專(zhuān)利名稱(chēng)：等離子加工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一般的等離子加工裝置，更特定為有關(guān)例如半導(dǎo)體、液晶顯示元件及太陽(yáng)能電池等制造過(guò)程中所用的干法刻蝕裝置、成膜裝置及去膠(ashing)裝置之類(lèi)的等離子加工裝置。
背景技術(shù)：
近些年里，由于半導(dǎo)體或LCD(Liquid Crystal Display液晶顯示器)等FPD(Flat Panel Display平板顯示器)等制造用的基板面積越來(lái)越大，所以正在研發(fā)處理大面積基板的等離子加工裝置。尤其是在FPD的制造裝置中，正在開(kāi)始研發(fā)以尺寸大于等于1m見(jiàn)方的基板為對(duì)象的裝置。而且在利用等離子加工裝置對(duì)如此大型的基板進(jìn)行精細(xì)加工及成膜等情況下，如何保持等離子的均勻性、以及加工及成膜等工藝的均勻性上都存在著問(wèn)題。
關(guān)于等離子及工藝均勻性、以及可控性，與現(xiàn)有主要使用的電容耦合型等離子加工裝置相比，其比較結(jié)果顯示使用電感耦合型或微波區(qū)域的頻率(頻率＝100MHz至10GHz)的電源的等離子加工裝置較好。這是由于這些等離子加工裝置采用能獨(dú)立控制等離子源的電功率和基板偏置的電功率的結(jié)構(gòu)。由此，因能方便地控制工藝，所以，目前現(xiàn)狀是廣泛應(yīng)用這些等離子加工裝置。
其中，在使用微波頻域的電源的等離子加工裝置中，大多采用以下的結(jié)構(gòu)，即將用波導(dǎo)管或同軸電纜引導(dǎo)的微波的能量通過(guò)兼作縫隙天線(xiàn)和真空密封用的介質(zhì)引入處理室內(nèi)部。
在處理大型基板的等離子加工裝置中，在縫隙天線(xiàn)上通常設(shè)置多個(gè)縫隙。設(shè)置該多個(gè)縫隙的中心位置和相互間的間隔與能否將來(lái)自電源的微波的能量有效地引入處理室有很大的關(guān)系。
作為有關(guān)設(shè)置該縫隙的位置而揭示的已有文獻(xiàn)有特開(kāi)平11-121196號(hào)公報(bào)及特開(kāi)平10-241892號(hào)公報(bào)。圖8示出特開(kāi)平11-121196號(hào)公報(bào)中揭示的微波等離子處理裝置的剖面圖。
參照?qǐng)D8，在內(nèi)部規(guī)定為處理室102的反應(yīng)器101的上部設(shè)置由介質(zhì)組成的密封板104。密封板104的上表面被罩蓋構(gòu)件110覆蓋。在罩蓋構(gòu)件110的上表面設(shè)置將微波引入處理室102用的波導(dǎo)管型天線(xiàn)部112。波導(dǎo)管型天線(xiàn)部112通過(guò)波導(dǎo)管121與產(chǎn)生微波振蕩的微波振蕩器120連接。做成直線(xiàn)狀的波導(dǎo)管型天線(xiàn)部112的一端接波導(dǎo)管121。做成圓弧形的波導(dǎo)管型天線(xiàn)部112的另一端在反應(yīng)器101的上方形成封閉的端部。在罩蓋構(gòu)件110上設(shè)置在與波導(dǎo)管型天線(xiàn)部112相對(duì)的位置處開(kāi)口的多個(gè)縫隙115。
由微波振蕩器120振蕩的微波在波導(dǎo)管型天線(xiàn)部112的內(nèi)部和來(lái)自波導(dǎo)管型天線(xiàn)部112的端部的反射波疊加。由此，在波導(dǎo)管型天線(xiàn)部112的內(nèi)部產(chǎn)生駐波?？p隙115設(shè)在離波導(dǎo)管型天線(xiàn)部112的端部n·λg/2(n為自然數(shù)、λg為微波波長(zhǎng))的位置。
圖9為表示特開(kāi)平10-241892號(hào)公報(bào)揭示的等離子處理裝置的剖面圖。參照?qǐng)D9，等離子處理裝置220具有由腔室221規(guī)定的處理室222、和位于處理室222上方的等離子生成室226。在離開(kāi)腔室221的位置上設(shè)置產(chǎn)生微波振蕩的振蕩器229。在等離子生成室226的上方設(shè)置波導(dǎo)管230。波導(dǎo)管230的一端接振蕩器229，波導(dǎo)管230的另一端做成反射微波的短路面230a。波導(dǎo)管230的另一端設(shè)置形成圖中未示出的縫隙天線(xiàn)的頂板231。在頂板231的下方設(shè)置由介質(zhì)形成的微波透過(guò)窗口233。微波透過(guò)窗口233安裝在規(guī)定為等離子生成室226的外壁的安裝部234上。
在微波透過(guò)窗口233中，由微波向著安裝部234的入射波和微波被安裝部234反射的反射波形成合成波。根據(jù)W＝λSW/2×n(λSW為微波波長(zhǎng)、n為整數(shù))的關(guān)系，決定微波透過(guò)窗口233的寬度W。另外，縫隙天線(xiàn)設(shè)置在離微波透過(guò)窗口233的端部隔開(kāi)λSW/2的位置。
