CN113874978A - 等离子处理装置 - Google Patents

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Abstract

等离子处理装置具备：在内部具备对基板进行等离子处理的等离子处理室并能将该等离子处理室的内部排气成真空的真空室；和对该真空室经由圆形波导管提供微波电力的微波电力提供部，在这样的等离子处理装置中，真空室具备：与圆形波导管连接并接受从圆形波导管传播的微波电力的平行平板线路部；配置于平行平板线路部的外周并接受从平行平板线路部传播的微波电力的环形谐振器部；接受从形成于该环形谐振器部的狭缝天线辐射的微波电力的空洞部；和将该空洞部和等离子处理室分离的微波导入窗，平行平板线路部在与环形谐振器部的边界部分具有调整从平行平板线路部传播到环形谐振器部的微波的相位的相位调整部而构成。

Description

等离子处理装置
技术领域
本发明涉及通过电磁波来使等离子产生的等离子处理装置。
背景技术
在半导体集成电路元件的生产中使用等离子处理装置。为了元件的性能提升和成本减低而不断推进元件的微细化。过去，通过元件的二维的微细化，能由1片被处理基板制造的元件数增加，每1个元件的制造成本降低，与此同时，有布线长度缩短等效果，还能谋求性能提升。但若半导体元件的尺寸成为接近于原子的尺寸的纳米级，二维的微细化的难易度就显著提高，正在进行新材料、三维的元件结构的运用等应对。通过这些结构变更，制造的难易度增加，制造成本的增大成为深刻的问题。
若在制造中途的半导体集成电路元件附着微小的异物、污染物质，多会成为致命的缺陷，因此导体集成电路元件多在排除了异物、污染物质且将温度、湿度控制在最佳的洁净室内制造。伴随元件的微细化，制造所需的洁净室的洁净度变高，在洁净室的建设、维持运用中需要巨大的费用。因此，谋求效率良好地利用洁净室空间来进行生产。出于该观点，半导体制造装置严格追求小型化和低成本化。
在通过电磁波产生等离子的等离子处理装置中，广泛使用对等离子处理室施加静磁场的装置。这是因为，除了能用静磁场抑制等离子的损失以外，还有也能进行等离子分布的控制的优点。进而，通过使用电磁波与静磁场的相互作用，有在通常难以产生等离子的运转条件下也能产生的效果。特别已知的是，若作为等离子产生用电磁波而使用微波，使用使电子的回旋运动的周期和微波的频率一致的静磁场，就会引起电子回旋共振(ElectronCyclotron Resonance、以下称作ECR)现象。由于主要是在引起ECR的区域产生等离子，因此，除了能通过调节静磁场的分布来进行等离子产生区域的控制以外，还有能通过ECR现象较宽地确保能生成等离子的条件的效果。
正在使用RF偏置技术，其中，通过对等离子处理中的被处理基板施加高频，将等离子中的离子吸引到被处理基板表面，由此谋求等离子处理的高速化、处理品质的提升。例如在等离子蚀刻处理的情况下，由于离子垂直入射到被处理基板的被处理面，因此达成了蚀刻仅在被处理基板的垂直方向上进展的各向异性的加工。
作为与上述的课题、技术动向对应的现有例，在专利文献1记载的等离子处理装置中，具备用于对处理室周围施加静磁场的电磁铁，能够对处理室内施加静磁场。进而，该电磁铁由多级的电磁铁构成，通过调整提供到各电磁铁的电流值，能调整处理室内的静磁场分布。
在专利文献1中，作为等离子产生用的电磁波而使用频率2.45GHz的微波，将其通过圆偏振产生器圆偏振化，并使用配置于装置的中心轴上的圆形波导管来提供到装置。该圆形波导管的输出端与分支电路连接，该分支电路由以均等的角度配置的多个波导路构成。在实施例中，作为分支电路，使用每隔90度以均等的角度而4分支的方形波导管。进而，在分支电路的多个波导路激振环形谐振器。在环形谐振器的处理室侧设置狭缝天线，在环形谐振器内，对应于成形为谐振模式的电磁场来从该狭缝天线对处理室辐射微波。
专利文献1的处理室内的静磁场被所述的电磁铁控制成所期望的分布，与投入的微波相互作用来在处理室内生成等离子。通过该电磁铁，能在处理室内生成引起ECR的静磁场，并调整分布来控制等离子的扩散。
如前述那样，对专利文献1的圆形波导管内投入圆偏振化的微波，由此在环形谐振器内激振行波。在该环形谐振器内，在方位角方向上以1周激振多波长的电磁波，但在激振驻波的情况下，与驻波的波腹、波节对应的方位角方向的不均匀存在于固定的位置。通过在谐振器内激振行波，来激振在时间上在方位角方向上均匀的电磁波。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2012-190899号公报
发明内容
发明要解决的课题
