CN102246604A - 等离子体处理装置 - Google Patents
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Abstract
微波等离子体处理装置(10)具有：处理容器(100)；输出微波的微波源(900)；与处理容器内的顶面邻接设置并将从微波源(900)输出的微波向处理容器内放射的电介质板(305)；以及在电介质板(305)的等离子体侧的面与电介质板(305)邻接设置，并从周缘使电介质板(305)的一部分向处理容器内露出的菱形的金属电极(310)。金属电极(310)与电介质板(305)作为划分处理容器(100)的顶面的假想区域而被由与金属电极(310)的两条对角线(D1，D2)分别平行的各两条直线划定，将包括金属电极(310)与电介质板(305)的最小矩形区域作为单元区域Cel，单元区域Cel的长边长度与短边长度之比为1.2以下。
Description
技术领域
本发明涉及通过电磁波激励气体而对被处理体进行等离子体处理的等离子体处理装置。
背景技术
在使用电磁波生成的等离子体中，微波等离子体是将微波经由电介质板导入减压状态的处理室内而产生的(例如参照引用文献1)。在微波等离子体处理装置中，在等离子体的电子密度ne高于截止密度nc时，微波不能进入等离子体内，而在电介质板与等离子体之间传播。传播中，微波的一部分作为渐逝波而被等离子体吸收，用于等离子体的维持。这样，在电介质板与等离子体之间传播的微波，例如被称为电介质表面波。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利文献特开2006-310794号公报。
发明内容
发明的概要
发明所要解决的问题
在将低频的电磁波供给等离子体处理装置时，不仅产生在电介质板与等离子体之间传播的电介质表面波，而且产生在处理容器内表面的金属面与等离子体之间传播的表面波(以下称为金属表面波(导体表面波))。若使等离子体的电子密度低于截止密度nc的2倍，则金属表面波无法传播。由于截止密度nc与电磁波的频率的平方成比例，因此若频率低、电子密度不高，则金属表面波无法传播。而且，金属表面波具有频率越低越难以衰减的特征。
在一般使用于等离子体的生成的2450MHz的频率中，若截止密度nc的值为7.5×1010cm-3，电子密度不是1.5×1011cm-3以上，则金属表面波不进行传播。例如，在表面附近的电子密度为1×1011cm-3左右的低密度等离子体中，金属表面波完全不传播。即使电子密度更高时，由于衰减较大，因此金属表面波的传播几乎没有问题的情况居多。另一方面，例如在915MHz的频率中，即使表面附近的电子密度为1×1011cm-3左右的低密度等离子体中，金属表面波在处理室的内表面也较长地传播。
因而，在利用低频率的电磁波执行等离子体处理时，不仅需要电介质表面波，而且需要设计用于控制金属表面波的传播的装置。例如，在金属电极表面与位于金属电极附近的相似形状的金属罩表面所形成的金属表面波的驻波的分布不同，并且若分别在分布上存在较大的偏差，则在处理容器的顶面的电场能量的分布上产生偏差。另外，在金属电极与金属罩之间存在阶差或槽时，产生在其附近气体难以流动而容易停留的状态，生成不稳定的等离子体。而且，也考虑以下情况：在将电介质板或金属电极通过螺钉固定于处理容器的顶面时，在微波的传递路径上产生无法控制的间隙，来自等离子体侧的微波的反射变大而微波能量的供给效率变差。这些由于对等离子体的均匀性及稳定性给予影响，因此要求通过使金属电极及其周边的形状、尺寸、配置位置及其周边的设计最适当化，来稳定地生成均匀的等离子体。
因此，本发明提供一种为了控制表面波的传播而使金属电极及其周边的构成适当化的等离子体处理装置。
用于解决问题的手段
为了解决所述问题，根据本发明的观点，提供一种等离子体处理装置，包括：处理容器，在内部使气体激励来对被处理体进行等离子体处理；电磁波源，被设置在所述处理容器的外部并输出电磁波；电介质板，与所述处理容器内的顶面邻接设置，并将从所述电磁波源输出的电磁波向所述处理容器内放射；以及菱形的金属电极，在所述电介质板的等离子体侧的面与所述电介质板邻接设置，并从周缘使所述电介质板的一部分向所述处理容器的内部露出。所述金属电极与所述电介质板作为划分所述处理容器的顶面的假想区域而被由与所述金属电极的两条对角线分别平行的各两条直线划定，将包括所述金属电极与所述电介质板的最小矩形区域作为单元区域，按照使所述单元区域长边的长度与短边的长度之比为1.2以下的方式来确定所述金属电极及所述电介质板的形状。
由此，从电磁波源输出的电磁波，从与处理容器内的顶面邻接设置的菱形的金属电极的周缘透射电介质板向处理容器内放射。金属电极与电介质板作为划分所述处理容器的顶面的假想区域而被由与所述金属电极的两条对角线分别平行的各两条直线划定，将包含所述金属电极与所述电介质板的最小矩形区域作为单元区域(参照图2)，按照使所述单元区域的长边长度相对于短边长度之比为1.2以下的方式来确定该金属电极及电介质板的形状。
