專利名稱：微波等離子體源和等離子體處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微波等離子體源和使用其的等離子體處理裝置。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體設(shè)備和液晶顯示裝置的制造工序中，為了在半導(dǎo)體晶片或玻璃基板等這樣的被處理基板上實(shí)施蝕刻處理或成膜處理等等離子體處理，使用等離子體蝕刻裝置或等離子體CVD成膜裝置等等離子體處理裝置。最近，作為這樣的等離子體處理裝置，能以高密度均勻地形成低電子溫度的表面波等離子體的RLSA (Radial Line Slot Antenna)微波等離子體處理裝置備受關(guān)注(例如， 專利文獻(xiàn)1)。RLSA微波等離子體處理裝置，在腔室(處理容器)的上部設(shè)置以規(guī)定的圖案形成有槽口的平面天線(Radial Line Slot Antenna)，來自微波發(fā)生源并通過同軸結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)路徑導(dǎo)入的微波，從平面天線的槽口輻射到腔室內(nèi)，由微波電場使導(dǎo)入腔室內(nèi)的氣體等離子體化，來對(duì)半導(dǎo)體晶片等被處理體實(shí)施等離子體處理。在這樣的RLSA微波等離子體裝置中，調(diào)整等離子體分布時(shí)，需要準(zhǔn)備槽口形狀和圖案等不同的多個(gè)天線，需要交換天線，非常麻煩。與此相對(duì)，專利文獻(xiàn)2中，公開了將微波分配為多個(gè)，并通過多個(gè)天線模塊將微波輻射到腔室內(nèi)，而在腔室內(nèi)空間合成微波的微波等離子體源。通過這樣使用多個(gè)天線模塊來空間合成微波，能調(diào)整從各天線模塊的天線輻射的微波的相位和強(qiáng)度來調(diào)整等離子體分布。專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1特開2000-294550號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2國際公開第2008/013112號(hào)小冊(cè)子

發(fā)明內(nèi)容
但是，在這樣使用多個(gè)天線模塊將微波輻射到腔室內(nèi)來形成等離子體的情況下， 在微波輻射到腔室內(nèi)時(shí)產(chǎn)生的駐波的波腹和波節(jié)明顯化，這會(huì)導(dǎo)致等離子體中的電子密度分布的局部化，產(chǎn)生等離子體密度分布的均勻性惡化的問題。本發(fā)明是鑒于上述事實(shí)而產(chǎn)生的，其課題在于，提供在處理容器內(nèi)能夠極力抑制微波的駐波的波腹和波節(jié)的位置被固定化，并能夠提高在腔室內(nèi)的等離子體密度的均勻性的微波等離子體源和使用其的等離子體處理裝置。本發(fā)明的第一觀點(diǎn)，提供一種微波等離子體源，是向?qū)嵤┑入x子體處理的處理容器內(nèi)導(dǎo)入微波、并使向上述處理容器內(nèi)供給的氣體等離子體化的等離子體源，其特征在于， 具備生成微波的微波生成機(jī)構(gòu)和將生成的微波供給到上述處理容器內(nèi)的微波供給部，上述微波供給部具有將微波導(dǎo)入上述處理容器內(nèi)的多個(gè)微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)；對(duì)分別向上述多個(gè)微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)輸入的微波的相位進(jìn)行調(diào)整的多個(gè)相位器，通過上述多個(gè)相位器對(duì)向所述多個(gè)微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)輸入的微波的相位進(jìn)行調(diào)整，使得關(guān)于多個(gè)微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)中鄰接的微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)，固定一個(gè)的微波的輸入相位使另一個(gè)的微波的輸入相位按照周期性波形變化，或者使鄰接的微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)的雙方的微波的輸入相位按照相互不重疊的周期性波形變化。在上述第一觀點(diǎn)中，作為上述周期性波形，能使用正弦波、三角波、梯形波和正弦波狀波形中的任一個(gè)。此外，構(gòu)成上述處理容器的上壁、并使從上述多個(gè)微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)輻射的微波透過的頂板，為具有在與上述多個(gè)微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置的多個(gè)電介質(zhì)部件和支承電介質(zhì)部件的金屬制的框體的結(jié)構(gòu)，所述框體能具有蜂巢狀結(jié)構(gòu)。這種情況下，上述框體為具有氣體流路和多個(gè)氣體噴出孔的結(jié)構(gòu)，能將等離子體處理所需要的氣體從上述氣體噴出孔朝向上述處理容器噴出。本發(fā)明的第二觀點(diǎn)，提供一種等離子體處理裝置，其特征在于，具備收容被處理基板的處理容器；在上述處理容器內(nèi)載置被處理基板的載置臺(tái)；向上述處理容器內(nèi)供給氣體的氣體供給機(jī)構(gòu)；所述第一觀點(diǎn)的微波等離子體源，由從上述微波等離子體源導(dǎo)入上述處理容器內(nèi)的微波產(chǎn)生等離子體，由該等離子體對(duì)被處理基板實(shí)施處理。根據(jù)本發(fā)明，通過上述多個(gè)相位器調(diào)整向上述多個(gè)微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)輸入的微波的相位，使得關(guān)于多個(gè)微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)中鄰接的微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)，固定一個(gè)的微波輸入相位，使另一個(gè)的微波的輸入相位按照周期性波形變化，或者使鄰接的微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)的雙方的微波的輸入相位按照相互不重疊的周期性波形變化，因此，輻射到處理容器內(nèi)的微波中的駐波的波節(jié)和波腹的位置連續(xù)地變化并使電場強(qiáng)度平均化，能夠提高電場強(qiáng)度的面內(nèi)均勻性。因此， 能夠使處理容器內(nèi)的電子密度、即等離子體密度均勻化，并進(jìn)行均勻的等離子體處理。


