CN101971302B - 微波导入机构、微波等离子体源和微波等离子体处理装置 - Google Patents

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Abstract

微波导入机构(43)包括：形成为筒状的主体容器(50)；同轴地设置在主体容器(50)内、在与主体容器(50)之间形成微波传送通路(53)的内侧导体(52)；进行阻抗调整的调谐器(44)；和具有向腔室内放射从微波传送通路(53)传送来的微波的天线(51)的天线部(45)，调谐器(44)包括：一对由电介质构成的芯块(58)、使这些芯块(58)移动的致动器(59)和控制器(60)，控制器(60)进行控制，使一对芯块(58)同时在1/2波长的长度范围内移动，并且使芯块(58)的一个芯块(58)相对于另一个芯块(58)在1/4波长的长度范围内移动。

Description

微波导入机构、微波等离子体源和微波等离子体处理装置
技术领域
本发明涉及向进行等离子体处理的腔室内导入微波的微波导入机构、使用这种微波导入机构的微波等离子体源、和使用微波等离子体源的微波等离子体处理装置。
背景技术
在半导体设备、液晶显示装置的制造工序中，为了对称为半导体晶片、玻璃基板的被处理基板实施蚀刻处理、成膜处理等的等离子体处理而使用等离子体蚀刻装置、等离子体CVD成膜装置等的等离子体处理装置。
作为等离子体处理装置中的等离子体产生方法，公知有下述的方法：向配置有平行平板电极的腔室内供给处理气体，向该平行平板电极施加规定的电力，利用电极之间的容量结合产生等离子体的方法，或者利用由微波产生的电场和利用由配置在腔室外的磁场产生装置所产生的磁场对电子进行加速，该电子与处理气体的中性分子产生冲突而使中性分子发生电离，由此产生等离子体的方法等。
在利用由后者的微波所产生的电场和由磁场产生装置所产生的电场的磁电管(magnetron、磁控管)效果的方法时，通过波导管/同轴管向配置在腔室内的天线供给规定电力的微波，使微波从天线向腔室内的处理空间进行放射。
在现有技术中的一般的微波导入装置包括输出已被调整至规定电力的微波的磁电管和向磁电管供给直流阳极电流的具有微波产生电源的微波振荡器，从该微波振荡器输出的微波经由天线而被放射到腔室内的处理空间。
然而，磁电管的寿命非常短，其寿命大约仅为半年，因此，在这种使用磁电管的微波导入装置中存在下述问题：装置成本和维护费用非常高。此外，磁电管的振荡稳定性大约为1％，而且输出稳定性大约为3％左右，其偏差非常大，因此很难振荡出稳定的微波。
因此，在日本专利特开2004-128141号公报(专利文献1)中公开有下述技术：利用使用半导体放大元件的放大器、即所谓的固态放大器(solid state amplifier)来放大低电力的微波以生成必要的较大电力的微波，延长装置寿命，得到输出稳定的微波。该技术在利用分配器对微波进行分配之后，使用固态放大器对从分配器输出的微波进行放大，在各固态放大器中被放大的微波由合成器所合成。
此外，在专利文献1的技术中，因为不能利用合成器求得精密的阻抗匹配、为了将从合成器输出的较大电力的微波向隔离器(isolator)传送而使得作为隔离器需要大型化、不能在天线的面内对微波的输出分布进行调整，所以，作为解决该方面的技术，在日本专利特开2004-128385号公报(专利文献2)中，提出有下述技术：在利用分配器将微波分配成多个后，利用放大器进行放大，之后不利用合成器进行合成而从多个天线放射微波，在空间进行合成。
然而，在该技术中，在被分配的各沟槽(channel)内组装有两个以上较大规模的短线调谐器(stub tuner)，有必要进行非匹配部的调谐，因此，导致装置不得不变得复杂化。此外，还存在下述问题：未必就能够以高精度来进行非匹配部的阻抗调整。
作为解决该问题点的技术，在国际公开第2008/013112号小册子(专利文献3)中，揭示有下述的微波等离子体源：该微波等离子体源将微波分配为多个，经由多个天线模块向腔室内导入微波，在各天线模块中，一体地设置平面状的缝隙天线和短线调谐器，并且该微波等离子体源接近放大器设置。
通过这样一体地设置天线和调谐器，能够显著地紧凑化微波等离子体源本身，此外，通过将放大器、调谐器和天线接近设置，在存在阻抗不匹配的天线安装部中，能够高精度地利用调谐器进行调谐，能够可靠地消除反射的影响。
然而，在专利文献3所揭示的技术中，作为芯块调谐器(slug tuner)的匹配件，使用由树脂或者石英等电介质构成的两个芯块(slug)，通过使它们移动来对阻抗进行调整，为了能够遍及史密斯特性图表(Smith chart)的整个区域进行调整，使这些可动范围为微波的1/2波长，并且两个芯块之间能够在1/2波长的范围内进行移动，此外，芯块的厚度在微波的实效波长为λg时为λg/4，但是因为材料的原因有必要使λg变大而较厚地形成芯块，而且，因为天线的最近的1/4波长的部分成为非匹配区域，所以在阻抗调整中不能够使用，芯块的可动范围有必要进一步加长1/4波长。因此，其结果是，不得不使一体构成天线和调谐器的微波导入机构的主体容器的整体长度变长，微波等离子体源的紧凑化存在界限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够实现微波等离子体源的进一步紧凑化(简单小型)的微波导入机构、使用其的微波等离子体源和微波等离子体处理装置。
