CN117616877A - 等离子处理装置以及加热装置 - Google Patents

Abstract

在利用了圆偏振波的等离子处理装置中，为了能减少反射波的影响从而将圆偏振波效率良好地利用在等离子处理中，等离子处理装置具备：产生微波的微波源；使用通过该微波而产生的等离子来对设置于内部的被处理物进行处理的等离子处理室；和具备与微波源连接的矩形波导管和与等离子处理室连接的圆形波导管的波导管部，在圆形波导管的内部设有反射波产生器，其产生消除在通过微波使得在等离子处理室的内部产生等离子的状态下从等离子处理室一侧在圆形波导管内传播的反射波的反射波。

Description

等离子处理装置以及加热装置

技术领域

本发明涉及等离子处理装置以及加热装置。

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少，不断推进元件的微细化。过去，通过元件的二维的微细化，能用1片被处理基板制造的元件数增加，从而每1个元件的制造成本降低，并且，还能利用布线长度缩短等小型化的效果来谋求性能提升。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、三维的元件构造的运用等应对。由于这些构造变更，制造的难易度提高，并且制造工序增加，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，就会成为致命的缺陷，因此，半导体集成电路元件在排除了异物、污染物质且将温度、湿度进行了最优控制的洁净室内中制造。伴随元件的微细化，制造所需的洁净室的洁净度变高，洁净室的建设、维持运用需要巨大的费用。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谋求小型化和低成本化。

此外，针对被处理基板的等离子处理的面内均匀性也重要。在半导体集成电路元件的制造中，作为被处理基板，多用直径300mm的圆盘状的硅晶片。大多情况下在该硅晶片上作成大量半导体集成电路元件，但若等离子处理的面内均匀性差，则能从1片硅晶片取得的满足规格的良品有时会变少。同样地，每个各被处理基板的等离子处理的稳定性也是重要的。在等离子处理的品质不稳定而例如随时间品质发生变化的情况下，同样良品的比例有时会降低。

在通过电磁波产生等离子的等离子处理装置中，作为电磁波而广泛使用利用了频率数GHz程度、典型2.45GHz的微波的装置。特别是存在利用了组合微波和静磁场而发生的电子回旋共振(Electron Cyclotron Resonance，以下称作ECR)现象的装置，在该装置中，具有在极低压等通常难以生成等离子的条件下也能比较稳定地生成等离子、能通过静磁场的分布控制等离子的分布等卓越的特征。

在利用了微波的等离子处理装置中，作为微波的振荡器而广泛使用磁控管，但最近变得还使用利用了固体元件的振荡器。在利用了固体元件的振荡器中，有振荡频率、输出比磁控管更稳定、容易施行种种调制等优点。此外，微波电力的传输使用方形波导管、圆形波导管、同轴线路等。除此以外，较多情况下组合使用用于保护微波振荡器的隔离器、用于防止与负载的阻抗不匹配的自动匹配器。

作为与该技术领域相关的现有技术，在专利文献1(JP特开平9-270386号公报)中记载了：用设于空腔谐振器下部的槽缝天线对等离子处理室辐射微波，来使均匀性良好的等离子产生。

此外，在专利文献2(JP专利第3855468号公报)中记载了：通过使用圆偏振波产生单元将微波圆偏振波化来生成等离子，使方位角方向的均匀性提升。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开平09-270386号公报

专利文献2：JP专利第3855468号公报

发明内容

发明要解决的课题

专利文献1中，涉及用设于空腔谐振器下部的槽缝天线对等离子处理室辐射微波来使均匀性良好的等离子产生，通过同轴线路的最低阶模即TEM模来对空腔谐振器供给微波，但为了减少与空腔谐振器的连接部处的反射，记载有将线路长度成为1/4波长的内部导体直径或外部导体直径不同的同轴线路介于其间进行连接的事例。

在该专利文献1公开的结构中，电磁场使用在方位角方向上不变化的同轴线路的TEM模。因此，不需要使用圆偏振波在方位角方向上在时间上进行均匀化，不包含该思想。

此外，公开了：将用于反射波减少的线路的线路长度限定在1/4波长，进行利用了该线路的上端和下端处的反射波的反射波的减少。除此以外，有使匹配室介于产生反射的连接部而存在的记载，记载为将该匹配室的高度和直径最优化来消除反射波。但关于该高度和直径的调整方法仅限于进行最优化的记述，并没有关于最优化的方法的公开。