圖1為表示本發(fā)明第一實(shí)施方式的具有微波等離子體源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為表示微波等離子體源的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。圖3為模式性地表示微波等離子體源中微波供給部的平面圖。圖4為表示微波等離子體源中天線模塊使用的主增幅器的電路結(jié)構(gòu)的例子的圖。圖5為表示微波等離子體源中的天線模塊使用的微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)的截面圖。圖6為表示微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)的供電結(jié)構(gòu)的、在圖5的AA’線的橫截面圖。圖7為表示調(diào)諧器中的鐵芯和滑動(dòng)部件的、在圖5的BB’線的橫截面圖。圖8為用于說明使搭載于微波等離子體源的7根微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)中微波的輸入相位按照周期性波形變化的機(jī)構(gòu)的模式圖。圖9為表示將鄰接的微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)的一個(gè)的相位固定在0°，使另一個(gè)的輸入相位為正弦波時(shí)的輸入相位的時(shí)間變化的圖。圖10為表示周期性波形的正弦波以外的例子的圖。圖11為表示使用配置有圖3那樣的7個(gè)微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)的等離子體源，在全部的微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)的微波的輸入相位為0°的情況下，和外周的3個(gè)微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)的輸入相位變化為180°的情況下，對(duì)腔室內(nèi)的電場分布已掌握的結(jié)果的圖。圖12為模式性地表示本發(fā)明第二實(shí)施方式的等離子體源的微波供給部和頂板的平面圖。圖13為在圖12的CC’線的截面圖。圖14為模式性地表示頂板的結(jié)構(gòu)的變形例的平面圖。圖15為表示頂板的結(jié)構(gòu)的其他變形例的仰視圖。符號(hào)說明1 腔室2微波等離子體源11 基座12支承部件16排氣裝置20噴淋板30微波輸出部40微波供給部41天線模塊43微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)45天線部46相位器52外側(cè)導(dǎo)體53內(nèi)側(cè)導(dǎo)體討供電機(jī)構(gòu)60調(diào)諧器81 平面隙縫天線(slot antenna)100表面波等離子體處理裝置110 頂板IlOa 框體IlOb電介質(zhì)部件120控制部W 晶片
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)行詳細(xì)說明。<第一實(shí)施方式>圖1為表示本發(fā)明第一實(shí)施方式的具有微波等離子體源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為表示微波等離子體源的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖，圖3為模式性地表示微波等離子體源的微波供給部的平面圖，圖4為表示微波等離子體源中天線模塊使用的主增幅器的電路結(jié)構(gòu)的例子的圖，圖5為表示微波等離子體源的天線模塊使用的微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)的截面圖，圖6為表示微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)的供電結(jié)構(gòu)的、在圖5的AA’線的橫截面圖，圖7 為表示調(diào)諧器中的鐵芯和滑動(dòng)部件的、在圖5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(duì)晶片實(shí)施等離子體處理例如蝕刻處理的等離子體蝕刻裝置，具有氣密地構(gòu)成的、由鋁或不銹鋼等的金屬材料構(gòu)成的大致為圓筒狀的、接地的腔室1 ；用于在腔室1內(nèi)形成微波等離子體的微波等離子體源2。在腔室1的上部形成開口部la，微波等離子體源2設(shè)置為從該開口部Ia朝向腔室1的內(nèi)部。在腔室1內(nèi)，用于水平支承作為被處理體的晶片W的基座11，以隔著絕緣部件12a 并由豎立設(shè)置的筒狀的支承部件12支承的狀態(tài)，設(shè)置于腔室1的底部中央。作為構(gòu)成基座 11和支承部件12的材料，舉例說明有對(duì)表面進(jìn)行了氧化鋁膜(alumite)處理(陽極氧化處理)的鋁等。此外，雖然未圖示，但是在基座11上根據(jù)需要設(shè)置用于對(duì)晶片W進(jìn)行靜電吸附的靜電夾具、溫度控制機(jī)構(gòu)、向晶片W的背面供給熱傳遞用的氣體的氣體流路、和為了搬送晶片W進(jìn)行升降的升降銷等。并且，通過匹配器13高頻偏壓電源14與基座11電連接。