腔室壁設(shè)置有環(huán)狀的等離子氣體導(dǎo)入部件26，該等離子氣體導(dǎo)入部件26在其內(nèi)周設(shè)置有多個(gè)氣體排出口。該等離子氣體導(dǎo)入部件26經(jīng)由配管28與供給等離子氣體的等離子體氣體供給源27連接。作為等離子生成氣體適合使用Ar氣等。作為處理氣體能夠使用通常所使用的蝕刻氣體例如Cl2氣等。從等離子氣體導(dǎo)入部件26導(dǎo)入至腔室I內(nèi)的等離子氣體，被從微波等離子體源2導(dǎo)入至腔室I內(nèi)的微波等離子化，該等離子體對通過噴淋板20的空間部23從噴淋板20的氣體排出口 22排出的處理氣體進(jìn)行激發(fā)，形成處理氣體的等離子體。此外，也可以用同一供給部件供給等離子氣體和處理氣體。微波等離子體源2具有由設(shè)置于腔室I上部的支承環(huán)29支承的頂板110，支承環(huán)29和頂板110之間被氣密地密封。如圖2所示，微波等離子體源2具有:分配為多個(gè)路徑、輸出微波的微波輸出部30 ;和用于傳送從微波輸出部30輸出的微波并將其放射到腔室I內(nèi)的微波供給部40。微波輸出部30具有微波電源31、微波振蕩器32、對振蕩產(chǎn)生的微波進(jìn)行增幅的放大器33、和將被增幅的微波分配為多個(gè)的分配器34。微波振蕩器32使規(guī)定頻率(例如915MHz )的微波例如PLL振蕩。分配器34 —邊取得輸入側(cè)和輸出側(cè)的阻抗匹配一邊分配被放大器33增幅的微波，使得盡可能不產(chǎn)生微波損失。此外，作為微波的頻率除了 915MHz以外還能夠使用700MHz 3GHz。微波供給部40具有將由分配器34分配的微波導(dǎo)入腔室I內(nèi)的多個(gè)天線模塊41。各天線模塊41具有:主要對被分配的微波進(jìn)行增幅的放大部42 ;和微波放射機(jī)構(gòu)43。另夕卜，微波放射機(jī)構(gòu)43具有:用于使阻抗匹配的調(diào)諧器60 ;和將增幅后的微波放射到腔室I內(nèi)的天線部45。而且，微波從各天線模塊41中的微波放射機(jī)構(gòu)43的天線部45放射到腔室I內(nèi)。如圖3所示，微波供給部40具有七個(gè)天線模塊41，各天線模塊41的微波放射機(jī)構(gòu)43以圓周狀地6個(gè)和在其中心一個(gè)的方式配置于呈圓形的頂板110上。頂板110作為真空密 封和微波透過板發(fā)揮功能，具有:金屬制的框架IlOa:和電介質(zhì)部件110b，其嵌入該框架110a，并與配置有微波放射機(jī)構(gòu)43的部分相對應(yīng)設(shè)置，含有石英等電介質(zhì)。天線部42具有相位器46、可變增益放大器47、構(gòu)成固態(tài)放大器的主放大器48、和隔離器49。相位器46構(gòu)成為能夠使微波的相位變化，通過對其進(jìn)行調(diào)整能夠?qū)Ψ派涮匦赃M(jìn)行調(diào)制。例如，通過對各天線模塊每個(gè)調(diào)整相位能夠控制指向性并使等離子體分布變化。另夕卜，在相鄰的天線模塊中通過使相位每個(gè)錯(cuò)開90°能夠獲得圓偏振波。另外，相位器46能夠調(diào)整放大器內(nèi)的部件間的延遲特性并以調(diào)諧器內(nèi)的空間合成為目的使用。但是，在無需調(diào)制放射特性或無需調(diào)整放大器內(nèi)的部件間的延遲特性的情況下，也可以不必設(shè)置相位器46?？勺冊鲆娣糯笃?7是用于調(diào)整向主放大器48輸入的微波的電力電平，調(diào)整各個(gè)天線模塊的偏差或調(diào)整等離子強(qiáng)度的放大器。通過使可變增益放大器47按每個(gè)天線模塊變化，也能夠使所產(chǎn)生的等離子體形成分布。構(gòu)成固態(tài)放大器的主放大器48例如能夠構(gòu)成為具有輸入匹配電路、半導(dǎo)體放大元件、輸出匹配電路、和高Q共振電路。隔離器49分離由天線部45反射而朝向主放大器48的反射微波，并具有循環(huán)器和假負(fù)載(同軸終端器)。循環(huán)器將由天線部45反射的微波導(dǎo)向假負(fù)載，假負(fù)載將由循環(huán)器導(dǎo)來的反射微波變換為熱。