根据本发明的第一方面提供一种微波导入机构，该微波导入机构是用于在腔室内形成微波等离子体的微波等离子体源所使用的微波导入机构，其特征在于，该微波导入机构包括：形成为筒状的主体容器；内侧导体，该内侧导体同轴地设置在所述主体容器内，在该内侧导体与所述主体容器之间形成微波传送通路，该内侧导体形成为筒状或者棒状；调谐器；该调谐器进行所述微波传送通路中的阻抗调整；和天线部，该天线部具有向所述腔室内放射从所述微波传送通路传送来的微波的微波放射天线，所述调谐器包括能够沿着所述内侧导体移动的一对由电介质构成的芯块、使这些芯块移动的致动器和控制芯块的移动的控制器，所述控制器对所述致动器进行控制，使得所述一对芯块在被保持在相同间隔的状态下，在微波的1/2波长的长度范围内进行移动，并且使所述一对芯块中的任一个芯块相对于另一个芯块在1/4波长的长度范围内进行移动。
在上述第一方面中，所述一对芯块优选由高纯度氧化铝构成。此外，所述微波放射天线优选为形成有放射微波的缝隙的平面状的缝隙天线。
根据本发明的第二方面提供一种微波导入机构，该微波导入机构是用于在腔室内形成微波等离子体的微波等离子体源所使用的微波导入机构，其特征在于，该微波导入机构包括：形成为筒状的主体容器；内侧导体，该内侧导体同轴地设置在所述主体容器内，在该内侧导体与所述主体容器之间形成微波传送通路，该内侧导体形成为筒状或者棒状；调谐器；该调谐器进行所述微波传送通路中的阻抗调整；和天线部，该天线部具有向所述腔室内放射从所述微波传送通路传送来的微波的微波放射天线，所述微波放射天线为均等地形成有放射微波的四个以上缝隙的平面状的缝隙天线，所述调谐器包括能够沿着所述内侧导体移动的一对由电介质构成的芯块和使这些芯块移动的致动器，所述一对芯块由高纯度氧化铝构成。
根据本发明的第三方面提供一种微波导入机构，该微波导入机构是用于在腔室内形成微波等离子体的微波等离子体源所使用的微波导入机构，其特征在于，包括：形成为筒状的主体容器；内导体，该内导体同轴地设置在所述主体容器内，在该内导体与所述主体容器之间形成微波传送通路，该内导体形成为筒状或者棒状；调谐器；该调谐器进行所述微波传送通路中的阻抗调整；和天线部，该天线部具有向所述腔室内放射从所述微波传送通路传送来的微波的微波放射天线，所述微波放射天线为均等地形成有放射微波的四个以上缝隙的平面状的缝隙天线，所述调谐器包括能够沿着所述内导体移动的一对由电介质构成的芯块、使这些芯块移动的致动器和控制芯块的移动的控制器，所述控制器对所述致动器进行控制，使得所述一对芯块在被保持在相同间隔的状态下，在微波的1/2波长的长度范围内进行移动，并且使所述一对芯块中的任一个芯块相对于另一个芯块在1/4波长的长度范围内进行移动。
根据本发明的第四方面提供一种微波导入机构，该微波导入机构是用于在腔室内形成微波等离子体的微波等离子体源所使用的微波导入机构，其特征在于，包括：形成为筒状的主体容器；内侧导体，该内侧导体同轴地设置在所述主体容器内，在该内侧导体与所述主体容器之间形成微波传送通路，该内侧导体形成为筒状或者棒状；调谐器；该调谐器进行所述微波传送通路中的阻抗调整；和天线部，该天线部具有向所述腔室内放射从所述微波传送通路传送来的微波的微波放射天线，所述微波放射天线为均等地形成有放射微波的四个以上缝隙的平面状的缝隙天线，所述调谐器包括能够沿着所述内侧导体移动的一对由电介质构成的芯块、使这些芯块移动的致动器和控制芯块的移动的控制器，所述一对芯块由高纯度氧化铝构成，所述控制器对所述致动器进行控制，使得所述一对芯块在被保持在相同间隔的状态下，在微波的1/2波长的长度范围内进行移动，并且使所述一对芯块中的任一个芯块相对于另一个芯块在1/4波长的长度范围内进行移动。
在上述第一～第四方面中，优选所述缝隙具有扇形。此外，优选所述天线部包括：由透过从所述天线放射的微波的电介质构成的顶板；和设置在所述天线的与顶板相反的一侧、由缩短到达所述天线的微波的波长的电介质构成的滞波件。而且，优选所述调谐器和所述天线构成集中常数电路。进一步，优选所述调谐器和所述天线作为共振器发挥功能。
根据本发明的第五方面提供一种微波等离子体源，其包括生成微波的微波生成机构和将生成的微波导入腔室内的微波导入机构，该微波等离子体源将微波导入到所述腔室内使供给到所述腔室内的气体等离子体化，其特征在于：所述微波导入机构包括：形成为筒状的主体容器；内侧导体，该内侧导体同轴地设置在所述主体容器内，在该内侧导体与所述主体容器之间形成微波传送通路，该内侧导体形成为筒状或者棒状；调谐器；该调谐器进行所述微波传送通路中的阻抗调整；和天线部，该天线部具有向所述腔室内放射从所述微波传送通路传送来的微波的微波放射天线，所述调谐器包括能够沿着所述内侧导体移动的一对由电介质构成的芯块、使这些芯块移动的致动器和控制芯块的移动的控制器，所述控制器对所述致动器进行控制，使得所述一对芯块在被保持在相同间隔的状态下，在微波的1/2波长的长度范围内进行移动，并且使所述一对芯块中的任一个芯块相对于另一个芯块在1/4波长的长度范围内进行移动。