此外，在专利文献1中，公开了利用1/4波长线路的方法，但并没有求取用于反射波减少的最优尺寸的方法的公开，需要试错地重复实验来求取最优尺寸，有需要极大的劳力、时间、资金等的课题。

此外，在利用了圆偏振波的等离子处理装置的情况下，上述的用于反射波减少的构造需要是不阻碍圆偏振波的构造。即，在使圆偏振波入射到用于反射波减少的构造的情况下，需要透过的电磁波的轴比不会变差。

进而，在使用经由用于供给该微波的波导路对被处理基板进行光学观察的监视装置的情况下，需要不会由上述的用于反射波减少的构造遮挡进行光学观察的路径。

此外，在专利文献2中，记载了通过使用圆偏振波产生单元将微波圆偏振波化来生成等离子，使方位角方向的均匀性提升，但多数情况下，需要与对圆盘状的被处理基板进行处理这一情况对应地，将等离子处理装置设为轴对称的结构。

在专利文献2公开的结构中，也是与装置的中心轴同轴地配置圆形波导管，用该圆形波导管的最低阶模即TE₁₁模传输微波电力。通过将装置结构设为与被处理基板同轴的轴对称，来谋取在方位角方向上生成均匀的等离子。但由于圆形波导管的最低阶模即TE₁₁模是在方位角方向发生变化的模，因此，通过利用圆偏振波化，设为作为微波1周期的平均而轴对称的电力分布，由此来生成轴对称性良好的等离子。

如专利文献2公开的那样，在圆形波导管中传输通过圆偏振波产生单元圆偏振波化的微波，通过该微波生成在方位角方向上均匀的等离子的情况下，若从圆形波导管来看负载侧的反射系数大，则种种不良状况、例如关于圆偏振波产生单元的圆偏振波化的动作不良、等离子的点火不良、通过大的反射波产生的大的驻波所引起的异常放电等有时会成为问题。

进而，圆偏振波产生单元多是以负载侧的反射系数为零的情况为基准进行设计，因此，若负载的反射系数大，就不再能良好地产生圆偏振波，有时不再能实现方位角方向上均匀的电磁场。

本发明为了解决上述的现有技术的课题而提供一种等离子处理装置以及加热装置，在利用了圆偏振波的等离子处理装置中，能减少反射波的影响，从而将圆偏振波效率良好地利用在等离子处理中。

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：处理室，其对样品进行等离子处理；高频电源，其经由圆形波导管来供给微波的高频电力；监视装置，其经由圆形波导管来光学监视等离子状态；圆偏振波生成器，其配置于圆形波导管的内部，生成圆偏振波；和样品台，其载置样品，所述等离子处理装置的特征在于，还具备：反射波生成器，其配置于圆偏振波生成器与处理室之间且圆形波导管的内部，反射波生成器生成不阻碍圆偏振波地消除从处理室传播的反射波的反射波，在反射波生成器形成用于光学监视等离子状态的光路。

此外，为了解决上述的课题，在本发明中，加热装置构成为，具备：加热室，其加热样品；高频电源，其经由圆形波导管供给微波的高频电力；圆偏振波生成器，其配置于圆形波导管的内部，生成圆偏振波，所述加热装置还具备：反射波生成器，其配置于圆偏振波生成器与加热室之间且圆形波导管的内部，反射波生成器生成不阻碍圆偏振波地消除从加热室传播的反射波的反射波。

发明的效果

根据本发明，由于通过设为抑制了反射波的结构，将微波电力效率良好地供给到处理室，因此，等离子能生成的条件范围扩大，并且，能更加有效地利用微波电力。

此外，在利用了圆偏振波、对被处理基板进行光学观察的监视装置的等离子处理装置中，能不阻碍圆偏振波地确保光学路径。

附图说明

图1是现有技术中的微波等离子蚀刻装置的侧面的截面图。

图2是本发明的第一实施例所涉及的微波等离子蚀刻装置的侧面的截面图。

图3A的(a)是表示本发明的第一实施例所涉及的反射波产生器的俯视图，(b)是侧面的截面图。

图3B的(a)是表示在本发明的第一实施例所涉及的2处形成缺口部的反射波产生器的俯视图，(b)是侧面的截面图。

图3C的(a)是表示在本发明的第一实施例所涉及的4处形成缺口部的反射波产生器的俯视图，(b)是侧面的截面图。

图4是本发明的第二实施例所涉及的利用了微波的加热装置的侧面的截面图。

图5是表示本发明的第一以及第二实施例所涉及的反射波产生器的侧面的截面图。

具体实施方式

本发明涉及等离子处理装置以及加热装置，在通过微波使等离子产生的等离子处理装置中，通过将该微波的电力效率良好且空间上均匀地供给到处理室，能稳定地生成并维持空间上均匀性良好的等离子，并且，在利用了微波的加热装置中，能将微波电力效率良好且空间上均匀地供给到被处理物。