在特開(kāi)平11-121196號(hào)公報(bào)揭示的微波等離子處理裝置中，微波振蕩器120振蕩的微波靠波導(dǎo)管型天線(xiàn)112引導(dǎo)至處理室102。其后，從縫隙115到達(dá)密封板104的微波向處理室102輻射。但是，對(duì)于設(shè)置縫隙115的位置只考慮沿波導(dǎo)管型天線(xiàn)部112傳播的微波波長(zhǎng)，至于密封板104則絲毫未作考慮。由此產(chǎn)生的問(wèn)題是由于密封板104的形狀及形成密封板104的介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)的原因，無(wú)法高效地將微波引入處理室102。
另外，在特開(kāi)平10-241892號(hào)公報(bào)揭示的等離子處理裝置220中，振蕩器229振蕩的微波靠波導(dǎo)管230引向等離子生成室226一側(cè)。此后，從縫隙天線(xiàn)到達(dá)微波透過(guò)窗口233的微波被引入等離子生成室226。但對(duì)于設(shè)置縫隙天線(xiàn)的位置，完全沒(méi)有考慮到波導(dǎo)管230的形狀等。因此，產(chǎn)生的問(wèn)題是由于波導(dǎo)管230的形狀的原因，無(wú)法高效地將微波引入等離子生成室226。另外，離微波透過(guò)窗口233的端部隔開(kāi)λSW/2設(shè)置的縫隙天線(xiàn)的位置作為高效地引入微波用的位置也是不適合的。
因此，本發(fā)明是為解決上述問(wèn)題而提出的，其目的在于提供一種通過(guò)提高穿過(guò)縫隙天線(xiàn)開(kāi)口部的微波傳播效率、從而能將微波的能量高效地引入處理室的等離子加工裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本申請(qǐng)的等離子加工裝置包括利用等離子進(jìn)行處理用的處理室；具有靠諧振形成微波的第1駐波的內(nèi)部空間、并將微波引向處理室的微波引入單元；為了對(duì)處理室內(nèi)輻射微波而在處理室和微波引入單元之間面向內(nèi)部空間設(shè)置的、并在內(nèi)部靠諧振形成微波的第2駐波的介質(zhì)；及設(shè)置成覆蓋介質(zhì)面向內(nèi)部空間一側(cè)的縫隙天線(xiàn)?？p隙天線(xiàn)具有讓微波從內(nèi)部空間通向介質(zhì)用的開(kāi)口部。開(kāi)口部設(shè)置成大致位于將形成第1駐波波腹的位置對(duì)于縫隙天線(xiàn)垂直地投影的地點(diǎn)和將形成第2駐波波腹的位置對(duì)于縫隙天線(xiàn)垂直地投影的地點(diǎn)一致的地點(diǎn)。
根據(jù)這樣構(gòu)成的等離子加工裝置，在與第1及第2駐波波腹相當(dāng)?shù)奈恢锰幮纬煽p隙天線(xiàn)的開(kāi)口部。所謂駐波波腹系指微波的電場(chǎng)強(qiáng)度變成極大的部分，所謂駐波波節(jié)系指微波的電場(chǎng)強(qiáng)度變成極小的部分。駐波波腹和波節(jié)按照規(guī)定的間隔(微波波長(zhǎng)的1/4的間隔)交替出現(xiàn)。因此，在微波通過(guò)開(kāi)口部從內(nèi)部空間向介質(zhì)傳播之際，能使微波沿一定方向保持傳播方向不變前進(jìn)。通過(guò)這樣，提高微波的傳播效率，能高效地將微波的能量引入處理室。
另外，最好開(kāi)口部按照間隔d設(shè)置多個(gè)。在形成第1駐波的內(nèi)部空間中微波波長(zhǎng)為λp、在形成第2駐波的內(nèi)部空間中微波波長(zhǎng)為λq的場(chǎng)合，開(kāi)口部的間隔d滿(mǎn)足d＝m·λp/2(m為自然數(shù))及d＝n·λq/2(n為自然數(shù))的關(guān)系。根據(jù)這樣構(gòu)成的等離子加工裝置，在第1駐波及第2駐波的各個(gè)駐波中，駐波波腹每隔λp/2及λq/2出現(xiàn)一次。因此，在求出滿(mǎn)足m·λp/2＝n·λq/2的關(guān)系的自然數(shù)m及n后，根據(jù)該m及n決定設(shè)置開(kāi)口部的間隔d。然后，通過(guò)每隔間隔d設(shè)置開(kāi)口部，能將開(kāi)口部定位于與駐波波腹相當(dāng)?shù)奈恢谩?br> 另外，最好在將設(shè)置開(kāi)口部的同一地點(diǎn)投影的形成第1及第2駐波波腹的位置處，第1及第2駐波的電場(chǎng)方向大致相同。根據(jù)這樣構(gòu)成的等離子加工裝置，在多個(gè)開(kāi)口部中的任何開(kāi)口部中，由于也能減少電場(chǎng)方向的變化，所以能將反射波抑制在最低限度。通過(guò)這樣，能更加高效地將微波的能量引入處理室。


圖1為表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的等離子加工裝置的剖面圖。
圖2為沿圖1中的II-II線(xiàn)的剖面圖。
圖3為表示在實(shí)施方式1的仿真中、在內(nèi)部空間及介質(zhì)中形成的駐波的電場(chǎng)強(qiáng)度的剖面圖。
圖4為表示在比較用的仿真中、在內(nèi)部空間及介質(zhì)中形成的駐波和縫隙間的位置關(guān)系用的示意圖。
圖5為表示在比較用的仿真中、在內(nèi)部空間及介質(zhì)中形成的駐波和縫隙間的位置關(guān)系用的其它的示意圖。
圖6為表示在比較用的仿真中、在內(nèi)部空間及介質(zhì)中形成的駐波和縫隙間的位置關(guān)系用的又一其它的示意圖。
