CN100514554C - 等离子体处理装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种等离子体处理装置，使微波通过在矩形波导管的下面形成的多个缝隙，并在配置在处理室的上面的介电体中传播，利用在介电体表面形成的电磁场中的电场能量，使供给至处理室内的规定气体等离子体化，对基板实施等离子体处理。矩形波导管的上面部件由具有导电性的非磁性材料构成，并且，使该上面部件相对于下面升降移动。根据气体种类、压力、微波供给装置的功率输出等处理室内进行的等离子体处理的条件，通过使矩形波导管的上面部件相对于下面升降移动，管内波长发生变化。

Description

等离子体处理装置和方法
技术领域
本发明涉及生成等离子体、对基板实施成膜等处理的等离子体处理装置和方法。
背景技术
例如在LCD装置等的制造工序中，使用一种装置，利用微波在处理室内生成等离子体，对LCD基板实施CVD处理或蚀刻处理等。作为这种等离子体装置，已知在处理室的上方平行排列有多根波导管的装置(例如，参照日本特开2004-200646号公报、日本特开2004-152876号公报)。在该波导管的下面，多个缝隙以等间隔排列并开口，并且沿着波导管的下面，设有平板状的介电体。于是构成为，使微波通过缝隙在介电体的表面传播，利用微波的能量(电磁场)使供给至处理室内的规定气体(等离子体激发用的稀有气体和/或等离子体处理用的气体)等离子体化。
发明内容
在日本特开2004-200646号公报、日本特开2004-152876号公报中，将缝隙彼此之间的间隔设定为与规定的等间隔(初始设定时的管内波长λg’的一半(λg’/2)的间隔)相等，使得微波能够有效地从设在波导管下面的多个缝隙传播。但是，在波导管内传播的实际的微波波长(管内波长)λg，具有因在处理室内进行的等离子体处理条件例如气体种类或压力等变化的性质。即，在因气体种类或压力等等离子体处理的条件不同，处理室内(腔室内)的阻抗变化的情况下，管内波长λg也发生变化。因此，如日本特开2004-200646号公报、日本特开2004-152876号公报，在波导管的下面以规定的等间隔形成有多个缝隙的情况下，因等离子体处理的条件(阻抗)不同，管内波长λg发生变化，缝隙彼此之间的间隔(λg’/2)与实际管内波长λg的波峰部分和波谷部分的位置的间隔(λg/2)发生偏移，不能使微波有效地从多个缝隙通过介电体向处理室内传播。为了解决这种问题，根据各等离子体处理的条件，改变波导管下面的缝隙间隔，大多设置缝隙间隔不同的波导管或等离子体处理装置，导致设备成本大幅增加，并且必须在每次等离子体处理中更换波导管或等离子体处理装置，因此无法进行连续的处理，无法完成实际上的工艺处理。
因此，本发明的目的在于提供一种能够消除缝隙彼此之间的间隔与管内波长λg的偏移的等离子体处理装置和方法。
为了解决上述问题，根据本发明，提供一种等离子体处理装置，使微波通过在矩形波导管的下面形成的多个缝隙，并在配置在处理室上面的介电体中传播，利用在介电体表面形成的电磁场中的电场能量，使供给至处理室内的规定气体等离子体化，对基板实施等离子体处理，其特征在于：上述矩形波导管的上面部件由具有导电性的非磁性材料构成，并且该上面部件构成为能够相对于上述矩形波导管的下面升降移动。
可以为使上述矩形波导管的上部开口、上面部件以自由升降的方式从上方插入矩形波导管内的结构。并且，也可以设置有使上述矩形波导管的上面部件相对于上述矩形波导管的下面升降移动的升降机构。在这种情况下，上述升降机构可以构成为，包括使上述上面部件升降移动的升降杆和使上述上面部件总是处于与下面平行的姿势的导杆。此外，上述升降机构也可以包括使上述上面部件升降移动的升降杆和使上述上面部件总是处于与下面平行的姿势的导杆。还可以构成为，在上述导杆上设置有表示上述矩形波导管的上面相对于下面的高度h的刻度。
可以在上述处理室的上方并列配置有多根上述矩形波导管。并且，可以在上述矩形波导管的下面，以相等间隔排列有多个缝隙。并且，在上述矩形波导管上安装有多个介电体，并且每个介电体设置有1个或者2个以上的缝隙。在这种情况下，可以在上述多个介电体的周围，分别设置有向处理室内供给规定气体的1个或者2个以上的气体喷射口。还可以在支承上述多个介电体的支承部件上设置有上述气体喷射口。
此外，可以在上述多个介电体的周围，分别设置有向处理室内供给第一规定气体的1个或者2个以上的第一气体喷射口、和向处理室内供给第二规定气体的1个或者2个以上的第二气体喷射口。在这种情况下，可以将上述第一喷射口和第二喷射口中的一个配置在另一个的下方。
此外，可以使对上述基板的微波的功率输出是例如1～4W/cm2。并且，也可以在上述介电体的下面形成有凹凸。还可以在上述缝隙的内部配置有介电部件。
并且，根据本发明提供一种等离子体处理方法，使微波通过在矩形波导管的下面形成的多个缝隙，并在配置在处理室上面的介电体中传播，利用在介电体表面形成的电磁场中的电场能量，使供给至处理室内的规定气体等离子体化，对基板实施等离子体处理，其特征在于：通过使上述矩形波导管的上面部件相对于下面升降移动，控制上述微波的管内波长。
可以根据上述等离子体处理的条件，使上述矩形波导管的上面部件相对于下面升降移动。
通常，在矩形波导管内传播的管内波长λg用下式(1)表示。
其中，λ：自由空间波长＝C/f(m)，λc：矩形波导管的截止(cut off)波长＝C/fc(m)，C：光速＝2.99792458×108(m/sec)(真空中)，f：频率(Hz)，fc：矩形波导管的截止频率(Hz)