接著，對微波放射機(jī)構(gòu)43進(jìn)行說明。如圖4、5所示，微波放射機(jī)構(gòu)43具有:傳送微波的同軸結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)路徑(微波傳送路徑)44 ;和將在波導(dǎo)路徑44中傳送的微波放射到腔室I內(nèi)的天線部45。而且，從微波放射機(jī)構(gòu)43放射到腔室I內(nèi)的微波在腔室I內(nèi)的空間中合成，從而在腔室I內(nèi)形成表面波等離子體。波導(dǎo)路徑44構(gòu)成為同軸地配置有筒狀的外側(cè)導(dǎo)體52和設(shè)置于其中心的棒狀的內(nèi)側(cè)導(dǎo)體53，在波導(dǎo)路徑44的前端設(shè)置有天線部45。波導(dǎo)路徑44的內(nèi)側(cè)導(dǎo)體53成為供電偵牝外側(cè)導(dǎo)體52成為接地側(cè)。外側(cè)導(dǎo)體52和內(nèi)側(cè)導(dǎo)體53的上端成為反射板58。在波導(dǎo)路徑44的基端側(cè)設(shè)置有對微波(電磁波)進(jìn)行供電的供電機(jī)構(gòu)54。供電機(jī)構(gòu)54具有用于導(dǎo)入設(shè)置于波導(dǎo)路徑44 (外側(cè)導(dǎo)體52)的側(cè)面的微波電力的微波電力導(dǎo)入口 55。微波電力導(dǎo)入口 55與作為用于提供被放大部42增幅的微波的供電線、由內(nèi)側(cè)導(dǎo)體56a和外側(cè)導(dǎo)體56b組成的同軸線路56連接。而且，同軸線路56的內(nèi)側(cè)導(dǎo)體56a的前端與向外側(cè)導(dǎo)體56a水平延伸的供電天線90連接。供電天線90例如 通過對鋁等金屬板切削加工后將其嵌入特氟龍7 π >:Teflon)(注冊商標(biāo))等的電介質(zhì)部件的模型中來形成。從反射板58至供電天線90之間設(shè)置有由使反射波的實(shí)效波長變短的特氟龍等的電介質(zhì)制成的滯波件59。此外，在使用
2.45GHz等頻率高的微波的情況下，也可以不設(shè)置滯波件59。此時(shí)，通過使從供電天線90至反射板58之間的距離最優(yōu)化，并用反射板58反射從供電天線90放射的電磁波，使最大的電磁波傳送到同軸結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)路徑44內(nèi)。 如圖5所示，供電天線90構(gòu)成為具有天線主體91和反射部94，使得通過入射至天線主體91的電磁波和反射部94反射的電磁波形成駐波，其中，天線主體91具有:在微波電力導(dǎo)入口 55與同軸線路56的內(nèi)側(cè)導(dǎo)體56a連接,被供給電磁波的第一極92 ;和放射被供給的電磁波的第二極93，反射部94從天線主體91的兩側(cè)沿內(nèi)側(cè)導(dǎo)體53的外側(cè)延伸，呈環(huán)狀。天線主體91的第二極93與內(nèi)側(cè)導(dǎo)體53接觸。供電天線90通過放射微波(電磁波)向外側(cè)導(dǎo)體52和內(nèi)側(cè)導(dǎo)體53之間的空間供給微波電力。而且，供給至供電機(jī)構(gòu)54的微波電力向天線部45傳播。另外，在波導(dǎo)路徑44設(shè)置有調(diào)諧器60。