圖7為表示在實(shí)施方式2的仿真中、在內(nèi)部空間及介質(zhì)中形成的駐波的電場(chǎng)強(qiáng)度的剖面圖。
圖8為表示特開(kāi)平11-121196號(hào)公報(bào)揭示的微波等離子處理裝置的剖面圖。
圖9為表示特開(kāi)平10-241892號(hào)公報(bào)揭示的微波等離子處理裝置的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
(實(shí)施方式1)本實(shí)施方式中，設(shè)沿圖1的紙面展開(kāi)的平面為X-Z平面，沿圖2的紙面展開(kāi)的平面為Y-Z平面，以下對(duì)等離子加工裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。
參照?qǐng)D1及圖2，等離子加工裝置包括在上表面有開(kāi)口、在內(nèi)部規(guī)定為處理室13的加工室本體2；設(shè)置在加工室本體2的上面的室蓋1；設(shè)在室蓋1上的介質(zhì)5；以及縫隙天線(xiàn)6和引入波導(dǎo)管4。
在處理室13中，設(shè)置隔著絕緣體12安裝在加工室本體2上的基板保持臺(tái)7。在基板保持器7的頂面放置在處理室13內(nèi)進(jìn)行等離子處理的基板9。在室蓋1和加工室本體2之間的接觸部分上設(shè)置確保密封用的墊圈10。處理室13與圖中未示出的真空泵連接。
在室蓋1上，在隔著規(guī)定間隔的位置處形成多個(gè)開(kāi)口1a分別呈矩形的開(kāi)口。開(kāi)口1a沿X軸方向并排形成4個(gè)，沿Y軸方向并排形成2個(gè)。在各開(kāi)口1a處，通過(guò)密封用的墊圈11將板狀的介質(zhì)5嵌入。介質(zhì)5由氧化鋁(Al2O3)形成。
設(shè)置介質(zhì)5的目的在于將處理室13真空密封、及傳播微波。通過(guò)圖中未示出的真空泵的工作，能使處理室13保持在10-4(Pa)至10-5(Pa)左右的真空狀態(tài)。室蓋1上設(shè)置引入加工氣體用的氣體引入通路14。
再有，雖然圖中未示出，但為了讓溫度保持一定，將溫度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)置在室蓋1、加工室本體2、及基板保持器7上。
在介質(zhì)5的頂面即在和面向處理室13的面相反一側(cè)的面上，設(shè)置縫隙天線(xiàn)6?？p隙天線(xiàn)6延伸并覆蓋介質(zhì)5的整個(gè)頂面。在縫隙天線(xiàn)6上形成多個(gè)沿Y軸方向延伸并開(kāi)口的縫隙6a。
在縫隙天線(xiàn)6上設(shè)置引入波導(dǎo)管4。引入波導(dǎo)管4在與縫隙天線(xiàn)6上形成的縫隙6a面對(duì)面的位置上規(guī)定了內(nèi)部空間20。內(nèi)部空間20具有X軸方向短、Y軸方向長(zhǎng)而延伸的形狀。在引入波導(dǎo)管4上設(shè)置連通內(nèi)部空間20的波導(dǎo)管3。波導(dǎo)管3通過(guò)圖中未示出的微波立體回路與同樣圖中未示出的磁控管連接。微波立體回路由隔離器、自動(dòng)匹配器、及符合JIS標(biāo)準(zhǔn)等的直波導(dǎo)管、角形波導(dǎo)管、錐形波導(dǎo)管及分叉波導(dǎo)管等構(gòu)成。
設(shè)想將圖1及圖2示出的等離子加工裝置作為干法刻蝕裝置使用的情形，以下將繼續(xù)進(jìn)行說(shuō)明。
由圖中未示出的磁控管振蕩產(chǎn)生的例如2.45(GHz)的微波通過(guò)圖中未示出的微波立體回路到達(dá)波導(dǎo)管3，再?gòu)牟▽?dǎo)管3進(jìn)入內(nèi)部空間20的微波通過(guò)縫隙天線(xiàn)6上形成的縫隙6a傳向介質(zhì)5。然后，微波從介質(zhì)5向處理室13輻射。
向處理室13輻射的微波將能量供給從氣體引入通路14引入的由CF4、Cl2、O2、或Ar、或者它們的混合氣體組成的加工氣體。由此，加工氣體成為等離子體(電離氣體)。該等離子體在對(duì)放置在基板保持臺(tái)7上的基板9(例如，在玻璃基板上形成由Al等的金屬膜或絕緣體膜等組成的單層膜或?qū)盈B膜，再在其上設(shè)置形成布線(xiàn)或接觸孔用的抗蝕劑膜)進(jìn)行刻蝕時(shí)使用。
通常，被處理物即基板面積越大，將加工氣體等離子化所需的能量亦就越大。因此，在對(duì)具有比1m見(jiàn)方的方形面積大的大面積基板進(jìn)行處理時(shí)，整個(gè)等離子加工裝置全部的電源輸出功率需要幾(kW)至幾十(kW)。因此，盡可能效率高地將微波的能量引入處理室13就十分重要。
尤其在引入的微波頻率高的情況下，例如設(shè)微波的頻率為2.4(GHz)時(shí)，自由空間中微波波長(zhǎng)為122mm。這時(shí)，微波波長(zhǎng)比基板的尺寸短。因而，在使用頻率為GHz等級(jí)的微波時(shí)，波導(dǎo)管的尺寸、設(shè)置縫隙的位置及間隔、介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)及介質(zhì)的尺寸等在適當(dāng)?shù)乜刂莆⒉ǖ膫鞑ヌ匦约肮に嚨木鶆蛐陨铣蔀榉浅Ｖ匾囊蛩亍?br> 也就是說(shuō)，將微波引入到處理室13之前通過(guò)的引入波導(dǎo)管4及介質(zhì)5變成諧振器，在內(nèi)部空間20及介質(zhì)5的內(nèi)部形成微波的駐波。在設(shè)微波波長(zhǎng)為λ時(shí)，在駐波上每隔λ/2出現(xiàn)一次電場(chǎng)強(qiáng)度為極小的波節(jié)。從波節(jié)開(kāi)始在隔開(kāi)λ/4的位置上每隔λ/2出現(xiàn)一次電場(chǎng)強(qiáng)度為極大的波腹。內(nèi)部空間20的端部及介質(zhì)5的端部因?yàn)槌蔀殡妶?chǎng)的固定端，所以一定成為駐波波節(jié)。