根据本发明的第六方面提供一种微波等离子体源，其包括生成微波的微波生成机构和将生成的微波导入腔室内的微波导入机构，该微波等离子体源将微波导入到所述腔室内使供给到所述腔室内的气体等离子体化，其特征在于：所述微波导入机构包括：形成为筒状的主体容器；内侧导体，该内侧导体同轴地设置在所述主体容器内，在该内侧导体与所述主体容器之间形成微波传送通路，该内侧导体形成为筒状或者棒状；调谐器；该调谐器进行所述微波传送通路中的阻抗调整；和天线部，该天线部具有向所述腔室内放射从所述微波传送通路传送来的微波的微波放射天线，所述微波放射天线为均等地形成有放射微波的四个以上缝隙的平面状的缝隙天线，所述调谐器包括能够沿着所述内侧导体移动的一对由电介质构成的芯块和使这些芯块移动的致动器，所述一对芯块由高纯度氧化铝构成。
根据本发明的第七方面提供一种微波等离子体处理装置，对基板实施利用微波等离子体进行的处理，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；和微波等离子体源，其包括生成微波的微波生成机构和将生成的微波导入腔室内的微波导入机构，该微波等离子体源将微波导入到所述腔室内使供给到所述腔室内的气体等离子体化，所述微波导入机构包括：形成为筒状的主体容器；内侧导体，该内侧导体同轴地设置在所述主体容器内，在该内侧导体与所述主体容器之间形成微波传送通路，该内侧导体形成为筒状或者棒状；调谐器；该调谐器进行所述微波传送通路中的阻抗调整；和天线部，该天线部具有向所述腔室内放射从所述微波传送通路传送来的微波的微波放射天线，所述调谐器包括能够沿着所述内侧导体移动的一对由电介质构成的芯块、使这些芯块移动的致动器和控制芯块的移动的控制器，所述控制器对所述致动器进行控制，使得所述一对芯块在被保持在相同间隔的状态下，在微波的1/2波长的长度范围内进行移动，并且使所述一对芯块中的任一个芯块相对于另一个芯块在1/4波长的长度范围内进行移动。
根据本发明的第八方面提供一种微波等离子体处理装置，对基板实施利用微波等离子体进行的处理，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；和微波等离子体源，其包括生成微波的微波生成机构和将生成的微波导入腔室内的微波导入机构，该微波等离子体源将微波导入到所述腔室内使供给到所述腔室内的气体等离子体化，所述微波导入机构包括：形成为筒状的主体容器；内侧导体，该内侧导体同轴地设置在所述主体容器内，在该内侧导体与所述主体容器之间形成微波传送通路，该内侧导体形成为筒状或者棒状；调谐器；该调谐器进行所述微波传送通路中的阻抗调整；和天线部，该天线部具有向所述腔室内放射从所述微波传送通路传送来的微波的微波放射天线，所述微波放射天线为均等地形成有放射微波的四个以上缝隙的平面状的缝隙天线，所述调谐器包括能够沿着所述内侧导体移动的一对由电介质构成的芯块和使这些芯块移动的致动器，所述一对芯块由高纯度氧化铝构成。
根据本发明的第一方面，作为芯块调谐器，使用下述调谐器，其包括：沿着在与主体容器之间形成有微波传送通路的内导体能够移动的一对由电介质构成的芯块；使这些芯块移动的致动器；和控制芯块的移动的控制器，所述控制器对所述致动器进行控制，使得所述一对芯块在被保持在相同间隔的状态下，在微波的1/2波长的长度范围内进行移动，并且使所述一对芯块中的任一个芯块相对于另一个芯块在1/4波长的长度范围内进行移动，由此，芯块的移动范围与现有技术相比缩短了1/4波长，由此能够实现微波导入机构的小型化，能够使微波等离子体源紧凑化(小型化)。
根据本发明的第二方面，作为芯块调谐器，使用下述调谐器，其包括：沿着在与主体容器之间形成有微波传送通路的内导体能够移动的一对由电介质构成的芯块；和使这些芯块移动的致动器，所述一对芯块由高纯度氧化铝构成，高纯度氧化铝其介电常数高，因此芯块的厚度与石英、树脂相比能够变薄，其结果能够实现微波导入机构的小型化。此外，因为介电常数高，所以负载匹配范围能够扩大。此外，因为tanδ小，所以能够得到损失减小、并且变形偏差减小的优点。
根据本发明的第三方面，与上述第一方面相同，所述控制器对所述致动器进行控制，使得所述一对芯块在被保持在相同间隔的状态下，在微波的1/2波长的长度范围内进行移动，并且使所述一对芯块中的任一个芯块相对于另一个芯块在1/4波长的长度范围内进行移动，在此基础上，作为微波放射天线，因为使用均等地形成有放射微波的四个以上缝隙的平面状的缝隙天线，除了能够使芯块的移动范围与现有技术相比缩短了1/4波长以外，还能够使天线最近的非匹配区域消失。由此，能够实现微波导入机构的小型化，能够使微波等离子体源进一步紧凑化(小型化)。
根据本发明的第四方面，一个芯块由高纯度氧化铝构成，作为微波放射天线，使用均等地形成有放射微波的四个以上缝隙的平面状的缝隙天线，而且所述控制器对所述致动器进行控制，使得所述一对芯块在被保持在相同间隔的状态下，在微波的1/2波长的长度范围内进行移动，并且使所述一对芯块中的任一个芯块相对于另一个芯块在1/4波长的长度范围内进行移动，因此，能够得到上述第一方面和第二方面相叠加的效果，由此，能够进一步实现微波导入机构的小型化，能够使微波等离子体源更加紧凑化。
