CN101803472A - 等离子体处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种缝隙天线方式的微波等离子体处理装置(100)，其具备：构成扁平波导管的平面天线板(31)及由导电性构件制成的外罩(34)。外罩(34)具备用于调整扁平波导管内的电场分布的作为第二波导管的短截线(43)。短截线(43)设有由导电性构件制成的外罩(34)。短截线(43)在俯视时，配置于与构成排列于平面天线板(31)的最外周的缝隙对的缝隙(32)重合的位置。利用短截线(43)的合适的配置，可以控制扁平波导管内的电场分布而生成均匀的等离子体。

Description

等离子体处理装置
技术领域
本发明涉及通过具有多个缝隙的平面天线向处理容器内导入微波，由此产生等离子体，利用该等离子体对被处理体进行处理的等离子体处理装置。
背景技术
作为对半导体晶片等被处理体进行氧化处理或氮化处理等等离子体处理的等离子体处理装置，已知有使用缝隙天线向处理室内导入规定频率、例如2.45GHz的微波而在处理室内生成等离子体的等离子体处理装置(例如参照日本特开平11-260594号公报、日本特开2001-223171号公报)。此种微波等离子体处理装置中，通过生成等离子体密度高的等离子体，可以在腔室内形成表面波等离子体。
在上述缝隙天线方式的等离子体处理装置中，即使是使相同规格的装置在相同的条件下工作，也会在装置间在等离子体分布方面产生一些差别。另外，如果在等离子体处理装置中变更进行处理的条件，则处理室内的等离子体就容易变得不稳定或不均匀。为了在变更后的处理条件下生成稳定的等离子体，必须变更缝隙天线的缝隙的配置及形状以及微波透过板的形状等，从而会有在每个加工中都需要很大的装置改变的问题。另外，在处理特别大型的半导体晶片等基板的情况下，如果在处理室内等离子体变得不稳定或不均匀，则很容易在基板的面内在处理结果中出现不均。
出于使微波电力在等离子体形成部的周边附近均匀地分布的目的，提出过如下的方案，即，在电子回旋共振(ECR)方式的微波等离子体处理装置中，沿着与微波电源耦合的同轴线以规定间隔配设短截线(stub)(例如参照日本特表2000-514595号公报)。另外，还提出过如下的技术，即，在使用100MHz～1000MHz的高频电力的等离子体处理装置中，在具有辐射状的棒的天线容器的上面，配置在该天线容器的上面与棒之间形成电容并且产生共振状态的短截线(例如参照日本特开平11-297494号公报)。
日本特表2000-514595号公报及日本特开平11-297494号公报中记载的等离子体处理装置都不是缝隙天线方式的等离子体处理装置。对于如下的技术，即，在缝隙天线方式的微波等离子体处理装置中，不变更缝隙的形状或配置，利用像短截线那样调节微波所致的电磁场的构件来确保等离子体的均匀性，迄今为止尚未进行过充分的研究。
发明内容
本发明是鉴于上述实际情况完成的，其目的在于，提供如下的技术，即，在缝隙天线方式的微波等离子体处理装置中，通过控制缝隙天线附近的电场分布，形成整体上均匀的电场分布，由此能够生成均匀的等离子体。
为了达成上述目的，本发明提供一种等离子体处理装置，具备：处理容器，其收容被处理体，并可以抽真空；透过板，其气密性地安装于上述处理容器的上部的开口中，使用于产生等离子体的微波透过；平面天线，与上述透过板的上面相接触或者相邻近地配置，用于将微波导入上述处理容器内，并具有由导电性材料制成的平板状基材，形成有贯穿该平板状基材的多个缝隙；导电性构件，其从上方覆盖上述平面天线；第一波导管，其贯穿上述导电性构件而设置，将来自微波发生源的微波供给到上述平面天线；至少一个第二波导管，其调节上述平面天线中的电场分布。
可以利用插入到上述导电性构件的在内部具有空洞的中空状构件，来构成上述第二波导管的一部分或整体。
或者，可以利用贯穿上述导电性构件的开口部来构成上述第二波导管的一部分或整体。
或者，可以利用形成于上述导电性构件中的凹部来构成上述第二波导管的一部分或整体。
也可以将上述第二波导管的上端部封闭。
也可以将上述第二波导管配置于上述多个缝隙中的至少一个的上方。
在优选的一个实施方式中，上述多个缝隙形成分别由2个缝隙构成的多个缝隙对，上述多个缝隙对成同心圆状排列，上述第二波导管配置于构成某1个缝隙对的2个缝隙中的至少一个的上方。该情况下，可以在俯视时，使构成某1个缝隙对的2个缝隙中的至少一个缝隙的开口的全部区域完全地包含于上述第二波导管的内部空间的区域中。
在优选的一个实施方式中，上述多个缝隙形成多个缝隙对，该缝隙对分别由2个缝隙构成，上述多个缝隙对成同心圆状排列，上述第二波导管配置于构成位于最外周的某1个缝隙对的2个缝隙中的处于径向外侧的缝隙的中心的上方。该情况下，可以在俯视时，使上述第二波导管的中心位于将位于最外周的各缝隙对中的处于径向内侧的缝隙的中心连结的圆弧上。或者，可以在俯视时，使上述第二波导管的中心与构成位于最外周的某1个缝隙对的2个缝隙中的处于径向内侧的缝隙的中心一致。
在优选的一个实施方式中，上述多个缝隙形成多个缝隙对，该多个缝隙对分别由2个缝隙构成，上述多个缝隙对成同心圆状排列，上述第二波导管配置于构成位于最外周的某1个缝隙对的2个缝隙中的处于径向外侧的缝隙的中心的上方。该情况下，可以在俯视时，使上述第二波导管的中心位于将位于最外周的各缝隙对中的处于径向外侧的缝隙的中心连结的圆弧上。或者，可以在俯视时，使上述第二波导管的中心与构成位于最外周的某1个缝隙对的2个缝隙中的处于径向外侧的缝隙的中心一致。
优选作为上述至少一个第二波导管，设置多个第二波导管，上述第二波导管的数目为2个～4个的范围内。
优选上述多个第二波导管中的至少2个隔着上述平面天线的中心，沿其径向对称地配置。
上述多个第二波导管分别配置于从上述平面天线的中心向径向外侧延伸、并且将上述多个缝隙中的多个缝隙连结的线的上方。
上述等离子体处理装置可以在上述平面天线上，还具备调整向上述平面天线供给的微波的波长的滞波板。
根据本发明，在具备具有多个缝隙的平面天线的等离子体处理装置中，通过在从平面天线的上方覆盖平面天线的导电性构件(外罩)上设置第二波导管，就可以调整由平面天线和导电性构件构成的扁平半导体内的电场分布而使之均匀化。其结果是，微波向第一波导管中的反射系数(反射波)受到抑制，可以提高微波对在处理容器内生成的等离子体的吸收效率。即，可以减少微波的功率损耗，提高执行功率效率。此外，可以在处理容器内稳定地生成等离子体，并且可以使等离子体分布均匀。所以就会起到如下的效果，即，即使在被处理体为大型基板的情况下，也可以在面内进行均匀的处理。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的等离子体处理装置的一例的概略剖面图。
图2是表示图1的等离子体处理装置的平面天线板的结构的图。
图3是表示图1的等离子体处理装置的上部的构成的要部立体图。
图4是表示图1的等离子体处理装置的控制系统的概略构成的方框图。
图5是表示短截线的构成例的图1的等离子体处理装置的上部的要部剖面图。
图6是表示短截线的其他构成例的等离子体处理装置的上部的要部剖面图。
图7是表示短截线的其他构成例的等离子体处理装置的上部的要部剖面图。
图8是表示短截线的其他构成例的等离子体处理装置的上部的要部剖面图。
图9是表示短截线的其他构成例的等离子体处理装置的上部的要部剖面图。
图10是说明短截线相对于缝隙的配置位置的图。
图11是说明短截线相对于缝隙的配置位置的其他例子的图。
图12是说明短截线相对于缝隙的配置位置的其他例子的图。
图13是用于说明模拟中的微波的功率平衡的图。
图14是说明短截线相对于平面天线板的配置个数的图。
图15是说明短截线相对于平面天线板的配置个数的其他例子的图。
图16是说明短截线相对于平面天线板的配置个数的其他例子的图。
图17是说明短截线相对于平面天线板的配置例的图。
图18是说明短截线相对于平面天线板的配置的其他例子的图。
图19是说明短截线相对于平面天线板的配置的其他例子的图。
图20是说明模拟中的短截线的配置位置和个数的图。
图21是说明模拟中的短截线的配置位置和个数的图。
图22是说明模拟中的短截线的配置位置和个数的图。
图23是说明模拟中的短截线的配置位置和个数的图。
图24是说明模拟中的短截线的配置位置和个数的图。
图25是说明模拟中的短截线的配置位置和个数的图。