此外，使用矩形波导管时，下式(2)成立。
λc＝2h(m)      (2)
其中，h：矩形波导管的上面相对于下面的高度(m)
即，如果增大矩形波导管的上面相对于下面的高度h，则λc也将增大，因此λg减小，相反，如果缩小矩形波导管的上面相对于下面的高度h，则λc也将减小，因此λg增大。所以，在本发明中，通过改变矩形波导管的上面相对于下面的高度h，修正因与等离子体处理条件一同变化的处理室内的阻抗而变化的管内波长λg，并消除缝隙彼此之间的间隔(λg’/2)与实际管内波长λg(因管内波长λg所产生的驻波的波长与管内波长λg相等)的波峰部分和波谷部分的位置间隔之间的偏移。这样，使管内波长λg的波峰部分和波谷部分与缝隙的位置一致，从而能够有效地使微波从在矩形波导管的下面形成的多个缝隙在处理室上面的介电体中传播，在基板的整个上方形成均匀的电磁场，并且能够对基板的整个表面实施均匀的等离子体处理。此外，还能提高对于基板的大面化的适应性。并且，不需要在每个等离子体处理的条件中都改变缝隙间隔，因此能够降低设备成本，利用相同的等离子体处理装置连续进行种类不同的等离子体处理。
附图说明
图1是示意性地表示本发明实施方式的等离子体处理装置结构的纵截面图(图2中X-X线的截面)。
图2是盖体的下面图。
图3是盖体的部分放大纵截面图(图2中Y-Y截面)。
图4是从盖体的下方观察的介电体的放大图。
图5是沿图4中X-X线的介电体的纵截面图。
图6是将第二气体喷射口配置在第二喷射口下方的实施方式的说明图。
图7是表示纵向分割缝隙的内部，配置有种类不同的多个介电部件的实施方式的纵截面图。
图8是表示横向分割缝隙的内部，配置有种类不同的多个介电部件的实施方式的纵截面图。
图9是改变矩形波导管的上面高度，研究膜厚相对于距矩形波导管的终端距离的变化的实施例结果的曲线图。
图10是改变矩形波导管的上面高度时，示意性地表示矩形波导管内产生的电场位置的说明图。
具体实施方式
下面，根据进行作为等离子体处理一个示例的CVD(chemicalvapor deposition：化学气相沉积)处理的等离子体处理装置1，说明本发明的实施方式。图1是示意性地表示本发明实施方式的等离子体处理装置1结构的纵截面图(图2中的X-X截面)。图2是该等离子体处理装置1所具备的盖体3的下面图。图3是盖体3的部分放大纵截面图(图2中的Y-Y截面图)。
该等离子体处理装置1具备上部开口的有底立方体形状的处理容器2和堵住该处理容器2上方的盖体3。利用盖体3堵住处理容器2的上方，在处理容器2的内部形成密闭空间处理室4。这些处理容器2和盖体3使用具有导电性的非磁性材料例如铝制成，并且都处于电接地的状态。
在处理室4的内部设有用于用作载置台的基座10，载置作为基板的例如玻璃基板(以下称“基板”)G。该基座10例如由氮化铝制成，在其内部设有供电部11和加热器12。供电部用于静电吸附基板G，同时向处理室4的内部施加规定的偏置电压；加热器将基板G加热至规定的温度。供电部11隔着具备电容器等的匹配器14与设在处理室4外部的偏置电压施加用的高频电源13连接，同时隔着线圈16与静电吸附用的高压直流电源15连接。同样，加热器12与设在处理室4外部的交流电源17连接。
基座10通过筒体21支承在设在处理室4外部下方的升降板20上，与升降板20一体进行升降来调整处理室4内的基座10的高度。但是，由于在处理容器2的底面和升降板20之间安装有波纹管22，因此能够保持处理室4内的气密性。
在处理容器2的底部设有排气口23，该排气口利用设在处理室4外部的真空泵等排气装置(未图示)排出处理室4内的氛围气体。并且，在处理室4内，在基座10的周围设有用于将处理室4内的气流控制在优选状态的整流板24。
盖体3构成为，在盖本体30的下面一体地形成有缝隙天线31，并在缝隙天线31的下面安装有多个砖状的介电体32。盖本体30和缝隙天线31例如由铝等导电性材料构成为一体，并处于电接地状态。如图1所示，在使用盖体3堵住处理容器2的上方的状态下，通过在盖本体30的下面周边部和处理容器2的上面之间配置的O形环33、和在后述的各缝隙70的周围配置的O形环(在图4中用点划线70’表示O形环的配置位置)，能够保持处理室4内的气密性。
在盖本体30的内部水平配置有多个截面形状为矩形的矩形波导管35。在本实施方式中，具有都在直线上延伸的6根矩形波导管35，各矩形波导管35彼此之间以相互平行的方式并列配置。此外，在本实施方式中，从兼用作盖本体30的铝材料的上部使之连通，并削出槽，这样在盖本体30的内部并列形成6根矩形波导管35，使削剩的盖本体30的下面形成为缝隙天线31。并且如后所述，在盖本体30的下面，沿着各矩形波导管35的下面形成有多个作为透孔的缝隙70，相当于这些缝隙70厚度的盖30的底部成为天线31。各矩形波导管35的截面形状(矩形状)的长边方向在H面上垂直，短边方向在E面上水平，以这种方式进行配置。并且，如何配置长边方向与短边方向因模式不同而有所变化。此外，各矩形波导管35的内部分别填充有例如氟树脂(例如特氟隆(注册商标))的介电部件36。并且，介电部件36的材质除了氟树脂之外，还可以使用例如Al2O3、石英等介质材料。
如图2所示，在本实施方式中，在处理室4外部设有3个微波供给装置40，例如2.45GHz的微波从各微波供给装置40分别导入设在盖本体30内部的2根矩形波导管35中。在各微波供给装置40和2根矩形波导管35之间，分别连接有用于向2根矩形波导管35分配并导入微波的Y分支管41。