調(diào)諧器60使腔室I內(nèi)的負(fù)載(等離子體)的阻抗與微波輸出部30的微波電源的特性阻抗匹配，并具有在外側(cè)導(dǎo)體52和內(nèi)側(cè)導(dǎo)體53之間上下移動的兩個(gè)芯子61a、61b和設(shè)置于反射板58外側(cè)(上側(cè))的芯子驅(qū)動部70。在這些芯子中，芯子61a設(shè)置于芯子驅(qū)動部70側(cè)，芯子61b設(shè)置于天線部45偵U。另外，在內(nèi)側(cè)導(dǎo)體53的內(nèi)部空間沿其長度方向設(shè)置有由形成有梯形螺紋的螺桿制成的芯子移動用的兩根芯子移動軸64a、64b。如圖6所示，芯子61a呈由電介質(zhì)制成的圓環(huán)狀，其內(nèi)側(cè)嵌有由具有滑動性的樹脂制成的滑動部件63。滑動部件63設(shè)置有與芯子移動軸64a螺紋連接的螺紋孔65a和供芯子移動軸64b插通的貫穿孔65b。另一方面,芯子61b和芯子61a同樣具有螺紋孔65a和貫穿孔65b，但與芯子61a相反，螺紋孔65a與芯子移動軸64b螺紋連接，芯子移動軸64a插通于貫穿孔65b中。由此，通過使芯子移動軸64a旋轉(zhuǎn)來使移動芯子61a升降移動，通過使芯子移動軸64b旋轉(zhuǎn)來使移動芯子61b升降移動。即，利用由芯子移動軸64a、64b和滑動部件63組成的螺紋機(jī)構(gòu)來使芯子6la、6Ib升降移動。
在內(nèi)側(cè)導(dǎo)體53沿長度方向等間隔地形成有三個(gè)狹縫53a。另一方面，滑動部件63以與這些狹縫53a對應(yīng)的方式等間隔地設(shè)置有三個(gè)突出部63a。而且，在這些突出部63a與芯子61a、61b的內(nèi)周抵接的狀態(tài)下，滑動部件63嵌入芯子61a、61b的內(nèi)部。滑動部件63的外周面將與內(nèi)側(cè)導(dǎo)體53的內(nèi)周面無間隙地接觸，通過芯子移動軸64a、64b旋轉(zhuǎn)，滑動部件63將在內(nèi)側(cè)導(dǎo)體53上滑動并升降。即，內(nèi)側(cè)導(dǎo)體53的內(nèi)側(cè)面作為芯子61a、61b的滑動導(dǎo)引器發(fā)揮作用。作為構(gòu)成滑動部件63的樹脂材料能夠列舉將具有良好的滑動性、加工較容易的樹脂例如聚苯硫醚(PPS)樹脂作為優(yōu)選。上述芯子移動軸64a、64b貫通反射板58延伸至芯子驅(qū)動部70。在芯子移動軸64a、64b和反射板58之間設(shè)置有軸承(未圖不)。另外，在內(nèi)側(cè)導(dǎo)體53的下端設(shè)置有由導(dǎo)體制成的底板67。芯子移動軸64a、64b的下端為了吸收驅(qū)動時(shí)的振動通常成為開放端，從這些芯子移動軸64a、64b的下端尚開2 5mm左右地設(shè)置有底板67。此外，也可以將該底板67作為軸承部，使該軸承部軸支承芯子移動軸64a、64b的下端。芯子驅(qū)動部70具有框體71，芯子移動軸64a和64b在框體71內(nèi)延伸，在芯子移動軸64a和64b的上端分別安裝有齒輪72a和72b。另外，在芯子驅(qū)動部70設(shè)置有使芯子移動軸64a旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)73a和使芯子移動軸64b旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)73b。在電動機(jī)73a的軸上安裝有齒輪74a，在電動機(jī)73b的軸上安裝有齒輪74b，齒輪74a與齒輪72a嚙合，齒輪74b與齒輪72b嚙合。因此，通過電動機(jī)73a經(jīng)由齒輪74a和72a使芯子移動軸64a旋轉(zhuǎn)，通過電動機(jī)73b經(jīng)由齒輪74b和72b使芯子移動軸64b旋轉(zhuǎn)。