图26是说明模拟中的短截线的配置位置和个数的图。
图27是说明短截线相对于缝隙的配置位置的变形例的图。
图28是表示实验中所用的等离子体处理装置的构成的概略剖面图。
图29是表示实验中所用的等离子体处理装置的短截线与缝隙的位置关系的俯视图。
图30是表示短截线高度与顶板部的电场强度的关系的曲线图。
图31是表示第一实验的结果的图表。
图32是表示第二实验的结果的图。
具体实施方式
[第一实施方式]
下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。图1是示意性地表示本发明的第一实施方式的等离子体处理装置100的概略构成的剖面图。图2是表示图1的等离子体处理装置100的平面天线的俯视图。图3是表示图1的等离子体处理装置100的上面的概略构成的立体图。图4是表示图1的等离子体处理装置100的控制系统的概略构成例的图。
等离子体处理装置100被作为如下的等离子体处理装置而构成，即，通过利用具有多个缝隙状的孔的平面天线，特别是利用RLSA(RadialLine Slot Antenna；径向线缝隙天线)向处理室内导入微波而产生等离子体，就可以产生高密度且低电子温度的微波激发等离子体。等离子体处理装置100中，可以进行利用具有1×1010～5×1012/cm3的等离子体密度且具有0.7～2eV的低电子温度的等离子体的处理。所以，等离子体处理装置100可以适用于各种半导体装置的制造过程中。
等离子体处理装置100作为主要的构成，具备：气密性地构成的腔室(处理室)1、向腔室1内供给气体的气体供给机构18、作为用于将腔室1内减压排气的排气机构的排气装置24、设于腔室1的上部而向腔室1内导入微波的微波导入机构27、作为控制这些等离子体装置100的各构成部的控制机构的控制部50。而且，气体供给机构18、排气装置24及微波导入机构27构成使腔室1内产生等离子体的等离子体生成机构。
腔室1由接地的近似圆筒状的容器形成。而且，腔室1也可以由方筒形状的容器形成。腔室1具有由铝等材质制成的底壁1a和侧壁1b。
腔室1的内部设有用于水平地支承作为被处理体的硅晶片W(以下简称为“晶片)的载放台2。载放台2由热传导性高的材质，例如由AlN等陶瓷构成。该载放台2由从排气室11的底部中央向上方延伸的圆筒状的支承构件3支承。支承构件3例如由AlN等陶瓷构成。
在载放台2上，设有将其外缘部覆盖而用于引导晶片W的盖环4。该盖环4是例如由石英、AlN、Al2O3、SiN等材质构成的环状构件。
在载放台2上，嵌入了作为温度调节机构的电阻加热型的加热器5。该加热器5通过由加热器电源5a供电而对载放台2加热，利用该热对作为被处理基板的晶片W均匀地加热。
在载放台2上，配备有热电偶(TC)6。通过利用该热电偶6进行温度计测，就可以在例如室温到900℃的范围中控制晶片W的加热温度。
在载放台2上，设有用于支承晶片W而使之升降的晶片支承销(未图示)。各晶片支承销被可以相对于载放台2的表面突出没入而设置。
在腔室1的内周，设有由石英制成的圆筒状的衬套7。另外，在载放台2的外周侧，为了将腔室1内均匀地排气，成环状地设有具有多个排气孔8a的石英制的折流板(baffle plate)8。该折流板8由多个支柱9支承。
在腔室1的底壁1a的大致中央部，形成有圆形的开口部10。在底壁1a中与该开口部10连通地设有向下方突出的排气室11。在该排气室11处，连接着排气管12，经由该排气管12与排气装置24连接。
在腔室1的上端，配置有平板13，其具有可使腔室内空间开放的盖体的功能，形成有大的开口。在平板的内周面，形成有向腔室内空间突出的环状的支承部13a。
在腔室1的侧壁1b，设有形成环状的气体导入部15。该气体导入部15与供给含氧气体或等离子体激发用气体的气体供给机构18连接。而且，气体导入部15也可以设成喷嘴状或淋浴器状。
另外，在腔室1的侧壁1b，设有等离子体处理装置100、用于在与之相邻的搬送室(未图示)之间进行晶片W的搬入搬出的搬入搬出口16、将该搬入搬出口16开闭的门阀17。
气体供给机构18具有供给等离子体形成用的Ar、Kr、Xe、He等稀有气体；氧化处理中的氧气、氮化处理中的氮气等处理气体；CVD处理中的原料气体；将腔室内气氛置换时所用的N2、Ar等清扫气体；清洁腔室1内时所用的ClF3、NF3等清洁气体等的气体供给源(未图示)。各气体供给源具备未图示的质量流量控制器及开闭阀，可以进行所供给的气体的切换或流量等控制。
作为排气机构的排气装置24具备涡轮分子泵等高速真空泵。如前所述，排气装置24经由排气管12与腔室1的排气室11连接。腔室1内的气体均匀地流向排气室11的空间11a内，继而通过使排气装置24动作，就可以从空间11a经由排气管12向外部排气。这样，就可以将腔室1内高速地减压到例如0.133Pa。
下面，对微波导入机构27的构成进行说明。微波导入机构27作为主要的构成，具备透过板28、平面天线板31、滞波板33、由导电性构件构成的外罩34、作为第一波导管的波导管37、匹配电路38及微波发生装置39。利用平面天线板31和外罩34构成扁平波导管(波导路)。另外，本实施方式的等离子体处理装置100中，在微波导入机构27处，具备1个以上(图1及图3中例示了2个)作为调整上述扁平波导管内的电场分布的第二波导管的短截线43。
使微波透过的透过板28配备于平板13中向内周侧伸出的支承部13a上。透过板28由电介质，例如石英或Al2O3、AlN等陶瓷构成。该透过板28与支承部13a之间被隔着密封构件29气密性地密封。所以，腔室1内就被保持为气密性。
平面天线板31在透过板28的上方与载放台2相面对地设置。平面天线板31制成圆板状。而且，平面天线板31的形状并不限于圆板状，例如也可以是方板状。该平面天线板31卡止在平板13的上端。
平面天线板31如图2所示，具有例如由表面镀金或镀银的铜板或铝板构成的基材31a。在基材31a中，形成有将其贯穿的多个缝隙32，缝隙32以规定的图形排列。各个缝隙32由细长形状的孔形成。在图2所示的实施方式中，缝隙32以同心圆状配置，并且按照构成多个缝隙对的方式配置。缝隙对以同心圆状配置。各缝隙对由朝向不同的邻近的2个缝隙32构成。即，缝隙对由其长度方向与基材31a的径向形成第一角度的缝隙32a、其长度方向与基材31a的径向形成第二角度的缝隙32b构成。多个缝隙对沿着以基材31a的中心为中心的1个圆排列。如图所示，优选沿着半径不同的多个同心圆分别排列多个缝隙对。图2中，将沿径向相邻的缝隙对的径向的间隔，即相邻的同心圆的间隔用Ar表示。
而且，图2所示的平面天线板31的缝隙32的配置或个数、配置间隔、配置角度等只不过是例示。缝隙32的长度或排列间隔可以根据微波的波长(λg)决定。例如，缝隙32的圆周方向间隔优选设为λg/4到λg的范围。而且，缝隙32的形状也可以是圆形、圆弧状等其他的形状。此外，缝隙32的配置形态没有特别限定，除了同心圆状以外，例如还可以配置为螺旋状、辐射状等。也可以将由3个以上的缝隙构成的缝隙组以规定的图案排列。而且，在以液晶显示器或有机EL显示器等平板显示器用的基板作为处理对象的情况下，也可以将多个缝隙排列为直线状或四角螺旋状。
在构成扁平波导管的平面天线板31与外罩34之间，设有由具有比真空更大的介电常数的材料制成的滞波板33。滞波板33被以将平面天线板31覆盖的方式配置。作为滞波板33的材料，可以例示出石英、聚四氟乙烯树脂、聚酰亚胺树脂等。由于在真空中微波的波长变长，因此该滞波板33具有缩短微波的波长而调整等离子体的功能。
而且，虽然平面天线板31与透过板28无论是接触还是分离都可以，然而优选使之接触。另外，虽然滞波板33与平面天线板31无论是接触还是分离都可以，然而优选使之接触。
在腔室1的上部，设有外罩34，其被以将平面天线板31及滞波板33覆盖的方式配置，与平面天线板31一起形成波导路(扁平波导管)。外罩34例如由铝或不锈钢等金属材料形成。为了不使微波向外部泄漏，平板13的上端和外罩34由具有导电性的螺旋屏蔽圈(spiral shield ring)等密封构件35密封。另外，在外罩34中，形成有冷却水流路34a。通过使冷却水在该冷却水流路34a中流通，就可以将外罩34、滞波板33、平面天线板31及透过板28冷却。利用该冷却机构，可以防止外罩34、滞波板33、平面天线板31、透过板28及平板13因等离子体的热而变形或破损。而且，外罩34被接地。