如图1所示，在盖本体30的内部形成的各矩形波导管35的上部在盖本体30的上面开口，从以这种方式开口的各矩形波导管35的上方，上面部件45可自由升降的方式插入各矩形波导管35内。该上面部件45也由具有导电性的非磁性材料例如铝构成。
另一方面，形成于盖本体30内部的各矩形波导管35的下面构成在盖本体30的下面一体形成的缝隙天线31。如上所述，由于形成截面形状为矩形的各矩形波导管35内面的短边方向是E面，因此与矩形波导管35的内部相临的这些上面部件45的下面和缝隙天线31的上面为E面。在盖本体30的上方，使矩形波导管35的上面部件45保持水平姿势而相对于矩形波导管35的下面(缝隙天线31)升降移动的升降机构46，设置在每个矩形波导管35上。
如图3所示，矩形波导管35的上面部件45配置在以覆盖盖本体30的上面的方式安装的罩体50内。在罩体50的内部形成有用于使矩形波导管35的上面部件45升降的足够高度的空间。在罩体50上面设有配置在一对引导部51和配置在引导部51彼此之间的升降部52，由这些引导部51和升降部52，构成使矩形波导管35的上面部件45保持水平姿势并进行升降移动的升降机构46。
借助设在各引导部51中的一对导杆55和设在升降部52中的一对升降杆56，从盖体50的上面吊持矩形波导管35的上面部件45。升降杆56使用螺钉构成，通过使升降杆56的下端与在上面部件45的上面形成的螺钉孔53螺钉啮合(螺合)，在罩体50的内部，支承矩形波导管35的上面部件45使其不会落下。
在导杆55的下端装有止动(stopper)用的螺母57，通过将该螺母57安装固定在形成于矩形波导管35的上面部件45内部的孔部58内，使一对导杆55处于垂直固定在上面部件45的上面的状态。
这些导杆55和升降杆56的上端贯通罩体50的上面，并向上方突出。在引导部51中突出的导杆55的上端贯通固定在罩体50的上面的导轨(guide)60内，导杆55能够在导轨60内沿着垂直方向滑动移动。于是，通过导杆55沿着垂直方向滑动移动，矩形波导管35的上面部件45通常保持为水平姿势，矩形波导管35的上面部件45和下面(缝隙天线31的上面)通常处于平行状态。
并且，在如此贯通导轨60内的导杆55的周面，设置有表示后述的矩形波导管35的上面(上面部件45的下面)相对于矩形波导管35的下面的高度h的刻度54。
另一方面，在升降部52中突出的升降杆56的上端，固定有同步皮带轮(timing pulley)61。将该同步皮带轮61载置在罩体50的上面，由此将与升降杆56的下端螺钉啮合(螺合)的上面部件45支承在罩体50的内部而不会落下。
安装在一对升降杆56上的同步皮带轮61彼此之间通过同步皮带62而同步旋转。并且，将旋转盘63安装在升降杆56的上端部，通过旋转操作该旋转盘63，使一对升降杆56借助同步皮带轮61和同步皮带62而同步旋转，于是，与升降杆56的下端螺钉啮合(螺合)的上面部件45在罩体50的内部升降。
对于该升降机构46，随着旋转操作旋转盘63，能够使矩形波导管35的上面部件45在罩体50的内部升降移动，此时，由于设在引导部51中的导杆55在导轨60内沿垂直方向滑动移动，因此矩形波导管35的上面部件45通常保持为水平姿势，矩形波导管35的上面部件45和下面(缝隙天线31的上面)通常处于平行的状态。
如上所述，由于介电部件36填充在矩形波导管35的内部，因此，矩形波导管35的上面部件45能够下降至与介电部件36的上面接触的位置。于是，以与介电部件36的上面接触的位置作为下限，使矩形波导管35的上面部件45在罩体50的内部升降移动，这样通过旋转盘63的旋转操作能够任意改变矩形波导管35的上面(上面部件45的下面)相对于矩形波导管35的下面(缝隙天线31的上面)的高度h(E面的矩形波导管35的上面部件45的下面与缝隙天线31的上面的高度h)。此外，如此通过旋转盘63的旋转操作改变的矩形波导管35的上面(上面部件45的下面)相对于矩形波导管35的下面的高度h，可以由设在导杆55周面上的刻度54读取。此外，设定罩体50的高度，使得根据如后所述在处理室4内进行的等离子体处理的条件使矩形波导管35的上面部件45升降移动时，能够使上面部件45充分移动的高度。
上面部件45由例如铝等导电性的非磁性材料形成，在上面部件45的周面部安装有用于相对于盖本体30电导通的屏蔽螺线65。为了降低电阻，在该屏蔽螺线65的表面实施例如镀金等。矩形波导管35的整个内壁面由相互电导通的导电性部件构成，电流沿着矩形波导管35的整个内壁面顺利地流动而不会放电。
在构成缝隙天线31的各矩形波导管35的下面，沿着各矩形波导管35的长度方向等间隔地配置有作为透孔的多个缝隙70。在本实施方式中，假定相当于G5(G5为，基板G的尺寸：1100mm×1300mm，处理室4的内部尺寸：1470mm×1590mm)，在每个矩形波导管35中分别直列设置有12个缝隙70，在整个缝隙天线31中，在盖本体30的整个下面(缝隙天线31)均匀地分布配置有12个×6列＝72处的缝隙70。设定各缝隙70彼此之间的间隔，使得在各矩形波导管35的长度方向，彼此邻接的缝隙70之间在中心轴彼此之间例如是λg’/2(λg’是在2.45GHz的情况下的初始设定时的微波的波导管内波长)。此外，在各矩形波导管35中所形成的缝隙70的数量任意，例如，可以在每个矩形波导管35中分别设置13个缝隙70，在整个缝隙天线31中，在盖本体30的整个下面(缝隙天线31)均匀地分布13个×6列＝78处的缝隙70。