通過從該高頻偏壓電源14向基座11供給高頻電力，在晶片W側(cè)引入等離子體中的離子。腔室1的底部與排氣管15連接，在該排氣管15連接含有真空泵的排氣裝置16。于是通過使該排氣裝置16動(dòng)作能使腔室1內(nèi)排氣，腔室1內(nèi)能夠高速減壓到規(guī)定的真空度。 此外，在腔室1的側(cè)壁上設(shè)置用于進(jìn)行晶片W的搬入搬出的搬入搬出口 17和開關(guān)該搬入搬出口 17的閘閥18。在腔室1內(nèi)的基座11的上方位置，水平地設(shè)置向晶片W噴出用于等離子體蝕刻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和在該氣體流路21 上形成的多個(gè)氣體噴出孔22，格子狀的氣體流路21之間是空間部23。該噴淋板20的氣體流路21與在腔室1的外側(cè)延伸的配管M連接，該配管M與處理氣體供給源25連接。另一方面，在腔室1的噴淋板20的上方位置，沿著腔室壁設(shè)置環(huán)狀的等離子體氣體導(dǎo)入部件沈，在該等離子體氣體導(dǎo)入部件沈的內(nèi)周設(shè)置多個(gè)氣體噴出孔。在該等離子體氣體導(dǎo)入部件沈通過配管觀連接供給等離子體氣體的等離子體氣體供給源27。作為等離子體氣體，適宜使用Ar氣體等的稀有氣體。從等離子體氣體導(dǎo)入部件沈?qū)肭皇?內(nèi)的等離子體氣體，依靠從微波等離子體源2導(dǎo)入腔室1內(nèi)的微波被等離子體化，該等離子體通過噴淋板20的空間部23并激發(fā)從噴淋板20的氣體噴出孔22噴出的處理氣體，形成處理氣體的等離子體。微波等離子體源2設(shè)置于由在腔室1的上部設(shè)置的支承環(huán)四支承的頂板110上。 支承環(huán)四和頂板110之間氣密密封。如圖2所示，微波等離子體源2具有向多個(gè)路徑分配地輸出微波的微波輸出部30 ；用于將從微波輸出部30輸出的微波導(dǎo)入腔室1、并向腔室 1內(nèi)輻射的微波供給部40。微波輸出部30具有微波電源31、微波振蕩器32、對(duì)被振動(dòng)的微波進(jìn)行增幅的增幅器33、將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，2. 45GHz)的微波例如PLL振動(dòng)。分配器34，以盡可能不引起微波的損失的方式，邊取得輸入側(cè)和輸出側(cè)的阻抗匹配邊分配在增幅器33被增幅的微波。而且，作為微波的頻率，除了 2. 45GHz以外，能使用8. 35GHz,5. 8GHz、1. 98GHz、 915MHz 等。微波供給部40具有將在分配器34分配的微波導(dǎo)入腔室1內(nèi)的多個(gè)天線模塊41。 各天線模塊41具有主要對(duì)被分配的微波進(jìn)行增幅的增幅部42和微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)43。此外， 微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)43具有用于使阻抗匹配的調(diào)諧器60和將被增幅的微波輻射到腔室1內(nèi)的天線部45。而且，從各天線模塊41中微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)43的天線部45向腔室1內(nèi)輻射微波。如圖3所示，微波供給部40具有7個(gè)天線模塊41，各天線模塊41的微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)43以圓周狀6個(gè)和其中心1個(gè)的方式配置于為圓形的頂板110上。頂板110作為真空密封和微波透過板起作用，具有金屬制的框體IlOa和由在配置微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)43的部分嵌入的石英等電介質(zhì)構(gòu)成的電介質(zhì)部件110b。增幅部42具有相位器46、可變?cè)鲆娣糯笃?7、構(gòu)成固態(tài)增幅器(solid-state amplifier)的主增幅器48和隔離器(isolator)49。相位器46構(gòu)成為能夠使微波的相位變化，通過調(diào)整這個(gè)能夠調(diào)制輻射特性。例如，通過在每個(gè)天線模塊調(diào)整相位，能控制指向性并使等離子體分布變化。在本實(shí)施方式中，如后所述，固定規(guī)定的天線模塊的相位，使與其鄰接的天線模塊的相位連續(xù)變化，由此抑制微波的駐波。可變?cè)鲆娣糯笃?7，對(duì)向主增幅器48輸入的微波的電力水平進(jìn)行調(diào)整，是調(diào)整各個(gè)天線模塊的標(biāo)準(zhǔn)離差或等離子體強(qiáng)度調(diào)整用的增幅器。通過使可變?cè)鲆娣糯笃?7按各個(gè)天線模塊變化，也能在產(chǎn)生的等離子體中產(chǎn)生分布。構(gòu)成固態(tài)增幅器的主增幅器48，例如如圖4所示，能夠構(gòu)成為具有輸入匹配電路 131、半導(dǎo)體增幅元件132、輸出匹配電路133、高Q共振電路134。隔離器49分離在天線部45反射并朝向主增幅器48的反射微波，具有循環(huán)器和仿真負(fù)載(dummy load)(同軸終端器)。循環(huán)器將在天線部45反射的微波導(dǎo)向仿真負(fù)載，仿真負(fù)載將由循環(huán)器導(dǎo)入的反射微波變換為熱。接著，對(duì)微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)43進(jìn)行說明。如圖5、6所示，微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)43具有傳送微波的同軸結(jié)構(gòu)的導(dǎo)波路徑44和使在導(dǎo)波路徑44傳送的微波向腔室1內(nèi)輻射的天線部45。而且，從微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)43向腔室1 內(nèi)輻射的微波在腔室1內(nèi)的空間合成，在腔室1內(nèi)形成表面波等離子體。