CN101385129A - 微波等离子体源和等离子体处理装置 - Google Patents

微波等离子体源和等离子体处理装置 Download PDF

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Abstract

微波等离子体源(2)包括：将微波在被分配为多个的状态下进行输出的微波输出部(30)、和将被分配为多个的微波导入上述腔室内的多个天线模块(41)。各天线模块(41)具备：具有放大微波的放大器(47)的放大器部(42)；具有将放大的微波向腔室内放射的天线(51)的天线部(44)；和进行微波的传输路上的阻抗调整的调谐器(43)。调谐器(43)与天线部(44)被一体设置，并接近放大器(47)设置。

Description

微波等离子体源和等离子体处理装置
技术领域
本发明涉及微波等离子体源和使用该微波等离子体源的等离子体处理装置。
背景技术
在半导体设备和液晶显示装置的制造工序中，为了对半导体晶片或玻璃基板等被处理基板实施蚀刻处理或成膜处理等等离子体处理，使用等离子体蚀刻装置或等离子体CVD成膜装置等等离子体处理装置。
作为等离子体处理装置中的等离子体的产生方法，已知向配置有平行平板电极的腔室内供给处理气体，向该平行平板电极供给规定的电力，通过电极间的电容耦合而产生等离子体的方法；以及通过因微波而产生的电场和由配置在腔室外的磁场产生装置产生的磁场使电子加速，该电子与处理气体的中性分子撞击而使中性分子电离，由此产生等离子体的方法等。
在后者的利用微波产生的电场和磁场产生装置产生的磁场的磁控效应的方法的情况下，使规定功率的微波通过波导管/同轴管供给至配置在腔室内的天线，将微波从天线向腔室内的处理空间放射。
现有的通常的微波导入装置包括输出被调整为规定功率的微波的磁控管和具有向磁控管供给直流正极电流的微波产生电源的微波振荡器，以使从该微波振荡器输出的微波经天线向腔室内的处理空间放射的方式构成。
但是，因为磁控管的寿命大约为半年，比较短，在使用这种磁控管的微波导入装置中存在装置成本和维护成本高的问题。并且，因为磁控管的振荡稳定性为大约1％，且输出稳定性为3％左右，偏差较大，所以难以振荡稳定的微波。
这里，在日本专利特开2004-128141号公报中记载了下述技术，利用使用半导体放大元件的放大器、即固体放大器对低功率微波进行放大，生成需要的大功率的微波，装置寿命长，能够获得功率稳定的微波。该技术在利用分配器分配微波后，利用固体放大器放大从分配器输出的微波，用合成器合成在各固体放大器中被放大的微波。
另外，在日本专利特开2004-128141号公报的技术中，合成器要求精密的阻抗匹配；由于从合成器输出的大功率的微波被传输至隔离器，所以需要大型的隔离器；在天线的面内不能调整微波的输出分布，因此作为解决以上问题的技术，在日本专利特开2004-128385号公报中提出了在利用分配器将微波分配为多个后，利用放大器进行放大，之后不用合成器进行合成而从多个天线放射微波，在空间中进行合成的方案。
但是，在这样的技术中，需要在分配的各波道中安装两个以上的大型的短截线调谐器(stub tuner)，进行不匹配部的调谐，所以装置变得复杂。并且，还存在不一定能够以高精度进行不匹配部的阻抗调整的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供能够避免装置的大型化和复杂化，且能够以高精度使阻抗匹配的微波等离子体源。
并且，本发明的其它目的在于提供使用这种微波等离子体源的等离子体处理装置。
根据本发明的第一观点，提供一种微波等离子体源，用于在腔室内形成微波等离子体，其包括：用于输出微波的微波输出部；具有放大微波的放大器的放大器部；具有将放大的微波向上述腔室内放射的天线的天线部；和进行微波的传输路上的阻抗调整的调谐器。上述调谐器与上述天线部一体设置，并接近上述放大器设置。
在上述第一观点中，上述天线可以使用为平面状且形成有多个缝隙的天线。
根据本发明的第二观点，提高一种微波等离子体源，用于在腔室内形成微波等离子体，其包括：将微波在被分配为多个的状态下进行输出的微波输出部；和将在被分配为多个的状态下输出的微波导入上述腔室内的多个天线模块。上述各天线模块具备：具有放大微波的放大器的放大器部；具有将放大的微波向上述腔室内放射的天线的天线部；和进行微波的传输路上的阻抗调整的调谐器。上述调谐器与上述天线部一体设置，并接近上述放大器设置。
在上述第二观点中，能够以经上述各天线模块导入上述腔室内的微波在上述腔室内的空间中合成的方式构成。并且，上述放大部也可以具有调整微波相位的相位器。进一步，上述天线能够使用为平面状且形成有多个缝隙的天线。在这样形成有多个缝隙的情况下，上述放大部也可以具有调整微波相位的相位器，此时，将上述多个天线模块以邻接的天线模块之间缝隙偏离90°的方式配置，并且利用上述相位器使邻接的天线模块之间相位偏离90°，由此能够实现圆偏振波。