这样，在均匀地分布配置在整个缝隙天线31上的各缝隙70的内部，分别填充有例如由Al2O3构成的介电部件71。其中，作为介电部件71，可以使用例如氟树脂、石英等介质材料。并且如上所述，在这些缝隙70的下方，分别配置有安装在缝隙天线31下面的多个介电体32。各介电体32呈长方形的平板状，例如由石英玻璃、AlN、Al2O3、蓝宝石、SiN、陶瓷等介质材料构成。
如图2所示，配置各介电体32，使得分别横跨通过Y分支管41与一个微波供给装置40连接的2根矩形波导管35。如上所述，在盖本体30的内部平行配置有共计6根矩形波导管35，各介电体32分别与2根矩形波导管35对应而配置成3列。
此外如上所述，在各矩形波导管35的下面(缝隙天线31)分别直列配置有12个缝隙70，各介电体32以横跨相互邻接的2根矩形波导管35(通过Y分支管41与同一微波供给装置40连接的2根矩形波导管35)的各缝隙70彼此之间的方式安装。这样，在缝隙天线31的下面共计安装有12个×3列＝36个介电体32。在缝隙天线31的下面设有用于在排列成12个×3列的状态下支承这些36个介电体32的形成为格子状的梁75。此外，在各矩形波导管35的下面形成的缝隙70的个数任意，例如可以在各矩形波导管35的下面分别设置13个缝隙70，在缝隙天线31的下面排列共计13个×3列＝39个介电体32。
此处，图4是从盖体3的下方观察的介电体32的放大图。图5是沿图4中X-X线的介电体32的纵截面图。梁75以围绕各介电体32周围的方式配置，并支承各介电体32，使其处于紧贴缝隙天线31的下面的状态。梁75由例如铝等非磁性的导电性材料构成，缝隙天线31和盖本体30均处于电接地的状态。通过该梁75支承各介电体32的周围，从而使各介电体32的下面的大部分处于在处理室4内露出的状态。
各介电体32和各缝隙70之间使用O形环70’等密封部件而处于密封状态。例如在大气压的状态下，将微波导入在盖本体30的内部形成的各矩形波导管35中，但是，如上所述，由于分别将各介电体32和各缝隙70之间密封，因此能够保持处理室4内的气密性。
各介电体32形成为长方形，该长方形长度方向的长度L比抽成真空的处理室4内的微波的自由空间波长λ＝约120mm长，宽度方向的长度M比自由空间波长λ短。在由微波供给装置40产生例如2.45GHz的微波时，在介电体表面传播的微波的波长λ与自由空间波长λ大致相等。因此，各介电体32长度方向的长度L比120mm长，例如设定为188mm。并且，各介电体32的宽度方向的长度M比120mm短，例如设定为40mm。
并且，在各介电体32的下面形成凹凸。即，在本实施方式中，在形成为长方形的各介电体32的下面，沿其长度方向直列配置有7个凹部80a、80b、80c、80d、80e、80f、80g。如果平视这些各凹部80a～80g，均大致为基本相等的长方形。并且，各凹部80a～80g的内侧面为大致垂直的壁面81。
各凹部80a～80g的深度d并非全部为相等的深度，也可以构成为凹部80a～80g的深度的一部分或者全部的深度d各异。在图7所示的实施方式中，离缝隙70最近的凹部80b、80f的深度d最浅，离缝隙70最远的凹部80d的深度d最深。并且，位于缝隙70正下方的凹部80b、80f两侧的凹部80a、80c和凹部80e、80g，为缝隙70正下方的凹部80b、80f的深度d和离缝隙70最远的凹部80d的深度d的中间深度d。
但是，对于位于介电体32长度方向两端的凹部80a、80g和位于2个缝隙70内侧的凹部80c、80e，两端的凹部80a、80g的深度d比位于缝隙70内侧的凹部80c、80e的深度d浅。因此，在本实施方式中，各凹部80a～80g的深度d的关系为，离缝隙70最近的凹部80b、80f的深度d<位于介电体32长度方向两端的凹部80a、80g的深度d<位于缝隙70内侧的凹部80c、80e的深度d<离缝隙70最远的凹部80d的深度d。
并且，设定在凹部80a和凹部80g位置的介电体32的厚度t1、在凹部80b和凹部80f位置的介电体32的厚度t2、和在凹部80c和凹部80e位置的介电体32的厚度t3，使得如后所述微波在介电体32的内部传播时，不会分别实质上妨碍在凹部80a～80c位置的微波的传播和在凹部80e～80g位置的微波的传播。与此相反，设定在凹部80d位置的介电体32的厚度t4，使得如后所述微波在介电体32的内部传播时，在凹部80d的位置发生所谓的截波(crt off)，使微波在凹部80d位置实质上不进行传播。由此，配置在一个矩形波导管35的缝隙70侧的凹部80a～80c位置的微波的传播和配置在另一个矩形波导管35的缝隙70侧的凹部80e～80g位置的微波的传播，在凹部80d的位置被截波，彼此互不干涉，从而防止从一个矩形波导管35的缝隙70出来的微波与从另一个矩形波导管35的缝隙70出来的微波发生干涉。
在支承各介电体32的梁75的下面，在各介电体32的周围分别设置有用于向处理室4内供给规定气体的气体喷射口85。在每个介电体32上以围绕其周围的方式在多处形成有气体喷射口85，由此气体喷射口85均匀地分布配置在处理室4的整个上面。
如图1所示，在盖本体30的内部设有规定气体供给用的气体配管90和冷却水供给用的冷却水配管91。如图4中的虚线90所示，气体配管90在开口于梁75下面的气体喷射口85的上方，横向贯通盖本体30的内部设置，通过该气体配管90供给的规定气体分别供给至设在梁75下面的各气体喷射口85。
气体配管90与配置在处理室4外部的规定气体供给源95连接。在本实施方式中，作为规定的气体供给源95，准备有氩气供给源100、作为成膜气体的硅烷气体供给源101和氢气供给源102，隔着各阀100a、101a、102a，质量流量控制器100b、101b、102b，阀100c、101c、102c与气体配管90连接。这样，从规定的气体供给源95供给至气体配管90的规定气体从气体喷射口85向处理室4内喷射。