一般，等离子多是在等离子处理室壁面损失，有在壁面附近密度变低、在远离壁面的中心附近密度变高的倾向。其结果，有被处理基板上的等离子密度易于成为凸分布的倾向，等离子处理的均匀性有时会成为问题。
等离子存在虽然易于在沿着磁力线的方向上扩散、但在与磁力线垂直方向上扩散被抑制的性质。进而，能调整ECR面等的位置来进行等离子产生区域的控制。如此地，通过静磁场来调整等离子的扩散和生成区域，由此调整等离子的分布。
但存在仅用基于静磁场的等离子密度分布的调整手段得不到所期望的调整幅度的情况，期望进一步追加的调整手段。
例如会存在以下情况：在蚀刻处理的情况下，进行加工的膜厚对应于成膜装置的特性而会有例如在处理基板的中央厚在外周侧薄的情况，反之会有在中央薄在外周侧厚的情况。存在希望将这些成膜装置所引起的不均匀在蚀刻处理中进行修正从而实施整体上均匀的加工的情况。如此地，存在期望将被处理基板上的等离子密度分布调整成所期望的分布的情况。
一般，若蚀刻速度均匀，则反应生成物从被处理基板各部均匀生成，并被放出。其结果，在被处理基板的中心部，反应生成物密度变高，在外周部，密度变低。若反应生成物在被处理基板再附着，就会阻碍蚀刻，从而蚀刻速度降低。反应生成物在被处理基板再附着的概率受到被处理基板的温度、处理室的压力、被处理基板的表面状态等众多参数的影响。因此，为了得到在被处理基板的面内均匀的蚀刻处理，有必须特意将被处理基板上的等离子密度分布调整成不均匀的情况。
如上述所示那样，期望能容易地控制被处理基板上的等离子密度分布的等离子处理装置。
通过使用环形谐振器，能得到在中心附近低在外周附近高的电磁场分布，能进一步由此得到在中心低在外周部高的等离子密度分布。若考虑等离子扩散而易于成为在中心附近过高的密度分布的性质，为了做出在被处理基板上均匀的等离子，在等离子生成区域中，必须调整成在中心低在外周部高的密度分布。
在专利文献1中，用在4个方位角方向上均等配置的波导管来激振环形谐振器。但在该情况下，存在产生有4处的波导管的连接部所引起的环形谐振器内电磁场的不均匀、由此导致的等离子分布的不均匀变得显著的情况。另外，由于分支等的结构复杂，因此有制造的成本、装置间差异等成为问题的情况，期望简单的激振结构。
本发明解决上述的现有技术的课题，提供能以简单的结构均匀地激振环形谐振器的等离子处理装置。
用于解决课题的手段
为了解决上述的课题，在本发明中，等离子处理装置具备：在内部具备对基板进行等离子处理的等离子处理室并能将该等离子处理室的内部排气成真空的真空室；和对该真空室经由圆形波导管来提供微波电力的微波电力提供部，在该等离子处理装置中，真空室具备：与圆形波导管连接并接受从圆形波导管传播的微波电力的平行平板线路部；配置于平行平板线路部的外周并接受从平行平板线路部传播的微波电力的环形谐振器部；接受从形成于该环形谐振器部的狭缝天线辐射的微波电力的空洞部；和将该空洞部和等离子处理室分离的微波导入窗，平行平板线路部在与环形谐振器部的边界部分具备调整从平行平板线路部传播到环形谐振器部的微波的相位的相位调整部而构成。
另外，为了解决上述的课题，在本发明中，具备如下要素而构成：真空室，其在内部具备对基板进行等离子处理的等离子处理室并能将该等离子处理室的内部排气成真空；圆形波导管，其配置于真空室的中心轴上，截面为圆形的；平行平板线路部，其在真空室的一侧与圆形波导管的输出端连接，使从圆形波导管传播的微波电力的传播方向与真空室的中心轴垂直；环形谐振器部，其与平行平板线路部的外周连接，使从平行平板线路部传播的微波电力相对于真空室的中心轴在方位角方向上以多波长谐振，并且形成有辐射该谐振的微波电力的狭缝天线；空洞部，其接受从在该环形谐振器部形成的狭缝天线辐射的微波电力；和微波导入窗，其将该空洞部和等离子处理室分离。
发明的效果
根据本发明，由于能以简单的结构将环形谐振器内的电磁场分布精度良好地调整成所期望的谐振模式，能抑制成为等离子分布的偏倚的原因的不需要的电磁场分布，因此能在被处理基板上实施均匀性良好的等离子处理。
附图说明
图1是说明实施例1所涉及的微波等离子蚀刻装置的概略的结构的侧面的截面图。
图2是实施例1所涉及的微波等离子蚀刻装置的图1中的AA截面箭头方向观察图。
图3A是表示实施例1所涉及的微波等离子蚀刻装置中的平行平板线路的变形例的相当于图1中的A-A截面箭头方向观察图的截面图。
图3B是表示实施例1所涉及的微波等离子蚀刻装置中的平行平板线路的其他变形例的相当于图1中的A-A截面箭头方向观察图的截面图。
图4是实施例2的微波等离子蚀刻装置的平行平板线路附近的横截面图。
图5是实施例3的微波等离子蚀刻装置的平行平板线路附近的横截面图。
图6A是表示实施例4的微波等离子蚀刻装置的概略的结构的侧面的截面图。
图6B是实施例4的微波等离子蚀刻装置的图6A中的BB截面箭头方向观察图。