为了生成均匀的等离子体，优选在金属电极表面与金属罩表面所形成的金属表面波的驻波的分布相同，并且在各自的分布上没有大的偏差。在单元为正方形时，在金属电极表面与金属罩表面形成相同图案的驻波。这是因为从金属电极与金属罩的周围的对应的位置分别供给相同相位、相同强度的金属表面波。
另一方面，在单元为长方形时，在金属电极表面与金属罩表面形成不同的图案的驻波。这是由于从金属电极与金属罩的周围的对应的位置供给的金属表面波的相位、强度不一致。这样，若在金属电极表面与金属罩表面所形成的金属表面波的驻波对称性较差，则难以控制均匀性，难以激励均匀的等离子体。为了生成耐用的均匀的等离子体，期望金属电极表面与金属罩表面的对应的位置中的金属表面波的电场强度比的平均值为1.5以下，更优选的是1.1以下。
图4表示与单元的纵横比对应的位置中的金属表面波的电场强度比的关系。这是通过电磁场仿真而计算出的结果。由此，为了使电场强度比为1.5以下，只要使单元的纵横比为1.2以下即可。由此，能够使金属电极表面与金属罩表面所形成的金属表面波的驻波的分布相同或者近似，并且，能够维持在各自的分布上没有偏差的状态。其结果，能够生成均匀的等离子体。
为了使电场强度比为1.1以下，更优选使单元的纵横比为1.1以下。由此，能够进一步使金属电极与金属罩的金属表面波的驻波分布相同或者近似，并且能够减小各自的分布偏差，生成更加均匀的等离子体。
为了解决所述问题，根据本发明的其他观点，提供一种等离子体处理装置，包括：处理容器，在内部使气体激励来对被处理体进行等离子体处理；电磁波源，被设置在所述处理容器的外部并输出电磁波；电介质板，与所述处理容器内的顶面邻接设置，并将从所述电磁波源输出的电磁波向所述处理容器内放射；金属电极，在所述电介质板的等离子体侧的面与所述电介质板邻接设置，并从周缘使所述电介质板的一部分向所述处理容器的内部露出；以及金属罩，形状与所述金属电极相同或者相似，被设置在所述处理容器的顶面的没有设置所述电介质板的部分。在所述金属电极与所述金属罩之间的槽设置有填充用电介质。
由此，从电磁波源输出的电磁波与处理容器内的顶面邻接设置，并从金属电极的周缘透射电介质板向处理容器内放射。在没有设置电介质板的处理容器的顶面，设置形状与金属电极相同或者相似的金属罩，在金属电极与金属罩之间设置有填充用电介质。
在金属电极与金属罩之间的槽(间隙)中，气体难以流动而容易停留。例如，在等离子体清洗的工序中，间隙的内部难以进入清洗气体，难以除去附着在间隙内面的膜。另外，在槽部分，由于被壁包围三个方向，因此等离子体的电子密度容易下降，难以维持稳定的密度的确定的等离子体。由于从在金属电极与金属罩之间露出的电介质板供给金属表面波，因此若在该部分没有被维持稳定的密度的确定的等离子体，则等离子体全体变得不稳定且不均匀。与此相对，在本发明中，通过用电介质填埋金属电极与金属罩之间的槽，从而能够解决决这些问题。
为了解决所述问题，根据本发明的其他观点，提供一种等离子体处理装置，包括：处理容器，在内部使气体激励来对被处理体进行等离子体处理；电磁波源，被设置在所述处理容器的外部并输出电磁波；电介质板，与所述处理容器内的顶面邻接设置，并将从所述电磁波源输出的电磁波向所述处理容器内放射；金属电极，在所述电介质板的等离子体侧的面与所述电介质板邻接设置，并从周缘使所述电介质板的一部分向所述处理容器的内部露出；以及凸部，形状与所述金属电极相同或者相似，被设置在所述处理容器的顶面的没有设置所述电介质板的部分。在所述金属电极与所述凸部之间的槽设置有填充用电介质。
由此，通过用电介质填埋金属电极与凸部之间，从而消除气体难以流动而容易停留的空间，从而能够稳定地生成均匀的等离子体。
也可以在所述金属电极的周围设置侧罩，所述填充用电介质被设置在所述金属电极与所述侧罩之间的槽。
所述填充用电介质也可以被配置为埋没在所述金属电极和所述凸部之间的槽中、或使所述槽平坦化、或者从所述槽突出的任何一个状态。
所述填充用电介质可以以包围所述金属电极的外周的方式被配置，并具有从所述槽突出的部分。
所述填充用电介质可以在所述金属电极的各边的至少中央附近从所述槽突出。
在所述填充用电介质的突出部分中，所述金属电极的各边的中央附近的突出可以大于所述金属电极的顶点附近的突出。
所述填充用电介质的突出部分可以相对于所述金属电极的中心被形成为点对称。
所述填充用电介质可以由与所述电介质板相同的材质形成。
为了解决所述问题，根据本发明的其他观点，一种等离子体处理装置，包括：处理容器，在内部使气体激励来对被处理体进行等离子体处理；电磁波源，被设置在所述处理容器的外部并输出电磁波；电介质板，与所述处理容器内的顶面邻接设置，并将从所述电磁波源输出的电磁波向所述处理容器内放射；以及金属电极，在所述电介质板的等离子体侧的面与所述电介质板邻接设置，并从周缘使所述电介质板的一部分向所述处理容器的内部露出。所述金属电极通过多个第一螺栓及与所述多个第一螺栓不同的多个第二螺栓被固定在所述处理容器内的顶面，所述多个第一螺栓在相对于所述金属电极的中心彼此点对称的位置固定所述金属电极，所述多个第二螺栓被配置在相对于所述金属电极的中心彼此点对称的位置，并且，在与所述多个第一螺栓的位置不同的位置固定所述金属电极。