在上述第一、第二观点的微波等离子体源中，在上述天线为上述那种平面状且形成有多个缝隙的天线时，上述缝隙优选为扇形。在这种情况下，作为天线部，能够使用具有顶板和慢波件的天线，其中，该顶板由使从上述天线放射的微波透过的电介体构成，该慢波件设置在上述天线的与顶板相反的一侧，由使到达上述天线的微波的波长缩短的电介体构成，通过调整上述慢波件的厚度，能够调整微波的相位。并且，上述顶板优选形成为四边形状，更优选在中央被分割成两部分。
在上述第一、第二观点的微波等离子体源中，上述调谐器和上述天线可以构成集总常数电路，并且，上述调谐器和上述天线可以作为谐振器发挥作用。另外，作为上述调谐器，能够使用具有由电介体构成的两个铁心(slug)的铁心调谐器。
作为上述放大器，适宜使用具有半导体放大元件的放大器。并且，上述调谐器和上述天线部优选配置在共同的筐体内并被一体化，上述放大器优选采用以下结构，通过从上述筐体向上方延伸的连接器经上述调谐器与上述天线部串联连接，或直接安装在上述筐体的上表面。而且，上述放大器部还可以具有将从上述放大器向上述天线输出的微波中的反射微波分离的隔离器。
在上述第一、第二观点的微波等离子体源中，还可以为具有供电变换部的结构，该供电变换部用于适当地从上述放大器向上述调谐器供给微波电力。
上述供电变换部也可以为具有经电介体和天线进行非接触供电的供电激发部件的结构，上述供电激发部件可以构成为，包括：在电介体上形成的由开路短截线(open stub)构成的微带线(microstrip line)；用于从上述放大器向上述微带线供电的连接器；使来自上述微带线的微波电力透过且作为谐振器发挥作用的电介体部件；和用于将透过电介体部件的微波向上述调谐器放射的缝隙天线。在这种情况下，上述供电变换部可以构成为，具有多个上述连接器和上述微带线，在各连接器上连接有放大器，来自这些放大器的微波电力经各微带线被空间合成。
另外，供电激发部件可以构成为，包括：在电介体上形成的接线天线(patch antenna)；从上述放大器向上述接线天线供电的连接器；和使从上述接线天线放射的微波电力透过并向上述调谐器放射的电介体部件。在这种情况下，可以构成为，具有多个上述连接器和上述接线天线，在各连接器上连接有放大器，来自这些放大器的微波电力经各接线天线被空间合成。
上述供电激发部件可以构成为，还具有反射板，该反射板设置在与其微波电力放射面相反一侧的面上，且反射微波电力。
根据本发明的第三观点，提供一种等离子体处理装置，其包括：收容被处理基板的腔室；向上述腔室内供给气体的气体供给机构；和利用微波使供给至上述腔室内的气体等离子体化的微波等离子体源，该等离子体处理装置利用等离子体对上述腔室内的被处理基板实施处理/上述微波等离子体源具有：用于输出微波的微波输出部；具有放大微波的放大器的放大器部；具有将放大的微波向上述腔室内放射的天线的天线部；和进行微波的传输路上的阻抗调整的调谐器。上述调谐器与上述天线部一体设置，并接近上述放大器设置。
根据本发明的第四观点，提供一种等离子体处理装置，其包括：收容被处理基板的腔室；向上述腔室内供给气体的气体供给机构；和利用微波使供给至上述腔室内的气体等离子体化的微波等离子体源，该等离子体处理装置利用等离子体对上述腔室内的被处理基板实施处理。上述微波等离子体源具有：将微波在被分配为多个的状态下进行输出的微波输出部；和将在被分配为多个的状态下输出的微波导入上述腔室内的多个天线模块。上述各天线模块具备：具有放大微波的放大器的放大器部；具有将放大的微波向上述腔室内放射的天线的天线部；和进行微波的传输路上的阻抗调整的调谐器。上述调谐器与上述天线部一体设置，并接近上述放大器设置。
在上述第三或第四的观点中，作为上述气体供给机构能够使用以下结构的机构，其具有导入等离子体生成用气体的第一气体供给机构、和导入处理气体的第二气体供给机构，最初来自上述第一气体供给机构的等离子体生成用气体因微波而等离子体化，来自上述第二气体供给机构的处理气体因该等离子体而等离子体化。
根据本发明，在用于在腔室内形成微波等离子体的微波等离子体源中，将调谐器与天线部一体设置，所以与分别设置的情况相比能够大幅度小型化，微波等离子体源本身也能够显著地小型化。并且，通过将放大器、调谐器和天线接近设置，能够在存在阻抗不匹配的天线安装部利用调谐器高精度地进行调谐，能够可靠地消除反射的影响。
附图说明
图1是表示搭载有本发明的一个实施方式的微波等离子体源的等离子体处理装置的大致结构的截面图。
图2是用于说明本发明的一个实施方式的微波等离子体源的大致结构的框图。
图3是表示主放大器的电路结构的例子的图。
图4是表示图1的装置中的调谐器和天线部的截面图。
图5是表示平面缝隙天线的优选方式的平面图。