作为处置传输微波等电磁波的微波电路的公知的手法，有散射矩阵。考虑具有多个(n个)进行微波的输入输出的端口的微波电路，定义各端口处的入射波和反射波。作为端口，除了物理的微波的出入口以外，还包含对一个出入口考虑多个模的情况。例如，在圆形波导管中，还能将偏振面不同的多个模作为端口，设定在有圆形波导管的面。

针对以各端口的入射波i_j(j＝1到n)为要素的入射波向量和以反射波r_j(j＝1到n)为要素的反射波向量，将表示(数学式1)所示的两者的关系的矩阵称作散射矩阵。在输入输出端口的数量为1个的情况下，散射矩阵成为标量，相当于反射系数。散射矩阵的各要素是复数，具有大小和相位、或实部和虚部。

虽然在设为对象的微波电路简单的情况下理论上有能求取散射矩阵的情况，但即使在形状复杂的情况下，能用有限要素法等数值的方法进行电磁场解析来求取散射矩阵。此外，还能使用网络分析仪等测定器进行测定。

【数学式1】

反射波向量

入射波向量

散射矩阵

n：微波的输入输出端口的数量

例如已知管内波长为λ、长度为L的波导管的散射矩阵若将损失设为小到能无视的程度，则由以下式表征。

【数学式2】

其中j是虚数单位。

此外，已知在微波电路可逆的情况下，成为

【数学式3】

s_ij＝s_ji…(数学式3)，

散射矩阵成为对象矩阵。进而，已知在微波电路是无源电路且无损失的情况下，散射矩阵成为酉矩阵。

一般，为了对负载效率良好地供给微波的电力而使用匹配器。匹配器加装在微波源与负载之间的传输路中，发挥理想地消除在负载产生的反射波的作用。即，使用匹配器来消除在负载产生的反射波，使负载效率良好地消耗入射的微波的电力。匹配器具有微波源侧和负载侧的2个端口，能使用2×2的散射矩阵来模型化。能对应于负载的反射系数来将匹配器的内部参数控制成最优，从而消除反射波。作为匹配器，使用在方形波导管加装3根插入长度可变的短截线的3短截线调谐器、在方形波导管的E面、H面设有长度可变的分支的EH调谐器等。此外，进而，还使用将监视反射波、负载的反射系数的机构、匹配器中的匹配要素的驱动机构以及控制机构等进行组合来自动进行匹配动作的自动匹配器。

此外，通过对被处理基板赋予RF偏压电力，有时能提高等离子处理的品质。例如在等离子蚀刻处理的情况下，通过频率400kHz到13.56MHz程度的RF偏压来使被处理基板产生离子与电子的质量差所引起的直流偏压电压，通过以该直流偏压电压吸引等离子中的离子，提高加工形状的垂直性、加工速度等，由此能提高等离子处理的品质。

作为对等离子处理室投入微波的方法，提出许多构造。根据微波的投入方法，等离子处理室内的微波电磁场分布和作为其结果产生的等离子的分布受到影响，这是左右给予被处理基板的等离子处理的均匀性的要因之一。

作为半导体集成电路的制造中所用的被处理基板，多使用直径300mm的硅晶片。由于需要在该圆盘状的被处理基板上进行均匀的等离子处理，因此，多数情况下等离子处理装置也设为相对于被处理基板的中心轴对称的构造。进而，微波的供给也考虑等离子处理的轴对称性，例如有时进行如下等处理：与中心轴同轴地配置同轴线路，以成为在方位角方向上没有变化的电磁场的TEM模进行传输；或者，将圆形波导管与中心轴同轴地配置，将最低阶的TE₁₁模圆偏振波化来进行传输。

作为评价圆偏振波的程度的指标，将微波的1周期内的微波电场向量的大小的最大值相对于最小值的大小称作轴比，有时使用轴比。将相对于电磁波的行进方向而电场向量顺时针旋转的情况取为负，将逆时针旋转的情况取为正。在轴比的大小为1的情况下，成为电场向量的大小不发生变化、朝向旋转的完全的圆偏振波。此外，在轴比的大小成为无限大的情况下，成为偏振面不旋转的直线偏振波。在取这以外的值时称作椭圆偏振波。在圆形波导管的最低阶模即TE₁₁模下，以圆形波导管的中心轴上的电场向量来评价轴比。