此外，電動機(jī)73a、73b例如為步進(jìn)電動機(jī)。此外，芯子移動軸64b比芯子移動軸64a長，到達(dá)更上方，因此，齒輪72a和72b的位置上下偏離，電動機(jī)73a和 73b也上下偏離，因而電動機(jī)和齒輪等動力傳動機(jī)構(gòu)的空間變小，框體71為與外側(cè)導(dǎo)體52相同直徑。在電動機(jī)73a和73b的上方以與這些輸出軸直接接合的方式分別設(shè)置有用于對芯子61a和61b的位置進(jìn)行檢測的增量(incremental)型編碼器75a和75b。芯子61a和61b的位置由芯子控制器68控制。具體而言，基于由未圖示的阻抗檢測器檢測到的輸入端阻抗值和由編碼器75a和75b檢測到的芯子61a和61b的位置信息，芯子控制器68向電動機(jī)73a和73b發(fā)送控制信號，通過對芯子61a和61b的位置進(jìn)行控制來調(diào)整阻抗。芯子控制器68執(zhí)行阻抗匹配，使得終端例如成為50 Ω。當(dāng)僅啟動兩個(gè)芯子中的一個(gè)時(shí)，描繪通過斯密斯圓圖原點(diǎn)的軌跡，當(dāng)兩者同時(shí)啟動時(shí)，僅相位進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。天線部45具有:平面縫隙天線81，其具有作為微波放射天線發(fā)揮功能的呈平面狀的縫隙81a ;設(shè)置于平面縫隙天線81的上表面的滯波件82 ;和在平面縫隙天線81前端側(cè)設(shè)置的頂板110的電介質(zhì)部件110b?？p隙81a的形狀以有效地放射微波的方式適當(dāng)?shù)卦O(shè)定。由導(dǎo)體制成的圓柱部件82a貫通滯波件82的中心將底板67和平面縫隙天線81連接。因而，內(nèi)側(cè)導(dǎo)體53隔著底板67和圓柱部件82a與平面縫隙天線81連接。此外，外側(cè)導(dǎo)體52的下端延伸至平面縫隙天線81，滯波件82的周圍被外側(cè)導(dǎo)體52覆蓋。滯波件82和電介質(zhì)部件IlOb具有比真空大的介電常數(shù)，例如由石英、陶瓷、聚四氟乙烯等氟系樹脂、聚酰胺系樹脂構(gòu)成，由于在真空中微波的波長將變長，因而滯波件82具有使微波波長變短、使天線變小的功能。滯波件82能夠利用其厚度對微波的相位進(jìn)行調(diào)整，頂板110和平面縫隙天線81的接合部成為駐波的“波腹”的方式對其厚度進(jìn)行調(diào)整。由此，能夠使反射變得最小，平面縫隙天線81的放射能量變得最大。頂板110的電介質(zhì)部件IlOb設(shè)置為與平面縫隙天線81相接。而且，被主放大器48增幅過的微波通過內(nèi)側(cè)導(dǎo)體53和外側(cè)導(dǎo)體52的周壁之間從平面縫隙天線81的縫隙81a透過頂板110的電介質(zhì)部件IlOb放射到腔室I內(nèi)，形成表面波等離子體。另外，微波放射機(jī)構(gòu)43具有作為直流電壓施加部件的DC探針112，該DC探針112設(shè)置為貫通頂板110的框架IlOa到達(dá)腔室I內(nèi)的生成表面波等離子體的等離子體生成區(qū)域。DC探針112經(jīng)由過濾器113與直流電壓114連接。而且，通過在DC探針112從直流電壓114對等離子體生成區(qū)域施加直流電壓，如后所述，能夠使通過微波放射機(jī)構(gòu)43放射出的微波形成在腔室I內(nèi)的等離子體擴(kuò)散。直流電壓114的正極與等離子體側(cè)連接，而且電壓可改變。在本實(shí)施方式中，主放大器48、調(diào)諧器60和平面縫隙天線81靠近配置。