图6是表示具有四边形状的顶板的天线部的立体图。
图7是用隔板将四边形状的顶板分割成两部分后的状态的天线部的立体图。
图8是表示用于对产生圆偏振波时的多个天线模块的配置例进行说明的天线单元的一部分的底面图。
图9表示作为从主放大器向调谐器供电时的供电变换部的其它例的供电激发板的截面图。
图10是表示图9的供电激发板的印刷配线基板背面的图。
图11是表示图9的供电激发板的电介体部件背面的图。
图12是表示图9的供电激发板的缝隙天线的底面图。
图13是表示作为从主放大器向调谐器供电时的供电变换部的又一其它例的其它供电激发板的截面图。
图14是表示图13的供电激发板的平面图。
图15是表示图13的供电激发板的印刷配线基板背面的图。
图16是用于对在模拟中使用的天线部和调谐部的结构进行说明的图。
图17是表示模拟结果的图。
图18A是表示模拟结果的图。
图18B是表示模拟结果的图。
图19A是表示模拟结果的图。
图19B是表示模拟结果的图。
图20是表示平面缝隙天线的其它优选方式的平面图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细的说明。图1是表示搭载有本发明的一个实施方式的微波等离子体源的等离子体处理装置的大致结构的截面图，图2是表示本实施方式的微波等离子体源的结构的构成图。
等离子体处理装置100构成为对晶片实施例如蚀刻处理作为等离子体处理的等离子体蚀刻装置，具有：气密地构成的由铝或不锈钢等金属材料构成的大致圆筒状的接地的腔室1、和用于在腔室1内形成微波等离子体的微波等离子体源2。在腔室1的上部形成有开口部1a，微波等离子体源2以从该开口部1a面对腔室1内部的方式设置。
在腔室1内用于水平支撑作为被处理体的晶片W的基座11在被筒状的支撑部件12支撑的状态下设置，其中，该支撑部件12在腔室1的底部中央通过绝缘部件12a直立设置。作为构成基座11和支撑部件12的材料，可以列举表面经过铝阳极化处理(阳极氧化处理)的铝等。
另外，虽然没有图示，在基座11上设置有：用于静电吸附晶片W的静电卡盘、温度控制机构、向晶片W的背面供给热传递用气体的气体流路、和为了搬送晶片W而进行升降的升降销等。而且，在基座11上经由匹配器13电连接有高频偏压电源14。通过从该高频偏压电源14向基座11供给高频电力，离子被吸引到晶片W一侧。
在腔室1的底部连接有排气管15，在该排气管15上连接有包括真空泵的排气装置16。于是，通过使该排气装置16动作而对腔室1内进行排气，能够使腔室1内高速地减压至规定的真空度。并且，在腔室1的侧壁，设置有用于进行晶片W的搬入搬出的搬入搬出口17、和开闭该搬入搬出口17的闸阀18。
在腔室1内的基座11的上方位置，水平设置有喷淋板20，该喷淋板20向晶片W喷出用于等离子体蚀刻的处理气体。该喷淋板20具有形成为格子状的气体流路21、和在该气体流路21上形成的大量的气体喷出孔22，格子状的气体流路21之间为空间部23。在该喷淋板20的气体流路21上连接有向腔室1的外侧延伸的配管24，在该配管24上连接有处理气体供给源25。
另一方面，在腔室1的喷淋板20的上方位置，沿腔室壁设置有环状的等离子体气体导入部件26，在该等离子体气体导入部件26上在内周设置有大量的气体喷出口。在该等离子体气体导入部件26上通过配管28连接有供给等离子体气体的等离子体气体供给源27。作为等离子体气体适宜使用Ar气。
从等离子体气体导入部件26导入腔室1内的等离子体气体，由于从微波等离子体源2导入腔室1内的微波而被等离子体化，该Ar等离子体激发通过喷淋板20的空间部23并从喷淋板20的气体喷出孔22喷出的处理气体，形成处理气体的等离子体。
微波等离子体源2由设置在腔室1的上部的支撑环29支撑，它们之间被气密地密封。如图2所示，微波等离子体源2具有：分配为多个路径并输出微波的微波输出部30；和用于将从微波输出部30输出的微波导入腔室1并向腔室1内放射的天线单元40。
微波输出部30具有：电源部31、微波振荡器32、对经过振荡的微波进行放大的放大器33、和将被放大的微波分配为多个的分配器34。
微波振荡器32使规定频率(例如2.45GHz)的微波例如发生PLL振荡。在分配器34中，以尽量不发生微波损失的方式，使输入侧与输出侧的阻抗匹配，同时对由放大器33放大后的微波进行分配。其中，作为微波的频率，除了2.45GHz以外，还能够使用8.35GHz、5.8GHz、1.98GHz等。
天线单元40具有多个引导由分配器34分配的微波的天线模块41。各天线模块41具有：主要对被分配的微波进行放大的放大器部42、用于使阻抗匹配的调谐器43、和向腔室1内放射被放大的微波的天线部44。于是，如上所述，从多个天线模块41的天线部44向腔室1内放射微波，然后在腔室内空间合成微波。