引入波導(dǎo)管4及介質(zhì)5的形狀以及介質(zhì)5的相對(duì)介電常數(shù)這樣決定，使得在將形成于內(nèi)部空間20的駐波波腹位置對(duì)縫隙天線(xiàn)6垂直地投影的地點(diǎn)、和形成于介質(zhì)5的駐波波腹位置對(duì)縫隙天線(xiàn)6垂直地投影的地點(diǎn)間，存在一致的地點(diǎn)。這時(shí)，形成于內(nèi)部空間20及介質(zhì)5的駐波波腹位置可以利用將引入波導(dǎo)管4及介質(zhì)5的形狀、以及介質(zhì)5的相對(duì)介電常數(shù)作為參數(shù)的計(jì)算機(jī)仿真來(lái)求出。
縫隙6a形成在位于內(nèi)部空間20中形成的駐波波腹位置對(duì)縫隙天線(xiàn)6垂直地投影的地點(diǎn)、和介質(zhì)5中形成的駐波波腹位置對(duì)縫隙天線(xiàn)6垂直地投影的地點(diǎn)一致的地點(diǎn)。即，在位于內(nèi)部空間20中形成的駐波波腹的正下方、再在位于介質(zhì)5中形成的駐波波腹正上方的縫隙天線(xiàn)6上的地點(diǎn)形成縫隙6a。
在將縫隙6a定位于這樣的位置上時(shí)，由于微波的駐波每隔λ/2有一個(gè)波腹，所以能將設(shè)置縫隙6a的間隔d表示為d＝m·λp/2＝n·λq/2(m及n為滿(mǎn)足本式的關(guān)系的任意的自然數(shù)、λp為形成于內(nèi)部空間20的微波波長(zhǎng)、λq為形成于介質(zhì)5的微波波長(zhǎng))。
按照本發(fā)明的實(shí)施方式1的等離子加工裝置具有用等離子體進(jìn)行處理用的處理室13；有利用諧振形成微波的第1駐波的內(nèi)部空間20、并作為將微波引向處理室13的微波引入單元的引入波導(dǎo)管4；為了使微波向處理室13內(nèi)輻射在處理室13和引入波導(dǎo)管4之間面向內(nèi)部空間20設(shè)置的、并利用諧振在內(nèi)部形成微波的第2駐波的介質(zhì)5；以及有作為讓微波從內(nèi)部空間20通向介質(zhì)5用的開(kāi)口部的縫隙6a、并設(shè)置成覆蓋介質(zhì)5的面向內(nèi)部空間20的一側(cè)的縫隙天線(xiàn)6?？p隙6a設(shè)置成大致位于將形成第1駐波波腹位置對(duì)縫隙天線(xiàn)6垂直投影的地點(diǎn)和形成第2駐波波腹位置對(duì)縫隙天線(xiàn)6垂直投影的地點(diǎn)一致的地點(diǎn)。
縫隙6a按照間隔d設(shè)置多個(gè)。在形成第1駐波的內(nèi)部空間20中的微波波長(zhǎng)為λp、在形成第2駐波的介質(zhì)5中的微波波長(zhǎng)為λq時(shí)，間隔d滿(mǎn)足d＝n·λp/2(n為自然數(shù))及d＝m·λq/2(m為自然數(shù))的關(guān)系。
根據(jù)這樣構(gòu)成的等離子加工裝置，微波的能量能高效地引入處理室。即，由于在內(nèi)部空間20在形成駐波波腹的位置的正下方為磁場(chǎng)變大的地點(diǎn)，通過(guò)在該地點(diǎn)設(shè)縫隙6a，從而能在縫隙6a的周?chē)袘?yīng)出大電流。而且利用這一電流從縫隙6a感應(yīng)出大磁場(chǎng)。另外，微波等波動(dòng)基本上是筆直傳播的其傳播效率高，反之在波動(dòng)彎曲傳播時(shí)，由于在彎曲處產(chǎn)生反射波，傳播效率就降低。本實(shí)施方式中，形成縫隙6a的地點(diǎn)由于也是在介質(zhì)5形成駐波波腹的位置之正上方，所以在微波通過(guò)縫隙6a從內(nèi)部空間20進(jìn)入介質(zhì)5時(shí)，能使微波筆直地傳播。通過(guò)這樣，能抑制傳播時(shí)微波能量的損耗?；谝陨系睦碛桑瑥亩芴岣呶⒉ǖ膫鞑バ?，能高效地將微波的能量引入處理室13。
以下，為了實(shí)際設(shè)計(jì)本實(shí)施方式的等離子加工裝置，進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真。
首先，其構(gòu)成為設(shè)從圖中未示出的磁控管振蕩產(chǎn)生的微波利用JIS波導(dǎo)管為T(mén)E(1、0)模式的單一模式，通過(guò)直波導(dǎo)管、角形波導(dǎo)管、錐形波導(dǎo)管及分叉波導(dǎo)管等，能以TE(1、0)模式的單一模式傳播微波。然后，能將該TE(1、0)模式的單一模式高效地變換成其它模式，將微波引入處理室13。