在外罩34的上壁(顶板部)的中央，形成有开口部36，在该开口部36处连接着波导管37的下端。在波导管37的另一端侧，隔着匹配电路38连接着产生微波的微波发生装置39。
波导管37具有从上述外罩34的开口部36向上方延伸出来的截面为圆形的同轴波导管37a、借助模式变换器40与该同轴波导管37a的上端部连接的沿水平方向延伸的矩形波导管37b。模式变换器40具有将以TE模式在矩形波导管37b内传播的微波变换为TEM模式的功能。
在同轴波导管37a的中心延伸着内导体41。该内导体41在其下端部与平面天线板31的中心连接固定。利用此种结构，微波就经由同轴波导管37a的内导体41向构成扁平波导管的平面天线板31以辐射状有效地均匀传播。
短截线43也如图3所示，是由具有矩形截面的中空管状构件构成的方形波导管。短截线43例如由铝或不锈钢等金属材料形成。短截线43在外罩34的外周部沿垂直方形设置。短截线43的下部插入外罩34中，贯穿外罩34。短截线43的上部被从外罩34的上面突出地设置。而且，关于本实施方式的等离子体处理装置100的短截线43的形状、配置、配设数目等，将在后面详述。
利用如上所述的构成的微波导入机构27，在微波发生装置39中产生的微波经由波导管37向平面天线板31传播，经由缝隙32及透过板28导入腔室1内。而且，微波的频率优选设为2.45GHz，然而也可以设为8.35GHz、1.98GHz等。
等离子体处理装置100的各构成部与控制部50连接而成为受其控制的构成。控制部50如图4所示，具备：具有CPU的过程控制器51、与该过程控制器51连接的用户接口52、以及存储部53。过程控制器51在等离子体处理装置100中，与例如有关温度、气体流量、压力、微波输出等加工条件的各构成部(例如加热器电源5a、气体供给机构18、排气装置24、微波发生装置39等)连接，是统一地控制它们的控制机构。
用户接口52具有：工序管理者为了管理等离子体处理装置100而进行命令的输入操作等的键盘、将等离子体处理装置100的工作状况可视化地显示的显示器等。另外，在存储部53中，保存有用于利用过程控制器51的控制来实现由等离子体处理装置100执行的各种处理的控制程序(软件)或记录了处理条件数据等的配方(recipe)。
通过根据需要，利用来自用户接口52的指示等从存储部53中调出任意的配方而由过程处理器51执行，就可以在过程控制器51的控制下，在等离子体处理装置100的腔室1内进行所需的处理。另外，上述控制程序或处理条件数据等配方可以利用存放在计算机可读取的存储介质例如CD-ROM、硬盘、软盘、闪存、DVD等中的内容，或者也可以从其他的装置例如经由专用线路向等离子体处理装置100随时地传送而在线利用。
在如此构成的等离子体处理装置100中，可以在800℃以下，特别是在室温～500℃的低温下，进行对基底膜等不造成损伤的等离子体处理。另外，等离子体处理装置100由于等离子体的均匀性优异，因此可以实现加工的均匀性。
下面，对使用了本实施方式的等离子体处理装置100的等离子体处理的过程的一例进行说明。这里，例举了以作为处理气体使用含有氧的气体、对晶片表面进行等离子体氧化处理的情况。首先，例如从用户接口52输入指令，使得在等离子体处理装置100中进行等离子体氧化处理。接收到该指令，过程控制器51读出保存在存储部53中的配方。此后，按照在基于配方的条件下执行等离子体氧化处理的方式，从过程控制器51向等离子体处理装置100的各终端设备，例如气体供给机构18、排气装置24、微波发生装置39、加热器电源5a等送出控制信号。
此后，将未图示的门阀设为开而从搬入搬出口向腔室1内搬入晶片W，放置在载放台2上。然后，在将腔室1内减压排气的同时，从气体供给机构18以规定的流量分别经由气体导入部15向腔室1内导入惰性气体及含氧气体。继而，调整排气量及气体供给量而将腔室1内调节为规定的压力。
然后，将微波发生装置39的电源设为接通(ON)，产生微波。此后，所产生的规定频率，例如2.45GHz的微波被经由匹配电路38导入到矩形波导管37b。导向矩形波导管37b的微波穿过同轴波导管37a，向构成扁平波导管的平面天线板31供给。也就是说，微波在矩形波导管37内以TE模式传播，该TE模式的微波由模式变换器40变换为TEM模式，在同轴波导管37a内朝向平面天线板31传播。此后，微波从作为贯穿平面天线板31的孔的缝隙32经由透过板28向腔室1内(晶片W的上方的空间)辐射。此时的微波输出作为透过板28的每1cm2的功率密度优选设为0.41～4.19W/cm2的范围内。微波输出例如可以从500～5000W的范围内根据目的按照达到上述范围内的功率密度的方式来选择。
利用从平面天线板31经过透过板28向腔室1辐射的微波，在腔室1内形成电磁场，将惰性气体及含氧气体分别等离子体化。该微波激发等离子体因微波是从平面天线板31的多个缝隙32中辐射的，而成为大约1×1010～5×1012/cm3的高密度、并且在晶片W附近约为1.5eV以下的低电子温度的等离子体。如此形成的微波激发高密度等离子体是离子等对基底膜造成的等离子体损伤少的等离子体。此外，利用等离子体中的活性种，例如自由基或离子的作用，晶片W的硅表面被氧化而形成硅氧化膜SiO2的薄膜。
如果从过程控制器51中送出使等离子体处理结束的控制信号，则微波发生装置39的电源即被设为断开(OFF)，等离子体氧化处理结束。然后，停止来自气体供给机构18的处理气体的供给，将腔室1内真空排气。此后，将晶片W从腔室1内搬出，结束对1片晶片W的等离子体处理。
下面，对本实施方式的等离子体处理装置100的短截线43的详细的构成进行说明。如图5所示，本实施方式中，在外罩34的外周部，构成短截线43的截面为矩形的中空管状构件43a的下部被插入设于外罩43中的开口部34b。中空块形的中空管状构件43a贯穿外罩34而到达滞波板33的上面。而且，中空管状构件43的下端无论与滞波材料33顶触还是分离都可以。
在图5中，虽然短截线43的上部从外罩34的上面突出，然而也可以不突出。对于短截线43的高度H(也就是波导路的长度)，为了在短截线43内产生微波所致的驻波，可以设定为达到在短截线43内传播的微波的管内波长λg(＝154mm)以下的合适的值，例如λg/4(38.5mm)、λg/2(77mm)、3λg/4(115.5mm)等的高度。另外，短截线43的横截面的面积也可以与在短截线43内传播的微波的波长λg对应地设定。
短截线43的上部虽然也可以如图5所示，由盖体44封闭，然而也可以如图6所示开放。为了增大微波向等离子体的吸收率，抑制微波向波导管37的反射，优选如图5所示将短截线43的上部封闭。而且，在将短截线43的上部封闭的情况下，既可以安装属于与短截线43分立的零件的盖体44，也可以使用将上部封闭了的一体成形的短截线43。
另外，在将短截线43的上部封闭的情况下，也可以取代如图5所示的盖体44，而设置移动式的盖部(移动体)(参照图28)。由于通过使用移动式的盖部，就可以使短截线43的有效管长任意地变化，因此可以通过调节短截线的高度，如后述的实验例所示，很容易地控制透过板28的电场强度。所以，从提高等离子体的均匀性，进而提高晶片面内的处理的均匀性的观点出发，使用移动式的盖部是有利的。而且，虽然使盖部可以上下移动的机构的构成是任意的，然而例如可以采用能够使盖部上下移动而定位的螺钉机构(参照图28)。
图7到图9表示了短截线43的其他的构成例。图7表示短截线43的上部由截面为矩形的中空管状构件43a构成、短截线43的下部由形成于外罩34中的矩形的开口34b构成的方式。中空管状构件43a例如由螺钉等未图示的任意的固定机构安装于外罩34的上面。图7所示的短截线43中，使中空管状构件43a的空洞部分与外罩34的开口34b对齐位置而形成沿垂直方向连续的波导路。而且，在图7所示的短截线43中，盖体44的配备也是任意的。
图8表示了由形成于外罩34中的矩形的开口34b构成的短截线43的方式。图8所示的短截线43中，仅由外罩34的开口34b沿垂直方向形成波导路。所以，短截线43的高度H仅与外罩34的厚度一致。而且，图8所示的短截线43中，盖体44的配备也是任意的。
图9表示了由形成于外罩34的下面的凹部34c构成的短截线43的方式。凹部34c朝向配置于外罩34的下方的滞波板33开口。图9所示的短截线43中，仅由外罩34的凹部34c沿垂直方向形成波导路。所以，短截线43的高度H比外罩34的厚度小。