導(dǎo)波路徑44，構(gòu)成為筒狀的外側(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同軸狀地配置，在導(dǎo)波路徑44的頂端設(shè)置天線部45。導(dǎo)波路徑44，內(nèi)側(cè)導(dǎo)體53為供電側(cè)，夕卜側(cè)導(dǎo)體52為接地側(cè)。外側(cè)導(dǎo)體52和內(nèi)側(cè)導(dǎo)體53的上端為反射板58。在導(dǎo)波路徑44的基端側(cè)設(shè)置對(duì)微波(電磁波)供電的供電機(jī)構(gòu)M。供電機(jī)構(gòu)M 具有設(shè)置于導(dǎo)波路徑44(外側(cè)導(dǎo)體52)的側(cè)面的、用于導(dǎo)入微波電力的微波電力導(dǎo)入口 55。 在微波電力導(dǎo)入口陽連接由內(nèi)側(cè)導(dǎo)體56a和外側(cè)導(dǎo)體56b構(gòu)成的同軸線路56，作為用于從增幅部42供給被增幅的微波的供電線。而且，在同軸線路56的內(nèi)側(cè)導(dǎo)體56a的前端，連接朝向外側(cè)導(dǎo)體52的內(nèi)部水平延伸的供電天線90。供電天線90例如在作為印刷基板的PCB基板上作為帶狀傳輸線而形成。在從反射板58到供電天線90之間，設(shè)置由用于縮短反射波的實(shí)際波長的特氟綸(Telfon聚四氟乙烯)(注冊(cè)商標(biāo))等電介質(zhì)構(gòu)成的慢波材料59。而且，在使用2. 45G等頻率高的微波的情況下也可以不設(shè)置慢波材料59。此時(shí)，通過使從供電天線90輻射的電磁波在反射板58反射，能將最大的電磁波電傳到同軸結(jié)構(gòu)的導(dǎo)波路徑44內(nèi)。這種情況下，將從供電天線90到反射板58的距離設(shè)定為大約λ g/4的半波長倍。 供電天線90，如圖6所示，具有天線本體91，其在微波電力導(dǎo)入口 55與同軸線路 56的內(nèi)側(cè)導(dǎo)體56a連接，具有供給電磁波的第一極92和輻射供給的電磁波的第二極93 ；從天線本體91的兩側(cè)沿著內(nèi)側(cè)導(dǎo)體53的外側(cè)延伸、并構(gòu)成環(huán)狀的反射部94，按照入射天線本體91的電磁波和在反射部94反射的電磁波形成駐波的方式構(gòu)成。天線本體91的第二極 93與內(nèi)側(cè)導(dǎo)體53接觸。通過供電天線90輻射微波(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。于是，向供電機(jī)構(gòu)M供給的微波電力向著天線部45傳播。此外，在導(dǎo)波路徑44設(shè)置調(diào)諧器60。調(diào)諧器60是使腔室1內(nèi)的負(fù)荷(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的部件，具有在外側(cè)導(dǎo)體52與內(nèi)側(cè)導(dǎo)體53之間上下移動(dòng)的2個(gè)鐵芯61a、61b和設(shè)置在反射板58的外側(cè)(上側(cè))的鐵芯驅(qū)動(dòng)部 70。這些鐵芯中，鐵芯61a設(shè)置在鐵芯驅(qū)動(dòng)部70側(cè)，鐵芯61b設(shè)置在天線部45側(cè)。此夕卜，在內(nèi)側(cè)導(dǎo)體53的內(nèi)部空間，設(shè)置沿著其長度方向形成有例如梯形螺紋的由螺棒構(gòu)成的鐵芯移動(dòng)用的2根鐵芯移動(dòng)軸64a、64b。如圖7所示，鐵芯61a由電介質(zhì)構(gòu)成為圓環(huán)狀，在其內(nèi)側(cè)嵌入由具有滑動(dòng)性的樹脂構(gòu)成的滑動(dòng)部件63。在滑動(dòng)部件63上設(shè)置鐵芯移動(dòng)軸6 旋合的螺紋孔6 和鐵芯移動(dòng)軸64b能插通的通孔65b。另一方面，鐵芯61b與鐵芯61a相同，具有螺紋孔6 和通孔 65b，但是與鐵芯61a不同，螺紋孔6 與鐵芯移動(dòng)軸64b旋合，在通孔6 能使鐵芯移動(dòng)軸 64a插通。由此，通過使鐵芯移動(dòng)軸6 轉(zhuǎn)動(dòng)，鐵芯61a升降移動(dòng)，通過使鐵芯移動(dòng)軸64b旋轉(zhuǎn)，鐵芯61b升降移動(dòng)。即，利用鐵芯移動(dòng)軸64a、64b和滑動(dòng)部件63構(gòu)成的螺紋機(jī)構(gòu)，鐵芯 6la、6Ib能升降移動(dòng)。在內(nèi)側(cè)導(dǎo)體53沿著長度方向等間隔地形成3個(gè)切口 53a。另一方面，滑動(dòng)部件63， 以與這些切口 53a相對(duì)應(yīng)的方式等間隔地設(shè)置3個(gè)突出部63a。而且，以這些突出部63a與鐵芯61a、61b的內(nèi)周抵接的狀態(tài)，滑動(dòng)部件63嵌入鐵芯61a、61b的內(nèi)部。滑動(dòng)部件63的外周面與內(nèi)側(cè)導(dǎo)體53的內(nèi)周面無游隙地接觸，通過鐵芯移動(dòng)軸64a、64b旋轉(zhuǎn)，滑動(dòng)部件63 在內(nèi)側(cè)導(dǎo)體53滑動(dòng)地升降。S卩，內(nèi)側(cè)導(dǎo)體53的內(nèi)周面作為鐵芯61a、61b的滑動(dòng)導(dǎo)軌起作用。此外，切口 53a的寬度優(yōu)選為5mm以下。由此，能實(shí)質(zhì)性地消除后述的向內(nèi)側(cè)導(dǎo)體53 的內(nèi)部泄露的微波電力，能夠維持高的微波電力的輻射效率。作為構(gòu)成滑動(dòng)部件63的樹脂材料，能夠舉出具有良好的滑動(dòng)性，且加工比較容易的樹脂，優(yōu)選例如聚苯硫醚(PPS :polyphenylene sulfide)樹脂(商品名=Beary AS5000 (NTN株式會(huì)社制造))。上述鐵芯移動(dòng)軸64a、64b，貫通反射板58延伸到鐵芯驅(qū)動(dòng)部70。在鐵芯移動(dòng)軸 6^、64b與反射板58之間設(shè)置軸承(未圖示)。