由此，从电磁波源输出的电磁波与处理容器内的顶面邻接设置，并从金属电极的周缘透射电介质板向处理容器内放射。金属电极通过多个第一螺栓及与第一螺栓不同种类的多个第二螺栓被固定在处理容器内的顶面。
在固定时，金属电极在隔着电介质的状态下，在距金属电极中心的距离相等且等间隔的位置通过多个第一螺栓被固定在处理容器上，并且，在距所述金属电极中心的距离相等且与四根第一螺栓的位置不同的位置通过多个第二螺栓固定在处理容器。
这样，金属电极通过相对于金属电极的中心点对称地设置的两种螺栓在没有电的及机械的偏差的状态下被固定。由此，由于在作为微波的传递路径的电介质上不产生间隙、微波波长与传播速度没有变化，因此相对于设计值而实际的阻抗的变化没有差异，能够降低来自等离子体侧的微波的反射，提高微波的能量供给效率。特别地，能够根据螺栓直径或位置而降低金属电极的电场强度分布的偏差，稳定地生成均匀的等离子体。另外，能够通过多个螺栓将等离子体侧的热向盖体300侧释放。
所述多个第一螺栓的直径可以小于所述多个第二螺栓的直径。
所述多个第一螺栓可以为四根，并可以位于所述金属电极的对角线上。
所述多个第二螺栓可以为四根，并可以位于比所述四根第一螺栓靠所述金属电极的中心侧。
在所述金属电极为正方形的情况下，所述四根第二螺栓可以分别设置于在被设置成所述等间隔的四根第一螺栓中距邻接的两个第一螺栓等间隔的位置。
所述电介质板可以在所述金属电极的外周大致带状地向所述处理容器内的顶面露出。
所述电介质板及所述金属电极在所述电介质板被所述金属电极与所述处理容器的顶面夹持的状态下分别被设置多个，并以相邻的各金属电极的顶点彼此最接近的方式规律地被配置在所述顶面上。
发明的效果
如以上说明那样，根据本发明，能够使金属电极及其周边的构成适当化来控制表面波的传播。
附图说明
图1是第一实施方式涉及的微波等离子体处理装置的纵剖面图(图2的2-O-O’-2剖面图)；
图2是图1的1-1剖面图；
图3A是表示金属电极及金属罩的表面所形成的金属表面波的驻波图形的仿真结果；
图3B是表示金属电极及金属罩的表面所形成的金属表面波的驻波图形的仿真结果；
图4是表示与单元的纵横比对应的位置的金属表面波的电场强度比的关系的图；
图5是用于说明在金属电极与金属罩之间没有填充用电介质时的电场强度分布的图；
图6A是用于说明在金属电极与金属罩之间具有填充用电介质时的电场强度分布的图；
图6B是用于说明在金属电极与金属罩之间具有填充用电介质时的电场强度分布的图；
图6C是用于说明在金属电极与金属罩之间具有填充用电介质时的电场强度分布的图；
图7是表示设置于顶面的金属电极及周边的图；
图8是图7的仰视图；
图9是图8的3-3剖面图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的优选实施方式。而且，在以下的说明及附图中，对于具有相同构成及功能的构成要件，通过标注相同符号来省略重复说明。
(等离子体处理装置的构成)
首先，关于本发明一实施方式的微波等离子体处理装置(MSEP：金属表面波激励等离子体)的构成，参照图1进行说明。图1是示意性地示出本装置的纵剖面图。图1表示图2的2-O-O’-2剖面。图2是微波等离子体处理装置10的顶面，示出图1的1-1剖面。
(微波等离子体处理装置的概略)
如图1所示，微波等离子体处理装置10具有用于对玻璃基板(下面称为“基板G”)进行等离子体处理的处理容器100。处理容器100包括容器主体200和盖体300。容器主体200具有其上部被开口的有底立方体形状，该开口被盖体300封闭。盖体300包括上部盖体300a和下部盖体300b。在容器主体200与下部盖体300b的接触面设置有O形圈205，由此容器主体200和下部盖体300b被密闭，划定处理室。在上部盖体300a和下部盖体300b的接触面也设置有O形圈210和O形圈215，由此上部盖体300a和下部盖体300b被密闭。容器主体200和盖体300例如由铝合金等金属构成，被电接地。
在处理容器100的内部，设置有用于载置基板G的基座105(载台)。基座105例如由氮化铝形成。基座105被支承体110支承，在其周围设置有用于将处理室的气体的流动控制为优选的状态的挡板115。另外，在处理容器100的底部设置有气体排出管120，使用被设置在处理容器100的外部的真空泵(未图示)排出处理容器100内的气体。
由图1、图2可知，在处理容器100的顶面规则地配置有金属电极310及金属罩320。八个金属电极310以相邻的各金属电极310的顶点彼此最接近的方式规则地配置于处理容器内的顶面。三个金属罩320分别被设置在没有设置金属电极310的部分，以金属罩320的顶点最接近相邻的金属电极310的顶点的方式规则地配置在处理容器内的顶面。在八个金属电极310的外周，设置有覆盖金属电极310和金属罩320的侧罩350。