附图说明
图1是表示装备有具有本发明的一个实施方式所涉及的微波导入机构的微波等离子体源的等离子体处理装置的简要结构的截面图。
图2是表示图1的微波等离子体源的结构的构成图。
图3是表示主放大器的电路构成的例子的示意图。
图4是表示图1所示的微波等离子体处理装置中的微波导入机构的截面图。
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(四角形)的顶板的天线部的立体图。
图7是用于说明利用现有技术中的芯块进行阻抗调整时的芯块的可动范围的史密斯特性图表。
图8是表示利用现有技术中的芯块进行阻抗调整时的芯块的可动范围的示意图。
图9是用于说明利用本发明的芯块进行阻抗调整时的芯块的可动范围的史密斯特性图表。
图10是表示利用本发明中的芯块进行阻抗调整时的芯块的可动范围的示意图。
图11是表示芯块的材质所实现的匹配范围的史密斯特性图表。
图12是表示现有技术的微波导入机构中的天线部最近的非匹配区域的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。图1是表示等离子体处理装置的简要结构的截面图，该等离子体处理装置装备有具有本发明的一个实施方式所涉及的微波导入机构的微波等离子体源，图2是表示图1的微波等离子体源的结构的构成图。
等离子体处理装置100作为对晶片实施等离子体处理例如蚀刻处理的等离子体蚀刻装置而构成，其包括：气密地(气体密封地)形成的由铝或者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被设置成从该开口部1a朝向(面临)腔室1的内部。
在腔室1内，利用经由绝缘部件12a立设在腔室1的底部中央的筒状的支撑部件12，以被支撑的状态设置有用于水平支撑作为被处理体的晶片W的基座11。作为构成基座11和支撑部件12的材料，例示有表面经过表面钝化处理(表面防蚀处理)(阳极氧化处理)的铝等。
此外，虽然图未示出，但是在基座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，基座11经由匹配器13而与高频偏压电源14电连接。通过从该高频偏压电源14向基座11供给高频电力，将离子引入晶片W侧。
腔室1的底部与排气管15连接，该排气管15与含有真空泵的排气装置16连接。通过使该排气装置16动作来对腔室1内进行排气，能够快速地将腔室1内减压至规定的真空度。此外，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和对该搬入搬出口17进行开闭的门阀18。
在腔室1内的基座11的上方位置，水平地设置有向晶片W喷出用于等离子体蚀刻的处理气体的喷淋板20。该喷淋板20具有形成为格子状的气体流路21和形成在该气体流路21中的多个气体喷出孔22，格子状的气体流路21之间成为空间部23。该喷淋板20的气体流路21与延伸至腔室1的外侧的配管24连接，该配管24与处理气体供给源25连接。
另一方面，在腔室1的喷淋板20的上方位置，沿着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，沿着内周设置有多个气体喷出孔。该等离子体气体导入部件26经由配管28与供给等离子体气体的等离子体供给源27连接。作为等离子体气体优选使用Ar气体等稀有气体。
从等离子体气体导入部件26导入到腔室1内的等离子体气体，被从微波等离子体源2导入到腔室1内的微波等离子体化，该Ar等离子体将通过喷淋板20的空间部23从喷淋板20的气体喷出孔22喷出的处理气体激励，从而形成处理气体的等离子体。
微波等离子体源2通过设置在腔室1的上部的支撑环29而被支撑，它们之间被气密地密封。如图2所示，微波等离子体源2包括：被分配成多个路径输出微波的微波输出部30；和将从微波输出部30输出的微波导入到腔室1，用于向腔室1内放射的天线单元40。
微波输出部30包括：电源部31；微波振荡器32；对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)的微波进行例如PLL振荡。对于分配器34，以尽可能不引起微波损失的方式，在取得输入侧和输出侧的阻抗匹配的同时对由放大器33放大的微波进行分配。其中，作为微波的频率，除了2.45GHz之外，还可以使用其它的诸如8.35GHz、5.8GHz、1.98GHz等。
天线单元40具有将由分配器34所分配的微波进行引导的多个天线模块41。各天线模块41包括主要放大被分配的微波的放大部(放大器部)42和微波导入机构43。此外，微波导入机构43包括用于匹配阻抗的调谐器44和向腔室1内放射被放大的微波的天线部45。这样，从微波导入机构43的天线部45向腔室1内放射微波，从而在腔室内空间合成微波。
放大部42包括相位器46、可变增益放大器47、构成固态放大器的主放大器48、和隔离器(isolator)49。