而且，調(diào)諧器60和平面縫隙天線81構(gòu) 成存在于1/2波長內(nèi)的集總常數(shù)電路，而且平面縫隙天線81、滯波件82的合成電阻設(shè)定為50 Ω，所以調(diào)諧器60將對等離子體負(fù)荷進(jìn)行直接調(diào)諧，能夠有效地向等離子體傳遞能量。表面波等離子體處理裝置100中的各構(gòu)成部由具備微處理器的控制部120控制?？刂撇?20具備存儲有表面波等離子體處理裝置100的工藝步驟和作為控制參數(shù)的工藝方案的存儲部、輸入單元和顯示器等，根據(jù)所選擇的處理方案對等離子體處理裝置進(jìn)行控制。<表面波等離子體處理裝置的動作>接著，對如上述方式構(gòu)成的表面波等離子體處理裝置100的動作進(jìn)行說明。首先，將晶片W搬入腔室I內(nèi)，載置于基座11上。然后，從等離子體氣體供給源27經(jīng)由配管28和等離子氣體導(dǎo)入部件26將等離子氣體例如Ar氣導(dǎo)入腔室I內(nèi)，并且從微波等離子體源2將微波導(dǎo)入腔室I內(nèi)生成表面波等離子體。在這樣生成表面波等離子體后，處理氣體例如Cl2氣等蝕刻氣體從處理氣體供給源25經(jīng)由配管24和噴淋板20排出到腔室I內(nèi)。排出的處理氣體被從噴林板20的空間部23通過后的等離子體激發(fā)并等離子體化，利用該處理氣體的等離子體對晶片W實(shí)施等離子體處理例如蝕刻處理。在生成上述表面波等離子體時(shí)，在微波等離子體源2中，從微波輸出部30的微波振蕩器32振蕩的微波電力由放大器33增幅后，被分配器34分配為多個(gè)，被分配的微波電力被導(dǎo)向微波供給部40。在微波供給部40中，如此被分配為多個(gè)的微波電力由構(gòu)成固態(tài)放大器的主放大器48分別增幅，并供電至微波放射機(jī)構(gòu)43的波導(dǎo)路徑44，通過調(diào)諧器60對阻抗進(jìn)行自動匹配，在實(shí)質(zhì)上沒有電力反射的狀態(tài)下，經(jīng)由天線部45的平面縫隙天線81和電介質(zhì)部件IlOb放射到腔室I內(nèi)進(jìn)行空間合成。對微波放射機(jī)構(gòu)43的波導(dǎo)路徑44的供電，由于在同軸結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)路徑44的軸延長線上設(shè)置有芯子驅(qū)動器70，因此從側(cè)面進(jìn)行。即，從同軸線路56傳播而來的微波(電磁波)在設(shè)置于波導(dǎo)路徑44側(cè)面的微波電力導(dǎo)入口 55到達(dá)供電天線90的第一極92時(shí)，微波(電磁波)沿天線主體91繼續(xù)傳播，從天線主體91前端的第二極93放射微波(電磁波)。另夕卜，在天線主體91中傳播的微波(電磁波)由反射部94反射，通過使其與入射波合成來產(chǎn)生駐波。當(dāng)在供電天線90的配置位置產(chǎn)生駐波時(shí)，沿內(nèi)側(cè)導(dǎo)體53的外壁產(chǎn)生感應(yīng)磁場，受其感應(yīng)而產(chǎn)生感應(yīng)電場。通過這些連鎖作用，微波(電磁波)在波導(dǎo)路徑44中傳播，并導(dǎo)向天線部45。此時(shí)，在波導(dǎo)路徑44中，通過利用反射板58反射從供電天線90放射的微波(電磁波)能夠?qū)⒆畲蟮奈⒉?電磁波)電力傳送至同軸結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)路徑44，但在此情況下，為了有效與反射波進(jìn)行合成，優(yōu)選將供電天線90至反射板58之間的距離設(shè)為約λ g/4的半波長倍。微波放射機(jī)構(gòu)43由于天線部45和調(diào)諧器60為一體，所以極其緊湊。因此，能夠使微波等離子體源2自身緊湊化。