放大器部42具有相位器45、可变增益放大器46、构成固体放大器的主放大器47和隔离器48。
相位器45以能够利用铁心调谐器使微波的相位发生变化的方式构成，通过对其进行调整，能够使放射特性发生改变。例如，通过对每个各天线模块调整相位，能够控制定向性从而使等离子体分布发生变化，或如后所述，使相邻的天线模块各偏离90°的相位，从而得到圆偏振波。但是，当不需要这样的放射特性的改变时，没有必要设置相位器45。
可变增益放大器46调整向主放大器47输入的微波的电力等级，是用于调整各个天线模块的偏差或调整等离子体强度的放大器。通过对每个各天线模块使可变增益放大器46发生变化，能够在产生的等离子体中出现分布。
构成固体放大器的主放大器47，例如如图3所示，可以为具有输入匹配电路61、半导体放大元件62、输出匹配电路63和高Q谐振电路64的结构。作为半导体放大元件62，能够使用可以进行E级动作的GaAsHEMT、GaNHEMT、LD-MOS。特别是在使用GaNHEMT作为半导体放大元件62的情况下，可变增益放大器为固定值，使E级动作放大器的电源电压可变，进行功率控制。
隔离器48对在天线部44反射并朝向主放大器47的反射微波进行分离，具有循环器和等效负载(同轴终端器)。循环器将在天线部44反射的微波导向等效负载，等效负载将由循环器引导的反射微波变换为热。
在本实施方式中，设置有多个天线模块41，且对从各天线模块的天线部44放射的微波进行空间合成，所以隔离器48可以是小型的隔离器，能够与主放大器47邻接设置。
如图4所示，调谐器43和天线部44构成为一体的单元，具有共同的筐体50。而且，在筐体50的下部配置有天线部44，在上部配置有调谐器43。筐体50为金属制且呈圆筒状，构成同轴管的外侧导体。
天线部44具有呈平面状且具有缝隙51a的平面缝隙天线51，从该平面缝隙天线51向上方垂直地延伸着成为同轴管的内侧导体的金属棒52。
在筐体50的上端安装有供电变换部53，在供电变换部53的上端安装有同轴连接器(N形连接器)65。而且，上述主放大器47经同轴电缆66连接在同轴连接器65上。在同轴电缆66的途中存在着隔离器48。主放大器47为功率放大器，处理大电力，所以虽然进行E级等高效率的动作，但是其热量相当于数十～数百kW，从散热的观点出发，串联安装在天线部44上。供电变换部53为了传输微波，以从同轴连接器65至筐体50其传输路逐渐变大的方式形成。
筐体50的上表面为了接地而为金属面，但是通过对微波的传输方式进行设计，也能够将主放大器47直接安装在筐体50的上表面。由此，能够构成更小型且散热性能良好的天线模块。
另外，隔离器48与主放大器47邻接设置。并且，在与供电变换部53的上端的金属棒52接触的部分设置有绝缘部件54。
天线部44具有设置在平面缝隙天线51的上表面上的慢波件55。慢波件55具有比真空大的介电常数，例如由石英、陶瓷、聚四氟乙烯等氟类树脂或聚酰亚胺类树脂构成，因为在真空中微波的波长变长，所以具有使微波的波长变短并调整等离子体的功能。慢波件55能够通过其厚度调整微波的相位，对其厚度进行调整，使得平面缝隙天线51为驻波的“波腹”。由此，能够使反射最小而平面缝隙天线51的放射能量最大。
另外，在平面缝隙天线51的下表面配置有用于真空密封的电介体部件，例如由石英或陶瓷等构成的顶板56。于是，由主放大器47放大的微波通过金属棒52与筐体50的周壁之间，从平面缝隙天线51的缝隙51a透过顶板56向腔室1内的空间放射。
如图5所示，这时的缝隙51a优选为扇形，优选设置图示的2个或4个。另外，如图6所示，顶板56优选为四边形状(长方体)。由此，能够使微波以TE模式高效率地进行传输。而且，如图7所示，更加优选利用隔板57将四边形顶板分割成两部分。由此，由于疑似TE波能够在顶板56中传输，所以能够进一步扩展调谐范围。
调谐器43在筐体50的比天线部44靠上的部分，具有两个铁心58，构成铁心调谐器。铁心58构成为由电介体构成的板状体，在金属棒52与筐体50的外壁之间以圆环状设置。而且，根据来自控制器60的指令，利用驱动部59使这些铁心58上下运动，由此对阻抗进行调整。控制器60进行阻抗调整，使得终端为例如50Ω。如果仅使两个铁心中的一个运动，则描绘通过史密斯圆图(Smith chart)的原点的轨迹；如果使两个铁心同时运动，则仅相位发生旋转。
在本实施方式中，主放大器47、调谐器43和平面缝隙天线51邻接配置。而且，调谐器43和平面缝隙天线51构成存在于一个波长内的集总常数电路，并且它们作为谐振器而发挥作用。
等离子体处理装置100中的各构成部由具有微型处理器的控制部70进行控制。控制部70具有存储有处理方案的存储部和输入单元以及显示器等，根据选择的处理方案控制等离子体处理装置。
接着，对以上述方式构成的等离子体处理装置的动作进行说明。