金属电极310在电介质板305的等离子体侧的面(下表面)与电介质板305邻接设置，是从周缘使电介质板305的一部向处理容器100的内部露出的菱形的平板。这里，所谓菱形是四边长度彼此相等的四边形，也包括正方形。
电介质板305是比金属电极310大一圈、在金属电极310的顶点附近倒角了的八角形的平板。电介质板305在被处理容器内的顶面与金属电极310夹持的状态下与顶面邻接设置，在金属电极310的外周大致带状地在处理容器内的顶面露出。电介质板305将从微波源900输出的微波从所述带状部分向处理容器内放射。
电介质板305和金属电极310相对于基板G或处理容器100在大概倾斜45°的位置以等间距配置八片。间距被确定为一个电介质板305的对角线的长度为相邻的电介质板305的中心间距离的0.9倍以上。由此，电介质板305的被稍微切削了的角部彼此邻接地被配置。
金属罩320被设置在处理容器100的顶面中、没有设置电介质板305的部分，为与金属电极310相同或相似的形状。金属电极310与金属罩320相比，金属罩320比金属电极310厚电介质板305的厚度的量。金属电极310与金属罩320之间的槽，通过填充用电介质315填充。根据该形状，在顶面的高度大致相等的同时，电介质板305露出的部分的凹部被填埋，金属电极310及其周边为大致相同的图案的重复。
电介质板305由铝形成，金属电极310、金属罩320及侧罩350通过铝合金形成。另外，在本实施方式中，八片电介质板305及金属电极310配置为两列四段，但并不限于此，也可以增加或减少电介质板305及金属电极310的片数。
参照图2可知，电介质板305和金属电极310通过第一螺栓380和第二螺栓390固定在盖体300。金属罩320和侧罩350也同样通过第一螺栓380及第二螺栓390固定在盖体300。在上部盖体300a与下部盖体300b之间设置有主气体流路330。主气体流路330将气体向多个设置在第一螺栓380内的第一气体流路325a分流。在第一气体流路325a的入口，嵌入有缩窄流路的细管335。细管335由陶瓷或金属构成。在金属电极310与电介质板305之间设置有第二气体流路310a1。在金属罩320与盖体300之间及侧罩350与盖体300之间也设置有第二气体流路320a1、320a2。第一螺栓380及第二螺栓390的前端面为了不打乱等离子体的分布，而与金属电极310、金属罩320及侧罩350的下表面成为相同平面，。在金属电极310被开口的第一气体放出孔345a、在金属罩320及侧罩350被开口的第二气体放出孔345b1、345b2以均等的间距向下方开口。另外，第一螺栓380及第二螺栓390也可以与金属电极310、金属罩320及侧罩350成为一体。
从气体供给源905输出的气体，从主气体流路330通过第一气体流路325a(分支气体流路)，并通过金属电极310内的第二气体流路310a1及金属罩320和侧罩350内的第二气体流路320a1、320a2从第一气体放出孔345a及第二气体放出孔345b1、345b2供给到处理室内。在第一同轴管610的外周附近的下部盖体300b与电介质板305的接触面设置有O形圈220，以避免第一同轴管610内的大气进入处理容器100的内部。
这样，通过在顶部的金属面形成气体喷淋板，从而抑制现有技术产生的由等离子体中的离子引起的电介质板表面的蚀刻及向处理容器内壁堆积反应生成物，实现降低污染或微粒。另外，由于与电介质不同，金属容易加工，因此能够大幅降低成本。
在挖入盖体300形成的第一同轴管的外部导体610b中插入有内部导体610a。同样，在挖入盖体300形成的第二～第四同轴管的外部导体620b～640b中插入第二～第四同轴管的内部导体620a～640a，其上部被盖体罩660覆盖。各同轴管的内部导体由热传导好的铜形成。
微波从微波源900供给，从第四同轴管(内外导体640a、640b)经由第三同轴管(内外导体630a、630b)传送到第一同轴管(内外导体610a、610b)及第二同轴管(内外导体620a、620b)。电介质板305的表面除了从第一同轴管610向电介质板305入射微波的部分与从电介质板305放射微波的部分由金属膜305a覆盖。由此，即使由于在电介质板305和与其邻接的部件之间产生空隙，也能够使微波的传播不被打乱，能够稳定地将微波导入到处理容器内。
从电介质板305放射的微波为表面波而等分电力，同时在金属电极310、金属罩320及侧罩350的表面传播。下面将在处理容器内表面的金属面与等离子体之间传播的表面波称为金属表面波(Metal SurfaceWave)。由此，在顶面全体上金属表面波进行传播，在本实施方式涉及的微波等离子体处理装置10的顶面下方，稳定地生成均匀的等离子体。
在侧罩350上，以包围八片电介质板305的全体的方式形成有八角形的槽340，抑制在顶面传播的金属表面波从槽340向外侧传播。也可以将多个槽340平行地形成多重。取代槽340也可以设置凸部。槽340或凸部为传播障碍部的一例。
下面将以一片金属电极310为中心、在顶点具有邻接的金属罩320的中心点的区域称为单元区域Cel(参照图2)。在顶面中，以单元区域Cel为一个单位而相同图案的构成有规律地被配置八个单元。