相位器46构成为能够利用芯块调谐器使微波的相位发生变化，能够通过对其进行调整来调制放射特性。例如，能够通过针对各天线模块调整相位来控制指向性从而使等离子体分布变化，如后所述那样在邻接的天线模块中以每90°相位偏离的方式得到圆偏振波。其中，在不需要进行这种放射特性的调制时没有必要设置相位器46。
可变增益放大器47为如下的放大器，其用于调整向主放大器48输入的微波的电平(level)来调整各个天线模块的偏差或者等离子体强度。通过针对各天线模块使可变增益放大器47变化而能够使产生的等离子体形成分布。
构成固态放大器的主放大器48例如如图3所示，能够形成为包括输入匹配电路61、半导体放大元件62、输出匹配电路63、高Q共振电路64。作为半导体放大元件62可以使用能够进行E级动作的GaAsHEMT、GaNHEMT、LD(Laterally Diffused)-MOS。特别是，作为半导体放大元件62，在使用GaNHEMT时，可变增益放大器47成为规定值，E级动作放大器的电源电压成为可变，进行功率控制。
隔离器49将由天线部45反射而向着主放大器48的反射微波分离，其包括循环器(circulator)和虚拟负载(dummy load)(同轴终端器)。循环器向虚拟负载导入由天线部45反射的微波，虚拟负载将利用循环器导入的反射微波转换为热量。
在本实施方式中，因为设置有多个天线模块41，对从各天线模块的微波导入机构43导入到腔室1内的微波进行空间合成，所以隔离器49不仅能够实现小型化，并且还能够邻接主放大器48来设置。
接着，参照图4的同时，对微波导入机构43进行详细说明。如图4所示，该微波导入机构43包括主体容器50。在主体容器50的前端部配置有天线部45，主体容器50的与天线部45相比位于基端侧的部分成为利用调谐器44进行阻抗调整的范围。主体容器50形成为由金属制成的圆筒状，构成同轴管的外侧导体。此外，在主体容器50内，同轴管的内侧导体52垂直延伸。该内侧导体52形成为棒状或者筒状。在主体容器50与内侧导体52之间形成微波传送通路。
天线部45形成为平面状，其包括具有缝隙(槽)51a的平面缝隙天线51，上述内侧导体52与该平面缝隙天线51的中心部连接。
在主体容器50的基端侧安装有图未示出的供电交换部，供电交换部经由同轴电缆与主放大器48连接，在同轴电缆的中途插入设置有隔离器49。主放大器48作为功率放大器而取得较大电力，因此进行E级等高效率的动作，因为其热量相当于几十～几百W，所以从散热观点出发将其与天线部45串联安装。
天线部45具有设置在平面缝隙天线51的上面的滞波件55。滞波件55与真空相比具有较大的介电率(介电常数)，例如由石英、陶瓷、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)等的氟类树脂或者聚酰亚胺(polyimide)类树脂构成，与真空中的微波的波长相比，其波长较短，起到调整等离子体的作用。滞波件55能够利用其厚度来调整微波的相位，以平面缝隙天线51成为驻波的“反节点(anti-node、波腹、腹点)”的方式对其厚度进行调整。由此，能够使反射为最小，并且使平面缝隙天线51的放射能量为最大。
此外，在平面缝隙天线51的下表面配置有用于真空密封的电介质部件例如石英、陶瓷等构成的顶板56。由主放大器48放大的微波通过内侧导体52和主体容器50的周壁之间从平面缝隙天线51的缝隙51a透过顶板56而放射到腔室1的空间。
在本实施方式中，缝隙51a如图5所示以被分割的圆弧的形状而被4等分。由此，因为在圆周方向形成大致均匀的缝隙51a，所以能够抑制传播来的微波被平面缝隙天线51所反射，如后所述能够减少非匹配区域或者实质上使其消失。该缝隙51a从能够降低其自身的长度而能够紧凑化的观点出发，因此优选其为扇形。此外，如图6所示，顶板56优选形成为四边形(矩形)或者直径比主体容器50大的圆的形状(圆柱)。由此，能够有效地以TE模式放射微波。
如图4所示，调谐器44在主体容器50的与天线部45相比更靠基端侧的部分具有两个芯块58，构成芯块调谐器。芯块58成为由电介质构成的板状体，以圆环状设置在内侧导体52和主体容器50的外壁之间。根据来自于控制器60的指令利用致动器59使这些芯块58上下移动，由此对阻抗进行调整。控制器60进行阻抗调整使终端例如成为50Ω。若只使两个芯块58中的一个发生变动，则描绘出通过史密斯特性图表的原点的圆的轨迹，若两者同时发生变动则只反转反射系数的相位。在本实施方式中，如后所述，利用控制器60的计算程序对芯块58的动作进行控制，由此，当微波的管内波长为λ时，使一对芯块58同时移动的范围为λ/2，固定一方使另一方移动的范围为λ/4，由此，能够在全部区域中进行阻抗调整。由此，如后所述，能够使一对芯块58的全部的移动范围为(3/4)λ，与现有技术相比，能够缩小芯块58的移动范围λ/4。
在本实施方式中，作为构成芯块58的电介质使用高纯度氧化铝。高纯度氧化铝器的介电常数为10，与现有技术中所使用的石英的介电常数为3.88和特氟龙(TEFLON)(注册商标)的介电常数为2.03相比，非常之高，因此，能够更薄地形成，能够扩大匹配范围。此外，高纯度氧化铝与石英和特氟龙(注册商标)相比具有下述优点，能够减小tanδ而减小损失，并且偏差也会变小。而且，高纯度氧化铝具有在耐热方面强的优点。作为高纯度氧化铝，优选使用纯度为99.9％以上的氧化铝的烧制体。作为具体的商品名可以列举出有SAPPHAL(コンバレントマテリアル株式会社)。对于单晶氧化铝(sapphire：宝石蓝)也可以。