一般，圆偏振波能通过将具有不同的偏振面和相位差的直线偏振波重叠来实现。在此，所谓偏振面，是指由波的传播方向和电场向量构成的面。例如，通过使偏振面正交且相位差90度的2个同振幅的波重叠，能实现轴比的大小成为1的完全的圆偏振波。若2个波的振幅、相位差、偏振面的角度从这些值偏离，就成为椭圆偏振波。一般，在使n个同振幅的直线偏振波重叠的情况下，通过偏振面相互形成180度/n的角度，将相位差设为180度/n，能实现完全圆偏振波。

一般，若在微波的传输路径中有不连续部，就产生反射波。在将微波投入到等离子处理室的构造中，若使圆形波导管阶梯状扩大，也会起因于此而产生反射波。

若在等离子处理室内出于等离子均匀性的观点而用于实现最优的电磁场分布的构造复杂化，则有时会因在各部产生的反射波的影响而变得无法将微波电力效率良好地传输到处理室内。因此，虽然期望构造极力简单化，但多数情况下难以实现与期望电磁场的兼顾。作为对策，使用上述的匹配器，但若与负载的不匹配的程度过大，则有时难以确保与此对应的宽的匹配范围，除此以外，有时在匹配器与负载之间产生大的驻波，由此引起的异常放电、电力损失成为问题。

为了等离子处理的品质提升、处理时间的缩短等，等离子处理的原位观察是有效的。在原位观察中，对应于等离子处理而有种种方法，例如在等离子蚀刻处理的情况下，有时进行如下的控制：直接观察处理中的被处理基板，实时地测定被蚀刻膜的膜厚，在成为所期望的膜厚的时间点停止处理。与不进行原位观察的情况相比，有能谋求处理膜厚的稳定化、能缩短处理时间等优点。此外，有在通过原位观察发现装置的异常的情况下能立即采取停止处理等应对的优点。

在被蚀刻膜的膜厚测定中，能利用被处理基板的光学的干涉。存在将来自外部的参考光照射到被处理基板的方法、使用等离子发光的特定的波长的方法等。在该情况下，作为能在等离子蚀刻处理中光学观察被处理基板的构造，需要准备观察用的窗。

使用对被处理物照射微波来加热被处理物的加热装置。作为被处理物，存在与食品、木材、陶瓷等种种材质对应的被处理物。与其他方式的加热装置例如将高温的热源的热通过热传递提供给被处理物的方式的加热装置相比，在利用了微波的装置中，由于能直接加热被处理物，因此，除了能电力损失少且效率良好地进行加热以外，还有能高速升温的优点。此外，微波由于波长短，因此还能收敛成束状，通过仅集中在被处理物来照射微波，还能在空间上仅加热所期望的部位。进而，还有能利用对应于被处理物的物性值而微波的损失不同的性质来仅选择性地加热特定的被处理物的优点。

另一方面，在利用了微波的加热装置中，若微波的电磁场分布的控制不合适，则起因于波长短，有时会产生空间上被处理物的一部分未被加热等加热不均。例如在使用频率2.45GHz的微波的情况下，在封闭的空间中，有以自由空间的波长122mm的一半61mm程度的间隔产生驻波的倾向，有时以该程度的间隔产生加热不均。作为对策，有时进行使被处理物移动、旋转、使反射微波的构件移动、旋转等。

在利用了微波的等离子处理装置中，显而易见的是，由于通过对处理室内供给微波的强的电磁场来生成等离子，因此，在负载的反射系数大而处理室内的电磁场相对弱的情况下，等离子的点火性变差。此外，显而易见的是，若负载的反射系数大，则反射波和入射波重叠而产生的驻波也变大，其所引起的异常放电的风险也变高。显而易见的是，特别在使用匹配器的情况下，在超过该匹配器的匹配范围的反射系数的情况下，会成为匹配不良。

此外，在负载的反射系数位于匹配器的匹配范围内的情况下，若负载的反射系数大，匹配器的抗功率就降低，引起异常放电等不良状况的风险也提高。例如在利用了短截线的匹配器的情况下，若负载的反射系数高，则在短截线对波导管内的插入长度大的区域中就不得不进行动作，因此，在短截线前端与波导管壁之间产生的电场变高，异常放电的风险变高。