冷媒供给源910与盖体内部的冷媒配管910a连接，从冷媒供给源910供给的冷媒在盖体内部的冷媒配管910a内循环并再次返回到冷媒供给源910，由此使处理容器100保持在期望的温度。在第四同轴管的内部导体640a的内部，沿其长度方向贯穿冷媒配管910b。通过向该流路通入冷媒，从而抑止内部导体640a的加热。
优选在电介质板305与盖体300之间、或电介质板305与金属电极310之间没有间隙。这是因为，若具有未被控制的间隙，则沿电介质板305传播的微波的波长变得不稳定，对等离子体的均匀性或从同轴管观察的负载阻抗给予影响。另外，若具有较大的间隙(0.2mm以上)，则在间隙内也有放电的可能性。因此，在锁紧螺母435时，电介质板305与下部盖体300b之间、及电介质板305与金属电极310之间贴紧。
在锁紧螺母435时，若以过量的转矩锁紧，则有可能在电介质板305上施加应力而裂开。另外，在锁紧螺母435时即使不裂开，在产生等离子体而各部分温度上升时，有施加应力而裂开的危险性。因此，为了能够通过第一螺栓380始终以适度的力(比压溃O形圈220而使电介质板305与下部盖体300b贴紧的力稍微大的力)吊起金属电极310，在螺母435与下部盖体300b之间插入具有最适当的弹簧力的防松垫圈430b。在锁紧螺母435时，防松垫圈430b到成为平面为止而不锁死，使变形量为一定。
在螺母435与防松垫圈430b之间设置有垫圈430a，但可有可无。而且，在防松垫圈430b与下部盖体300b之间设置有垫圈430c。通常，在第一螺栓380与盖体300之间具有间隙，主气体流路330内的气体通过该间隙而流入第一气体流路310a。若该未被控制的气体流量较多，则存在从第一气体放出孔345a放出的气体变得不均匀的问题。因此，在使垫圈430c与第一螺栓380之间的间隙缩小的同时，加厚垫圈430c的厚度，抑制通过第一螺栓380外侧而流入的气体的流量。
接着，对以下问题进行更详细的说明：在如以上说明的微波等离子体处理装置10中，为了控制金属表面波的传播而将金属电极310及其周边的构成适当化。其第一是使单元区域Cel的纵横比适当化的问题。第二是在金属电极310与金属罩320等之间的槽埋入填充用电介质315的问题。第三是将固定金属电极310的螺栓的种类或形状、固定位置等适当化的问题。
<单元的纵横比>
首先，关于使单元区域Cel的纵横比适当化的问题进行说明。如图2所示，单元区域Cel为划分处理容器100的顶面的假想区域，由与金属电极310的两条对角线D1、D2分别平行的各两条直线划定，称为包括金属电极310与电介质板305的最小矩形区域。
为了生成均匀的等离子体，优选在金属电极表面与金属罩表面形成的金属表面波的驻波的分布相同，并且，各自在分布上不存在较大的偏差。因此，按照使单元区域Cel长边长度与短边长度之比为1.2以下的方式来确定金属电极310及电介质板305的形状。
在单元为正方形的情况下，在金属电极表面与金属罩表面形成相同图案的驻波。这是因为从金属电极与金属罩的周围的对应的位置分别供给同一相位、同一强度的金属表面波。图3A、图3B是表示在金属电极310的表面及金属罩320的表面形成的金属表面波的驻波图案的仿真结果。白色的部分为电场强的部分，黑色的部分为电场弱的部分。仅表示出金属电极310的右上1/4部分、和金属罩320的左下1/4部分、及它们之间的电介质板305部分。
在金属电极表面，在图3A的A1、B1、C1的位置存在驻波的波腹。另一方面，在与它们对应的金属罩表面的位置、A2、B2、C2能看见与金属电极表面上相同强度的驻波的波腹。
另一方面，在单元为长方形时，如图3B所示，在金属电极表面与金属罩表面形成不同图案的驻波。这是因为使从金属电极310与金属罩320的周围的对应的位置供给的金属表面波的相位、强度不一致。
在金属电极表面的驻波的波腹位置A1、B1、C1与和它们对应的金属罩表面的驻波的波腹位置A2、B2、C2中，可知A2的电场比A1弱，B2的电场比B1强，C2的电场比C1弱。
这样，若在金属电极表面与金属罩表面形成的金属表面波的驻波的对称性差，则难以控制均匀性，难以激励均匀的等离子体。为了生成耐用的均匀的等离子体，优选在金属电极表面与金属罩表面的对应的位置的金属表面波的电场强度比平均值为1.5以下，更优选为1.1以下。
图4表示与单元的纵横比对应的位置中的金属表面波的电场强度比的关系。这是通过电磁场仿真而计算出的结果。纵轴为将以下所得的比相对于A、B、C平均化的结果，所述比为对在A1(A2)、B1(B2)、以及C1(C2)的各个位置将金属电极310与金属罩320中电场强度的极大值较大的值用较小的值除所得的比。在单元为正方形时(纵横比为1时)，单元的一边的长度为214mm。在纵横比为1以外时，保持单元面积一定而改变纵横比。
在单元为正方形时(纵横比为1时)，由于对应的位置中的金属表面波的电场强度无论哪里都相等，因此电场强度比为1。可知若单元的纵横比变大则电场强度比增加。