還有，TE(s、t)模式時(shí)的s及t表示波的模式。所謂TE波(TransverseElectric Wave橫電波)系指只在電場(chǎng)方向與電磁波的前進(jìn)方向(例如Z軸方向)垂直的平面(例如X-Y平面)上存在的波。s表示示出該電場(chǎng)方向的一個(gè)方向(例如X軸方向)分量的模式，t表示與用s示出的方向垂直方向(例如Y軸方向)分量的模式。TE(1、0)模式表示能利用方形(矩形)波導(dǎo)管傳播的基波，s及t的值越大，就越成為高次諧波模式。
首先，將引入波導(dǎo)管4設(shè)計(jì)成內(nèi)部空間20的大小為16mm(X軸方向)、530mm(Y軸方向)、100mm(Z軸方向)。通過(guò)這樣，引入波導(dǎo)管4起到將TE(1、0)模式的微波變換成TE(7、0)模式的微波的模式變換器的作用。
圖3為表示將圖2示出的內(nèi)部空間20附近的剖面放大后的圖，部分詳細(xì)的形狀被省略。
參照?qǐng)D3，通過(guò)進(jìn)行電磁場(chǎng)仿真，從而求出形成于內(nèi)部空間20的微波的駐波的電場(chǎng)強(qiáng)度分布。圖中近似圓形的線(xiàn)為表示駐波的電場(chǎng)強(qiáng)度的等高線(xiàn)，越靠近近似圓形的中心，表示電場(chǎng)強(qiáng)度越強(qiáng)。畫(huà)在近似圓形的中心的記號(hào)表示電場(chǎng)的方向，中心處涂黑的圓形記號(hào)表示從紙面向面前的方向，打叉的圓形記號(hào)表示從紙面向里的方向。
在內(nèi)部空間20中形成Y軸方向的波長(zhǎng)λp約為154mm的微波的駐波。通過(guò)這樣，在設(shè)內(nèi)部空間20的Y軸方向上的中心為Y坐標(biāo)的0時(shí)，Y坐標(biāo)在-226mm、-149mm、-72mm、0、72mm、149mn、226mm的位置上形成駐波波腹A7至G7。還有，從駐波波腹C7至D7的距離和從駐波波腹D7至E7的距離變得比其它相鄰的駐波波腹間的距離小的原因是，內(nèi)部空間20在Y坐標(biāo)0的上方與波導(dǎo)管3連通，在彎曲部產(chǎn)生反射波，使波產(chǎn)生變形。
表1表示縫隙6a對(duì)于內(nèi)部空間20中形成的駐波波腹的位置的配置例子。
表1

參照表1，設(shè)相鄰的縫隙6a的間隔d為d＝m·λp/2，表示使m＝1、2、3變化時(shí)的縫隙6a的配置例子。例如，m＝1時(shí)，能夠在從內(nèi)部空間20中形成駐波波腹A7～G7的位置對(duì)縫隙天線(xiàn)6垂直地投影的地點(diǎn)形成縫隙6a。
參照?qǐng)D3，本仿真中，由于介質(zhì)5的面積一大，在強(qiáng)度方面就存在問(wèn)題，所以，以Y坐標(biāo)的0為中心將兩塊介質(zhì)5p及5q對(duì)稱(chēng)配置。作為形成介質(zhì)5p及5q的材料，可以用相對(duì)介電常數(shù)9左右的氧化鋁(Al2O3)。另外假設(shè)設(shè)置縫隙6a的間隔d為d＝λp/2，在位于除D7外的駐波波腹A7、B7、C7、E7、F7及G7正下方的縫隙天線(xiàn)6上的地點(diǎn)處設(shè)置縫隙6a。
在位于駐波波腹D7的正下方的縫隙天線(xiàn)6上的地點(diǎn)處不設(shè)縫隙6a的理由之一為在駐波波腹D7的上方設(shè)置將微波引入內(nèi)部空間20中用的波導(dǎo)管3。在這樣的位置上設(shè)縫隙6a時(shí)，會(huì)對(duì)在內(nèi)部空間20前進(jìn)方向改變90度后傳播的微波的傳播特性產(chǎn)生相當(dāng)大的影響。另外，其它的理由是為了支持介質(zhì)5p及5q分開(kāi)的部分而想利用位于駐波波腹D7正下方的縫隙天線(xiàn)6。
本仿真中的等離子加工裝置的結(jié)構(gòu)由于是以Y坐標(biāo)的0為中心左右對(duì)稱(chēng)，故以后主要以Y坐標(biāo)大于等于0的區(qū)域進(jìn)行說(shuō)明。
被空氣占據(jù)的內(nèi)部空間20的相對(duì)介電常數(shù)為1左右。所以，形成于內(nèi)部空間20的微波波長(zhǎng)λp比形成于介質(zhì)5p的內(nèi)部的微波波長(zhǎng)λq要長(zhǎng)。由于內(nèi)部空間20中微波波長(zhǎng)λp已定，所以通過(guò)取介質(zhì)5p的微波波長(zhǎng)λq為λp的整數(shù)/整數(shù)倍，從而容易使形成駐波波腹的位置一致。這里，先對(duì)介質(zhì)5p中的微波波長(zhǎng)λq為λp的1/2、即77mm那樣的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。
表2表示對(duì)于內(nèi)部空間20中的駐波波腹D7至G7、在介質(zhì)5p上設(shè)置駐波波腹的位置的研究例子。
表2

參照表2，表示形成于內(nèi)部空間20的駐波波腹D7至G7的位置的Y坐標(biāo)、在該位置上有無(wú)縫隙6a、及在介質(zhì)5p中設(shè)置駐波波腹的位置的研究例子。
研究例子之1為在介質(zhì)5p中發(fā)生TE(5、t)(t為整數(shù))模式的微波的情況，研究例子之2-1及之2-2為在介質(zhì)5p中發(fā)生TE(6、t)(t為整數(shù))模式的微波的情況，研究例子之3為在介質(zhì)5p中發(fā)生TE(7、t)(t為整數(shù))模式的微波的情況。例如，在比較例之3中，在介質(zhì)5p中形成駐波波腹a7至g7。