此外，在內(nèi)側(cè)導(dǎo)體53的下端設(shè)置由導(dǎo)體構(gòu)成的軸承部67，鐵芯移動(dòng)軸64a、64b的下端由該軸承部67軸支承。鐵芯驅(qū)動(dòng)部70具有框體71，鐵芯移動(dòng)軸6 和64b延伸到框體71內(nèi)，在鐵芯移動(dòng)軸6 和64b的上端分別安裝齒輪7 和72b。此外，在鐵芯驅(qū)動(dòng)部70設(shè)置使鐵芯移動(dòng)軸6 旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)73a和使鐵芯移動(dòng)軸64b旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)73b。在電動(dòng)機(jī)73a的軸上安裝齒輪74a，在電動(dòng)機(jī)7 的軸上安裝齒輪74b，齒輪7 與齒輪7 嚙合，齒輪74b與齒輪 72b嚙合。因此，利用電動(dòng)機(jī)73a通過齒輪7 和7 鐵芯移動(dòng)軸6 能旋轉(zhuǎn)，利用電動(dòng)機(jī) 73b通過齒輪74b和72b鐵芯移動(dòng)軸64b能旋轉(zhuǎn)。而且，電動(dòng)機(jī)73a、7 是例如步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。
此外，鐵芯移動(dòng)軸64b比鐵芯移動(dòng)軸6 長，到達(dá)更上方，因此，齒輪7 和72b的位置上下偏離，電動(dòng)機(jī)73a和7 也上下偏離。由此，能減小電動(dòng)機(jī)和齒輪等的動(dòng)力傳達(dá)機(jī)構(gòu)的空間，能使收容這些的框體71為與外側(cè)導(dǎo)體52相同直徑。在電動(dòng)機(jī)73a和7 上，以直接連接這些輸出軸的方式，設(shè)置用于分別檢測(cè)鐵芯 61a和鐵芯61b的位置的增量型編碼器7 和75b。鐵芯61a和61b的位置，通過鐵芯控制器68進(jìn)行控制。具體來說，基于通過未圖示的阻抗檢測(cè)器檢測(cè)出的輸入端的阻抗值和通過編碼器7 和7 探測(cè)的鐵芯61a和61b 的位置信息，鐵芯控制器68向電動(dòng)機(jī)73a和7 輸送控制信號(hào)，控制鐵芯61a和61b的位置，由此調(diào)整阻抗。鐵芯控制器68能實(shí)施阻抗匹配來使終端成為例如50 Ω。使2個(gè)鐵芯中的一個(gè)動(dòng)作時(shí)，描繪通過史密斯圓圖的原點(diǎn)的軌跡，兩者同時(shí)移動(dòng)時(shí)僅相位旋轉(zhuǎn)。天線部45作為微波輻射天線起作用，具有為平面狀且具有槽口 81a的平面隙縫天線81。天線部45具有在平面隙縫天線81上表面設(shè)置的慢波材料82。由導(dǎo)體構(gòu)成的圓柱部件8 貫通慢波材料82的中心，連接軸承部67和平面隙縫天線81。因此，內(nèi)側(cè)導(dǎo)體53 通過軸承部67和圓柱部件82a與平面隙縫天線81連接。在平面隙縫天線81的端部側(cè)配置慢波材料83。而且，外側(cè)導(dǎo)體52的下端延伸到平面隙縫天線81，慢波材料82的周圍被外側(cè)導(dǎo)體52覆蓋。此外，平面隙縫天線81和慢波材料83的周圍被覆蓋導(dǎo)體84覆蓋。慢波材料82、83具有比真空大的介電常數(shù)，例如，由石英、陶瓷、聚四氟乙烯等氟類樹脂或聚酰亞胺類樹脂構(gòu)成，在真空中微波的波長變長，因此具有縮短微波的波長并縮小天線的功能。慢波材料82、83能夠通過其厚度來調(diào)整微波的相位，調(diào)整其厚度使平面隙縫天線81為駐波的“波腹”。由此，能反射最小而平面隙縫天線81的輻射能量最大。慢波材料83設(shè)置為與嵌入頂板110的框體IlOa的電介質(zhì)部件IlOb連接。而且， 在主增幅器48被增幅的微波通過內(nèi)側(cè)導(dǎo)體53和外側(cè)導(dǎo)體52的周圍的壁之間，從平面隙縫天線81的槽口 81a透過慢波材料83和頂板110的電介質(zhì)部件110b，輻射到腔室1的空間內(nèi)。本實(shí)施方式中，主增幅器48、調(diào)諧器60、平面隙縫天線81接近地配置。而且，調(diào)諧器60和平面隙縫天線81構(gòu)成1/2波長內(nèi)存在的集總常數(shù)電路，并且平面隙縫天線81、慢波材料82、83設(shè)定為合成阻抗為50 Ω，因此調(diào)諧器60對(duì)等離子體負(fù)荷進(jìn)行直接調(diào)整，能夠有效地向等離子體傳達(dá)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進(jìn)行控制?？刂撇?20具備存儲(chǔ)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)的工藝方法的存儲(chǔ)部、輸入機(jī)構(gòu)和顯示器等，依照選擇的工藝方法控制等離子體處理裝置。接著，對(duì)按以上方式構(gòu)成的表面波等離子體處理裝置100的動(dòng)作進(jìn)行說明。首先，將晶片W搬入腔室1內(nèi)，載置在基座11上。然后，從等離子體氣體供給源27 通過配管觀和等離子體氣體導(dǎo)入部件沈向腔室1內(nèi)導(dǎo)入等離子體氣體、例如Ar氣體，并且從微波等離子體源2向腔室1內(nèi)導(dǎo)入微波，產(chǎn)生表面波等離子體。如此，生成表面波等離子體后，將處理氣體、例如Cl2氣體等蝕刻氣體從處理氣體供給源25通過配管M和噴淋板20噴出到腔室1內(nèi)。噴出的處理氣體，由通過噴淋板20 的空間部23過來的等離子體激發(fā)而等離子體化，通過該處理氣體的等離子體對(duì)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，從微波輸出部30的微波振蕩器32起振的微波電力在增幅器33被增幅之后，由分配器34分配為多個(gè)，已分配的微波電力導(dǎo)入微波供給部40。在微波供給部40，如此分配為多個(gè)的微波電力，在構(gòu)成固態(tài)增幅器的主增幅器48分別增幅，向微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)43的導(dǎo)波路徑44供電，在調(diào)諧器60阻抗自動(dòng)匹配，在實(shí)質(zhì)上沒有電力反射的狀態(tài)下，通過天線部45的慢波材料82、平面隙縫天線81、慢波材料83和頂板110的電介質(zhì)部件110b，輻射到腔室1內(nèi)，被空間合成。