本实施方式的等离子体处理装置100中，为了在腔室1内均匀地生成等离子体，确保晶片W的中央部与周缘部附近的处理的均匀性，在平面天线板31的周缘部附近的上方配设了短截线43。如前所述，在微波发生装置39中产生的微波经由同轴波导管37a向平面天线板31的中央部供给，在由平面天线板31和外罩34构成的波导路(扁平波导管)中以辐射状传播。微波随着经波导路传播的距离变长而容易产生反射波，驻波衰减。由此，在扁平波导管内由微波产生的电场有如下的倾向，即，在经由同轴波导管37a的下端部向扁平波导管内导入微波的平面天线板31的中央部变强，在平面天线板31的外周缘部附近变弱。如果像这样平面天线板31上的电场分布变得不均匀，则向波导管的反射系数就会变大，微波向等离子体的吸收效率降低。也就是说，导入腔室1内的微波的有效功率变小，功率损耗变大。其结果是，在腔室1内生成的等离子体变得不均匀。特别是，如果将大直径的晶片W作为处理对象而将腔室1大型化，则该问题就会变得显著化，腔室1的侧壁1b附近的等离子体密度降低，难以在晶片W的面内进行均匀的处理。
从此种观点出发，为了向腔室1内有效地供给微波，生成均匀的等离子体，优选将短截线43配设于平面天线板31的外周部(也就是周缘部附近)的上方，使平面天线板31上的电场分布接近均匀。特别是，通过将短截线43配设在形成于平面天线板31的外周部的缝隙32的上方，则与将短截线43配置于其他场所的情况相比，容易向短截线43内导入微波。这样，通过利用短截线43吸收不均匀的微波(反射波)，就可以在平面天线板31上形成均匀的电场强度分布。
本实施方式中，优选按照俯视时，使中空管状的短截线43的空洞部分与形成于平面天线板31的外周部的缝隙32的开口重合的方式，来配置短截线43。此外，更优选按照使短截线43的空洞部分位于形成于平面天线板31的外周部的缝隙32的开口面的中心(以下简记为“缝隙32的中心”)的上方的方式，来配置短截线43。另外，优选使短截线43的开口面的中心(以下简记为“短截线43的中心)位于将形成于平面天线板31的外周部的缝隙32的中心沿圆周方向连结的圆弧上。特别是，更优选按照俯视时，使短截线43的中心与平面天线板31的周缘部附近的缝隙32的中心一致的方式，来配置短截线43。另外，最好按照俯视时，使短截线43的空洞部分与缝隙32的整个开口沿上下重合的方式(即，俯视时，1个缝隙32的整体完全地包含于短截线43的空洞部分中)，来配置短截线43。
下面，参照图10到图12，对平面天线板31的径向的短截线43的配设位置的优选的例子进行说明。图10到图12是表示短截线43相对于在平面天线板31中排列在最外周的缝隙对(缝隙32a及缝隙32b)的位置的配置的说明图。各图中，短截线43以虚线表示。图10表示配置如下的短截线43的例子，即，在平面天线板31的外周部，短截线43的中心Os位于将排列在最外周的各缝隙对的内侧的缝隙32b的中心O32b连结的圆弧R32b上。图10中，特别是按照使缝隙32b的中心O32b与短截线43的中心Os在俯视时一致的方式配置。
图11表示配置如下的短截线43的例子，即，在平面天线板31的外周部，短截线43的中心Os位于将排列在最外周的各缝隙对的外侧的缝隙32b的中心O32a连结的圆弧R32a上。图11中，特别是按照使缝隙32a的中心O32a与短截线43的中心Os在俯视时一致的方式配置短截线43。
如前所述，利用从同轴波导管37a向平面天线板31的中心传播的微波，在平面天线板31的基材31a上产生的表面电流朝向平面天线板31的径外方向流动，然而由于在途中被缝隙32遮挡，因此在缝隙32的边缘感应出电荷。该电荷成为新的微波的发生源。由于电荷容易在缝隙32的长度方向的中央部附近蓄积，因此电场容易集中在缝隙32的中心。图10及图11所示的例子中，在缝隙32a、32b的中心O32a、O32b的正上方配置短截线43，抑制缝隙32的中心O32a、O32b附近的电场的集中。
如图10或图11所示，通过按照使短截线43的中心Os与构成排列在平面天线板31的最外周的缝隙对的缝隙32a或32b的中心O32a或O32b重合的方式来配置短截线43，就可以隔着滞波板33使下方的缝隙32与上方的短截线43沿上下相面对。图10或图11中，特别优选按照使短截线43的空洞部分与缝隙32的整个开口沿上下重合的方式来配置短截线43。利用如上所述的短截线43的配置，可以将缝隙32附近的电场向上方拓展。这样，就可以有效地抑制平面天线板31上的电场的集中或偏置。像这样，通过按照使短截线43的中心Os在俯视时与缝隙32a、32b的中心O32a、O32b一致的方式来配置短截线43，就可以将平面天线板31下方的腔室1内空间侧的电场分布调整得很均匀，实现腔室1内的等离子体的均匀化。而且，也可以使短截线43的中心Os在俯视时位于2个缝隙对之间。
而且，图10及图11所示的例子中，使构成最外周的缝隙对的缝隙32a或缝隙32b的中心O32a、O32b位于从平面天线板31的中心OA穿过构成内侧的缝隙对的缝隙32c、32d(图10～图12中仅图示了一对，然而并不限于一对)的中心O32c、O32d的直线X的延长线上。
图12表示如下的例子，即，使短截线43的中心OS与交点I对齐位置，上述交点I是在与构成排列于平面天线板31的最外周的缝隙对的缝隙32a及缝隙32b的长度方向正交的方向上，从各缝隙32a、32b的中心分别引出垂线时的交点。也就是说，按照在使短截线43的中心OS在俯视时与交点I一致的同时，短截线43位于交点I的上方的方式，来配置短截线43。而且，也可以使短截线43的中心位于将交点I沿平面天线板31的圆周方向连结的圆弧RI上。而且，也可以在俯视时，使短截线43的中心位于2个缝隙之间。
而且，优选将短截线43配置为，该短截线43的中心位于由第一假想圆和第二假想圆包围的环状的区域内，并且在俯视时，至少一个缝隙的至少一部分与该短截线43重合，上述第一假想圆将最外周的缝隙对中的处于外侧的多个缝隙32a的长度方向外侧端连结，以平面天线板31的中心OA为中心，上述第二假想圆将最外周的缝隙对中的处于内侧的多个缝隙32b的长度方向内侧端连结，以平面天线板31的中心OA为中心。
下面，对于图10～图12中例示的平面天线板31的径向的短截线43的三种配置，利用模拟来验证对向等离子体处理装置100的腔室1供给的微波功率及电场分布造成的影响。将其结果表示于表1中。
<模拟条件1>
模拟条件如下所示。
使用软件：COMSOL(商品名；COMSOL公司制)
径向的配置：如图13中示意性表示那样，设想圆环状的短截线43。设定为，穿过圆环状的短截线43的宽度D的一半(D/2)的位置的圆弧分别位于图10所示的圆弧R32b上、图12所示的圆弧R1上、及图11所示的圆弧R32a上。各圆弧的半径(从穿过平面天线板31的中心OA的垂直轴算起的水平方向的距离)设为，圆弧R32b为184mm，圆弧R1为200mm，圆弧R32a为215mm。
短截线：对于将圆环状的短截线43的上部封闭的短截线和开口的短截线，分别设定为从滞波板33的上面算起沿垂直方向为115.5mm(3λ/4)的高度。
边界条件：完全导体
等离子体的电子密度：设定为在从透过板28起沿下方离开1cm的位置达到1×1012/cm3，在其下方维持该电子密度。
介电常数：设定为4.2(SiO2)、1.0(空气)。
压力：设定为13.3Pa(100mTorr)。
温度：设定为500℃。
透过板：设定为石英制拱形。
平面天线板：设定为如下的结构，即，2个缝隙以ハ字形(L字形)构成一对而形成缝隙对，该缝隙对以同心圆状内、外排列2圈。
在模拟中，如图13所示，对于从微波发生装置39向波导管37供给的微波的功率(供给功率)PS、从同轴波导管37a导入到腔室1内的实际的微波的功率(导入功率)PI、从短截线43向外部放射的微波的功率(放射功率)PO、经由透过板28而由在腔室1内生成的等离子体吸收(使用)的微波的功率(吸收功率)PA、在短截线43的壁面等处损失的微波的功率(损耗功率)PL、向同轴波导管37a反射的微波的功率(反射功率)PR，将供给功率PS设为2000W而计算各功率的平衡。而且，设为PL＝PI-PO-PA，另外设为PR＝PS-PI而计算。