如此地，在具备圆偏振波、光学观察被处理基板的监视装置的等离子处理装置中，为了实现能不阻碍圆偏振波地确保光学路径的反射波减少构造，在本发明中，在使用具有大致轴对称的构造的微波来使等离子产生的等离子处理装置中，具备圆偏振波产生器，其用于通过配置于中心轴上的以单模动作的圆形波导管传输等离子产生用的微波电力，使圆形波导管内产生圆偏振波，在该圆偏振波产生器的处理室侧具备不阻碍圆偏振波的不连续部，该不连续部使具有所期望的相位和振幅的反射波生成，利用生成的反射波来消除因处理室侧的等离子源构造而产生的反射波。

由此，实现了不阻碍在圆形波导管内传播的圆偏振波且具有大致任意的反射系数的构造，能调整反射系数的大小和相位来消除从等离子处理室侧带来的反射波。

此外，在利用了微波的加热装置的情况下，也有与上述的等离子处理装置同样的课题。即，需要对成为加热对象的构件效率良好且均匀地供给微波电力，若该微波电力的传输路径中的反射波大，有时会产生电力损失、异常放电的问题，但在本发明中，通过波导管传输微波电力，在波导管内的给定的位置具备使所期望的反射波产生的不连续部，利用在该不连续部生成的反射波来消除从波导管的负载侧产生的反射波，由此解决了该课题。

在将本发明摘要成等离子处理装置的情况下，通过将以下说明那样的结构的不连续部与负载连接，实现了不阻碍在圆形波导管内传播的圆偏振波且具有大致任意的反射系数的构造，能调整该反射系数的大小和相位来消除从等离子处理室侧带来的反射波。

例如，由内径小且短的圆形波导管构成不连续部。例如，在传输频率2.45GHz的微波的内径90mm的圆形波导管的情况下，例如，作为不连续部而设置内径不足90mm、长度25mm的圆形波导管部。定性地，若该不连续部的内径更小，则反射系数变大，若变更该不连续部的位置，就能调整反射系数的相位。在频率2.45GHz的情况下，内径90mm的圆形波导管的管内波长成为202.5mm。即，通过在该圆形波导管内在一波长的相应量的范围内移动位置，能将相位调整成0～2π弧度的任意的值。进而，由于该不连续部由圆形波导管构成，因此，不会阻碍圆偏振波。这是因为，圆偏振波如前述那样，能通过将2个具有正交的偏振面的直线偏振波重叠来描述，但由于该不连续部由圆形波导管构成，因此，该不连续部的散射矩阵并不依赖于入射波的偏振面，不管以怎样的角度的偏振面入射，散射矩阵都不发生变化。

在图5中示出用于对于由前述的内径小且短的圆形波导管0502构成的不连续部数值地求取散射矩阵的模型。形成不连续部的圆形波导管0502如前述那样是内径不足90mm且长度25mm的圆形波导管0502，在其前后连接内径90mm且长度的100mm的圆形波导管0501以及0503。形成缩小了直径的不连续部的圆形波导管0502的中心轴和圆形波导管0501以及圆形波导管0503共享中心轴。此外，在圆形波导管0501和0503分别设定端口1_0504和端口2_0505。

以2.45GHz的频率动作的内径90mm的圆形波导管0501以及0503仅能传播最低时模的TE₁₁模，在该2个端口0504和0505输入或输出TE₁₁模的直线偏振波。该模型的散射矩阵成为2×2的矩阵。

使用图5所示的模型，对于频率2.45GHz的情况，将形成不连续部的圆形波导管0502的内径进行各种变更来利用有限要素法求解作为电磁场的基本方程式的赫尔姆霍兹的方程式，由此数值地求取散射矩阵。将结果在表1示出。

在表1中，分别示出散射矩阵的各要素(s₁₁、s₁₂、s₂₁、s₂₂)的大小(记载于表中的amp栏)和相位(记载于表中的arg栏)。示出形成不连续部的圆形波导管0502的直径越接近于90mm，则成为s₁₁和s₂₂的大小越小、s₁₂和s₂₁的大小越大的倾向，形成不连续部的圆形波导管0502所引起的反射越小。

可知，通过在表1所示的范围内选择圆形波导管部的直径，能将在形成不连续部的圆形波导管0502产生的反射波的大小或振幅调整至0.9程度。进而，该反射波的相位能通过形成不连续部的圆形波导管0502与负载的距离来调整。即，由于能大致任意地设定由形成不连续部的圆形波导管0502产生的反射波的振幅和相位，因此，能不阻碍圆偏振波地消除由负载产生的反射波。

此外，由于是前述的可逆性和无损失的无源电路，因此，s₁₂和s₂₁相等，s₁₁的大小和s₁₂的大小的平方和成为1。进而，由于设为关于端口1和端口2对称的构造，因此，s₁₁和s₂₂相等。