并且，主放大器48、調(diào)諧器60和平面縫隙天線81接近設(shè)置，特別是能夠?qū)⒄{(diào)諧器60和平面縫隙天線81構(gòu)成為集總常數(shù)電路，并且將平面縫隙天線81、滯波件82、電介質(zhì)部件IlOb的合成阻抗設(shè)置為50 Ω，由此通過調(diào)諧器60能夠高精度地調(diào)諧等離子體負(fù)載。另外，由于將調(diào)諧器60構(gòu)成為能夠通過移動兩個(gè)芯子61a、61b來進(jìn)行阻抗匹配的芯子調(diào)諧器，因而緊湊且損耗低。并且，像這樣使調(diào)諧器60和平面縫隙天線81靠近并構(gòu)成集總常數(shù)電路而且起到共振器的作用，由此能夠高精度地消除直至平面縫隙天線81的阻抗部匹配， 能夠?qū)嵸|(zhì)上將不匹配部分作為等離子體空間，因而能夠通過調(diào)諧器60進(jìn)行高精度的等離子體控制。進(jìn)而，在內(nèi)側(cè)導(dǎo)體53的內(nèi)部設(shè)置有用于驅(qū)動芯子的驅(qū)動傳遞部、驅(qū)動引導(dǎo)部、與保持部相當(dāng)?shù)牟糠?，所以能夠使芯?1a、61b的驅(qū)動機(jī)構(gòu)小型化，能夠使微波放射機(jī)構(gòu)43小型化。然而，如本實(shí)施方式的方式為了生成等離子體而通過天線放射微波(電磁波)來生成表面波等離子體的情況下，表面波等離子體的生成范圍通常由微波的投入電力或腔室內(nèi)的壓力規(guī)定。因此，在電力低的條件下、壓力高的條件下，表面波等離子體的直徑變小，等離子體密度的均勻性降低。因此，在本實(shí)施方式中，微波放射機(jī)構(gòu)43以貫通頂板110的框架IlOa到達(dá)腔室I內(nèi)的等離子體生成區(qū)域的方式設(shè)置作為直流電壓施加部件的DC探針112，對DC探針112施加正電壓。由此，能夠使表面波等離子體擴(kuò)散，能夠使等離子體密度的均勻性提高。如上所述，通過DC探針112施加直流電壓來使等離子體擴(kuò)散是因?yàn)椋ㄟ^從DC探針112施加正直流電壓能夠控制等離子鞘層。S卩，在使用DC探針112作為直流電壓施加部件的情況下，當(dāng)提高對DC探針112施加的電壓時(shí)，將在DC探針112和等離子體之間產(chǎn)生DC放電，由此將破壞該部分的等離子體鞘層，從而能夠?qū)Φ入x子體施加直接電壓。由此，如圖7所示，等離子體的電位上升，與接地位置的等離子體電位之間的電位差將變大，與此相伴，等離子體鞘層變厚。由于等離子體鞘層變厚，在等離子鞘層內(nèi)傳播的TE基波的衰減常數(shù)變小，TE基波的終端距離變長。S卩，微波容易傳播。因此，由作為激發(fā)表面波的TE基波所生成的表面波等離子體的擴(kuò)散變大，如圖8所示，表面波等離子體的直徑變大。而且，由于表面波等離子體的直徑和等離子體密度為彼此單調(diào)增加的關(guān)系，因此表面波等離子體越擴(kuò)散，等離子體的功率吸收越上升，效率越提高。實(shí)際上，圖9表示使通過DC探針112施加的電壓變化時(shí)的直流電流值和實(shí)際等離子體的狀態(tài)。另外，圖10表示施加的電壓和等離子體直徑之間的關(guān)系。如這些圖所示可知，從DC探針112施加給等離子體的電壓的值和等離子體的直徑大致成比例。接著，說明對使施加有直流電壓時(shí)的等離子體擴(kuò)散的效果進(jìn)行了確認(rèn)的實(shí)驗(yàn)。在此，對不施加直流電壓從微波放射機(jī)構(gòu)放射50W的微波來生成有表面波等離子體的情況(基準(zhǔn)條件)、與基準(zhǔn)條件相對施加有58V直流電壓的情況(直流電流:500mA,總電力:約80W)、和使微波功率上升到80W但不施加直流電壓的情況，來把握實(shí)際的等離子體狀態(tài)。圖11表示此時(shí)的等離子體狀態(tài)的照片。