表1中的“配置D1”对应于图10中所示的位置，按照使圆环状的短截线43的半径与从平面天线板31的中心OA到缝隙32b的中心O32b的距离(184mm)一致的方式对齐位置。“配置D2”对应于图12中所示的位置，按照使圆环状的短截线43的半径与从平面天线板31的中心OA到交点I的距离(200mm)一致的方式对齐位置。“配置D3”对应于图11中所示的位置，按照使圆环状的短截线43的半径与从平面天线板31的中心OA到缝隙32a的中心O32a的距离(315mm)一致的方式对齐位置。而且，为了比较，对于未设置短截线43的情况也以相同的条件进行了模拟。
[表1]
Figure GPA00001064422700181
根据表1可知，与未设置短截线43的情况相比，在设置了短截线43的配置D1～D3中，将上部封闭的情况及开放的情况双方总的来说吸收功率PA都大，反射功率PR都小。所以表明，通过设置短截线43，与未设置短截线43的情况相比，波导管内的反射波受到抑制，可以向腔室1内有效地供给微波。
另外，如果比较短截线43的上部被封闭的情况和被开放的情况，则判明，后者(被开放的情况)放射功率PO更大，与前者(被封闭的情况)相比吸收功率PA更小。所以表明，通过将短截线43的上部设为封闭状态，就可以向腔室1内有效地供给微波。
接受以上的结果，以短截线43的上部为封闭状态为前提，研究了短截线43的配置。表1中，吸收功率PA以配置D1为最大，为700W，次之是配置D3，为675W。另一方面，配置D2的吸收功率PA停留在307W。
对于向波导管37内反射的微波的反射功率PR，配置D1最小，为1278W，其次是配置D3，为1304W，而配置D2为1667W，与配置D1或配置D3相比反射波的生成得多。
另外，将短截线43横截面(从下端算起上方0.5mm的位置)、滞波板33的上面、滞波板33的中央横截面(厚×1/2的位置)、平面天线板31的中央横截面(厚×1/2的位置)、透过板28的横截面(从上端算起下方9mm的位置)、透过板28的下面(平坦的部分)、透过板28(包括曲面部分)与腔室1内空间的界面、以及从透过板28的下方算起下方0.5mm的腔室1内的电场分布分别图像化进行分析。其结果是，例如对于平面天线板31的中央横截面的电场分布，在配置D2中电场强的区域偏于内周侧的缝隙对的周围，而配置D1和配置D3中，不仅包括平面天线板31的内周侧的缝隙对的周围，而且还包括外周侧的缝隙对的附近的区域，同样强的电场拓展至平面天线板31整体(结果省略图示)。对于其他的部位的电场分布的模拟结果也显示出相同的倾向。另外判明，电场强的部分有从平面天线板31的中心OA穿过内周侧的缝隙对，沿径外方向向外周侧的缝隙对以辐射状形成的倾向。
由以上的模拟结果表明，通过设置短截线43调节在构成扁平波导管的平面天线板31上所产生的电场分布，就可以向腔室1内有效地供给微波。
另外表明了通过将短截线43的上部设为封闭状态，与将上部开放的情况相比，可以向腔室1内有效地供给微波。
另外表明了，优选将圆环状的短截线43的空洞部分配置为，俯视时与最外周的缝隙对重合，更优选配置为，与最外周的缝隙对中的外侧的缝隙32a或内侧的缝隙32b重合。显而易见，尤其是作为配设短截线43的场所，最优选使短截线43的中心OS与平面天线板31的最外周的缝隙对的内侧的缝隙32b的中心O32b对齐位置的配置D1(参照图10)，其次优选使短截线43的中心OS与平面天线板31的最外周的缝隙对的外侧的缝隙32a的中心O32a对齐位置的配置D2(参照图11)。
下面，在参照图14～图19的同时，对短截线43的设置数目进行说明。图14将配设了1个中空块状的短截线43的状态与平面天线板31重叠地图示，图15将配设了2个中空块状的短截线43的状态与平面天线板31重叠地图示，图16将配设了3个中空块状的短截线43的状态与平面天线板31重叠地图示。图17到图19是配置2个图15所示的短截线43的情况的变形例。而且，图14～图19中，平面天线板31的缝隙32仅图示了一部分，对说明中不需要的缝隙32省略了图示。短截线43优选如图15及图16所示，配设2个以上。特别优选如图15所示，隔着平面天线板31的中心OA沿其径向点对称地配置2个短截线43。通过沿平面天线板31的径向对称地配置2个短截线43，使平面天线板31附近的电场分布均匀化的效果就会最高。即使以必需程度以上配置多个短截线43，也不一定能够获得电场的分布均匀化的效果的提高，有时反而会使之降低。另外，以必需程度以上配置多个短截线43会使等离子体处理装置100的零件数目增加，成为使装置成本上升的要因。所以，短截线43的配置个数优选设为2～6个。
另外，微波被从同轴波导管37a导入到平面天线板31的中心OA附近，经过由平面天线板31和外罩34形成的波导路在径外方向上成圆偏振波，进行传播，沿着排列在径外方向上的缝隙32以辐射状产生表面电流。根据这一点，在从平面天线板31的中心以同心圆状排列缝隙对的情况下，优选沿着缝隙32在径外方向上形成的列来配置短截线43。例如在图14～图16中，利用从平面天线板31的中心OA穿过由缝隙32c、32d构成的内周侧的缝隙对(虽然仅图示了1对，然而并不限于一对)，连结由缝隙32a、32b构成的最外周的缝隙对的X-X线，表示从内周侧到外周侧由缝隙32在径外方向上形成的列。另一方面，图14～图16中所示的Y-Y线是从平面天线板31的中心OA不穿过内侧的缝隙对(缝隙32c、32d)，连结最外周的缝隙对(缝隙32a、32b)的直线。虽然短截线43无论配置于X-X线上还是Y-Y线上的哪一方都可以，然而优选配置于X-X线上。如果将像图15所示那样重叠在X-X线上地配置2个短截线43的情况，与例如重叠在Y-Y线上地配置2个短截线43的情况来比较，则更优选在X-X线上相面对地配置2个短截线43。
继而，对于图14～图16中例示的短截线43的三种配置，利用模拟研究了对向等离子体处理装置100的腔室1供给的微波功率及电场造成的影响。将其结果表示于表2中。
<模拟条件2>
模拟条件如下所示。
径向的配置：设定为，按照使中空块状的短截线43的中心与平面天线板31的最外周的缝隙对的内侧的缝隙32b的中心O32b在俯视时一致的方式，配置1个、2个或3个短截线43(参照图10、配置D1)。
短截线：在将上部封闭了的剖视矩形中，设定为长度方向的长度为100mm、宽度为35mm、从滞波板的上面算起的高度为115.5mm(3λ/4)的高度。
上述以外的条件由于与模拟条件1相同，因此省略说明。
在模拟中，对于导入功率PI、吸收功率PA、损耗功率PL、反射功率PR，将供给功率PS设为2000W而计算各功率的平衡(参照图13)。而且，利用PL＝PI-PA，另外利用PR＝PS-PI来算出。
表2中的“设置数目N1”是将1个短截线43配设于图14所示的位置的意思。“设置数目N2”是将2个短截线43配设于图15所示的相互面对的位置的意思。“设置数目N3”是将3个短截线43配设于图16所示的沿圆周方向每隔120°的位置的意思。而且，为了比较，再次记载了对于未设置短截线43的情况的模拟结果。
[表2]
Figure GPA00001064422700211
表2中，对于吸收功率PA，设置数目N2最大，为1559W，次之是设置数目N3，为882W。另一方面，如果是设置数目N1，则吸收功率PA为382W，在设置了短截线43的情况下是最低的。对于反射功率PR，设置数目N2最小，为389W，第二小是设置数目N3，为1157W，而设置数目N1为1589W，成为比设置数目N1或设置数目N3差的结果。
另外，将短截线43横截面(从下端算起上方0.5mm的位置)、滞波板33的上面、滞波板33的中央横截面(厚×1/2的位置)、平面天线板31的中央横截面(厚×1/2的位置)、透过板28的横截面(从上端算起下方9mm的位置)、透过板28的下面(平坦的部分)、以及透过板28(包括曲面部分)与腔室1内空间的界面的电场分布分别图像化进行分析，其结果是，确认设置数目N2和设置数目N3与设置数目N1相比，电场更为均匀地分布(结果省略图示)。
由以上的模拟结果可知，作为配设短截线43的个数，优选多于1个的数，例如2个或3个。另外，如果与表1的结果比较，则可以判明，与以圆环状设置短截线43相比，沿圆周方向独立地设置2个以上中空块状的短截线43会使得吸收功率PA变得格外大。所以表明，通过在构成扁平波导管的平面天线板31的上方，设置2个以上短截线43，就可以将在平面天线板31上产生的电场分布调节得均匀，可以向腔室1内有效地供给微波。