為了對(duì)設(shè)置在處理室13中的基板9均勻地進(jìn)行處理，最好介質(zhì)5p的面積要大。所以采用研究例子之3，嘗試決定介質(zhì)5p的形狀及相對(duì)介電常數(shù)用的仿真。
具體為參照?qǐng)D2及圖3，通過(guò)在Y坐標(biāo)0的位置處設(shè)梁1b，支撐介質(zhì)5p及5q分開(kāi)的部分。在強(qiáng)度上判斷面向縫隙天線(xiàn)6一側(cè)的梁1b的寬度C所要的長(zhǎng)度大于等于10mm。如設(shè)想在內(nèi)部空間20中形成駐波波腹E7的Y坐標(biāo)72mm的位置處形成介質(zhì)5中的駐波波腹b7，在該Y坐標(biāo)72mm的位置處設(shè)置縫隙6a，則從該縫隙6a至面向介質(zhì)5q的介質(zhì)5p的端部為止的距離要取小于等于67mm。由于從駐波波腹b7至d7的距離為77mm，故介質(zhì)5p的Y軸方向的最大長(zhǎng)度為288mm。
另外，為了加大介質(zhì)5p的面積，最好介質(zhì)5p的寬度(X軸方向的長(zhǎng)度)也大，但要考慮到X軸方向上與相鄰的介質(zhì)間的設(shè)置間隔等的制約。再有，由于處理室13在真空或低壓的狀態(tài)下為高溫，故為了防止介質(zhì)5p的損壞，還要使介質(zhì)5p具有一定程度的厚度。此外，由于將介質(zhì)5p支撐在形成于室蓋1的開(kāi)口1a上，所以采用將介質(zhì)5p的底下部分切去一部分的形狀。為此，也要考慮因這一形狀的影響而造成的局部的微波波長(zhǎng)變化。
基于以上的內(nèi)容，對(duì)于在介質(zhì)5p中形成的駐波模式為T(mén)E(7、0)、TE(7、1)、TE(7、2)等的介質(zhì)5p的形狀進(jìn)行了電磁場(chǎng)仿真。此時(shí)，通過(guò)輸入引入波導(dǎo)管4、縫隙天線(xiàn)6、縫隙6a及介質(zhì)5p的形狀、以及介質(zhì)5p的相對(duì)介電常數(shù)，從而獲得有關(guān)微波的電場(chǎng)強(qiáng)度及方向的分布。
通過(guò)對(duì)某幾種電磁場(chǎng)仿真的研究，選出一種合適的介質(zhì)5p的形狀。即，介質(zhì)5p的大小為283mm(Y軸方向)、80mm(X軸方向)、15mm(Z軸方向)。
另外，只改變縫隙6a的位置另作電磁場(chǎng)仿真。其結(jié)果可知，形成于介質(zhì)5p的駐波模式幾乎與縫隙6a的位置無(wú)關(guān)，大致為T(mén)E(7、1)模式。另外，形成于介質(zhì)5p的微波波長(zhǎng)約為77mm。即可知，在內(nèi)部空間20形成的駐波波腹以約77mm的間隔出現(xiàn)，在介質(zhì)5p形成的駐波波腹以約39mm的間隔出現(xiàn)。
因此，在根據(jù)內(nèi)部空間20及介質(zhì)5p的兩者中形成駐波波腹的位置考慮設(shè)置較多的縫隙6a時(shí)，可以在Y坐標(biāo)72mm、149mm、226mm的位置處設(shè)置縫隙6a。而在整個(gè)縫隙天線(xiàn)6上在Y坐標(biāo)-226mm、-149mm、-72mm、72mm、149mm、226mm的位置處設(shè)置縫隙6a。
縫隙6a的Y軸方向長(zhǎng)度會(huì)對(duì)微波向處理室13輻射的輻射量產(chǎn)生影響。所以，通過(guò)進(jìn)行仿真，決定縫隙6a的Y軸方向長(zhǎng)度，使得從縫隙6a的各條縫隙向處理室13輻射的微波的輻射量大致均勻。
在具有通過(guò)以上的仿真得到的形狀的等離子加工裝置中，試著對(duì)實(shí)際的電場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量。其結(jié)果可以確認(rèn)微波的能量能有效地引入處理室13。
另外，介質(zhì)5中的微波波長(zhǎng)約78mm，其值與仿真給出的介質(zhì)中的微波波長(zhǎng)稍有不同。但是，例如，在使形成于內(nèi)部空間20的駐波波腹F7的位置和形成于介質(zhì)5p的駐波波腹d7的位置一致的情況下，位于其兩側(cè)的駐波波腹的位置誤差為1mm左右。此值與微波波長(zhǎng)比可以說(shuō)非常短。此外，如考慮到縫隙6a以某種程度的大小(Y軸方向的長(zhǎng)度)形成，則若是這種程度的誤差，就可以認(rèn)為對(duì)微波的傳播效率幾乎無(wú)多大的影響。
通過(guò)在根據(jù)上述的設(shè)計(jì)方針決定的位置上設(shè)置具有規(guī)定大小的縫隙6a，從而能高效地將微波的能量引入處理室13。通過(guò)這樣，能構(gòu)成放寬可生成等離子體的條件(壓力范圍等)、還能以更少的功率生成等離子體的等離子加工裝置。
再有，引入波導(dǎo)管4及介質(zhì)5的尺寸以及縫隙6a的數(shù)量等是按照等離子加工裝置的尺寸相應(yīng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，但并不限于上述的值。另外，是在引入波導(dǎo)管4的E面(方形波導(dǎo)管的與電場(chǎng)平行的面)設(shè)置的縫隙，但即使在引入波導(dǎo)管4的H面(方形波導(dǎo)管上與磁場(chǎng)平行的面)設(shè)置縫隙，也能取得同樣的效果。這是由于內(nèi)部空間20中的微波波長(zhǎng)沒(méi)有變化。