此時(shí)，在向多個(gè)微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)43輸入的微波的輸入相位全部固定在例如0°的情況下，由于在微波輻射到腔室1內(nèi)時(shí)發(fā)生的駐波的波腹和波節(jié)的位置固定化，因此這會(huì)導(dǎo)致等離子體的電子密度的局部化，能使等離子體密度分布的均勻性惡化。因此，本實(shí)施方式中，關(guān)于多個(gè)微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)43中鄰接的微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)，固定一個(gè)的微波的輸入相位使另一個(gè)的微波的輸入相位按照正弦波等周期性波形變化?；蛘?，使鄰接的微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)43的兩者的微波的輸入相位按照相互不重疊的周期性波形變化。例如，對(duì)如圖8的斜線所示的3個(gè)微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)43，使微波的輸入相位按照周期性波形變化，對(duì)余下的露白的微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)43，將輸入相位固定在0°。因此，此時(shí)的鄰接的微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)43的微波的輸入相位，周期性波形為正弦波時(shí)，如圖9所示。而且，鄰接的微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)43的微波的輸入相位都為0°時(shí)，成為駐波的波腹的部分，在一個(gè)的輸入相位偏離180°時(shí)為波節(jié)，為波節(jié)的部分變?yōu)椴ǜ埂Ｒ虼?，通過這樣的周期性地使輸入相位變化，駐波的波節(jié)和波腹的位置連續(xù)地變化，并電場強(qiáng)度平均化，能夠提高電場強(qiáng)度的面內(nèi)均勻性。因此，使在腔室1內(nèi)的電子密度、即等離子體密度均勻，能夠進(jìn)行均勻的等離子體處理。此時(shí)的向各微波輸入機(jī)構(gòu)43輸入的微波的相位，通過各天線模塊41的相位器46 調(diào)整。各相位器46通過控制部120控制。作為周期性波形，不限于使用正弦波，能夠使用圖10(a)所示的三角波，(b)所示的梯形波等的各種波形。此外，不限于完整的正弦波，例如在延長相位為180°附近的時(shí)間的情況下，如(c)所示，也能夠使正弦波為以在相位180°附近扁平的正弦波為基準(zhǔn)的波形 (正弦波狀波形)。矩形波也能夠適用，但是由于存在微分值無限大的部分所以不優(yōu)選。實(shí)際上，使用配置了圖3的7個(gè)微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)的等離子體源，在使全部的微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)的微波的輸入相位為0°的情況下，和在外周的6個(gè)微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)中的3個(gè)的輸入相位變更為180°的情況下，掌握腔室內(nèi)的電場分布。在此，腔室內(nèi)的壓力為0.5ΤΟΠ·，微波功率為200W。其結(jié)果示于圖11。圖11(a)表示使全部的微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)的微波的輸入相位為0° 時(shí)的電場分布，(b)表示使外周的3個(gè)微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)的微波的輸入相位變更為180°時(shí)的電場分布。圖11是用黑白不同顏色表示實(shí)際的電場強(qiáng)度大小的圖，(a)中薄的圓環(huán)狀部分為天線模塊中微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)的周圍的電場強(qiáng)度高的部分，相當(dāng)于駐波的波腹。其中濃的部分為電場強(qiáng)度更高的部分。此外，鄰接的微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)之間的部分的電場強(qiáng)度低，相當(dāng)于駐波的波節(jié)。由點(diǎn)化線包圍的區(qū)域?yàn)橄喈?dāng)于駐波的波節(jié)的部分。通過使3個(gè)微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)的輸入相位變更為180°，如(b)所示知道電場分布有較大變化。(a)中相當(dāng)于駐波的波節(jié)的部分的、由點(diǎn)化線包圍的部分，在(b)中夾持該部分的2個(gè)微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)中的一個(gè)由于輸入相位為180°的影響，電場強(qiáng)度變強(qiáng)，變化為駐波的波腹。即，在全部的輸入相位為0°時(shí)，鄰接的微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)43之間的部分為駐波的波節(jié)，但是通過使外周的3個(gè)微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)43的輸入相位變更為180°，這些部分變更為駐波的波腹。由此，能理解若使輸入相位周期性變化，則駐波的波腹和波節(jié)的位置連續(xù)移動(dòng)，電場強(qiáng)度平均化。