图7是表示实施例4变形例的微波等离子蚀刻装置的圆形波导管附近的纵截面图。
图8是实施例4的微波等离子蚀刻装置的相当于图6A的B-B截面箭头方向观察图的本实施例的变形例所涉及的环形谐振器的导体板的俯视图。
具体实施方式
本发明中，在通过电磁波使等离子产生的等离子处理装置中，通过调整微波电力的分布来控制在处理室内生成的等离子的分布，由此能进行高品质的等离子处理。
本发明中，在微波ECR等离子处理装置中，具备：以在方位角方向上具有m个波长相应量的电磁波的模式进行谐振的环形谐振器；与环形谐振器的中心轴同轴配置的波导管；和将从该波导管传播的电磁波传播到环形谐振器的平行平板线路，由此能使激振点增加来使环形谐振器内均等地激振，从而使所生成的等离子的轴对称性提升，并且能减低微波电力损失。进而，通过将结构简单化，还能减低装置间差异(机器差异)。
通过使用环形谐振器，能将在处理室内激振的电磁场分布调整成在中心低而在外周部高的环状的分布。因此，在处理室内易于环状地生成等离子。另一方面，如上述那样，由于处理室壁面中的等离子损失的效果以及等离子扩散的效果，还有壁面附近的等离子密度降低而易于取在中心附近高的密度分布的倾向。
与此相对，在本发明中，能调整基于处理室壁面和环形谐振器的环状等离子生成分布的位置关系来得到在晶片上均匀的等离子分布。另外，本发明中，具备：配置于大致轴对称的等离子处理装置的中心轴上的截面为圆形的圆形波导管；对被处理基板进行等离子处理的等离子处理室；与圆形波导管的输出端连接的平行平板线路；该平行平板线路内的微波传播方向与中心轴垂直且在方位角方向上以多波长进行谐振的环形谐振器；用于在该环形谐振器的等离子处理室侧将环形谐振器内的电磁波向等离子处理室辐射的天线，平行平板线路的输出端与该环形谐振器连接，通过在平行平板线路与环形谐振器的连接面均等地激振环形谐振器，能得到在晶片上均匀的等离子分布。
以下基于附图来详细说明本发明的实施方式。在用于说明本实施方式的全图中，对具有相同功能的要素标注相同的附图标记，原则上省略其重复的说明。
但本发明并不限定于以下所示的实施方式的记载内容来进行解释。只要是本领域技术人员，就会容易地理解，能在不脱离本发明的思想或主旨的范围内变更其具体的结构。
实施例1
作为利用本发明的等离子处理装置的示例，通过图1来说明微波等离子蚀刻装置100。
图1表示微波等离子蚀刻装置100整体的纵截面图。在图1所示的结构中，101是微波的振荡器(微波电源)，102是隔离器，103是自动匹配器，1041是矩形波导管，104是圆矩形变换器，105是圆偏振产生器，106是圆形波导管，107是匹配用块，108是平行平板线路，109是相位调整单元，110是环形谐振器，111是狭缝天线，112是空洞部，121是内侧空洞部，126是形成内侧空洞部121的内侧空洞形成部，122是内侧空洞形成部126的上表面部，123是内侧空洞形成部126的侧面部，124是内侧空洞形成部126的内侧缘部，125是内侧空洞形成部126的外侧缘部。
113是静磁场产生装置，114是微波导入窗，115是簇射板，116是等离子处理室，117是被处理基板，118是基板电极，119是自动匹配器，120是RF偏置电源，130是真空室。
在图1所示的结构中，省略如下的图示：对等离子处理室116提供气体的气体提供系统；将等离子处理室116的内部排气成真空的真空排气单元；控制微波的振荡器101、自动匹配器103、静磁场产生装置113、RF偏置电源120等的控制部。
在上述的结构中，由微波的振荡器101输出的频率2.45GHz的微波经由隔离器102、自动匹配器103，通过矩形波导管1041传播到圆矩形变换器104。作为微波的振荡器101而使用磁控管。圆矩形变换器104还兼作使微波的行进方向90度拐弯的拐角，来谋求装置整体的小型化。
在圆矩形变换器104的下部连接圆偏振产生器105，将以直线偏振入射的微波变换成圆偏振。进而，在圆偏振产生器105的等离子处理室116的一侧存在设于构成等离子处理室116的真空室130的大致中心轴上的圆形波导管106，传播被圆偏振化的微波。
在圆形波导管106的末端部，经由匹配用块107连接被内侧空洞形成部126的上表面部122和真空室130的上表面即上侧导体131所夹而形成的平行平板线路108。圆形波导管106和平行平板线路108正交，从圆形波导管106传播到平行平板线路108的微波电力使其行进方向变化。
匹配用块107是具有抑制圆形波导管106与平行平板线路108的连接部处的微波电力的反射的功能的导电率高的金属制的块，在本实施例中设为圆锥形。