图14到图16所示的例子中，在最外周的缝隙对中的内侧的缝隙32b的上方，重叠配置中空块状的短截线43。但是，例如也可以如图17所示那样，在构成最外周的缝隙对的缝隙32a及缝隙32b的中间位置的上方配置短截线43。另外，例如也可以如图18所示，在最外周的缝隙对中的外侧的缝隙32a的上方配置短截线43。此外，例如也可以像图19所示那样，将相面对的2个短截线43中的一方配置于最外周的缝隙对的内侧的缝隙32b的上方，将另一方配置于隔着中心OA处于相反一侧的最外周的缝隙对的外侧的缝隙32a的上方。而且，图17到图19中，例举了沿平面天线板31的径向对称地配置2个短截线43的情况，然而在配置1个短截线43的情况下(参照图14)、配置3个短截线43的情况下(参照图16)，也可以采用同样的配置的方法。
继而，利用模拟进一步详细研究了短截线43的配置和个数对向腔室1供给的微波功率及电场造成的影响。将其结果表示于表3中。
<模拟条件3>
模拟条件如下所示。
圆周方向的配置：如图20～图26中所示，用7种配置、个数来配置短截线43，进行了模拟。图20～图26中，将短截线43相对于平面天线板31的配置简化而示意性地表示。各图中，缝隙32省略图示，利用从平面天线板31的中心OA，连结内周侧的缝隙对的缝隙32c、32d和最外周的缝隙对的缝隙32a、32b的线段X-X，来表示缝隙32的径向的排列。
径向的配置：设定为，短截线43的中心与平面天线板31的最外周的缝隙对中的内侧的缝隙32b的中心O32b在俯视时一致(参照图10、配置D1)。
上述以外的条件由于与模拟条件2相同，因此省略说明。
在模拟中，对于导入功率PI、吸收功率PA、损耗功率PL、反射功率PR，将供给功率PS设为2000W而计算各功率的平衡。而且，利用PL＝PI-PA，另外利用PR＝PS-PI来算出。
表3中的“配置C1”中，如图20所示，将2个短截线43配设在X-X线上的相互面对的位置。“配置C2”中，如图21所示，将2个短截线43相对于平面天线板31的中心OA不对称地配设。而且，2个短截线43配置于沿圆周方向相距120°的位置。“配置C3”中，如图22所示，将3个短截线43配设于不对称的位置。3个短截线43当中，2个短截线43与配置C1相同地在X-X线上相互面对地配置，而剩下的1个短截线43在错开60°的角度的另外的X-X线上仅配置1个。“配置C4”如图23所示，将4个短截线43分开地配设于2条X-X线上。这2条X-X线形成60°的角度而在平面天线板31的中心OA交叉。“配置C5”如图24所示，将4个短截线43在圆周方向上逐个错开90°地配设。4个短截线43在脱离X-X线上的位置(图14～图19中所示的Y-Y线上)相面对地配置。“配置C6”如图25所示，将2个短截线43在脱离X-X线上的位置(图14～图19中所示的Y-Y线上)沿径向相面对地配设。“配置C7”如图26所示，将6个短截线43均等地配设在沿圆周方向逐个错开60°的位置的X-X线上。而且，为了比较，也再次记载了对于未设置短截线43的情况的模拟结果。
[表3]
Figure GPA00001064422700241
根据表3，在配置C1到配置C7的任意的配置下，都是比未配置短截线43的情况良好的结果。对于吸收功率PA，配置C3(图22)最大，为1605W，接着是配置C1(图20)，为1559W，是大致同等的值。另外，对于配置C5(图24)、配置C6(图25)，吸收功率PA也是接在配置C3、配置C1之后大的。另一方面，配置C2、配置C4、配置C7与配置C1、配置C3、配置C5及配置C6相比，吸收功率PA小。对于将2个短截线43隔着平面天线板31的中心沿径向不对称地配置的配置C2(图21)，吸收功率PA小，成为最低的结果。另外，将4个短截线43沿圆周方向错开60°地配置的配置C4(图23)、将6个短截线43沿圆周方向配置的C7(图26)也是吸收功率PA小，无法得到期待的效果。
对于反射功率PR，配置C1、配置C3、配置C5及配置C6大致同等，小且良好。与之不同，配置C2、配置C4及配置C7的反射功率PR与配置C1、配置C3、配置C5及配置C6相比大，反射率高。
在配置相同个数的短截线43的情况下，在配设2个短截线43的配置C1与配置C6的比较中，对于在从平面天线板31的中心OA将内周侧的缝隙对、外周侧的缝隙对沿径外方向连结的X-X线上配置短截线43的配置C1，可以得到比在从平面天线板31的中心OA不穿过内周侧的缝隙对的位置而仅穿过外周侧的缝隙对的Y-Y线上配置短截线43的配置C6更为良好的结果。另外，在配设4个短截线43的配置C4与配置C5的比较中，沿平面天线板31的圆周方向均匀地配置短截线43的配置C5一方格外优异。
另外，将短截线43横截面(从下端算起上方0.5mm的位置)、滞波板33的上面、滞波板33的中央横截面(厚×1/2的位置)、平面天线板31的中央横截面(厚×1/2的位置)、透过板28的横截面(从上端算起下方9mm的位置)、以及透过板28(包括曲面部分)与腔室1内空间的界面的电场分布分别图像化进行分析，其结果是，确认配置C3、配置C1的电场分布得最均匀，其后配置C5、配置C6为良好的电场分布(结果省略图示)。
由以上的模拟结果可知，作为配设短截线43的位置，优选在与从平面天线板31的中心OA将内周侧的缝隙对、外周侧的缝隙对沿径外方向连结的线(X-X线)重合的位置上，隔着中心OA对称地配置。但是，即使在进行了基于该规则的配置的情况下，如果短截线43的设置数目变多，则反而会显示出微波向等离子体的吸收效率降低的情况。所以判明，短截线43的设置个数优选为2～4个的范围内。
继而，模拟了向等离子体处理装置100导入气体而生成等离子体时的状态。
模拟条件如下所示。
<模拟条件4>
径向的配置：设想圆环状的短截线43，设定为，穿过短截线43的宽度D(30mm)的一半(D/2)的位置的圆弧的位置是从穿过平面天线板31的中心OA的垂直轴算起沿水平方向达到184mm(参照图13)。
短截线：对于将圆环状的短截线43的上部封闭的短截线，设定为从滞波板33的上面算起为115.5mm(3λ/4)的高度。
在上述模拟条件4中，经过透过板28由腔室1内的等离子体吸收的微波的功率(吸收功率)PA在未设置短截线43的情况下为641W，而在设置了短截线43的情况下为1373W，得到大幅度的改善。
另外，对腔室1内的等离子体的电子密度和电子温度的分布进行了图像化，其结果是，确认在设置了短截线43的情况下，与未设置短截线43的情况相比，在透过板28的正下方均匀地产生低电子温度且高电子密度的等离子体的区域沿平面天线板31的径向拓展到更宽的范围。
另外，对腔室1内的N自由基和N离子的分布进行了图像化，其结果是，确认在设置了短截线43的情况下，与未设置短截线43的情况相比，N自由基、N离子都在透过板28的正下方沿平面天线板31的径向均匀地拓展到更宽的范围。
由上述的模拟结果确认，通过设置短截线43，可以在腔室1内将等离子体均匀化。
虽然以上对本发明的实施方式进行了叙述，然而本发明并不受上述实施方式制约，可以进行各种变形。例如，虽然在上述实施方式中，将短截线32的长度方向与平面天线板31的径向正交地配置，然而并不限定于此。另外，例如也可以如图27所示，按照使缝隙32的长度方向与短截线43的长度方向一致的方式，来配置短截线43。另外，短截线43并不限于配置于构成平面天线板31的最外周的缝隙对的缝隙32a、32b上，只要是电场强度异常高的地方，则无论配置在平面天线板31的哪个缝隙上都可以。
另外，短截线43的剖面形状并不限定于矩形，例如也可以是正方形。此外，也可以按照将同轴波导管37a包围的方式，将短截线43制成圆筒状或圆环状。
另外，本发明的具备短截线43的等离子体处理装置例如可以应用于等离子体氧化处理装置、等离子体氮化处理装置或等离子体CVD处理装置、等离子体蚀刻处理装置、等离子体抛光处理装置等中。此外，本发明的具备短截线43的等离子体处理装置并不限于应用于作为被处理体处理半导体晶片的情况，例如也可以应用于将液晶显示器装置或有机EL显示器装置等平板显示器装置用的基板作为被处理体的等离子体处理装置。
实施例
通过实验证实了通过调节短截线的高度可以提高处理的面内均匀性。对于实验方法及其结果记述如下。