根据图4的结果可知，为了使电场强度比为1.5以下只要使单元的纵横比设为1.2以下即可。由此，能够使在金属电极表面与金属罩表面形成的金属表面波的驻波的分布相同或者近似。其结果，并且因在各自的分布未产生大的偏差，而能够生成均匀的等离子体。
而且，可知为了使电场强度比为1.1以下只要使单元的纵横比为1.1以下即可。由此，能够使在金属电极表面与金属罩表面形成的金属表面波的驻波的分布更加相同或者近似。其结果，并且因在各自的分布未产生大的偏差，而能够生成均匀的等离子体。
<填充用电介质的埋入>
接着，关于在金属电极310与金属罩320之间埋入填充用电介质315的问题进行说明。
在图5的“a”所示的金属电极310与金属罩320之间的槽部分Gap中，气体难以流动而容易停留。例如在等离子体清洗的工序中，存在清洗气体难以进入间隙内部，附着在间隙内表面的膜难以除去的问题。
另外，在槽状的间隙部分中，由于被壁包围三个方向，因此等离子体的电子密度容易下降，难以维持稳定密度的确定的等离子体。由于从金属电极310与金属罩320或侧罩350之间的电介质板305供给金属表面波，因此若没有被维持在该部分稳定密度的确定的等离子体，则存在等离子体全体因不稳定而变得不均匀的问题。
而且，透射电介质板305的微波虽然被分向金属电极表面与金属罩表面进行传播，但在图5的“b”所示的槽部分Gap中，存在以下问题：由于施加于护罩区域S的电场E的强度容易产生偏差，在金属电极310的表面传播的金属表面波MS1与在金属罩320或侧罩350的表面传播的金属表面波MS2的能量分配产生偏差。
与此相对，如图1所示，在本实施方式的微波等离子体处理装置10中，向槽部分Gap埋入填充用电介质315。由此，槽变没有，金属电极310与金属罩320或侧罩350之间变得平坦。由此，清洗气体难以进入的空间没有了，提高了清洗的效率，维护变得容易。另外，产生不稳定的密度的不确定的等离子体的空间消失，能够防止放电异常而稳定地生成均匀的等离子体。而且，如图6A所示，由于微波经由填充用电介质315而被供给高微波处理容器内，因此从填充用电介质315施加于金属电极侧的护罩区域S及金属罩(或者侧罩)侧的护罩区域的电场E的强度难以产生偏差，对在金属电极310的表面传播的金属表面波MS1与在金属罩320(或者侧罩350)的表面传播的金属表面波MS2等分配能量。其结果是，稳定地生成均匀的等离子体。
在图6A中，填充用电介质315被配设为使金属电极310与侧罩350(或者金属罩320)之间的槽平坦化。可是，填充用电介质315也可以如图6B所示那样从所述槽突出。另外，也可以如图6C所示那样没入到所述槽中。无论任何情况，都能够防止气体在金属电极周围停留，为了稳定地维持均匀的等离子体而发挥功能。此外，在图6C中，在处理容器(盖体300)的顶面的未设置电介质板305的部分设置与金属电极310相同或者相似形状的凸部300c，在该凸部300c与金属电极310之间设置填充用电介质315。此外，电介质板305与填充用电介质315也可以成为一体。
图7示出一个金属电极310及其周边。金属电极310的端部被倒角，设置有傾斜。填充用电介质315是以包围金属电极310外周的方式配设于从金属电极310的周缘露出的电介质板305的下表面(等离子体侧的面)的框状部件。填充用电介质315的外周为与电介质板305相同的八角形。在填充用电介质315的金属电极310的各边的中央附近形成有突出部分315a。填充用电介质315在金属电极310的顶点附近也稍微地突出(突出部分315b)。金属电极310的中央附近的突出部分315a比金属电极310的顶点附近的突出部分315b向等离子体侧突出。另外，填充用电介质315的突出相对于金属电极310的中心被形成为点对称。由此，金属电极周围的电场强度分布消除了偏差，能够生成均匀的等离子体。
<金属电极的固定螺栓>
最后，关于使固定金属电极310的螺栓的种类或形状、固定位置等适当化的问题进行说明。图8示出被包含在一个单元区域Cel的金属电极310。图9为图8的3-3剖面。
图9所示的电介质板305及金属电极310被设置在阻断真空与大气的部分。因此，在O形圈220的内侧在电介质板305及金属电极310上从大气侧向真空侧施加较大的压力。而且，由于O形圈220的弹性力，在电介质板305及金属电极310上施加下侧的较大的力。因而，在电介质板305与盖体300之间容易产生间隙。
若使单元的尺寸变大，则每个装置的单元数减少而能够降低成本。然而，若使单元的尺寸变大，则存在以下问题：由于电介质板305的附近而容易产生间隙，并且来自等离子体的输入热量增加而金属电极310过热。
微波不能透射导体。因此，微波在第一同轴管610中传播后，透射电介质板305，进而透射填充用电介质315而导入处理室内。在设计时，考虑没有间隙的状态的微波的传递效率来预先确定微波的传递路径的设计值。可是，实际上产生了微小的间隙。在这种情况下，在流程中，由于因间隙而微波的波长与传播速度发生变化，因此相对于设计值在实际的阻抗的变化上产生差异，来自等离子体侧的微波的反射变大而微波的能量供给效率变差。另外，若来自等离子体侧的微波的反射变大，则在图9的第一同轴管610的内部微波的驻波比(驻波的峰值比)变大，存在在同轴管内产生放电而第一同轴管610的内部被加热之类的产生异常放电的情况。