另外，作為形成介質(zhì)5的材料，也可以用AlN或SiO2等介質(zhì)。通過(guò)選擇形成介質(zhì)5的材料，能改變介質(zhì)5的相對(duì)介電常數(shù)。另外，在以氧化鋁為主要組分形成介質(zhì)5時(shí)，通過(guò)改變氧化鋁的組分比或副組分的組成，也能調(diào)整介質(zhì)5的相對(duì)介電常數(shù)。通過(guò)這樣，即使介質(zhì)5的形狀及大小相同，通過(guò)選擇有規(guī)定的相對(duì)介電常數(shù)的介質(zhì)為介質(zhì)5的材料，也能使介質(zhì)5中的微波波長(zhǎng)為所要的值。因此，能夠提高設(shè)計(jì)等離子加工裝置時(shí)的自由度。另外，通過(guò)將介質(zhì)填入內(nèi)部空間20，能適當(dāng)調(diào)整內(nèi)部空間20的相對(duì)介電常數(shù)。在這種情況下，能使設(shè)計(jì)等離子加工裝置時(shí)的自由度進(jìn)一步提高。
另外，以上是對(duì)一處的內(nèi)部空間20在兩個(gè)部位設(shè)置介質(zhì)5的情況進(jìn)行了說(shuō)明，但依照上述的設(shè)計(jì)方針，只要設(shè)置縫隙6a，就可不管介質(zhì)5的數(shù)量，能夠構(gòu)成微波的傳播效率極佳的等離子加工裝置。
另外，本實(shí)施方式中，是對(duì)將等離子加工裝置作為干法刻蝕裝置使用的情況進(jìn)行了說(shuō)明，但由于本發(fā)明是一種用縫隙天線(xiàn)將微波高效地向處理室輻射的技術(shù)，所以能適用于成膜裝置及去膠裝置等進(jìn)行等離子處理的所有等離子加工裝置。
以下，為了確認(rèn)按照本實(shí)施方式的等離子加工裝置的效果，進(jìn)行用于比較的仿真。在用于比較的仿真中，通過(guò)改變形成于內(nèi)部空間20及介質(zhì)5中的駐波和縫隙6a間的位置關(guān)系，對(duì)各個(gè)位置關(guān)系中的微波傳播效率進(jìn)行比較。
參照?qǐng)D4，使在內(nèi)部空間20和介質(zhì)5中形成的駐波波節(jié)位置一致，在該位置上設(shè)置縫隙6a。這時(shí)，微波的傳播效率成為極低的值。可以認(rèn)為在進(jìn)入縫隙6a之際，微波的大部分能量被縫隙天線(xiàn)6反射。
參照?qǐng)D5，將縫隙6a設(shè)在形成于內(nèi)部空間20中的駐波波腹位置上，但又將縫隙6a設(shè)在形成于介質(zhì)5中的駐波波節(jié)位置上。此時(shí)，微波的傳播效率成為遠(yuǎn)比依照本實(shí)施方式的仿真結(jié)果低的值，但成為比圖4示出的仿真結(jié)果高的值。可以認(rèn)為這是由于雖然微波的能量能高效地從內(nèi)部空間20向縫隙6a傳播，但在從縫隙6a進(jìn)入介質(zhì)5之際，微波的大部分能量被反射。
參照?qǐng)D6，將縫隙6a設(shè)在形成于內(nèi)部空間20中的駐波波腹位置上，但又將縫隙6a在稍偏離形成于介質(zhì)5中的駐波波腹及波節(jié)位置上形成。此時(shí)，微波的傳播效率雖然成為遠(yuǎn)比依照本實(shí)施方式的仿真結(jié)果低的值，但成為比圖4及圖5示出的仿真結(jié)果高的值?？梢哉J(rèn)為這是由于和圖5示出的情況一樣，在從縫隙6a進(jìn)入介質(zhì)5之際，微波的能量被反射，但該反射量比圖5示出的情況小。
(實(shí)施方式2)實(shí)施方式2的等離子加工裝置具有基本上和實(shí)施方式1的等離子加工裝置同樣的構(gòu)成。但實(shí)施方式2的等離子加工裝置中，在形成于內(nèi)部空間20及介質(zhì)5的內(nèi)部、并隔著相同的縫隙6a的位置的駐波波腹處設(shè)置縫隙6a，使得電場(chǎng)方向相同。
按照本發(fā)明實(shí)施方式2的等離子加工裝置，在形成將設(shè)置縫隙6a的同一地點(diǎn)投影的第1及第2駐波波腹的位置處，第1及第2駐波的電場(chǎng)方向大致相同。
根據(jù)這樣構(gòu)成的等離子加工裝置，由于在多個(gè)開(kāi)口部中無(wú)論哪個(gè)開(kāi)口部都能使電場(chǎng)方向的變化減小，所以能將反射波抑制在最低限度。通過(guò)這樣，能更有效地將微波的能量引入處理室13。
以下，為了實(shí)際地設(shè)計(jì)本實(shí)施方式的等離子加工裝置，進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真。圖7為與實(shí)施方式1的圖3相當(dāng)?shù)钠拭鎴D。還有，對(duì)于圖7中所述的近似圓形及在近似圓形中心所畫(huà)的記號(hào)，作為和實(shí)施方式1所述的圖3的說(shuō)明同樣地予以理解。
參照?qǐng)D7，設(shè)由引入波導(dǎo)管4形成的內(nèi)部空間20的大小為16mm(X軸方向)、530mm(Y軸方向)、71.5mm(Z軸方向)。此時(shí)，形成于內(nèi)部空間20中的微波波長(zhǎng)λp約為234mm，在內(nèi)部空間20中按照約117mm的間隔形成駐波波腹A5至E5。駐波波腹A5至E5的電場(chǎng)主要分量的方向?yàn)閄軸方向，在相鄰的駐波波腹處的電場(chǎng)方向相反。