首先，参照图28对实验中所用的等离子体处理装置的构成进行说明。图28所示的等离子体处理装置仅在以下的方面与图1所示的等离子体处理装置不同。首先，在透过板28的下面中心设有突起28a。另外，不是设置盖环4，而是设置将载放台2表面全部区域覆盖的外罩4a，晶片W的定位是利用设于外罩4a的上面的导引4b进行的。不是设置短截线43，而是设置可以变更有效短截线高度的4个短截线43A。在短截线43A的内部，设有移动体43a，移动体43a可以通过旋转把手43b而利用螺栓/螺母结构(详细的结构未图示)沿上下方向移动。由于移动体43a与短截线43的盖体44同样地决定短截线的有效管长，因此可以通过使移动体43a上下移动来变更实际的短截线高度(H)。
如图29所示，在平面天线板31的基材31a中，在外周部形成24对缝隙对，在中央部形成8对缝隙对。基材31a在其外周部与中央部之间具有未形成缝隙32的中间部分。短截线43A被以90度间隔配置于规定的直径的节距圆(pitch circle)上。图29中，表示出短截线43A的内壁面的轮廓。图29中，俯视时，穿过外周部的缝隙对中的外侧的缝隙32a的中心、和中央部的缝隙对的双方的缝隙32c、32d的中心的天线板的直径方向延伸的直线穿过短截线43A的中心。另外，外周部的缝隙对的内侧的缝隙32b的至少一个与短截线43A重合(具体来说，1个内侧的缝隙32b的整体完全地包含于短截线43A的内部空间的区域中，2个内侧的缝隙的一部分与短截线43A的内部空间的区域局部地重叠)。
图30的曲线图表示微波频率为2.45GHz时的短截线高度H与短截线下方的顶板部的电场强度的关系。可知在短截线高度为20～60mm的范围内，短截线高度H越高，则电场强度越小，并且相对于短截线高度H的变化而言，电场强度的变化比较平缓。所以，使短截线高度H在20～60mm的范围中变动适于电场分布的微调。而且，虽然图30中未图示，然而电场强度在每次短截线高度H变化λ/2(λ是管内波长)时周期性地变动。
在实验中，准备了在表面形成厚30埃的SiO2热氧化膜的半导体晶片。对该晶片使用参照图28及图29说明的微波等离子体处理装置实施了等离子体氮化处理。
第一实验中的加工条件如下所示。
Ar气流量：1000sccm
N2气流量：200sccm
加工压力：25Pa
微波输出：1900W(0.97W/cm2)
晶片温度：500℃
加工时间：50sec
首先，将4个短截线的高度全都设为40mm(即20～60mm的中央值)，进行了等离子体氮化处理。在处理完的晶片表面的25个部位，利用XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)测定了氮浓度。将其结果表示于图31的表的左栏(“初期”)。该表中，在上段给出各位置的短截线的高度，在中段给出表示氮浓度分布的图，在下段给出作为处理的面内均匀性的指标的σ/AVE(即氮浓度的标准偏差/氮浓度的平均值)、和Range/2AVE(即((氮浓度的最大值-氮浓度的最小值)/氮浓度的平均值×2)。而且，所谓短截线的位置是指，“1”为图中的上的位置，“2”为图中的右的位置，“3”为图中的下的位置，“4”为图中的右的位置(同时参照图29)。在中段的图中，在氮浓度为平均值附近的区域标记“0”的值，在氮浓度比之高的区域根据浓度水平标记“+1、+2、…”的值，在氮浓度比之低的区域根据浓度水平标记“-1、-2、…”的值。
在图30的表中表示出如下的过程，即，依照降低对应于氮浓度低的区域的位置的短截线的高度、增高对应于氮浓度高的区域的位置的短截线的高度的基本的方针，如STEP1～3中所示，在变更各位置的短截线的高度的同时，利用试错来提高氮浓度的面内均匀性。根据该表可知，通过变更短截线高度可以使电场强度分布变化，从而使氮浓度分布变化。在该第一实验中，通过使位置1的短截线高度从40mm增加到50mm，使位置2的短截线高度从40mm减少到25mm，就可以确保能够令人满意的面内均匀性。
继而，使用与第一实验相同的等离子体处理装置，利用下述所示的不同的加工条件进行了第二实验。
第二实验中的加工条件如下所示。
Ar气流量：750sccm
N2气流量：200sccm
加工压力：25Pa
微波输出：2000W
晶片温度：500℃
加工时间：50sec
将其结果表示于图32中。图32的(a)是表示初期的图，(b)是表示调整结束时的氮浓度分布的图。调整的中间过程的说明省略。初期的短截线高度在所有的位置1、2、3、4中都是30mm，此时的σ/AVE为1.02，Range/2AVE为1.99。与之不同，将短截线高度变更为在位置1处是45mm、在位置2处是20mm、在位置3处是20mm、在位置4处是45mm的结果是，σ/AVE为0.43，Range/2AVE为1.03，可以确认面内均匀性的大幅度的提高。根据第一及第二实验可以确认，即使加工条件不同，通过变更短截线高度而使电场强度变化，就可以使氮浓度分布变化。
而且，不仅在上述的加工条件下，在其他的加工条件(例如不同的加工压力、不同的微波输出)下，也可以利用短截线高度的调节使电场强度分布变化。另外，在缝隙的配置不同的情况下、顶板形状不同的情况下、存在腔室间差的情况下等各种情况下，都可以通过调整短截线高度来调整电场强度分布，实现均匀的处理。

Claims (18)

1.一种等离子体处理装置，其特征在于，具备：
处理容器，其收容被处理体，并可以抽真空；
透过板，其气密性地安装于所述处理容器的上部的开口中，使用于产生等离子体的微波透过；
平面天线，其与所述透过板的上面相接触或者相邻近地配置，用于将微波导入所述处理容器内，且具有由导电性材料制成的平板状基材，形成有贯穿该平板状基材的多个缝隙；
导电性构件，其从上方覆盖所述平面天线；
第一波导管，其贯穿所述导电性构件而设置，向所述平面天线供给来自微波发生源的微波；
至少一个第二波导管，其调节所述平面天线中的电场分布。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，利用插入所述导电性构件的在内部具有空洞的中空状构件，构成所述第二波导管的一部分或整体。
3.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，利用贯穿所述导电性构件的开口部来构成所述第二波导管的一部分或整体。
4.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，利用形成于所述导电性构件中的凹部来构成所述第二波导管的一部分或整体。
5.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述第二波导管的上端部被封闭。
6.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述第二波导管被配置于所述多个缝隙中的至少一个的上方。
7.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述多个缝隙形成多个缝隙对，该多个缝隙对分别由2个缝隙构成，
所述多个缝隙对成同心圆状排列，
所述第二波导管被配置于构成某1个缝隙对的2个缝隙中的至少一个的上方。
8.根据权利要求7所述的等离子体处理装置，其特征在于，在俯视时，使构成某1个缝隙对的2个缝隙中的至少一个缝隙的开口的全部区域完全地包含于所述第二波导管的内部空间的区域中。
9.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述多个缝隙形成多个缝隙对，该多个缝隙对分别由2个缝隙构成，
所述多个缝隙对成同心圆状排列，
所述第二波导管配置于构成位于最外周的某1个缝隙对的2个缝隙中的处于径向外侧的缝隙的中心的上方。
10.根据权利要求9所述的等离子体处理装置，其特征在于，在俯视时，所述第二波导管的中心位于将位于最外周的各缝隙对中的处于径向内侧的缝隙的中心连结的圆弧上。
11.根据权利要求9所述的等离子体处理装置，其特征在于，在俯视时，所述第二波导管的中心与构成位于最外周的某1个缝隙对的2个缝隙中的处于径向内侧的缝隙的中心一致。
12.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述多个缝隙形成多个缝隙对，该多个缝隙对分别由2个缝隙构成，
所述多个缝隙对成同心圆状排列，
所述第二波导管配置于构成位于最外周的某1个缝隙对的2个缝隙中的处于径向外侧的缝隙的中心的上方。
13.根据权利要求12所述的等离子体处理装置，其特征在于，在俯视时，所述第二波导管的中心位于将位于最外周的各缝隙对中的处于径向外侧的缝隙的中心连结的圆弧上。