如該圖所示可以確認(rèn)，相對于(a)的基準(zhǔn)條件(微波50W)，在以直流電壓施加功率的情況下(b)和使微波的功率上升的情況下(C)，盡管是增加大致相同的功率，但施加有直流電壓時(shí)的等離子體擴(kuò)散的效果高。如上所述，通過從作為直流電壓施加部件的DC探針112對表面波等離子體生成區(qū)域施加正的直流電壓，能夠使由微波放射機(jī)構(gòu)43生成的表面波等離子體擴(kuò)散，能夠提高等離子體密度的均勻性。另外，通過控制施加的直流電壓，能夠控制表面波等離子體的擴(kuò)散，能夠控制等離子體密度的均勻性。在該情況下，可以在全部的微波放射機(jī)構(gòu)43設(shè)置DC探針112，但不需要在全部的微波放射機(jī)構(gòu)43設(shè)置DC探針112，對至少一個(gè)微波放射機(jī)構(gòu)43設(shè)置即可。例如，即使在僅對設(shè)置于中央的微波放射機(jī)構(gòu)43施加來自DC探針112的直流電壓的情況下，也可以使中央的表面波等離子體擴(kuò)散，能夠在與周圍的微波放射機(jī)構(gòu)43生成的表面波等離子體之間等離子體密度低的部分?jǐn)U散等離子體，能夠提高等離子體的均勻性。在兩個(gè)以上的微波放射機(jī)構(gòu)43設(shè)置有DC探針112的情況下，通過對由這些微波放射機(jī)構(gòu)43生成的表面波等離子體單獨(dú)控制從DC探針112施加的直流電壓，能夠單獨(dú)控制各微波放射機(jī)構(gòu)43的等離子體的擴(kuò)散，能夠使等離子體的控制性變得極高。<其它的應(yīng)用>此外，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在本發(fā)明的思想范圍內(nèi)能夠進(jìn)行各種變形。例如，在上述實(shí)施方式中，表示了使用DC探針112作為直流電壓施加部件的例子，但并不限于此，也可以是塊狀的、與微波放射機(jī)構(gòu)同心的環(huán)狀等其它的形狀的部件。另外，微波輸出部30或微波供給部40的結(jié)構(gòu)等也 不限于上述實(shí)施方式，例如在無需對天線放射的微波的指向性進(jìn)行控制或無需使微波為圓偏振波的情況下，不需要相位器。另外，在上述實(shí)施方式中，作為等離子體處理裝置列舉有蝕刻處理裝置，但并不限于此，也能夠用于成膜處理、氧氮化膜處理、灰化處理等其它的等離子體處理。并且，被處理基板并不限于半導(dǎo)體晶片W，也可以是以LCD (液晶顯示器)用基板為代表的FPD (平板顯示器)基板、陶瓷基板等其它的基板。
權(quán)利要求
1.一種微波放射機(jī)構(gòu)，其在利用在腔室內(nèi)形成表面波等離子體進(jìn)行等離子體處理的等離子體處理裝置中，將由微波生成機(jī)構(gòu)生成的微波放射到腔室內(nèi)，所述微波放射機(jī)構(gòu)的特征在于，包括: 傳送路徑，其具有呈筒狀的外側(cè)導(dǎo)體和同軸地設(shè)置在所述外側(cè)導(dǎo)體中的內(nèi)側(cè)導(dǎo)體，該傳送路徑傳送微波； 天線，其將在所述微波傳送路徑中傳送來的微波經(jīng)由縫隙放射到所述腔室內(nèi)； 電介質(zhì)部件，其使從所述天線放射的微波透過，在其表面形成表面波；和直流電壓施加部件，其對由所述表面波生成表面波等離子體的等離子體生成區(qū)域施加正的直流電壓， 所述直流電壓施加部件對所述等離子體生成區(qū)域施加正的直流電壓，使得所述表面波等離子體擴(kuò)散。
2.如權(quán)利要求1所述的微波放射機(jī)構(gòu)，其特征在于: 所述直流電壓施加部件為插入到所述等離子體生成區(qū)域的直流電壓施加探針。