首先，将晶片W搬入腔室1内，载置在基座11上。然后，从等离子体气体供给源27经配管28和等离子体气体导入部件26向腔室1内导入等离子体气体例如Ar气，同时从微波等离子体源2向腔室1内导入微波从而形成等离子体。
接着，处理气体例如Cl2气等蚀刻气体从处理气体供给源25经配管24和喷淋板20喷向腔室1内。喷出的处理气体被通过喷淋板20的空间部23的等离子体激发，等离子体化，利用这样形成的处理气体的等离子体对晶片W实施等离子体处理例如蚀刻处理。
在这种情况下，在微波等离子体源2中，由微波输出部30的微波振荡器32振荡的微波在放大器33被放大，然后由分配器34分配为多个，分配的微波在天线单元40被导入多个天线模块41。在天线模块41中，由构成固体放大器的主放大器47对如上所述分配为多个的微波分别地进行放大，在分别地放射之后使用平面缝隙天线51在空间进行合成，因此不需要大型的隔离器和合成器。并且，因为天线部44和调谐器43一体设置在同一筐体内，所以相当紧凑。因此，微波等离子体源2自身与现有技术相比能够显著地小型化。进一步，主放大器47、调谐器43和平面缝隙天线51靠近设置，特别是调谐器43和平面缝隙天线51构成集总常数电路，并作为谐振器而发挥作用，由此，在存在阻抗不匹配的平面缝隙天线安装部能够利用调谐器43以更高的精度进行调谐，能够可靠地消除反射的影响。
并且，如上所述，调谐器43和平面缝隙天线51接近，构成集总常数电路，并作为谐振器发挥作用，由此，能够高精度地消除至平面缝隙天线51为止的阻抗的不匹配，并能够实质上使不匹配部分为等离子体空间，因此能够利用调谐器43进行高精度的等离子体控制。并且，通过使安装在平面缝隙天线51上的顶板56为四边形状，能够使微波为TE波，高效率地进行放射，而且，因为利用隔板57将四边形状的顶板56分割成两部分，能够使疑似TE波在顶板56中传输，所以能够进一步扩展调谐范围，等离子体的控制性变得更加良好。
进一步，通过利用相位器使各天线模块的相位发生变化，能够进行微波的定向性控制，从而能够容易地进行等离子体等的分布的调整。另外，如图8所示，以在邻接的天线模块之间缝隙51a偏离90°的方式配置多个天线模块41，并利用相位器45使邻接的天线模块之间相位偏离90°，由此，能够实现圆偏振波。其中，图8表示天线单元40的一部分。
接着，对从主放大器47向调谐器43传输微波电力的方式的其它的例子进行说明。
在上述实施方式中，经同轴连接器65使用同轴结构的供电变换部53进行从主放大器47向调谐器43的微波电力的传输(供电)，在这种情况下，因为需要使供电变换部53的传输路逐渐变大，所以不能充分地实现装置的小型化。并且，在上述实施方式中，为向调谐器43连接有一个放大器的方式，这种方式存在不能获得充分的输出的问题。
为了改良上述问题，如图9所示，作为供电变换部，能够使用经电介体和天线进行非接触供电的供电激发板80。供电激发板80用于将从主放大器47传输来的微波电力向调谐器43放射供给，具有：在电介体板75上形成有微带线76而构成的配线基板(PCB)71；在PCB71的下面以电介体耦合的方式设置的电介体部件72；设置在电介体部件72的下表面的缝隙天线73；和设置在印刷配线基板(PCB)71的上表面的反射板74。其中，在图9中，对于与图4相同的部件标注相同的符号，省略其说明。
如图10所示，PCB71，在电介体板75的背面形成有由Cu等导体构成的微带线76，在电介体板75的周面与微带线76对应的部分安装有连接器78。微带线76形成为开路短截线，设计与该缝隙天线的位置关系，使得电流密度最大值为缝隙中心。连接器78和微带线76各设置有两个，能够与两个放大器连接。当从这两个连接器78进行供电时，在谐振部分进行电力合成(空间合成)并向调谐器43放射供给。其中，连接器78和微带线76可以是1个，也可以是3个以上，为3个以上时也与2个的情况相同，供给的微波被空间合成。
电介体部件72例如由石英构成，与缝隙天线73一起作为谐振器发挥作用，如图11所示，在其中心贯通有直至缝隙天线73的中心导体77。
缝隙天线73例如由Cu构成，如图12所示，例如通过电镀形成在电介体部件72的背面，例如形成有扇形的缝隙73a。缝隙73a如图所示设置有两个，其长度约为1/2×λg。另外，缝隙也可以是其它形状。并且，缝隙不限于两个，例如也可以设置四个。而且，还能够消除缝隙天线73，作为波长为1/4×λg的单极天线而进行电力供给。
反射板74例如由Cu构成，例如通过电镀形成在PCB71的上表面，使微波电力反射，防止微波电力因辐射而泄露。
在这样构成的供电激发板80中，来自主放大器47的微波经连接器78向PCB71的微带线76供给，经电介体部件72到达缝隙天线73，从在该部件上形成的缝隙73a向调谐器43放射供给。