冷却水配管91与从配置在处理室4外部的冷却水供给源105循环供给冷却水的冷却水供给配管106和冷却水返回配管107连接。通过该冷却水供给配管106和冷却水返回配管107，将冷却水从冷却水供给源105循环供给至冷却水配管91，这样能够将盖本体30保持在规定的温度。
下面，在上述结构的本发明实施方式的等离子体处理装置1中，例如对非晶硅成膜的情况进行说明。在进行处理时，将基板G载置在处理室4内的基座10上，从处理气体供给源95经过气体配管90、气体喷射口85，向处理室4内供给规定的气体，例如氩气/硅烷气体/氢气的混合气体，并从排气口23进行排气，将处理室4内设定为规定的压力。在这种情况下，通过从分布配置在盖本体30的整个下面的气体喷射口85喷出规定的气体，能够向载置在基座10上的基板G的整个表面全面地供给规定的气体。
并且，如上所述在向处理室4内供给规定的气体，另一方面通过加热器12将基板G加热至规定的温度。此外，由图2所示的微波供给装置40产生的例如2.45GHz的微波经过Y分支管41导入各矩形波导管35中，通过各自的各缝隙70，在各介电体32中进行传播。
此外，在使如此导入矩形波导管35中的微波从各缝隙70向各介电体32传播的情况下，如果缝隙70的大小不充分，微波就不会从矩形波导管35进入缝隙70内。但是，在本实施方式中，在各缝隙70内填充有例如氟树脂、Al2O3、石英等介电常数高于空气的介电部件71。因此，即使缝隙70没有足够的大小，由于介电部件71的存在，也能够发挥表观上与具有能够使微波进入所需的足够大小的缝隙70相同的效果。这样，能够使导入矩形波导管35中的微波可靠地从各缝隙70向各介电体32传播。
在这种情况下，如果设矩形波导管35的长度方向的缝隙70的长度为a，在矩形波导管35内传播的微波的波长(管内波长)为λg，配置在缝隙70内的介电部件71的介电常数为ε，则只要选择 &lambda;g / &epsiv; &le; 2 a 的介电体即可。例如对于氟树脂、Al2O3、石英而言，在将介电常数最大的Al2O3构成的介电部件71配置在缝隙70内时，能够使最多的微波从缝隙70向介电体32传播。此外，对于在矩形波导管35的长度方向的长度a相同的缝隙70，通过使用介电常数各异的部件作为配置在缝隙70内的介电部件71，能够控制从缝隙70向介电体32传播的微波的量。
于是，利用在各介电体32中传播的微波的能量，在各介电体32的表面，在处理室4内形成电磁场，利用电场能量使处理容器2内的上述规定气体等离子体化，由此对基板G上的表面进行非晶硅的成膜。在这种情况下，由于在各介电体32的下面形成有凹部80a～80g，因此利用在介电体32中传播的微波的能量，在这些凹部80a～80g的内侧面(壁面81)形成大致垂直的电场，能够有效地在其附近生成等离子体。并且也能够稳定生成等离子体的部位。此外，通过使在各介电体32的下面形成的多个凹部80a～80g的深度d互不相同，能够在各介电体32的整个下面大致均一地生成等离子体。并且，设介电体32的横宽为例如40mm，比微波的自由空间波长λ＝约120mm短，设定介电体32的长度方向的长度为例如188mm，比微波的自由空间波长λ长，由此能够使表面波只在介电体32的长度方向传播。并且，通过设在各介电体32中央的凹部80d，能够防止从2个缝隙70传播的微波彼此之间的相互干涉。
此外，在处理室4的内部，利用例如0.7eV～2.0eV的低电子温度、1011～1013cm-3的高密度等离子体，对基板G进行损伤少的均匀的成膜处理。非晶硅成膜的条件为，例如处理室4内的压力是5～100Pa，优选为10～60Pa；基板G的温度是200～450℃，优选为250℃～380℃。此外，处理室4的尺寸适宜为G3以上(G3为，基板G的尺寸：400mm×500mm，处理室4的内部尺寸：720mm×720mm)，例如是G4.5(基板G的尺寸：730mm×920mm，处理室4的内部尺寸：1000mm×1190mm)、G5(基板G的尺寸：1100mm×1300mm，处理室4的内部尺寸：1470mm×1590mm)；微波供给装置的功率输出适宜为1～4W/cm2，优选为3W/cm2。如果微波供给装置的功率输出是1W/cm2以上，那么等离子体发生着火，能够比较稳定地生成等离子体。如果微波供给装置的功率输出不足1W/cm2，则等离子体不着火，或者等离子体的生成非常不稳定，于是工艺不稳定且不均匀，无法实用。
此处，在处理室4内进行的这种等离子体处理的条件(例如气体种类、压力、微波供给装置的功率输出等)根据处理的种类等适当设定，但一方面，如果由于改变等离子体处理的条件，使与等离子体生成相对应的处理室4内的阻抗发生变化，那么与此同时在各矩形波导管35内传播的微波的波长(管内波长λg)也具有变化的性质。而另一方面，如上所述在每个矩形波导管35中以规定的间隔(λg’/2)设置缝隙70，所以如果因等离子体处理的条件阻抗发生改变，由此导致管内波长λg发生变化，那么缝隙70彼此之间的间隔(λg’/2)与实际管内波长λg的一半的距离就会不一致。结果，微波不能有效地从沿着各矩形波导管35的长度方向排列的多个缝隙70向处理室4上面的各介电体32传播。