平行平板线路108在真空室130的上部侧面与环形谐振器110连接，将从圆形波导管106传播的微波电力提供到环形谐振器110内，其中，该环形谐振器110由被内侧空洞形成部126的侧面部123、和内侧缘部124、以及外侧缘部125所夹的空间形成。
在平行平板线路108内，在与环形谐振器110的边界部附近装填相位调整单元109。该相位调整单元109发挥减低环形谐振器110与平行平板线路108的连接面处的微波电磁场分布的不匹配的作用。通过用相位调整单元109减低环形谐振器110与平行平板线路108的连接面处的微波电磁场分布的不匹配，能使得在环形谐振器110内激振所期望的谐振模式。
在本实施例中，作为相位调整单元109而使用电介质制的块。相位调整单元109并不限于此，也可以使用其他结构，例如在平行平板线路108的内面设置突起的短截线、设置了槽、线状的突起部的结构。
在环形谐振器110的下部，作为微波辐射单元而设置狭缝天线111，在狭缝天线111的下部有空洞部112。狭缝天线111由被内侧空洞形成部126的内侧缘部124的外周面和外侧缘部125的内周面所夹的空间形成。
将在环形谐振器110的内部以所期望的谐振模式激振而具有电磁场分布的微波从该狭缝天线111向下部的空洞部112辐射。在环形谐振器110的内侧设置由内侧空洞形成部126的上表面部122和侧面部123形成的内侧空洞部121，和空洞部112一起而具有调整由狭缝天线111辐射的微波的电磁场分布的作用。
空洞部112的下部被微波导入窗114和簇射板115划分为等离子处理室116。微波导入窗114、簇射板115使用石英，作为微波的损失小、异物产生等难以给等离子处理带来不良影响的材质。
环形谐振器110的内侧的内侧空洞部121与空洞部112一起而具有调整由狭缝天线111辐射的微波的电磁场分布的作用。在簇射板115的下部有等离子处理室116，通过辐射的微波电力来生成等离子。
在等离子处理室116连接未图示的气体提供系统以及未图示的真空排气系统，被控制成适合等离子处理的气体气氛、压力。等离子处理室116与空洞部112之间被微波导入窗114划分，空洞部112的一侧是大气压的状态，等离子处理室116的一侧将内部排气并维持真空的状态。
处理气体从未图示的气体提供系统提供到微波导入窗114与簇射板115之间的未图示的微细的间隙，经由设于簇射板115的未图示的微细的多个提供孔而提供到等离子处理室116的内部。
在等离子处理室116的内部，以与等离子处理室116电绝缘的状态设置用于载置被处理基板117的基板电极118。在基板电极118经由自动匹配器119连接RF偏置电源120，能对被处理基板117施加RF偏置。
在等离子处理室116的周围设置用于施加静磁场的静磁场产生装置113。在本实施例中，静磁场产生装置113由多级的螺线管线圈构成，能通过调整用未图示的多个直流电源提供的直流电流，来调整对等离子处理室116内施加的静磁场的分布。作为取代静磁场产生装置113而产生静磁场的单元或与静磁场产生装置113一起产生静磁场的单元，可以并用永磁铁、磁性体。
在图2示出图1中的A-A截面箭头方向观察图、即平行平板线路108附近的横截面图。如上述那样，在平行甲板线路108内，作为相位调整单元109而装填电介质制的块。在专利文献1中，以4个方形波导管激振环形谐振器，但在本实施例中，如图2所示那样，以具备相位调整单元109的平行平板线路108进行激振。在图2所示的结构中，4个相位调整单元109等间隔配置，4个相位调整单元109各自的圆周方向的宽度形成为与相邻的相位调整单元109的间隔的宽度相同的尺寸。
环形谐振器110内的电磁场与专利文献1的记载同样，使用在方位角方向上以5波长相应量进行谐振的模式(以下称作TM51模式)。另外，中心轴上的圆形波导管106也与专利文献1的记载同样，使用最低阶模式的TE11模式。TE11模式在方位角方向的1周、360度，相位变化360度，在环形谐振器的TM51模式中，在方位角方向的1周360度，相位变化360度×5波长相应量。因此，如专利文献1的图5记载的那样，在每隔90度的4处，TE11模式和TM51模式的电磁波的相位一致，使用这4个部位来激振环形谐振器。
与此相对，在本实施例中，在不含相位调整单元109的4处的连接部(图2的被相邻的相位调整单元109所夹的区域201、202、203、204)，TE11模式和TM51模式的相位一致。
另一方面，作为相位调整单元109而使用4个电介质块，但已知的是，一般在折射率n的物质内，电磁波的波长与真空中或大气中相比缩短到1/n的长度。在本实施例中，作为相位调整单元109，作为4个电介质块的材质而使用石英。已知石英的折射率是2的程度，石英中的电磁波的波长缩短到大约一半。