表1

在负载的反射系数如前述那样通过测定、计算等手法而已知的情况下，能使用形成该不连续部的圆形波导管0502减少反射波。能使用散射矩阵来求取最优的不连续部。

在反射系数为R_p的负载连接了长度L的形成不连续部的圆形波导管0502的情况下，形成不连续部的圆形波导管0502的波导管端面处的反射系数R_p’使用(数学式2)而成为：

【数学式4】

即，通过连接长度L的形成不连续部的圆形波导管0502，能通过长度L来控制负载的反射系数的相位。

进而，连接形成图5以及表1所示的不连续部的圆形波导管0502的情况的反射系数R_p”成为

【数学式5】

进而，由于根据可逆、无源电路、无损失、对称的条件而成为s₁₁＝s₂₂、s₂₁＝s₁₂，因此，

【数学式6】

为了使R_p”为零而必须是：

【数学式7】

R_p’的相位由于能通过(数学式4)以形成不连续部的圆形波导管0502的长度L任意进行控制，因此，能配合R_p’或R_p的大小来调整(数学式7)的右边的大小即可。即，由于R_p’或R_p的大小成为0以上且1以下的值，因此，能在0到1的范围内调整(数学式7)的右边的大小即可。

在表1示出(数学式7)的右边的值。可知，大小能在直到大致0.9程度为止的范围内调整。即，通过选择最优的形成不连续部的圆形波导管0502的长度L，能在负载的反射系数R_p比0.9程度小的范围内将整体的反射波R_p”理想地调整成零。

基于附图来详细说明基于上述的研究的本发明的实施方式。在用于说明本实施方式的全部图中，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。

其中，本发明并不限定于以下所示的实施方式的记载内容来解释。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，只要是本领域技术人员，就会容易地理解这一点。

【实施例1】

将本发明作为摘要成使用通过微波的高频电力生成的等离子且具备光学监视等离子处理状态的监视装置和圆偏振波产生器的等离子处理装置的示例，来说明等离子处理装置，该等离子处理装置的特征在于，在圆形波导管的内部且所述圆偏振波产生器的下方配置确保监视装置的光路且不阻碍圆偏振波地消除反射波的不连续部。

作为成为本实施例的前提的现有的等离子处理装置的示例，通过图1来说明进行现有的微波等离子蚀刻处理的等离子处理装置100。图1表示现有的等离子处理装置100整体的纵截面图。等离子处理装置100具备微波的振荡器0101、隔离器0102、自动匹配器0103、矩形波导管0104、测定器0105、圆矩形变换器0106、圆形波导管0107、圆偏振波产生器0108、静磁场的产生装置0109、空腔部0110、电介质窗0111、簇射板0112、等离子处理室0114、载置被处理基板0113的载置台0115。

在这样的结构中，由微波的振荡器0101输出的频率2.45GHz的微波经由隔离器0102、自动匹配器0103，通过矩形波导管0104传输到圆矩形变换器0106。矩形波导管0104使用以最低阶模的TE₁₀模动作的波导管。隔离器0102发挥防止在负载侧产生的反射波入射到微波的振荡器0101而进行破坏的作用。自动匹配器0103进行动作，监视负载侧的反射波或阻抗，通过内部参数的调整来自动减少反射波。自动匹配器0103为了装置成本的减少、装置简化，也可以设为手动的匹配器。

作为微波的振荡器0101而使用磁控管。圆矩形变换器0106还兼作将微波的行进方向弯曲90度的角部，谋求装置整体的小型化。在圆矩形变换器0106的下部，在圆形波导管0107以及该圆形波导管中加装圆偏振波产生器0108，将以直线偏振波入射的微波变换成圆偏振波。该圆形波导管0107设于等离子处理室0114的大致中心轴上，传输由圆偏振波产生器0108产生的圆偏振波化的微波。在圆形波导管0107的负载侧，隔着空腔部0110、电介质窗0111、簇射板0112而设置具备载置被处理基板0113的载置台0115的等离子处理室0114。载置台0115的中心轴设定成与等离子处理室0114以及圆形波导管0107的中心轴一致。

空腔部0110具有缓和所投入的微波电磁场的中心集中的作用。电介质窗0111、簇射板0112期望对微波的损失小、难以给等离子处理带来不良影响的材质，使用了石英。在等离子处理室0114连接未图示的气体供给系统，经过电介质窗0111与簇射板0112之间的未图示的微小的间隙以及设于簇射板0112的多个微小的供给孔来簇射状地供给蚀刻处理所用的气体。进而，在等离子处理室0114，经由未图示的压力计以及未图示的排气速度调整用的流导可变阀而连接未图示的真空排气系统。