此时的供电方式与现有的使用同轴电缆的方式不同，为经电介体和天线的非接触供电，因为将电介体用作谐振器，所以能够使作为供电变化部的供电激发板80小型化。另外，通过设置两个以上的连接器78和微带线76，能够从多个主放大器进行供电，在谐振部分被电力合成并向调谐器43放射供给，但此时的合成是空间合成，与在基板上合成的情况相比，能够增大合成容量，并能够使供电变换部53非常紧凑。并且，仅设置多个连接器78和微带线76就能够进行电力合成，所以可以为极其简单的结构。
在图9的微波等离子体源中，到调谐器为止的电路的阻抗例如为50Ω。并且，调谐器与天线间的电长度为1/2波长以内，由于在其间进行匹配，所以可以看作集总常数电路，驻波的发生最小。
作为从主放大器47向调谐器43传输微波电力的又一其它方法，能够列举使用图13所示的利用接线天线的供电激发板的方式。图13的供电激发板90与上述供电激发板80相同，进行经电介体和天线的非接触供电，将从主放大器47传输的微波向调谐器43放射供给。该供电激发板90具有：在电介体板84上形成接线天线85而构成的印刷配线基板(PCB)81；在PCB81的下面以电介体耦合的方式设置的电介体部件82；和设置在PCB81的上表面的反射板83。其中，在图13中，对于与图4相同的部件标注相同的符号，省略其说明。
在PCB81的上表面安装有用于供电的两个连接器87，如图14所示，PCB81上表面的连接器87以外的部分由反射板83覆盖。如图15所示，在PCB81的背面与两个连接器87对应的位置，分别从电介体板84突出设置有扇状的接线天线85，经由连接器87向接线天线85进行供电。向接线天线85的供电点85a位于从中心位置偏离的位置。在两个连接器87上分别连接有主放大器，能够从主放大器经连接器87向各接线天线85供电。其中，连接器87和接线天线85可以是1个，也可以是3个以上。
电介体部件82例如由石英构成，具有使从接线天线85放射的电力透过并向调谐器43放射的功能。这时，微波的波长根据电介体部件82的比介电常数εr缩短为λg＝λ/εr1/2。在其中心贯通有直至金属棒52的中心导体86。
反射板83例如由Cu构成，例如通过电镀形成在PCB81的上表面，使微波电力反射，防止微波电力因辐射而泄露。
在这样构成的供电激发板90中，来自主放大器47的微波电力经连接器87向PCB81的接线天线85供给，在接线天线85进行谐振，然后经由电介体部件82向调谐器43放射供给。
此时的供电方式与现有的使用同轴电缆的方式不同，为经电介体和天线的非接触供电，因为将接线天线85和电介体用作谐振器，所以能够使作为供电变换部的供电激发板90小型化。并且，在电介体部件82中，因为微波的波长被缩短为λg＝λ/εr1/2，所以能够减小接线天线85。进一步，通过设置两个以上的连接器87和接线天线85，能够从多个主放大器进行供电，在谐振部分被电力合成并向调谐器43放射供给，但此时的合成是空间合成，与在基板上合成的情况相比，能够增大合成容量，并能够变得非常紧凑。并且，因为仅设置多个连接器87和接线天线85就能够进行电力合成，所以可以为极其简单的结构。
接着，对于模拟结果进行说明。
在此，如图16所示，在平面缝隙天线51上设置有两个扇形的缝隙51a，通过调谐器43的两个铁心58使距离L1、L2可变，使图中的A～F最优化，并在设置有四边形状的顶板的情况下进行模拟。其中，A为从供电点至缝隙51a的距离，B为缝隙51a的角度，C为从缝隙51a至天线端的距离，D为天线51的外径尺寸，E为从天线51至内侧导体的端部的距离，F为铁心58的厚度。例如，A＝15mm，B＝78度，C＝20mm，D＝90mm，E＝172mm，F＝15mm。
在图17中表示该结果。在图17中，横轴为顶板56的宽度，纵轴为S11(反射系数)的最大可用功率增益(MAG：Maximum AvailablePower Gain)。根据图17可以确认，S11的最大可用功率增益下降至0.2dB附近，电磁波被高效地放射，相对于顶板尺寸较稳定，能够使TE10模式稳定传输。但是，如果仅使顶板为四边形状则调谐范围不一定充分，所以如图7所示，在顶板56的中央放入隔板同样地进行模拟，结果可以确认，仅使一个铁心58移动时极坐标图(polar chart)和史密斯圆图如图18A、图18B所示；使两者均移动时的极坐标图和史密斯圆图如图19A、图19B所示，SWWR能够进行调谐至20等级。
另外，本发明不限定于上述实施方式，在本发明的宗旨范围内能够进行各种变形。例如，微波输出部30的电路结构和天线单元40、主放大器47的电路结构等不限定于上述实施方式。具体而言，在没有必要对从平面缝隙天线放射的微波的定向性进行控制或没有必要生成圆偏振波的情况下，不需要相位器。并且，天线单元40不一定需要由多个天线模块41构成，在远程等离子体等较小的等离子体源足够的情况下，1个天线模块就足够。而且，在主放大器47中，半导体放大元件的个数也可以是多个。