因此，在本实施方式的金属电极310中，使金属电极310及电介质板305牢牢地贴紧而固定在盖体300。即，如图8及图9所示，金属电极310通过四根第一螺栓380及与第一螺栓380不同的四根第二螺栓390而牢牢地固定在盖体300内部的顶面。四根第一螺栓380及四根第二螺栓390相对于金属电极310的中心在轴对称的位置固定金属电极310。四根第一螺栓380位于金属电极310的对角线D1、D2上。
四根第二螺栓390在距金属电极310的中心的距离相等、并且在与四根第一螺栓380的位置不同的位置固定金属电极310。四根第二螺栓390位于比四根第一螺栓380靠金属电极310的中心侧。四根第一螺栓380的直径小于四根第二螺栓390的直径。四根第一螺栓380及四根第二螺栓390相对于金属电极的中心具有对称性。
这样，通过除了第一螺栓380外还设置第二螺栓390，并且使第一螺栓380及第二螺栓390的位置及直径最适当，从而能够适当地调整金属表面波的分布而生成更均匀的等离子体。而且，能够适当地调整阻抗而对来自等离子体侧的微波的反射更小地抑制。
在金属电极310为正方形时，四根第二螺栓390分别设置在处于被设置成等间隔的四根第一螺栓380中距邻接的第一螺栓380等距离的位置。具体而言，如图8所示，四根第二螺栓390设置在连接金属电极310的中心与单元区域Cel的顶点的直线B1、B2上。四根第一螺栓380及四根第二螺栓390相对于金属电极的中心为点对称。
四根第二螺栓390既可以如图1的四根第一螺栓380那样在与金属电极310的等离子体面相同的面内从金属电极310露出，也可以如图9那样在未露出到金属电极310的等离子体面的状态下将电介质板305及金属电极310保持在顶面。此外，第一螺栓380及第二螺栓390的根数不需要是四根。
由此，通过不在微波的传播路径上设置间隙或槽等，从而能够减小来自等离子体侧的微波的反射，能够提高微波的能量的供给效率。其结果，电子密度较高，能够稳定地生成均匀的等离子体。另外，通过第一螺栓380及第二螺栓390，能够使等离子体侧热释放至盖体300侧。另外，在本实施方式中，由于使第一及第二螺栓的直径和配置位置适当化，因此能够实现金属电极310的电场的均匀性。
以上，虽然参照附图对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明当然不限定于该例。对本领域技术人员而言，在权利要求书所记载的范畴内，能够想到各种变形例或修正例是显而易见的，对于这些也当然属于本发明的技术范围。
例如，金属电极310也可以为菱形以外的多边形。
另外，在以上说明的各实施方式中，虽然例举了输出915MHz的微波的微波源900，但也可以是输出896MHz、922MHz、2.45GHz等的微波的微波源。另外，微波源是产生用于激励等离子体的电磁波的电磁波源的一例，只要是输出100MHz以上的电磁波的电磁波源即可，也包含磁控管或高频率电源。
微波等离子体处理装置能够执行成膜处理、扩散处理、蚀刻处理、灰化处理、等离子体掺杂处理等、通过等离子体细微加工被处理体的各种流程。
例如，本发明的等离子体处理装置也可以处理大面积的玻璃基板、圆形的硅晶片或角型的SOI(Silicon On Insulator，绝缘硅)基板。
Claims (18)
1.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：
处理容器，在内部使气体激励来对被处理体进行等离子体处理；
电磁波源，被设置在所述处理容器的外部并输出电磁波；
电介质板，与所述处理容器内的顶面邻接设置，并将从所述电磁波源输出的电磁波向所述处理容器内放射；以及
菱形的金属电极，在所述电介质板的等离子体侧的面与所述电介质板邻接设置，并从周缘使所述电介质板的一部分向所述处理容器的内部露出，
所述金属电极与所述电介质板作为划分所述处理容器的顶面的假想区域而被由与所述金属电极的两条对角线分别平行的各两条直线划定，将包括所述金属电极与所述电介质板的最小矩形区域作为单元区域，按照使所述单元区域长边的长度与短边的长度之比为1.2以下的方式来确定所述金属电极及所述电介质板的形状。
2.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，
按照使所述单元区域长边的长度与短边的长度之比为1.2以下的方式来确定所述金属电极及所述电介质板的形状。
3.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：
处理容器，在内部使气体激励来对被处理体进行等离子体处理；
电磁波源，被设置在所述处理容器的外部并输出电磁波；
电介质板，与所述处理容器内的顶面邻接设置，并将从所述电磁波源输出的电磁波向所述处理容器内放射；
金属电极，在所述电介质板的等离子体侧的面与所述电介质板邻接设置，并从周缘使所述电介质板的一部分向所述处理容器的内部露出；以及