通过这些设备，等离子处理室0114能保持在适于等离子蚀刻处理的所期望的压力、气体气氛。在等离子处理室0114内有被处理基板0113，使用通过所投入的微波产生的等离子来进行等离子蚀刻处理。

作为被处理基板0113而使用了直径300mm的硅晶片。在被处理基板0113经由自动匹配器而连接未图示的RF偏压电源，能施加RF偏压电压。由此，利用所产生的直流偏压电压将等离子中的离子吸引到被处理基板表面，能谋求等离子蚀刻处理的高速化、高品质化。

在等离子处理室0114等的周围设置静磁场的产生装置0109，能对等离子处理室0114施加静磁场。静磁场的产生装置0109由基于多个螺线管线圈的电磁铁和用于减少漏磁通并效率良好地对等离子处理室0114施加静磁场的磁轭构成。将磁轭设为铁性。能通过调整流过该多个螺线管线圈的电流值来调整对等离子处理室0114施加的静磁场的大小、分布。该静磁场大致与圆形波导管0107的中心轴平行，与微波的投入方向平行。能在等离子处理室0114内产生引起电子回旋共振的0.0875特斯拉的静磁场，进而能调整其位置。

在圆矩形变换器0106设置光学观察被处理基板0113的测定器0105。该测定器0105经由圆偏振波产生器0108、圆形波导管0107、空腔部0110、电介质窗0111、簇射板0112来光学观察载置于载置台0115的被处理基板0113。

测定器0105的光轴设置在从被处理基板0113的中心稍微偏离的位置。因此，测定器0105的光轴位于从圆形波导管0107的中心轴离开的位置。

对被处理基板的等离子蚀刻处理的进展状况进行原位观察，能谋求等离子处理的高速化、高品质化。例如，通过在达到所期望的膜厚的时间点停止处理，能削减无用的处理时间，且还提升加工精度。例如，在膜厚的测定中，能使用来自被处理膜表面和基底层的光学的干涉。干涉光可以从外部入射到被处理基板，也可以使用从处理室内的等离子辐射的光。

在图2中示出第一实施例所涉及的进行等离子蚀刻处理的等离子处理装置200。是在图1所示的现有例中运用本发明而得到的方案，对共通的部分标注相同编号并省略说明。在本实施例所涉及的等离子处理装置200中，对使用图1说明的现有的等离子处理装置100，在与圆形波导管0107连接而设于圆偏振波产生器0108的负载侧的波导管0201的内部形成了反射波产生器0202(a)到(c)。

在图3A到图3C示出形成于波导管0201的内部的反射波产生器0202(a)到(c)的构造。图3A到图3C各自在(a)中示出俯视图，在(b)中示出(a)的N-N截面图。

图3A的反射波产生器0202(a)是由与图5中说明的不连续部的圆形波导管0502同样地缩小了内径的短的圆形波导管构成的构造，缩小了直径的部分的轴向长度设为25mm。构成反射波产生器0202(a)的缩小了直径的圆形波导管与在其上下连接的圆形波导管0201共享中心轴，且不偏芯。

如图1中说明的那样，由于测定器0105的光轴设定在从载置于载置台0115的被处理基板0113的中心稍微偏离的位置，因此，测定器0105的光轴位于从圆形波导管0107的中心轴离开的位置。因此，反射波产生器0202(a)会与测定器0105的视野干涉。为了避免这种情况，反射波产生器0202(a)需要在与测定器0105的视野重叠的部分在反射波产生器0202(a)一侧设置缺口。

图3B的反射波产生器0202(b)是在图3A所示的反射波产生器0202(a)在方位角方向上每隔90度设置相同形状的4个缺口0301的构造。同样地，图3C所示的反射波产生器0202(c)是在图3A所示的反射波产生器0202(a)以方位角方向90度的间隔设置相同形状的2个缺口0302的构造。

如前述那样，反射波产生器0202(a)～0202(c)需要不阻碍圆偏振波。在反射波产生器0202(a)中，不依赖于偏振面的位置，散射矩阵相同，明显不阻碍圆偏振波。

在反射波产生器0202(b)、0202(c)中，由于对于偏振面相互在方位角方向上90度不同的TE₁₁模，缺口0301、0302相对于偏振面位于相同位置，因此，关于各TE₁₁模，散射矩阵也相同。因此，与反射波产生器0202(a)同样地不阻碍圆偏振波。