关于在平行平板线路108内传播的微波，也在作为相位调整单元109的电介质块内被缩短波长，与未通过电介质块的微波相比，相位发生变化。通过调整相位的变化量，使得在环形谐振器110与平行平板线路108的连接面(在图2中是内侧空洞形成部126的侧面部123的上部)，TM51模式和TE11模式的电磁波大致一致，能精度良好地激振环形谐振器的TM51模式。在该情况下，相当于除了前述的不含相位调整单元109的4处的连接部以外，还在加上包含相位调整单元109的部位的4处连接部的8个部位使TE11模式和TM51模式的相位一致。
若要在专利文献1记载的波导管在同样的8处使相位一致，需要用8分支的波导管来分别调整相位，有结构变得复杂的缺点。另外，在专利文献1的通过4处的波导管进行激振的方法中，如前述那样，有产生波导管连接部所导致的不均匀从而从所期望的TM51模式的偏差变大的缺点。
与此相对，在使用图2说明的本实施例中，说明了在方位角方向上形成圆环状的狭缝天线111的示例，但也可以取代圆环状的狭缝天线111，使用图3A所示那样的在相当于内侧空洞形成部126的内侧缘部124和外侧缘部125的缘部127辐射状大量形成的狭缝天线301、或者图3B所示那样的在相当于内侧空洞形成部126的内侧缘部124和外侧缘部125的缘部128形成于多个同心圆上的圆弧状的多个狭缝天线302等其他形状的天线。
根据本实施例，由于通过使激振点增加，能将环形谐振器110的内部更均等地进行谐振，因此能使所生成的等离子的轴对称性提升。
另外，根据本实施例，通过将专利文献1记载的向多个波导路的分支结构简单化成平行平板线路108，能减低微波电力的损失，并能减低制造成本、装置间差异。
另外，根据本实施例，通过在平行平板线路108与环形谐振器110的连接面均等地激振环形谐振器110，来进行环形谐振器110内的电磁场分布的均匀的激振。
进而根据本实施例，通过在平行平板线路108内设置相位调整单元109，能使环形谐振器110内的谐振电磁场和与平行平板线路108的连接面处的电磁场更加精度良好地一致，进行环形谐振器110的均匀的激振。
进而根据本实施例，通过使用圆偏振产生器105对圆形波导管106投入圆偏振，来在环形谐振器110内激振行波，从而抑制该环形谐振器110内的驻波产生，能进行均匀的等离子生成。
进而根据本实施例，通过详细地进行相位调整单元的相位调整，在对圆形波导管投入直线偏振的情况下，也能在环形谐振器内激振行波。
实施例2
作为第2实施例，作为相当于图1中的A-A截面箭头方向观察图的图4，示出除了相位调整单元109以外还加进脊(ridge)401的情况的平行平板线路108附近的横截面图。由于除了平行平板线路108附近以外的装置结构与图1所示的第1实施例同样，因此仪使用图4说明相异点。
在图4所示的本实施例所涉及的平行平板线路108附近的结构中，与各相位调整单元109相邻地加进脊401。脊401由将形成平行平板线路108的内侧空洞形成部126的上表面部122和真空室130的上表面即上侧导体131连接的导电性的柱构成。
若作为狭缝天线，使用图2所示那样的形成于内侧空洞形成部126的内侧缘部124与内侧空洞形成部126的外侧缘部125之间的圆环状的狭缝天线111，则成为如下结构：狭缝天线111的内侧导体板即内侧空洞形成部126的内侧缘部124和外侧导体板即外侧缘部125不接触，平行平板线路108的下侧导体即上表面部122仅通过相位调整单元109来与上侧导体固定。通过使用脊401，能稳定地保持平行平板线路108的上下导体板。
一般，通过以相位差90度激振波导路内路线长度差为1/4波长的位置，能激振行波。考虑使用该方法在例如在方位角方向上以5波长相应量的模式进行谐振的环形谐振器内通过设于环形谐振器的中心轴上的TE11模式的圆形波导管来激振行波的情况。
环形谐振器内的相当于1/4波长的方位角差成为18度。由于圆形波导管的TE11模式是在波导管截面在方位角方向上示出1波长相应量的360度相位变化的模式，因此相对于方位角差18度，圆形波导管的TE11模式的相位差成为18度。为了使得在相位差18度的激振源中具有90度的相位差，给予扣除的相位差72度即可。能使用为了给予该72度的相位差而具有波长缩短效果的电介质。可知，通过每当增加方位角18度就给予72度的相位差，能在环形谐振器内激振行波。
根据本实施例，除了实施例1说明的效果以外，通过在平行平板线路108内设置利用将导体板间短路的脊401的结构，能稳定地保持平行平板线路108，均匀地激振环形谐振器110。
实施例3
作为第3实施例，在图5中仅示出相当于图1中的A-A截面箭头方向观察图的平行平板线路108附近的横截面图。使用图5来仅说明与图1、2所示的第1实施例的相异点。