金属罩，形状与所述金属电极相同或者相似，被设置在所述处理容器的顶面的没有设置所述电介质板的部分，
在所述金属电极与所述金属罩之间的槽设置有填充用电介质。
4.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：
处理容器，在内部使气体激励来对被处理体进行等离子体处理；
电磁波源，被设置在所述处理容器的外部并输出电磁波；
电介质板，与所述处理容器内的顶面邻接设置，并将从所述电磁波源输出的电磁波向所述处理容器内放射；
金属电极，在所述电介质板的等离子体侧的面与所述电介质板邻接设置，并从周缘使所述电介质板的一部分向所述处理容器的内部露出；以及
凸部，形状与所述金属电极相同或者相似，被设置在所述处理容器的顶面的没有设置所述电介质板的部分，
在所述金属电极与所述凸部之间的槽设置有填充用电介质。
5.如权利要求3所述的等离子体处理装置，其特征在于，
在所述金属电极的周围设置侧罩，
所述填充用电介质被设置在所述金属电极与所述侧罩之间的槽。
6.如权利要求3所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述填充用电介质被配置为埋没在所述槽中、或使所述槽平坦化、或者从所述槽突出的任何一个状态。
7.如权利要求6所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述填充用电介质以包围所述金属电极的外周的方式被配置，并具有从所述槽突出的部分。
8.如权利要求7所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述填充用电介质在所述金属电极的各边的至少中央附近从所述槽突出。
9.如权利要求7所述的等离子体处理装置，其特征在于，
在所述填充用电介质的突出部分中，所述金属电极的各边的中央附近的突出大于所述金属电极的顶点附近的突出。
10.如权利要求7所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述填充用电介质的突出部分相对于所述金属电极的中心被形成为点对称。
11.如权利要求3所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述填充用电介质由与所述电介质板相同的材质形成。
12.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：
处理容器，在内部使气体激励来对被处理体进行等离子体处理；
电磁波源，被设置在所述处理容器的外部并输出电磁波；
电介质板，与所述处理容器内的顶面邻接设置，并将从所述电磁波源输出的电磁波向所述处理容器内放射；以及
金属电极，在所述电介质板的等离子体侧的面与所述电介质板邻接设置，并从周缘使所述电介质板的一部分向所述处理容器的内部露出，
所述金属电极通过多个第一螺栓及与所述多个第一螺栓不同的多个第二螺栓被固定在所述处理容器内的顶面，
所述多个第一螺栓在相对于所述金属电极的中心彼此点对称的位置固定所述金属电极，
所述多个第二螺栓被配置在相对于所述金属电极的中心彼此点对称的位置，并且，在与所述多个第一螺栓的位置不同的位置固定所述金属电极。
13.如权利要求12所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述多个第一螺栓的直径小于所述多个第二螺栓的直径。
14.如权利要求12所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述多个第一螺栓为四根，并位于所述金属电极的对角线上。
15.如权利要求14所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述多个第二螺栓为四根，并位于比所述四根第一螺栓靠所述金属电极的中心侧。
16.如权利要求12所述的等离子体处理装置，其特征在于，
在所述金属电极为正方形的情况下，所述四根第二螺栓分别设置于在被设置成所述等间隔的四根第一螺栓中距邻接的两个第一螺栓等间隔的位置。
17.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述电介质板在所述金属电极的外周大致带状地向所述处理容器内的顶面露出。
18.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述电介质板及所述金属电极在所述电介质板被所述金属电极与所述处理容器的顶面夹持的状态下分别被设置多个，并以相邻的各金属电极的顶点彼此最接近的方式规律地被配置在所述顶面上。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C05 | Deemed withdrawal (patent law before 1993) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20111116 |