因此，在本发明的实施方式中，因例如气体种类、压力、微波供给装置的功率输出等在处理室4内进行的等离子体处理的条件，阻抗改变，通过使各矩形波导管35的上面部件45相对于下面(缝隙天线31的上面)升降移动，修正因此发生变化的管内波长λg。即，在因处理室4内的等离子体处理条件实际的管内波长λg变短的情况下，通过旋转操作升降机构46的旋转盘63，使矩形波导管35的上面45在罩体50的内部下降。于是，如果降低各矩形波导管35的上面(上面部件45的下面)相对于各矩形波导管35的下面的高度h，则管内波长λg变长，能够消除缝隙彼此之间的间隔(λg’/2)与实际的管内波长λg的波峰部分和波谷部分的位置间隔之间的偏移，从而使管内波长λg的波峰部分和谷值部分与各缝隙70的位置一致。反之，在因处理室4内的等离子体处理条件实际的管内波长λg变长的情况下，通过旋转操作升降机构46的旋转盘62，使矩形波导管35的上面45在罩体50的内部上升。于是，增大各矩形波导管35的上面(上面部件45的下面)相对于各矩形波导管35的下面的高度h，则管内波长λg变短，能够消除缝隙彼此之间的间隔(λg’/2)与实际的管内波长λg的波峰部分和波谷部分的位置间隔之间的偏移，从而使管内波长λg的波峰部分和波谷部分与各缝隙70的位置一致。
此外，当使矩形波导管35的上面部件45在罩体50的内部升降时，根据设在升降机构46的导杆55周面的刻度54，能够准确地观察矩形波导管35的上面(上面部件45的下面)相对于矩形波导管35的下面的高度h。
于是，通过使矩形波导管35的上面部件45相对于下面(缝隙天线31的上面)升降移动，任意改变矩形波导管35的上面(上面部件45的下面)相对于各矩形波导管35的下面的高度h，改变微波的管内波长λg，能够自由地使实际的管内波长λg的波峰部分和波谷部分的位置间隔与各缝隙70的位置一致。结果，能够使微波有效地从在矩形波导管35的下面形成的多个缝隙70向处理室4上面的各介电体32传播，在基板G的整个上方形成均匀的电磁场，能够对基板G的整个表面进行均匀的等离子体处理。通过改变微波的管内波长λg，无需在每个等离子体处理的条件中改变缝隙70彼此之间的间隔，因此能够降低设备成本，还能够在同一处理室4内连续进行种类不同的等离子体处理。
除此之外，根据本实施方式的等离子体处理装置1，在处理室4的上面安装多个砖状的介电体32，能够实现各介电体32的小型化和轻量化。因此，等离子体处理装置1的制造也变得简单且成本低廉，能够提高对于基板G的大面化的适应性。此外，在每个介电体32中分别设置缝隙70，并且各介电体32每个的面积显著减小，并在其下面形成有凹部80a～80g，因此能够使微波均匀地在各介电体32的内部传播，从而能够在各介电体32的整个下面有效地生成等离子体。因此，能够在处理室4的整个内部进行均匀的等离子体处理。此外，由于支承介电体32的梁75(支承部件)也能做细，因此各介电体32下面的大部分露出于处理室内4内，在处理室4内形成电磁场时，梁75几乎不会成为阻碍，能够在基板G的整个上方形成均匀的电磁场，能够在处理室4内生成均匀的等离子体。
此外，可以如本实施方式的等离子体处理装置1所述，在支承介电体32的梁75上设置供给规定气体的气体喷射口85。并且，如本实施方式的说明，如果使用例如铝等金属构成梁75，那么气体喷射口85等的加工简单易行。
以上说明了本发明优选实施方式的一个示例，但是本发明并非局限于此处所示的方式。例如，使矩形波导管35的上面部件45升降的升降机构46可以不由图中所示的引导部51和升降部52构成，而是利用汽缸或其它的驱动机构使矩形波导管35的上面部件45升降。此外，在图中所示的方式中，说明了使矩形波导管35的上面部件45升降的方式，但是也可通过使矩形波导管35的下面(缝隙天线31)下降来改变矩形波导管35的上面45相对于下面(缝隙天线31)的高度h。
此外，以在各矩形波导管35的内部配置氟树脂、Al2O3、石英等介电部件36为例进行了说明，但是各矩形波导管35的内部也可以是空洞。此外，在矩形波导管35的内部配置介电部件36的情况与使矩形波导管35的内部形成空洞的情况相比，能够缩短管内波长λg。这样，能够缩短沿着矩形波导管35的长度方向排列设置的各缝隙70彼此之间的间隔，因此能够相应地增加缝隙70的个数。于是，能够使介电体32做得更细，进一步增加设置个数，能够进一步提高介电体32的小型化和轻量化以及在处理室4整个内部的均匀的等离子体处理的效果。
此外，在矩形波导管35内配置介电部件36时，为了使上面部件45升降移动，矩形波导管35内的上部部分成为空洞。在这种情况下，矩形波导管35内的介电常数是介电部件36的介电常数和存在于矩形波导管35内上部的空气的介电常数的中间值。例如，如果使用介电常数与空气比较接近的氟树脂(空气的介电常数大约为1，氟树脂的介电常数大约为2)作为介电部件36，则能够减少在矩形波导管35内的上部所形成的空洞的大小的影响，反之，如果使用介电常数与空气差异较大的Al2O3(Al2O3的介电常数大约为9)作为介电部件36，则能够增大在矩形波导管35内的上部所形成的空洞的大小的影响。
此外，如图6所示，可以在各介电体32的周围分别设置：将从氩气供给源100供给的作为第一规定气体的Ar气体供给至处理室4内的1个或者2个以上的第一气体喷射口120；将例如从硅烷气体供给源101和氢气供给源102供给的作为第二规定气体的成膜气体供给至处理室4内的1个或者2个以上的第二气体喷射口121。在图示的例子中，从支承介电体32的梁75的下面隔开适当的距离，按照与梁75的下面平行的方式将管122安装在支承部件123上。接着，在介电体32的下面附近使第一气体喷射口120在支承部件123的侧面开口，使从氩气供给源100供给的Ar气体通过梁75和支承部件123的内部，从第一气体喷射口120供给至处理室4内。并且，使第二气体喷射口121在管122的下面开口，使从硅烷气体供给源101和氢气供给源102供给的成膜气体通过梁75、支承部件123和管122的内部，从第二气体喷射口121供给至处理室4内。