在本实施方式中，使主放大器48、调谐器44、平面缝隙天线51接近配置。调谐器44和平面缝隙天线51构成1/2波长内所存在的集中常数电路，并且它们具有共振器的功能。
等离子体处理装置100中的各构成部通过具有微处理器的控制部70所控制。控制部70包括存储有工序方案的存储部、输入机构、显示器等，形成为根据所选择的方案控制等离子体处理装置。
接着，对以上构成的等离子体处理装置的动作进行说明。
首先，将晶片W搬入到腔室1内，并将其载置于基座11上。然后，从等离子体供给源27经由配管28和等离子体导入部件26向腔室1内导入等离子体气体例如Ar气体，并且从微波等离子体源2向腔室1内导入微波而形成等离子体。
接着，从处理气体供给源25经由配管24和喷淋板20将处理气体例如Cl2气体等蚀刻气体喷出至腔室1内。喷出的处理气体利用通过了喷淋板20的空间部23的等离子体被激励而被等离子体化，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。
此时，在微波等离子体源2中，从微波输出部30的微波振荡器32振荡的微波被放大器33放大后，由分配器34分配成多个，被分配后的微波在天线单元40中被导入到多个天线模块41。在天线模块41中，这样被分配成多个的微波分别被构成固态放大器的主放大器48放大，通过微波导入机构43的微波传送通路53分别从平面缝隙天线51放射，导入到腔室1内，之后，在空间对它们进行合成，因此，不需要大型的隔离器、合成器。此外，微波导入机构43因为一体地设置有天线部45和调谐器44，因此紧凑化。而且，主放大器48、调谐器44和平面缝隙天线41接近设置，特别是调谐器44和平面缝隙天线51构成集中常数电路，并且起到共振器的作用，由此，能够在存在阻抗非匹配的平面缝隙天线安装部中利用调谐器44含有等离子且高精度地进行调谐，能够可靠得消除反射的影响。
而且，通过这样使调谐器44和平面缝隙天线51接近，构成集中常数电路并且起到共振器的作用，使得能够高精度地消除至平面缝隙天线51为止的阻抗不匹配，使实质上非匹配部分成为等离子体空间，所以能够利用调谐器44进行高精度的等离子体控制。而且，通过使安装在平面缝隙天线51上的顶板56形成为四边形(四角状)或者圆柱状，使得微波能够作为TE波高效地放射。
而且，微波导入机构43在移动调谐器44的芯块58进行阻抗调整的关系方面，有必要确保芯块58的移动边缘部分的长度。现有技术中，在微波的管内波长为λ的情况下，通过使一对芯块58同时在λ/2的范围内移动，如图7所示那样能够使例如斯密斯特性图表上的A点的反射系数的相位360°变化(虚线表示的圆B的轨迹)，此外，通过仅使一个芯块58相对于另一个在λ/2的范围内移动，能够描绘出通过原点和A点的圆C，因此利用这些组合能够对全部的点的阻抗进行调整。因此，如图8所示，一对芯块58的可动范围为λ/2+λ/2＝λ。
与此相对，在本实施方式中，相对于一个芯块58的另一个芯块58的可动范围减半至λ/4。具体而言，例如使图7的圆C上的可动范围为以图9的斜线表示的范围。此时，因为A点在圆C的可动范围之外，例如控制器60进行动作，使得选择C’的圆作为通过A点和原点的圆。这样，A点能够沿着圆C’上的可动范围移动至原点，能够在λ/4的可动范围内进行阻抗调整。因此，如图10所示，一对芯块58的可动范围为λ/2+λ/4＝(3/4)λ，与现有技术相比能够使芯块58的可动范围缩短λ/4。因此，该部分能够缩短微波导入机构43的主体容器50的长度，由此，能够进一步实现微波等离子体源2的紧凑化。
此外，在本实施方式中，因为使用介电常数高的高纯度氧化铝作为构成芯块58的电介质，所以能够使芯块58更加薄。即，芯块58的厚度d，在微波的实效波长(芯块58中的微波的波长)为λg时，为d＝λg/4，但是在空气中的微波的波长为λ、芯块的相对介电常数为εr时，为λg＝λ/εr 1/2，因此对于芯块58，相对介电常数越高则能够越薄，高纯度氧化铝其相对介电常数为10，与现有技术所使用的石英的3.88、特氟龙(注册商标)的2.03相比，非常之大，因此能够变薄，能够使其厚度为现有技术中的石英制成的芯块的2/3左右。具体而言，在石英制芯块中厚度为16mm，而在本实施方式中厚度为10mm。因此，其结果能够缩短微波导入机构43的主体容器50的长度12mm左右，从而能够紧凑化微波等离子体源2。
此外，通过使用介电常数高的材料，能够扩大匹配范围。图11是利用分布常数电路的计算方法计算得到的使用各材料的芯块时的负载匹配范围的斯密斯特性图表，在使用高纯度氧化铝时，与使用石英、特氟龙(注册商标)的情况相比，负载匹配范围变大，能够使调整边缘变广。