形成于平面缝隙天线51上的缝隙出于能够减小其自身的长度并能够小型化，优选为扇形，但并不限定于此。并且，缝隙的数目也不限于上述实施方式。例如，能够适当地使用如图20所示的设置有四个缝隙51b的平面缝隙天线51’。在该图中，各缝隙51b为直线状，当然也可以为扇形。
进一步，在上述实施方式中，作为等离子体处理装置以蚀刻处理装置为例进行了说明，但不限于此，也能够应用于成膜处理、氮氧化膜处理、灰化处理等其它的等离子体处理中。并且，被处理基板不限于半导体晶片W，也可以是以LCD(液晶显示器)用基板为代表的FPD(平板显示器)基板或陶瓷基板等其它的基板。

Claims (42)

1.一种微波等离子体源，用于在腔室内形成微波等离子体，其特征在于，包括：
用于输出微波的微波输出部；
具有放大微波的放大器的放大器部；
具有将放大的微波向所述腔室内放射的天线的天线部；和
进行微波的传输路上的阻抗调整的调谐器，其中，
所述调谐器与所述天线部一体设置，并接近所述放大器设置。
2.如权利要求1所述的微波等离子体源，其特征在于：
所述天线为平面状，且形成有多个缝隙。
3.如权利要求2所述的微波等离子体源，其特征在于：
所述缝隙具有扇形。
4.如权利要求2所述的微波等离子体源，其特征在于：
所述天线部具有：顶板，其由使从所述天线放射的微波透过的电介体构成；和慢波件，其设置在所述天线的与顶板相反一侧，由使到达所述天线的微波的波长缩短的电介体构成。
5.如权利要求4所述的微波等离子体源，其特征在于：
通过调整所述慢波件的厚度，调整微波的相位。
6.如权利要求4所述的微波等离子体源，其特征在于：
所述顶板为四边形状。
7.如权利要求6所述的微波等离子体源，其特征在于：
所述顶板在中央被分割成两部分。
8.如权利要求1所述的微波等离子体源，其特征在于：
所述调谐器和所述天线构成集总常数电路。
9.如权利要求1所述的微波等离子体源，其特征在于：
所述调谐器和所述天线作为谐振器发挥作用。
10.如权利要求1所述的微波等离子体源，其特征在于：
所述调谐器为具有由电介体构成的两个铁心的铁心调谐器。
11.如权利要求1所述的微波等离子体源，其特征在于：
所述放大器具有半导体放大元件。
12.如权利要求1所述的微波等离子体源，其特征在于：
所述调谐器和所述天线部配置在共同的筐体内并被一体化。
13.如权利要求12所述的微波等离子体源，其特征在于：
所述放大器通过从所述筐体向上方延伸的连接器经所述调谐器与所述天线部串联连接。
14.如权利要求12所述的微波等离子体源，其特征在于：
所述放大器直接安装在所述筐体的上表面。
15.如权利要求1所述的微波等离子体源，其特征在于：
所述放大器部还具有分离从所述放大器向所述天线输出的微波中的反射微波的隔离器。
16.如权利要求1所述的微波等离子体源，其特征在于：
还具有用于适当地从所述放大器向所述调谐器供给微波电力的供电变换部。
17.如权利要求16所述的微波等离子体源，其特征在于：
所述供电变换部具有经电介体和天线进行非接触供电的供电激发部件。
18.如权利要求17所述的微波等离子体源，其特征在于：
所述供电激发部件具有：在电介体上形成的由开路短截线构成的微带线；用于从所述放大器向所述微带线供电的连接器；使来自所述微带线的微波电力透过、且作为谐振器发挥作用的电介体部件；和用于将透过电介体部件的微波向所述调谐器放射的缝隙天线。
19.如权利要求18所述的微波等离子体源，其特征在于：
具有多个所述连接器和所述微带线，在各连接器上连接有放大器，来自这些放大器的微波电力经由各微带线被空间合成。
20.如权利要求17所述的微波等离子体源，其特征在于：
所述供电激发部件具有：形成于电介体上的接线天线；从所述放大器向所述接线天线供电的连接器；和使从所述接线天线放射的微波电力透过并向所述调谐器放射的电介体部件。
21.如权利要求17所述的微波等离子体源，其特征在于：
具有多个所述连接器和所述接线天线，在各连接器上连接有放大器，来自这些放大器的微波电力经由各接线天线被空间合成。
22.如权利要求17所述的微波等离子体源，其特征在于：
所述供电激发部件还具有反射板，该反射板设置在与其微波电力放射面相反一侧的面上，且反射微波电力。
23.一种微波等离子体源，用于在腔室内形成微波等离子体，其特征在于，包括：
将微波在被分配为多个的状态下进行输出的微波输出部；和
将在被分配为多个的状态下输出的微波导入所述腔室内的多个天线模块，其中，
所述各天线模块具备：
具有放大微波的放大器的放大器部；
具有将放大的微波向所述腔室内放射的天线的天线部；和
进行微波的传输路上的阻抗调整的调谐器，其中，
所述调谐器与所述天线部一体设置，并接近所述放大器设置。
24.如权利要求23所述的微波等离子体源，其特征在于：
经所述各天线模块导入所述腔室内的微波在所述腔室内的空间中合成。