如上述那样，通过以给定的相位差激振环形谐振器110的多个位置，能在环形谐振器L10内激振行波。在第1实施例、第2实施例中，相位调整单元109由4个电介质块构成。与此相对，在本实施例中，作为相位调整单元510，如图5所示那样使用在内侧具有特殊的形状的开口部501的圆盘状的电介质。
如前述那样，在电介质中传播的电磁波对应于折射率而波长缩短，对应于行路长度而相位发生变化。本实施例所涉及的相位调整单元510在方位角0度以上且不足90度，设为伴随方位角的增加而端面如511所示那样的从中心起的半径单调增加的孔形状。同样地，在90度以上且不足180度，设为端面如512所示那样，在180度以上且不足270度、270度以上且不足360度，也设为伴随方位角的增加而各个端面如512、513、514所示那样的从中心起的半径同样单调减少的孔形状。另外，形成端面511、512、513、514，使得方位角离开90度的位置的半径相同。
圆形波导管106的在TE11模式下激振并向平行平板线路108的各方位角方向传播的微波被所述形状的相位调整单元510控制相位，到达与环形谐振器110的连接面。通过调整半径的单调减少的程度，能使连接面处的相位精度良好地近似于与环形谐振器110的TM51模式对应的行波。由此，能在环形谐振器110内激振行波。在该情况下，能省略装填在圆形波导管106内的圆偏振产生器105。另外，通过将圆偏振产生器105不是省略而是进行并用，能在更宽的等离子产生条件范围内进行行波的产生。
根据本实施例，能得到与实施例1中说明的同样的效果。以上，以在方位角方向上以5波长相应量的模式进行谐振的环形谐振器为例进行了说明，但也可以使用以其他谐振模式进行谐振的环形谐振器。
实施例4
作为第4实施例，对于具有在环形谐振器110的内部插入用于除去不需要的模式的电场的导体板的结构的微波等离子蚀刻装置600的示例，使用图6A到图8，仅说明与图1、2中说明的第1实施例的相异点。
在本实施例所涉及的图6A到图8所示的微波等离子蚀刻装置600中，对与实施例1中使用图1到图3B说明的微波等离子蚀刻装置100的结构相同的要素标注相同编号，并省略说明。另外，在图6A所示的微波等离子蚀刻装置600中，与图1的微波等离子蚀刻装置100同样地省略排气系统的显示。
若使用第1实施例中说明的结构的微波等离子蚀刻装置100，改变压力、微波电力等等离子生成条件来进行实验，则有在晶片上的蚀刻速度分布中呈现非轴对称性的情况。若研讨其原因，则可知，在环形谐振器内的电磁场分布中除了所期望的模式以外混入了不需要的模式。
因此，研讨抑制不需要的模式的结构，将作为其结果得到的结构在图6A、图6B示出。图6A是表示本实施例所涉及的微波等离子蚀刻装置600的概略的结构的侧面的截面图，图6B表示图6A的B-B截面箭头方向观察图。
在本实施例中的微波等离子蚀刻装置600中，特征在于如下结构：实施例1中说明的图1的微波等离子蚀刻装置100的环形谐振器110内等间隔辐射状地装填多片由用于除去不需要的模式的电场的导体板形成的板601。如图6A所示那样，通过作为导体板的板601，将环形谐振器110上下分割成上部谐振室1101和下部谐振室1102这2部分。
将图6A的高度方向设为板601的厚度。如图6B所示那样，将板601相对于环形谐振器110的中心轴辐射状等间隔地配置，在相邻的板601之间使上部谐振室1101和下部谐振室1102连通。
另外，作为导体板的板601作为对微波损失小的高导电率材料而使用铝制的板。能进一步将表面用导电率高的银、金实施镀覆处理，来进一步减低损失。
已知的是，一般若在电磁场中装填理想导体，电场分量与理想导体面垂直。即，在对原本的电场分布垂直装填理想导体面的情况下，不会给原本的电场分布带来影响。另一方面，在与理想导体面平行的电场分量存在的情况下，由于电场分量在理想导体的表面短路而与表面平行的电场分量成为零，因此使原本的电场分布变化。
若利用该性质来针对所期望的电磁场分布与电场垂直地装填理想导体板，就能不给所期望的电磁场分布带来影响地抑制具有与理想导体板平行的电场分量的模式。
在本实施例的情况下，环形谐振器110的内部的所期望的模式的电场在图6A中是仅具有纵方向的分量的电场。因此，若将具有与其垂直的表面的理想导体板装填到环形谐振器110的内部，就能不给所期望的模式带来影响地抑制(减低)具有与该理想导体板的表面平行的分量的模式。理想导体板用高导电率材料进行模拟。越是使用导电率高的材料，越能减低针对所期望的模式的电力损失。
另外已知的是，在微波等高频下，电磁场不能侵入导电率高的材质的内部，仅在表面存在电磁场，称作趋肤效应。因此，作为导体板的板601的表面的导电率是重要的，可以使用仅在板601的表面用高导电率的材料进行被覆等手段。