因为若芯块58的介电常数变大则衰减常数变大，所以有可能导致损失变大，但是因为芯块本身的厚度能够变薄，因此将损失抵消。而且，高纯度氧化铝其tanδ小，所以从整体出发，与石英、特氟龙(注册商标)相比，能够使损失变小。具体而言，在现有技术的石英制的芯块的情况下，能够匹配的驻波比(VSWR)最大为20左右，与此相对，通过在芯块中使用高纯度氧化铝，能够将该值提升至70左右。
此外，高纯度氧化铝与石英、特氟龙(注册商标)相比，还具有在耐热方面强的优点，即便在1500℃的高温下也不会发生变形。
而且，在本实施方式中，缝隙天线51的缝隙51a均等地形成4个，因此能够更加均等地放射微波，其结果，能够使天线部45最近的非匹配区域减少或者使其消失。即，在设置有两个缝隙的情况下，来自平面天线51的微波的放射均匀性肯定不高，如图12所示，主体容器50的天线部45的最近的λ/4的区域为非匹配区域，该非匹配区域不能够被利用芯块58进行的阻抗调整所采用，但是，通过均等地形成四个缝隙51a，能够减小甚至消除该非匹配区域，该区域能够被利用芯块58进行的阻抗调整所采用。因此，微波导入机构43的主体容器50的长度能够进一步缩短λ/4，由此能够紧凑化微波等离子体源2。
如上所述，通过利用控制器60的计算程序对芯块58的移动进行控制，而能够将微波导入机构43的主体容器50的长度缩短λ/4，此外，通过使用高纯度氧化铝作为构成芯块58的材料，使得与现有技术中的使用石英制成芯块的情况相比，能够缩短主体容器50的长度12mm左右，而且，通过均等地设置4个平面缝隙天线51的缝隙51a，能够将主体容器50的长度最大缩短λ/4，因此，上述方面中单独一个便能够实现微波等离子体源2的紧凑化自必不说，通过将其中的两个或者三个全部进行组合，通过组合这些效果，能够进一步紧凑化微波等离子体源2。特别是，在将这三个特征进行组合的情况下，因为λ为12.2cm，所以主体容器50的长度最大能够缩短7.3cm。
其中，本发明并不局限于上述实施方式，能够在本发明的宗旨范围内进行各种变形。例如，微波输出部30的电路构成、天线单元40、主放大器48的电路构成等，并不局限于上述实施方式。具体而言，在没有必要对从平面缝隙天线放射的微波的指向性进行控制使其成为圆偏振波的情况下，不需要相位器。此外，天线单元40没有必要一定由多个天线模块41构成，在远程等离子体等、小的等离子体源便足够的情况下，一个天线模块足矣。
而且，在上述实施方式中，通过控制器60控制芯块58的移动来实现主体容器50的长度的缩短、通过使构成芯块58的材料为高纯度氧化铝来实现主体容器50的缩短、通过均等地设置四个平面缝隙天线51的缝隙51a来实现主体容器50的长度的缩短，上述方面全部进行，但是也可以单独进行其中的一项或者进行任意两项。此时，剩下的要件可以与现有技术中的相同。
此外，在上述实施方式中，表示出均等地设置四个天线51的缝隙51a，但是也可以均等地设置5个以上，此外虽然效率稍微有所降低但是设置1～3个也可以。此外，在平面缝隙天线51上形成的缝隙从能够降低其自身长度能够紧凑化的观点出发，优选为扇形，但是其并不局限于此。
而且，在上述实施方式中，作为等离子体处理装置例示出蚀刻处理装置，但是并不局限于此，也可以使用于成膜处理、氮氧化膜处理、灰化处理等其它的等离子体处理中。此外，被处理基板并不局限于半导体晶片W，以LCD(液晶显示器)用基板为代表的FPD(平面平板显示器)基板、陶瓷基板等其它的基板也可以。

Claims (19)

1.一种微波导入机构，该微波导入机构是用于在腔室内形成微波等离子体的微波等离子体源所使用的微波导入机构，其特征在于，该微波导入机构包括：
形成为筒状的主体容器；
内侧导体，该内侧导体同轴地设置在所述主体容器内，在该内侧导体与所述主体容器之间形成微波传送通路，该内侧导体形成为筒状或者棒状；
调谐器；该调谐器进行所述微波传送通路中的阻抗调整；和
天线部，该天线部具有向所述腔室内放射从所述微波传送通路传送来的微波的微波放射天线，
所述调谐器包括能够沿着所述内侧导体移动的一对由电介质构成的芯块、使这些芯块移动的致动器和控制芯块的移动的控制器，
所述控制器对所述致动器进行控制，使得所述一对芯块能够在被保持在相同间隔的状态下，在微波的1/2波长的长度范围内进行移动，并且使所述一对芯块中的任一个芯块能够相对于另一个芯块在1/4波长的长度范围内进行移动。
2.如权利要求1所述的微波导入机构，其特征在于：
所述一对芯块由纯度为99.9％以上的高纯度氧化铝构成。
3.如权利要求1所述的微波导入机构，其特征在于：
所述微波放射天线为形成有放射微波的缝隙的平面状的缝隙天线。
4.如权利要求3所述的微波导入机构，其特征在于：
所述缝隙具有扇形。
5.如权利要求1所述的微波导入机构，其特征在于：
所述天线部包括：
由透过从所述天线放射的微波的电介质构成的顶板；和
设置在所述天线的与顶板相反的一侧、由缩短到达所述天线的微波的波长的电介质构成的滞波件。
6.如权利要求1所述的微波导入机构，其特征在于：
所述调谐器和所述天线构成集中常数电路。
7.如权利要求1所述的微波导入机构，其特征在于：
所述调谐器和所述天线作为共振器发挥功能。
8.一种微波导入机构，该微波导入机构是用于在腔室内形成微波等离子体的微波等离子体源所使用的微波导入机构，其特征在于，该微波导入机构包括：
形成为筒状的主体容器；