根据这种结构，将供给成膜气体的第二气体喷射口121配置在供给Ar气体的第一气体喷射口120的下方，这样能够在介电体32的下面附近供给Ar气体，在从介电体32的下面向下方离开的位置上供给成膜气体。于是，在介电体32的下面附近，对于不活泼的Ar气体能够利用较强的电场生成等离子体，并对于活泼的成膜气体利用弱一些的电场和Ar等离子体生成等离子体，因此作为成膜气体的硅烷气体作为前体(前驱体)被离解成SiH3自由基，从而能够享受未被过剩离解成SiH2自由基的作用效果。
此外，作为在介电体32的下面形成有凹凸的一个示例，说明了在介电体32的下面设置7个凹部80a～80g的例子，但是在介电体32的下面设置的凹部的数量和凹部的形状、配置是任意的。各凹部的形状也可以各不相同。并且可以通过在介电体32的下面设置凸部，在介电体32的下面形成凹凸。无论采用何种方式，只要在介电体32的下面设置凹凸，在介电体32的下面形成大致垂直的壁面，就能够利用在该垂直的壁面传播的微波的能量形成大致垂直的电场，在其附近有效地生成等离子体，也能够稳定生成等离子体的部位。
此外，可以按照各矩形波导管35的截面形状(矩形状)的长边方向在E面为水平、短边方向在H面为垂直的方式进行配置。并且，如图中所示的实施方式，如果按照矩形波导管35的截面形状(矩形状)的长边方向在H面为垂直、短边方向在E面为水平的方式进行配置，就能够扩大各矩形波导管35彼此之间的间隔，因此例如气体配管90和冷却水配管91的配置简单，并易于进一步增加矩形波导管35的根数。
在缝隙天线31上形成的缝隙70的形状可以是各种各样的形状，例如可以是狭缝形状等。此外，除了在直线上配置多个缝隙70之外，也可以构成为以旋涡状或同心圆状配置的所谓径向缝隙天线。此外，介电体32的形状也可以不是长方形，可以是例如正方形、三角形、任意的多边形、圆板、椭圆形等形状。并且，各介电体32彼此之间既可以是相同的形状，也可以是不同的形状。
此外，上面说明了在缝隙70的内部填充氟树脂、Al2O3、石英等介电部件71的例子，但是也可以在缝隙70内配置种类各异的多个介电部件。图7、图8是其中一例，是在缝隙70的内部配置互不相同的2种介电部件71a、71b的实施方式。在这种情况下，可以例如图7所示，按照沿纵向将缝隙70的内部分为二部分的方式配置2种介电部件71a、71b，或者也可以例如图8所示，按照沿横向将缝隙70的内部分为二部分的方式配置2种介电部件71a、71b。
于是，在缝隙70内配置互不相同的2种介电部件71a、71b的情况下，如果设矩形波导管35的长度方向的缝隙70的长度为a，在矩形波导管35内传播的微波的波长(管内波长)为λg，由配置在缝隙70内的2种介电部件71a、71b的组合而决定的介电常数为ε’，则只要选择由 &lambda;g / &epsiv; , &le; 2 a 的不同介质材料构成的2种介电部件71a、71b即可。例如对于氟树脂、Al2O3、石英而言，通过选择介电常数最大的Al2O3构成的介电部件71a和介电常数比Al2O3小的石英构成的介电部件71b并将它们组合配置在缝隙70内，能够获得与将介电常数比Al2O3小、介电常数比石英大的介电材料配置在缝隙70内的方式相同的状态。在这种情况下，通过改变Al2O3和石英的比例，能够任意调整由2种介电部件71a、71b的组合所决定的介电常数ε’。并且同样，通过选择介电常数最小的氟树脂构成的介电部件71a和介电常数比氟树脂大的石英构成的介电部件71b并将它们组合配置在缝隙70内，能够获得与将介电常数比石英小、介电常数比氟树脂大的介质材料配置在缝隙70内的方式相同的状态。在这种情况下，通过改变石英和氟树脂的比例，能够任意调整由2种介电部件71a、71b的组合所决定的介电常数ε’。
以上说明了按照沿纵向将缝隙70的内部分为二部分的方式配置2种介电部件71a、71b的例子(图7)，和沿横向将缝隙70的内部分为二部分的例子(图8)，但是分割方向并非局限于纵横。例如，也可以将缝隙70的内部斜着分为二部分配置2种介电部件71a、71b。并且，在缝隙70内配置的多个介电部件不局限于2种，也可以是3种以上。
如上所述，通过在缝隙70内组合配置多个种类各异的介电部件，就能很容易地获得与在缝隙70内配置具备自然界难以得到的介电常数的介电部件的方式相同的状态。这样，能够使导入矩形波导管35中的微波可靠地从各缝隙70向各介电体32传播。
在以上的实施方式中，对作为等离子体处理一个示例的非晶硅成膜进行了说明，但是，除了非晶硅成膜之外，本发明可以适用于氧化膜成膜、多晶硅成膜、硅烷氨处理、硅烷氢处理、氧化膜处理、硅烷氧处理、其它的CVD处理之外，还适用于蚀刻处理。
实施例
在图1等图中说明的本发明实施方式的等离子体处理装置1中，对基板G的表面进行SiN成膜处理时，改变矩形波导管35的上面的高度，研究矩形波导管35内的电场E的位置的变化以及对在处理室4内生成的等离子体的影响。