即，在本变形例中，用铝制的高导电率的材料来形成图6A所示的微波等离子蚀刻装置600中的作为导体板的板601，如图6B所示那样设为以等间隔多片配置的结构。通过设为这样的结构，能使从环形谐振器110的下部的狭缝天线111向空洞部112辐射的微波为所期望的模式。由此，通过使等离子处理室116的内部产生具有所期望的分布的等离子，能提升对被处理基板117的等离子处理的均匀性。
通过将微波等离子蚀刻装置600设为本实施例所示那样的结构，在微波电源101振荡并在平行平板线路108中传播而提供到环形谐振器110的微波电力在环形谐振器110的上部谐振室1101与下部谐振室1102之间谐振时，具有与板601的表面平行的分量的电场分量在板601的表面短路而消灭。其结果，在环形谐振器110的内部谐振的微波成为主要具有与板601垂直的电场分量的所期望的模式。
在环形谐振器110中形成了这样的所期望的模式的电场的状态下，从形成于环形谐振器110的下部的圆环状的狭缝天线111如实施例1说明的那样向空洞部112辐射微波。
另外，也可以取代环形谐振器110的狭缝天线111而使用图3A所示的狭缝天线301或图3B所示的狭缝天线302。
另外，作为平行平板线路108的结构，也可以设为在实施例2中说明的图4所示那样的相位调整单元109追加了脊401的结构、或者将相位调整单元109置换成实施例3中使用图5说明的相位调整单元510的结构。
在此，一般若在微波的传输路径中有不连续部，就会在该场所产生反射波，从而所传输的电力降低。在本实施例的微波等离子蚀刻装置600中，理想情况下，期望在从微波电源101到负载即形成等离子产生区域的等离子处理室116的微波电力的传输路径，极力消除不连续部来传输微波电力。
但存在如在环形谐振器110的内部装填的板601那样，以控制电磁场分布等为目的必须形成不连续部的情况。在微波传输路径中设置这样的不连续部的情况下，要担心该不连续部所导致的传输电力的降低。特别在本实施例那样复杂的结构的情况下，反射波的抑制变得重要。
在反射波的抑制中，通过对反射波叠加振幅相同而相位反转的波来抵消反射波的方法是有效的，各种结构被实用化。例如在方形波导管系统中的反射波抑制中多使用3短截线匹配器。在方形波导管内设置3根被称作短截线的插入长度可变的导体棒，调整各短截线的插入长度，能抵消原本的反射波。
在本实施例中，在由于在环形谐振器110的内部装填板601而担心反射波的增大的情况下，通过在波导路内设置通过用于抵消该反射波的不连续部，能有实效地抑制反射波。在图7中示出在圆形波导管106的中途设置不连续部701的示例。
如实施例1所示那样，在圆形波导管106内传播的电磁波通过圆偏振产生器105而被圆偏振化。本实施例所涉及的不连续部701设于圆形波导管106的中途，由比圆形波导管106扩大了内径的圆形波导管构成。
通过调整由圆形波导管构成的不连续部701的内径和长度、与圆形波导管106的连接位置，来调整由不连续部701产生的反射波的大小和相位，能抵消板601所导致的反射波。另外，也可以将板601以外的结构所导致的反射波(例如相位调整单元109所产生的反射波)包括在内进行抵消。
不连续部701需要设为没有非轴对称性以使得不会阻碍在圆形波导管106的内部传播的圆偏振的结构，在本实施例中，设为比圆形波导管106扩大了内径的圆形波导管。作为其他结构，也可以使用比圆形波导管106缩小了内径的圆形波导管。
在图8示出本实施例中的微波等离子蚀刻装置的相当于图6A的B-B截面箭头方向观察图的环形谐振器的导体板的变形例的俯视图。对与图6A以及图6B中说明的结构相同的要素标注相同部件编号，省略说明。在本变形例中，也具备多个图6B中说明的导体板的板601，但在图8中，为了易于理解多个狭缝611和612的结构而省略图6B中说明的导体板的板601的显示。
在图8所示的本变形例中，取代图6B中说明的环形谐振器110的内侧空洞形成部126的内侧缘部124和外侧缘部125，具备下表面部610而构成。在本变形例中，在该下表面部610，由多个内侧狭缝611和外侧狭缝612形成在图6B中说明的环形谐振器110的下部形成的圆环状的狭缝天线111。
如此地，也可以取代图6B中说明的圆环状的狭缝天线111而设置图8所示那样的多个内侧狭缝611和外侧狭缝612。
根据本实施例，由于能从狭缝天线111向空洞部112辐射由所期望的模式的电场形成的微波，因此能使等离子处理室116的内部产生轴对称的等离子，与不在环形谐振器110的内部装填多个板601的情况比较，能提升被处理基板117的处理的均匀性。
另外，通过设为在与平行平板线路108连接的圆形波导管106设置不连续部701来减低板601所导致的反射波的结构，来防止由于反射波而传输电力减低的情况，能通过在环形谐振器110的内部装填板601来防止能量效率降低。