因此，由電場得到的等離子體的密度也平均化。在本實(shí)施方式中，關(guān)于多個(gè)微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)43中鄰接的微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)，固定一個(gè)的微波的輸入相位使另一個(gè)的微波的輸入相位按照正弦波等的周期性波形變化，或者使鄰接的微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)43兩者的微波的輸入相位按照相互不重疊的周期性波形變化，但是鄰接的微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)不需要全部滿足這樣的關(guān)系，鄰接的微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)43的組合中只有一部分組合滿足這樣的關(guān)系就可以?！吹诙?shí)施方式〉接著，說明本發(fā)明的第二實(shí)施方式。本實(shí)施方式中，微波等離子體源和等離子體處理裝置的基本結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式相同，頂板的結(jié)構(gòu)不同。圖12為模式性地表示本實(shí)施方式中的等離子體源的微波供給部和頂板的平面圖，圖13為在圖12的CC’線的截面圖。如這些圖所示，在本實(shí)施方式中，成為圓形的頂板 110，由在用于向腔室1內(nèi)輻射微波的多個(gè)微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)43配置的部分嵌入的石英等電介質(zhì)構(gòu)成的電介質(zhì)部件IlOb為六角形，鄰接的電介質(zhì)部件IlOb之間，該六角形的一邊以相對(duì)的方式接近地設(shè)置。因此，支承電介質(zhì)部件IlOb的金屬制的框體110a，鄰接的電介質(zhì)部件 IlOb之間的部分為細(xì)的直線狀，具有蜂巢結(jié)構(gòu)。框體IlOa具有支承電介質(zhì)部件IlOb的支承部110c。頂板110，具有上述那樣透過微波的功能，從有效地透過微波的觀點(diǎn)出發(fā)優(yōu)選全部由電介質(zhì)形成。但是，如本實(shí)施方式的等離子體源，在從多個(gè)微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)43輻射微波的情況下，頂板全部由石英等電介質(zhì)形成時(shí)，從微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)43輻射的微波不會(huì)全部輻射到腔室1內(nèi)，而有可能一部分通過頂板110，達(dá)到其他的微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)43。這種情況下，從微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)43輻射的微波和從其他的微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)43輻射的微波相互干涉。此外，如此頂板全部由電介質(zhì)形成時(shí)，會(huì)有容易產(chǎn)生等離子體的振蕩模跳變的問題，和沒有電介質(zhì)部件的強(qiáng)度等麻煩。因此，如第一實(shí)施方式，在頂板110中，只在配置天線模塊41的微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)43 的部分設(shè)置電介質(zhì)部件，其他部分為支承電介質(zhì)部件而設(shè)置的金屬制框體。而且，作為電介質(zhì)部件，可以為如第一實(shí)施方式的圓形，或者可以為長方形或是正方形。但是，在電介質(zhì)部件為圓形的情況下，鄰接的電介質(zhì)部件之間的框體部分的面積不得不變大，電介質(zhì)部件的占有面積變小，微波輻射區(qū)域變窄，很難有效地生成等離子體。 此外，電介質(zhì)部件為長方形或正方形的情況下，頂板的強(qiáng)度變小。與此相對(duì)，如本實(shí)施方式，通過使頂板110的框體IlOa為蜂巢結(jié)構(gòu)，且使電介質(zhì)部件形成為六角狀，能使占有頂板110的電介質(zhì)部件IlOb的面積最大化，因此能使微波照射區(qū)域變大并有效地生成等離子體。此外，通過如此使框體IlOa為蜂巢結(jié)構(gòu)，也能夠確保頂板110的強(qiáng)度。圖12表示框體1 IOa構(gòu)成為蜂巢結(jié)構(gòu)的情況，不一定必須完全是蜂巢狀結(jié)構(gòu)，只要是以蜂巢狀結(jié)構(gòu)為基準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)即可，例如，如圖14所示，能夠?yàn)榕c外側(cè)的微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)43 對(duì)應(yīng)的電介質(zhì)部件IlOb的外周部分向外側(cè)突出的結(jié)構(gòu)。為這樣的結(jié)構(gòu)的情況下，優(yōu)選能使電介質(zhì)部件IlOb的面積變大。如此，在本實(shí)施方式中，框體IlOa為蜂巢結(jié)構(gòu)或者包含以蜂巢結(jié)構(gòu)為準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)的蜂巢狀結(jié)構(gòu)即可。如圖15所示，在頂板110的框體IlOa設(shè)置多個(gè)氣體噴出口 112，也能噴淋狀地供給Ar等等離子體氣體。這種情況下，在頂板110的框體IlOa的內(nèi)部形成氣體流路，在該氣體流路通過例如配管28連接等離子體氣體供給源27，能從氣體噴出口 112均勻地噴出Ar 氣體等等離子體氣體。由此，迅速將Ar氣體等離子體化，能夠生成均勻的等離子體。此外，本實(shí)施方式，通過與第一實(shí)施方式組合，能夠發(fā)揮更大的效果，當(dāng)然即使不以第一實(shí)施方式為前提，也能夠獲得上述效果。