14.根据权利要求12所述的等离子体处理装置，其特征在于，在俯视时，所述第二波导管的中心与构成位于最外周的某1个缝隙对的2个缝隙中的处于径向外侧的缝隙的中心一致。
15.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，作为所述至少一个第二波导管，设置多个第二波导管，所述第二波导管的数目为2个～4个的范围内。
16.根据权利要求15所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述多个第二波导管中的至少2个隔着所述平面天线的中心，沿其径向对称地配置。
17.根据权利要求16所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述多个第二波导管分别配置于从所述平面天线的中心向径向外侧延伸、并且将所述多个缝隙中的多个缝隙连结的线的上方。
18.根据权利要求1到17中任意一项所述的等离子体处理装置，其特征在于，在所述平面天线上，还具备调整向所述平面天线供给的微波的波长的滞波板。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108566717A (zh) * 2018-06-29 2018-09-21 合肥中科离子医学技术装备有限公司 采用微波垂直注入激励等离子体发生装置
CN110010438A (zh) * 2017-12-13 2019-07-12 东京毅力科创株式会社 等离子体处理装置和等离子体处理装置的制作方法
CN111048392A (zh) * 2019-11-22 2020-04-21 北京北方华创微电子装备有限公司 一种等离子工艺设备

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011103274A (ja) * 2009-11-12 2011-05-26 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置およびマイクロ波伝播体
US20130175262A1 (en) * 2012-01-06 2013-07-11 Ranjit Gharpurey Microwave oven with antenna array
JP2014026773A (ja) * 2012-07-25 2014-02-06 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置
TWI553700B (zh) * 2013-11-06 2016-10-11 東京威力科創股份有限公司 多單元共振器微波表面波電漿設備
JP2016009711A (ja) * 2014-06-23 2016-01-18 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理装置
US9928993B2 (en) * 2015-01-07 2018-03-27 Applied Materials, Inc. Workpiece processing chamber having a rotary microwave plasma antenna with slotted spiral waveguide
JP2016225047A (ja) * 2015-05-27 2016-12-28 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
JP6683924B2 (ja) * 2016-06-23 2020-04-22 東京エレクトロン株式会社 プラズマ調整用の支援装置、プラズマ調整方法及び記憶媒体
TWI738920B (zh) * 2016-11-14 2021-09-11 日商東京威力科創股份有限公司 半導體製造方法及相關裝置與電漿處理系統
US20190051495A1 (en) * 2017-08-10 2019-02-14 Qiwei Liang Microwave Reactor For Deposition or Treatment of Carbon Compounds

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2993675B2 (ja) * 1989-02-08 1999-12-20 株式会社日立製作所 プラズマ処理方法及びその装置
US5134965A (en) * 1989-06-16 1992-08-04 Hitachi, Ltd. Processing apparatus and method for plasma processing
TW516113B (en) * 1999-04-14 2003-01-01 Hitachi Ltd Plasma processing device and plasma processing method
US6622650B2 (en) * 1999-11-30 2003-09-23 Tokyo Electron Limited Plasma processing apparatus
JP4583618B2 (ja) * 2001-01-30 2010-11-17 日本高周波株式会社 プラズマ処理装置
JP3828539B2 (ja) * 2001-06-20 2006-10-04 忠弘 大見 マイクロ波プラズマ処理装置、プラズマ処理方法及びマイクロ波放射部材
JP4209612B2 (ja) * 2001-12-19 2009-01-14 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
CN1998272A (zh) * 2004-06-25 2007-07-11 东京毅力科创株式会社 等离子体处理装置
JP2006040609A (ja) * 2004-07-23 2006-02-09 Naohisa Goto プラズマ処理装置および方法、並びにフラットパネルディスプレイ装置の製造方法
JP2006324551A (ja) * 2005-05-20 2006-11-30 Shibaura Mechatronics Corp プラズマ発生装置及びプラズマ処理装置
JP4576291B2 (ja) * 2005-06-06 2010-11-04 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理装置
JP5213150B2 (ja) * 2005-08-12 2013-06-19 国立大学法人東北大学 プラズマ処理装置及びプラズマ処理装置を用いた製品の製造方法
JP4703371B2 (ja) * 2005-11-04 2011-06-15 国立大学法人東北大学 プラズマ処理装置
JP4677918B2 (ja) * 2006-02-09 2011-04-27 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110010438A (zh) * 2017-12-13 2019-07-12 东京毅力科创株式会社 等离子体处理装置和等离子体处理装置的制作方法
CN110010438B (zh) * 2017-12-13 2021-08-27 东京毅力科创株式会社 等离子体处理装置和等离子体处理装置的制作方法
CN108566717A (zh) * 2018-06-29 2018-09-21 合肥中科离子医学技术装备有限公司 采用微波垂直注入激励等离子体发生装置
CN108566717B (zh) * 2018-06-29 2024-07-02 合肥中科离子医学技术装备有限公司 采用微波垂直注入激励等离子体发生装置
CN111048392A (zh) * 2019-11-22 2020-04-21 北京北方华创微电子装备有限公司 一种等离子工艺设备
CN111048392B (zh) * 2019-11-22 2022-09-16 北京北方华创微电子装备有限公司 一种等离子工艺设备

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