另外，本实施例中说明的不连续部701还能运用于实施例1中说明的图1的微波等离子蚀刻装置100。在该情况下，在图1所示的结构中，在圆形波导管106的中间部分安装不连续部701。由此能减低由相位调整单元109等产生的反射波。
以上基于实施例而具体说明了由本发明者做出的发明，但本发明并不限定于所述实施例，能在不脱离其要旨的范围内进行种种变更，这点不言自明。例如，上述的实施例为了易于理解地说明本发明而详细进行了说明，但不一定限定于具备说明的全部结构。另外，能对各实施例的结构的一部分进行其他结构的追加、删除、置换。
附图标记的说明
100 微波等离子蚀刻装置
101 微波的振荡器
102 隔离器
103 自动匹配器
104 圆矩形变换器
105 圆偏振产生器
106 圆形波导管
107 匹配用块
108 平行平板线路
109 相位调整单元
110 环形谐振器
111 狭缝天线
112 空洞部
113 静磁场产生装置
114 微波导入窗
115 簇射板
116 等离子处理室
117 被处理基板
118 基板电极
121 内侧空洞部
130 真空室
301 辐射状的狭缝天线
302 圆弧状的狭缝天线
401 脊
510 相位调整单元
601 板
701 不连续部。

Claims (16)

1.一种等离子处理装置，其特征在于，具备：
处理室，其对样品进行等离子处理；
高频电源，其提供用于生成等离子的微波的高频电力；
环形谐振器，其使传播的所述微波谐振，使得在将m设为2以上的整数的情况下，经由截面为圆形的圆形波导管传播的所述微波的模式成为在方位角方向上具有所述m个的波长相应量的微波的模式；和
电介质窗，其配置于所述处理室的上方，使传播的所述微波向所述处理室透过，
所述圆形波导管经由平行平板线路部而将所述微波传播到所述环形谐振器，
所述平行平板线路部具备：相位调整器，其上表面以及下表面为圆形，使向所述环形谐振器传播的所述微波的相位为给定的相位。
2.根据权利要求1所述的等离子处理装置，其特征在于，
所述平行平板线路部为一个，
所述相位调整器由电介质形成。
3.根据权利要求1所述的等离子处理装置，其特征在于，
所述相位调整器配置于所述平行平板线路部与所述环形谐振器的连接部位。
4.根据权利要求3所述的等离子处理装置，其特征在于，
所述相位调整器的个数为4个。
5.根据权利要求1所述的等离子处理装置，其特征在于，
所述平行平板线路部具备：金属制的匹配用构件，其抑制从所述圆形波导管传播的所述微波的反射。
6.根据权利要求1所述的等离子处理装置，其特征在于，
在所述环形谐振器形成具有辐射由所述环形谐振器谐振的所述微波的开口部的狭缝天线。
7.根据权利要求6所述的等离子处理装置，其特征在于，
所述开口部是圆环状的开口部。
8.根据权利要求6所述的等离子处理装置，其特征在于，
所述开口部是辐射状配置的多个开口部。
9.根据权利要求6所述的等离子处理装置，其特征在于，
所述开口部是在圆周方向上配置的多个圆弧状的开口部。
10.根据权利要求1所述的等离子处理装置，其特征在于，
在所述相位调整器的旁边配置将所述平行平板线路部的上表面和所述平行平板线路部的下表面短路的导电性的柱。
11.根据权利要求1所述的等离子处理装置，其特征在于，
所述给定的相位是使所述环形谐振器与所述平行平板线路部的连接面处的所述微波的电磁场分布的不匹配减低的相位。
12.根据权利要求4所述的等离子处理装置，其特征在于，
所述等离子处理装置还具备：
在所述处理室内形成磁场的磁场形成机构。
13.根据权利要求1所述的等离子处理装置，其特征在于，
所述环形谐振器具备导体板。
14.根据权利要求13所述的等离子处理装置，其特征在于，
所述导体板为多片，沿着圆周方向而配置。
15.一种等离子处理装置，其特征在于，具备：
处理室，其对样品进行等离子处理；
高频电源，其提供用于生成等离子的微波的高频电力；
环形谐振器，其使传播的所述微波谐振，使得在将m设为2以上的整数的情况下，经由截面为圆形的圆形波导管传播的所述微波的模式成为在方位角方向上具有所述m个的波长相应量的微波的模式；和
电介质窗，其配置于所述处理室的上方，使由所述环形谐振器谐振的微波向所述处理室透过，
所述等离子处理装置还具备：
平行平板线路部，其使从所述圆形波导管传播的微波传播到所述环形谐振器，
所述平行平板线路部的上表面以及下表面是圆形的。
16.根据权利要求1所述的等离子处理装置，其特征在于，
所述环形谐振器具备：配置成表面与在方位角方向上具有所述m个的波长相应量的微波的模式的电场垂直的多个板，
所述板的材料是给定的导电率的材料。
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