25.如权利要求23所述的微波等离子体源，其特征在于：
所述放大器部具有调整微波相位的相位器。
26.如权利要求23所述的微波等离子体源，其特征在于：
所述天线为平面状，且形成有多个缝隙。
27.如权利要求26所述的微波等离子体源，其特征在于：
所述放大器部具有调整微波相位的相位器。
28.如权利要求25所述的微波等离子体源，其特征在于：
配置所述多个天线模块，使得邻接的天线模块之间缝隙偏离90°，并且利用所述相位器使邻接的天线模块之间相位偏离90°。
29.如权利要求23所述的微波等离子体源，其特征在于：
所述调谐器和所述天线部配置在共同的筐体内并被一体化。
30.如权利要求29所述的微波等离子体源，其特征在于：
所述放大器通过从所述筐体向上方延伸的连接器经所述调谐器与所述天线部串联连接。
31.如权利要求29所述的微波等离子体源，其特征在于：
所述放大器直接安装在所述筐体的上表面。
32.如权利要求23所述的微波等离子体源，其特征在于：
还具有用于适当地从所述放大器向所述调谐器供给微波电力的供电变换部。
33.如权利要求32所述的微波等离子体源，其特征在于：
所述供电变换部具有经电介体和天线进行非接触供电的供电激发部件。
34.如权利要求33所述的微波等离子体源，其特征在于：
所述供电激发部件具有：在电介体上形成的由开路短截线构成的微带线；用于从所述放大器向所述微带线供电的连接器；使来自所述微带线的微波电力透过、且作为谐振器发挥作用的电介体部件；和用于将透过电介体部件的微波向所述调谐器放射的缝隙天线。
35.如权利要求34所述的微波等离子体源，其特征在于：
具有多个所述连接器和所述微带线，在各连接器上连接有放大器，来自这些放大器的微波电力经由各微带线被空间合成。
36.如权利要求33所述的微波等离子体源，其特征在于：
所述供电激发部件具有：形成于电介体上的接线天线；从所述放大器向所述接线天线供电的连接器；和使从所述接线天线放射的微波电力透过并向所述调谐器放射的电介体部件。
37.如权利要求36所述的微波等离子体源，其特征在于：
具有多个所述连接器和所述接线天线，在各连接器上连接有放大器，来自这些放大器的微波电力经由各接线天线被空间合成。
38.如权利要求33所述的微波等离子体源，其特征在于：
所述供电激发部件还具有反射板，该反射板设置在与其微波电力放射面相反一侧的面上，且反射微波电力。
39.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：
收容被处理基板的腔室；
向所述腔室内供给气体的气体供给机构；和
利用微波使供给至所述腔室内的气体等离子体化的微波等离子体源，
该微波等离子体处理装置利用等离子体对所述腔室内的被处理基板实施处理，其中，
所述微波等离子体源包括：
用于输出微波的微波输出部；
具有放大微波的放大器的放大器部；
具有将放大的微波向所述腔室内放射的天线的天线部；和
进行微波的传输路上的阻抗调整的调谐器，其中，
所述调谐器与所述天线部一体设置，并接近所述放大器设置。
40.如权利要求39所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述气体供给机构具有导入等离子体生成用气体的第一气体供给机构、和导入处理气体的第二气体供给机构，最初来自所述第一气体供给机构的等离子体生成用气体因微波而等离子体化，来自所述第二气体供给机构的处理气体因该等离子体而等离子体化。
41.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：
收容被处理基板的腔室；
向所述腔室内供给气体的气体供给机构；和
利用微波使供给至所述腔室内的气体等离子体化的微波等离子体源，
该微波等离子体处理装置利用等离子体对所述腔室内的被处理基板实施处理，其中，
所述微波等离子体源包括：
将微波在被分配为多个的状态下进行输出的微波输出部；和
将在被分配为多个的状态下输出的微波导入所述腔室内的多个天线模块，其中，
所述各天线模块具备：
具有放大微波的放大器的放大器部；
具有将放大的微波向所述腔室内放射的天线的天线部；和
进行微波的传输路上的阻抗调整的调谐器，其中，
所述调谐器与所述天线部一体设置，并接近所述放大器设置。
42.如权利要求41所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述气体供给机构具有导入等离子体生成用气体的第一气体供给机构、和导入处理气体的第二气体供给机构，最初来自所述第一气体供给机构的等离子体生成用气体因微波而等离子体化，来自所述第二气体供给机构的处理气体因该等离子体而等离子体化。
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