另一方面，設(shè)介質(zhì)5使用具有根據(jù)實(shí)施方式1的仿真得到的形狀的介質(zhì)5p及5q。形成于介質(zhì)5p中的微波波長(zhǎng)λq約為77mm，在介質(zhì)5p中按照約39mm的間隔形成駐波波腹a7至g7。在內(nèi)部空間20中形成的駐波波腹D5及E7的位置和在介質(zhì)5p中形成的駐波波腹b7及e7的位置分別一致。在該介質(zhì)5p中也同樣，駐波波腹a7至g7的電場(chǎng)主要分量的方向?yàn)閄軸方向，在相鄰的駐波波腹處的電場(chǎng)的方向相反。
所以，考慮隔著同一縫隙6a的駐波波腹的電場(chǎng)方向?yàn)橄嗤较?，在形成于?nèi)部空間20中的駐波波腹A5、B5、D5、及E5的正下方形成縫隙6a。
在具有通過(guò)以上的仿真得到的形狀的等離子加工裝置中，試著對(duì)實(shí)際的電場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量。其結(jié)果，確認(rèn)能更加有效地將微波的能量引入處理室13。
應(yīng)該這樣認(rèn)為本次揭示的實(shí)施方式在所有的方面均是示例，而不應(yīng)限于此。本發(fā)明的范圍不是上述說(shuō)明過(guò)的范圍，而是根據(jù)權(quán)利要求的范圍所示出的、并包括在和權(quán)利要求的范圍同等的意義及范圍內(nèi)的所有的變更在內(nèi)的范圍。
如以上所述，根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)提高穿過(guò)縫隙天線(xiàn)開(kāi)口部的微波的傳播效率，從而能提供可將微波的能量高效地引入處理室的等離子加工裝置。
工業(yè)上的實(shí)用性本發(fā)明能用于在液晶顯示元件或太陽(yáng)電池等制造過(guò)程中使用的干法刻蝕裝置、成膜裝置及去膠裝置等。
權(quán)利要求
1.一種等離子加工裝置，其特征在于，包括利用等離子進(jìn)行處理用的處理室(13)；具有靠諧振形成微波的第1駐波的內(nèi)部空間(20)、并將微波導(dǎo)向所述處理室(13)的微波引入單元(4)；為了對(duì)所述處理室(13)內(nèi)輻射微波而在所述處理室(13)和所述微波引入單元(4)之間面向所述內(nèi)部空間(20)設(shè)置的、并在內(nèi)部靠諧振形成微波的第2駐波的介質(zhì)(5)；以及具有讓微波從所述內(nèi)部空間(20)通向所述介質(zhì)(5)用的開(kāi)口部(6a)、并設(shè)置成覆蓋所述介質(zhì)(5)面向所述內(nèi)部空間(20)一側(cè)的縫隙天線(xiàn)(6)，所述開(kāi)口部(6a)設(shè)置成大致位于將形成第1駐波波腹的位置對(duì)于所述縫隙天線(xiàn)(6)垂直地投影的地點(diǎn)和將形成第2駐波波腹的位置對(duì)于所述縫隙天線(xiàn)(6)垂直地投影的地點(diǎn)一致的地點(diǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的等離子加工裝置，其特征在于，所述開(kāi)口部(6a)按照間隔d設(shè)置多個(gè)，在形成第1駐波的所述內(nèi)部空間(20)中微波波長(zhǎng)為λp、在形成第2駐波的所述介質(zhì)(5)中微波波長(zhǎng)為λq的場(chǎng)合，間隔d滿(mǎn)足d＝m·λp/2(m為自然數(shù))及d＝n·λq/2(n為自然數(shù))的關(guān)系。
3.如權(quán)利要求1所述的等離子加工裝置，其特征在于，在將設(shè)置所述開(kāi)口部(6a)的同一地點(diǎn)投影的形成第1及第2駐波波腹的位置處，第1及第2駐波的電場(chǎng)方向大致相同。
全文摘要
一種等離子加工裝置包括處理室；具有靠諧振形成微波的第1駐波的內(nèi)部空間(20)的引入波導(dǎo)管(4)；在內(nèi)部靠諧振形成微波的第2駐波的介質(zhì)(5p、5q)；以及具有使微波從內(nèi)部空間(20)通向介質(zhì)(5p、5q)用的縫隙(6a)的縫隙天線(xiàn)(6)?？p隙(6a)設(shè)置成近似位于將形成第1駐波波腹的位置對(duì)于縫隙天線(xiàn)(6)垂直地投影的地點(diǎn)和將形成第2駐波波腹的位置對(duì)于縫隙天線(xiàn)(6)垂直地投影的地點(diǎn)一致的地點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明，能提供一種通過(guò)提高穿過(guò)縫隙天線(xiàn)開(kāi)口部的微波的傳播效率、從而將微波的能量高效地引入處理室的等離子加工裝置。
文檔編號(hào)H01J37/32GK1751384SQ20048000478
公開(kāi)日2006年3月22日 申請(qǐng)日期2004年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月25日
發(fā)明者山本直子, 山本達(dá)志, 平山昌樹(shù), 大見(jiàn)忠弘 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社, 大見(jiàn)忠弘