内导体，该内导体同轴地设置在所述主体容器内，在该内导体与所述主体容器之间形成微波传送通路，该内导体形成为筒状或者棒状；
调谐器；该调谐器进行所述微波传送通路中的阻抗调整；和
天线部，该天线部具有向所述腔室内放射从所述微波传送通路传送来的微波的微波放射天线，
所述微波放射天线为均等地形成有放射微波的四个以上缝隙的平面状的缝隙天线，
所述调谐器包括能够沿着所述内导体移动的一对由电介质构成的芯块、使这些芯块移动的致动器和控制芯块的移动的控制器，
所述控制器对所述致动器进行控制，使得所述一对芯块能够在被保持在相同间隔的状态下，在微波的1/2波长的长度范围内进行移动，并且使所述一对芯块中的任一个芯块能够相对于另一个芯块在1/4波长的长度范围内进行移动。
9.如权利要求8所述的微波导入机构，其特征在于，包括：
所述缝隙具有扇形。
10.如权利要求8所述的微波导入机构，其特征在于：
所述天线部包括：
由透过从所述天线放射的微波的电介质构成的顶板；和
设置在所述天线的与顶板相反的一侧、由缩短到达所述天线的微波的波长的电介质构成的滞波件。
11.如权利要求8所述的微波导入机构，其特征在于：
所述调谐器和所述天线构成集中常数电路。
12.如权利要求8所述的微波导入机构，其特征在于：
所述调谐器和所述天线作为共振器发挥功能。
13.一种微波导入机构，该微波导入机构用于将在腔室内形成微波等离子体的微波加以导入，其特征在于，包括：
形成为筒状的主体容器；
内侧导体，该内侧导体同轴地设置在所述主体容器内，在该内侧导体与所述主体容器之间形成微波传送通路，该内侧导体形成为筒状或者棒状；
调谐器；该调谐器进行所述微波传送通路中的阻抗调整；和
天线部，该天线部具有向所述腔室内放射从所述微波传送通路传送来的微波的微波放射天线，
所述微波放射天线为均等地形成有放射微波的四个以上缝隙的平面状的缝隙天线，
所述调谐器包括能够沿着所述内侧导体移动的一对由电介质构成的芯块、使这些芯块移动的致动器和控制芯块的移动的控制器，
所述一对芯块由纯度为99.9％以上的高纯度氧化铝构成，
所述控制器对所述致动器进行控制，使得所述一对芯块能够在被保持在相同间隔的状态下，在微波的1/2波长的长度范围内进行移动，并且使所述一对芯块中的任一个芯块能够相对于另一个芯块在1/4波长的长度范围内进行移动。
14.如权利要求13所述的微波导入机构，其特征在于，包括：
所述缝隙具有扇形。
15.如权利要求13所述的微波导入机构，其特征在于：
所述天线部包括：
由透过从所述天线放射的微波的电介质构成的顶板；和
设置在所述天线的与顶板相反的一侧、由缩短到达所述天线的微波的波长的电介质构成的滞波件。
16.如权利要求13所述的微波导入机构，其特征在于：
所述调谐器和所述天线构成集中常数电路。
17.如权利要求13所述的微波导入机构，其特征在于：
所述调谐器和所述天线作为共振器发挥功能。
18.一种微波等离子体源，其包括生成微波的微波生成机构和将生成的微波导入腔室内的微波导入机构，该微波等离子体源将微波导入到所述腔室内使供给到所述腔室内的气体等离子体化，其特征在于：
所述微波导入机构包括：
形成为筒状的主体容器；
内侧导体，该内侧导体同轴地设置在所述主体容器内，在该内侧导体与所述主体容器之间形成微波传送通路，该内侧导体形成为筒状或者棒状；
调谐器；该调谐器进行所述微波传送通路中的阻抗调整；和
天线部，该天线部具有向所述腔室内放射从所述微波传送通路传送来的微波的微波放射天线，
所述调谐器包括能够沿着所述内侧导体移动的一对由电介质构成的芯块、使这些芯块移动的致动器和控制芯块的移动的控制器，
所述控制器对所述致动器进行控制，使得所述一对芯块能够在被保持在相同间隔的状态下，在微波的1/2波长的长度范围内进行移动，并且使所述一对芯块中的任一个芯块能够相对于另一个芯块在1/4波长的长度范围内进行移动。
19.一种微波等离子体处理装置，对基板实施基于微波等离子体的处理，其特征在于，该微波等离子体处理装置包括：
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
微波等离子体源，其包括生成微波的微波生成机构和将生成的微波导入所述腔室内的微波导入机构，该微波等离子体源将微波导入到所述腔室内使供给到所述腔室内的气体等离子体化，
所述微波导入机构包括：
形成为筒状的主体容器；
内侧导体，该内侧导体同轴地设置在所述主体容器内，在该内侧导体与所述主体容器之间形成微波传送通路，该内侧导体形成为筒状或者棒状；
调谐器；该调谐器进行所述微波传送通路中的阻抗调整；和
天线部，该天线部具有向所述腔室内放射从所述微波传送通路传送来的微波的微波放射天线，
所述调谐器包括能够沿着所述内侧导体移动的一对由电介质构成的芯块、使这些芯块移动的致动器和控制芯块的移动的控制器，
所述控制器对所述致动器进行控制，使得所述一对芯块能够在被保持在相同间隔的状态下，在微波的1/2波长的长度范围内进行移动，并且使所述一对芯块中的任一个芯块能够相对于另一个芯块在1/4波长的长度范围内进行移动。
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