对于在基板G的表面形成的SiN膜，通过研究膜厚A对于距矩形波导管35的终端距离的变化，得到图9。图9表示SiN膜的膜厚(A)与距矩形波导管35的终端的距离(mm)的关系。如果等离子体密度大，则沉积速率(Deposition Rate)增大，结果，SiN膜的膜厚变厚，因此本发明人认为，膜厚与等离子体密度具有比例关系。使矩形波导管35的上面部件45的高度h变为78mm、80mm、82mm、84mm，研究各高度时的膜厚A，当h＝84mm时，膜厚A对于距矩形波导管35的终端距离的变化最少，能在基板G的整个表面形成膜厚A均匀的SiN膜。相反，当h＝78mm、80mm、82mm时，在靠近矩形波导管35的位置膜厚A均变厚，越靠近矩形波导管35的终端侧，膜厚A越减少。在h＝84mm时以外，实际的管内波长λg的一半的距离与缝隙70的规定间隔(λg’/2)不一致。
图10中示意性地表示矩形波导管35的上面的高度h接近78mm、84mm时，在矩形波导管35内传播的微波的管内波长λg的变化。当h＝78mm左右时，由于受到在处理室4内生成的等离子体的阻抗的影响，实际的管内波长λg的一半的距离(λg/2)增长，因此如图10(a)所示，管内波长λg的波峰部分和波谷部分的间隔比在矩形波导管35的下面(缝隙天线31)形成的缝隙70的间隔(λg’/2)长。因此，管内波长λg的波峰部分和波谷部分越是在矩形波导管35的终端侧，越与缝隙70的位置偏离。由于这种影响，在矩形波导管35的终端侧，从缝隙70向介电体32传播的微波减少，电场能量出现不均匀，等离子体变得不均匀，结果导致成膜不均匀。与此相反，当h＝84mm左右时，如图10(b)所示，管内波长λg的波峰部分和波谷部分与在矩形波导管35的下面(缝隙天线31)形成的缝隙70的位置大体一致。因此，在处理室4内，沿着矩形波导管35的长度方向，生成均匀的等离子体，膜厚也大体均匀。于是，通过改变矩形波导管35的上面45的高度h，调整在矩形波导管35内传播的微波的实际管内波长λg，能够使管内波长λg的波峰部分和波谷部分与缝隙70的位置一致，从而能够使微波能有效地向处理室4上面的介电体32传播。

Claims (17)

1.一种等离子体处理装置，使微波通过在矩形波导管的下面形成的多个缝隙，并在配置在处理室上面的介电体中传播，利用在介电体表面形成的电磁场中的电场能量，使供给至处理室内的规定气体等离子体化，对基板实施等离子体处理，其特征在于：
所述矩形波导管的上面部件由具有导电性的非磁性材料构成，并且该上面部件构成为能够相对于所述矩形波导管的下面升降移动。
2.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述矩形波导管的上部开口，上面部件以自由升降的方式从上方插入矩形波导管内。
3.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
设置有使所述矩形波导管的上面部件相对于所述矩形波导管的下面升降移动的升降机构。
4.如权利要求3所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述升降机构包括使所述上面部件升降移动的升降杆和使所述上面部件总是处于与下面平行的姿势的导杆。
5.如权利要求4所述的等离子体处理装置，其特征在于：
在所述导杆上设置有表示所述矩形波导管的上面相对于下面的高度h的刻度。
6.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
在所述处理室的上方并列配置有多根所述矩形波导管。
7.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
在所述矩形波导管的下面，以相等间隔排列有多个缝隙。
8.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
在所述矩形波导管上安装有多个介电体，并且每个介电体设置有1个或者2个以上的缝隙。
9.如权利要求8所述的等离子体处理装置，其特征在于：
在所述多个介电体的周围，分别设置有向处理室内供给规定气体的1个或者2个以上的气体喷射口。
10.如权利要求9所述的等离子体处理装置，其特征在于：
在支承所述多个介电体的支承部件上设置有所述气体喷射口。
11.如权利要求8所述的等离子体处理装置，其特征在于：
在所述多个介电体的周围，分别设置有向处理室内供给第一规定气体的1个或者2个以上的第一气体喷射口、和向处理室内供给第二规定气体的1个或者2个以上的第二气体喷射口。
12.如权利要求11所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述第一喷射口和第二喷射口中的一个配置在另一个的下方。
13.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
对所述基板的微波的功率输出是1～4W/cm2。
14.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
在所述介电体的下面形成有凹凸。
15.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
在所述缝隙的内部配置有介电部件。
16.一种等离子体处理方法，使微波通过在矩形波导管的下面形成的多个缝隙，并在配置在处理室上面的介电体中传播，利用在介电体表面形成的电磁场中的电场能量，使供给至处理室内的规定气体等离子体化，对基板实施等离子体处理，其特征在于：
通过使所述矩形波导管的上面部件相对于下面升降移动，控制所述微波的管内波长。
17.如权利要求16所述的等离子体处理方法，其特征在于：
根据等离子体处理的条件，使所述矩形波导管的上面部件相对于下面升降移动。
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