3.如權(quán)利要求1或2所述的微波放射機(jī)構(gòu)，其特征在于: 通過控制對所述直流電壓施加部件施加的直流電壓，來控制所述表面波等離子體的擴(kuò)散。
4.如權(quán)利要求1或2所述的微波放射機(jī)構(gòu)，其特征在于: 還具有使所述腔室內(nèi)的負(fù)載的阻抗與所述微波生成機(jī)構(gòu)的特性阻抗匹配的調(diào)諧器，所述調(diào)諧器具有:設(shè)置于所述微波傳送路徑的所述外側(cè)導(dǎo)體和所述內(nèi)側(cè)導(dǎo)體之間，沿所述內(nèi)側(cè)導(dǎo)體的長度方向能夠移動的由電介質(zhì)構(gòu)成的芯子；和使所述芯子移動的驅(qū)動機(jī)構(gòu)。
5.一種表面波等離子體處理裝置，其特征在于，包括: 收納被處理基板的腔室； 向所述腔室內(nèi)供給氣體的氣體供給機(jī)構(gòu)； 生成微波的微波生成機(jī)構(gòu)；和 將由所述微波生成機(jī)構(gòu)生成的微波放射到所述腔室內(nèi)的多個(gè)微波放射機(jī)構(gòu)， 所述微波放射機(jī)構(gòu)包括: 傳送路徑，其具有呈筒狀的外側(cè)導(dǎo)體和同軸地設(shè)置于所述外側(cè)導(dǎo)體中的內(nèi)側(cè)導(dǎo)體，該傳送路徑傳送微波； 天線，其將在所述微波傳送路徑中傳送來的微波經(jīng)由縫隙放射到所述腔室內(nèi)；和 電介質(zhì)部件，使從所述天線放射的微波透過，在其表面形成表面波， 所述表面波等離子體處理裝置利用從所述多個(gè)微波放射機(jī)構(gòu)放射的微波在所述腔室內(nèi)生成表面波等離子體，對被處理體實(shí)施等離子體處理， 所述多個(gè)微波放射機(jī)構(gòu)的至少之一具有對由所述表面波生成表面波等離子體的等離子體生成區(qū)域施加正的直流電壓的直流電壓施加部件， 所述直流電壓施加部件對所述等離子體生成區(qū)域施加正的直流電壓，使得所述表面波等離子體擴(kuò)散。
6.如權(quán)利要求5所述的表面波等離子體處理裝置，其特征在于: 所述直流電壓施加部件為插入到所述等離子體生成區(qū)域的直流電壓施加探針。
7.如權(quán)利要求5或6所述的表面波等離子體處理裝置，其特征在于:通過控制對所述直流電壓施加部件施加的直流電壓，來控制所述表面波等離子體的擴(kuò)散。
8.如權(quán)利要求5或6所述的表面波等離子體處理裝置，其特征在于: 在所述微波放射機(jī)構(gòu)的兩個(gè)以上分別設(shè)置有所述直流電壓施加部件，所述直流電壓施加部件分別獨(dú)立地被施加電 壓，獨(dú)立地對表面波等離子體的擴(kuò)散進(jìn)行控制。
全文摘要
本發(fā)明提供一種即便在微波的投入電力低的情況下、壓力高的情況下也能夠確保所期望的表面波等離子體的直徑的微波放射機(jī)構(gòu)和表面波等離子體處理裝置。微波放射機(jī)構(gòu)(43)包括傳送微波的傳送路徑(44)；將從微波傳送路徑(44)傳送來的微波經(jīng)由縫隙(81a)放射到腔室(1)內(nèi)的天線(81)；使從天線(81)放射的微波透過，在其表面形成表面波的電介質(zhì)部件(110b)；和對由表面波生成表面波等離子體的等離子體生成區(qū)域施加正的直流電壓的直流電壓施加部件(112)，直流電壓施加部件(112)對上述等離子體生成區(qū)域施加正的直流電壓，使得表面波等離子體擴(kuò)散。
文檔編號H01J37/32GK103227089SQ20131003965
公開日2013年7月31日 申請日期2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月31日
發(fā)明者池田太郎, 長田勇輝 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社