而且，本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式，在本發(fā)明的思想的范圍內(nèi)，能夠進(jìn)行各種變形。例如，微波輸出部的電路結(jié)構(gòu)、微波供給部、主增幅器電路結(jié)構(gòu)等，不限于上述實(shí)施方式。此外，微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)也不限于上述實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)，只要是能將微波適當(dāng)?shù)剌椛涞角皇覂?nèi)的結(jié)構(gòu)即可。而且，微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)的數(shù)量、配置，也不限于上述實(shí)施方式。而且，在上述事實(shí)方式中，作為等離子體處理裝置舉例說明了蝕刻處理裝置，但是不限于此，也能用于成膜處理、氧氮化膜處理、灰化處理等其他等離子體處理。此外，被處理基板不限于半導(dǎo)體晶片，也可以是LCD (液晶顯示器)用基板為代表的FPD (平板顯示器) 基板、陶瓷基板等其他基板。
權(quán)利要求
1.一種微波等離子體源，是向?qū)嵤┑入x子體處理的處理容器內(nèi)導(dǎo)入微波、并使向所述處理容器內(nèi)供給的氣體等離子體化的等離子體源，其特征在于，具備生成微波的微波生成機(jī)構(gòu)；和將生成的微波供給到所述處理容器內(nèi)的微波供給部，所述微波供給部具有將微波導(dǎo)入所述處理容器內(nèi)的多個(gè)微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)；對(duì)分別向所述多個(gè)微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)輸入的微波的相位進(jìn)行調(diào)整的多個(gè)相位器，通過所述多個(gè)相位器對(duì)輸入所述多個(gè)微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)的微波的相位進(jìn)行調(diào)整，使得關(guān)于多個(gè)微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)中鄰接的微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)，固定一個(gè)的微波的輸入相位使另一個(gè)的微波的輸入相位按照周期性波形變化，或者使鄰接的微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)的雙方的微波的輸入相位按照相互不重疊的周期性波形變化。
2.如權(quán)利要求1所述的微波等離子體源，其特征在于所述周期性波形可以是正弦波、三角波、梯形波和正弦波狀波形中的任一個(gè)。
3.如權(quán)利要求1或者2所述的微波等離子體源，其特征在于還具有構(gòu)成所述處理容器的上壁、并使從所述多個(gè)微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)輻射的微波透過的頂板，所述頂板具有在與所述多個(gè)微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置的多個(gè)電介質(zhì)部件和支承電介質(zhì)部件的金屬制的框體，所述框體具有蜂巢狀結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求3所述的微波等離子體源，其特征在于所述框體具有氣體流路和多個(gè)氣體噴出孔，能將等離子體處理所需要的氣體從所述氣體噴出孔向所述處理容器噴出。
5.一種等離子體處理裝置，其特征在于，具備收容被處理基板的處理容器；在所述處理容器內(nèi)載置被處理基板的載置臺(tái)；向所述處理容器內(nèi)供給氣體的氣體供給機(jī)構(gòu)；和權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的微波等離子體源，由從所述微波等離子體源向所述處理容器內(nèi)導(dǎo)入的微波產(chǎn)生等離子體，通過該等離子體對(duì)被處理基板實(shí)施處理。
全文摘要
提供一種極力抑制在處理容器內(nèi)的由微波的駐波引起的影響，并在腔室內(nèi)能夠提高等離子體密度的均勻性的微波等離子體源和使用其的等離子體處理裝置。微波等離子體源(2)具有微波供給部(40)，微波供給部(40)具有將微波導(dǎo)入處理容器內(nèi)的多個(gè)微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)(43)；和多個(gè)相位器(46)，其調(diào)整分別向多個(gè)微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)(43)輸入的微波的相位，通過多個(gè)相位器(46)調(diào)整輸入多個(gè)微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)(43)的微波的相位，關(guān)于多個(gè)微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)(43)中鄰接的微波導(dǎo)入機(jī)構(gòu)，固定一個(gè)的微波的輸入相位使另一個(gè)的微波的輸入相位按照周期性波形變化。
文檔編號(hào)H05H1/46GK102458032SQ20111031650
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2011年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月19日
發(fā)明者池田太郎, 長田勇輝 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社