在图3B的反射波产生器0202(b)中示出在方位角方向上等间隔地设置4处相同形状的缺口的示例，但同样地，也可以是等间隔地设置3处相同形状的缺口的形状，还可以是5处等间隔、6处等间隔。

通过设置缺口0301、0302，有光学观察载置于载置台0115的被处理基板0113的测定器0105的光学路径设定的自由度增加的效果。

通过配合负载的反射系数调节由图3A到图3C所示的反射波产生器0202(a)到(c)产生的反射波的大小和相位，能将经由反射波产生器0202(a)到(c)看到的负载侧的反射系数理想地设为零。以下说明调节的过程。最初，如表1所示那样通过计算或测定来准备反射波产生器0202(a)到(c)的任一者的散射矩阵。进而，通过测定或计算来求取负载的反射系数。

例如半径a(m)的圆形波导管的最低阶模即TE₁₁模的管内波长λ_g(m)在频率f(Hz)的情况下能通过式(3)计算。

【数学式8】

其中，c是光速(m/s)。关于内径90mm的圆形波导管，在TE₁₁模的波长为频率2.45GHz的情况下，通过(数学式8)而成为202.5mm。

进一步使用(数学式2)来求取长度L的TE₁₁模圆形波导管的散射矩阵。能使用负载的反射系数和(数学式2)、(数学式8)来求取在负载连接长度L的圆形波导管的情况的反射系数。在圆形波导管的损失能无视的情况下，圆形波导管连接后的反射系数与连接前相比，大小相同，仅相位改变。

通过改变圆形波导管的长度L，能调整负载的反射系数的相位。进而，能连接反射波产生器(相当于反射波产生器0202(a)到(c))来求取整体的散射矩阵。即，若在负载连接长度L的圆形波导管(相当于圆形波导管0107以及0201)以及反射波产生器(相当于反射波产生器0202(a)到(c))，则成为1端口的微波电路，能从散射矩阵等求取整体的反射系数。能以使反射波最小为基准来求取波导管长度L和反射波产生器(相当于反射波产生器0202(a)到(c))的内径的最优值。通过运用求得的最优值，能减小负载侧的反射系数。

通过准备大量相当于表1的数据，能使负载侧的反射系数的大小更小。

如以上说明的那样，在本实施例中，在利用了通过微波的高频电力生成的等离子的等离子处理装置中，在圆偏振波产生器的负载侧、圆形波导管内加装不连续部(反射波产生器)，设为对应于负载的反射系数来使不连续部产生消除在负载产生的反射波的波的结构，配合负载的反射系数来调整在该不连续部产生的波的振幅和相位，不连续部由将内径缩小的短的圆形波导管构成，波的振幅以形状(光阑的内径)进行调整，相位以光阑的轴向位置进行调整。

由此，根据本实施例，能实现不阻碍在圆形波导管内传播的圆偏振波且具有大致任意的反射系数的构造。并且，通过调整该反射系数的大小和圆偏振波的相位来消除从等离子处理室侧带给波导管一侧的反射波，抑制了微波电力的损失，能抑制异常放电的产生。

在构成不连续部的反射波产生器0202(b)或0202(c)，在相对于中心而方位角方向的对称位置形成多个缺口0301或0302，由此，缺口0301或0302的位置的对称性不会阻碍圆偏振波，因此，防止微波的损失，因而特别在表面使用导电率高的材料。

如此地，通过在反射波产生器0202(b)或0202(c)设置缺口0301或0302，能确保用于在测定器0105光学观察在等离子处理室0114中载置于载置台0115的被处理基板0113的光路。由此，由于能原位(insitu)地观察等离子处理，因此，能实现等离子处理的高品质化。

即，根据本实施例，在具备原位观察单元的等离子处理装置中，能实现不阻碍在圆形波导管内传播的圆偏振波且具有大致任意的反射系数的构造，能调整该反射系数的大小和相位来消除从等离子处理室侧引起的反射波。由此，能解决电力损失、异常放电的间题而对成为加热对象的构件效率良好且均匀地供给微波电力，能在进行等离子处理的原位观察的同时实现等离子处理的品质提升、处理时间的缩短。

【实施例2】

作为第二实施例，说明如下那样构成的示例：在具有微波源、圆形波导管、设于该圆形波导管内的圆偏振波产生器、设于该圆偏振波产生器的输出侧的不连续部的加热装置中，不连续部设为不阻碍圆偏振波的轴对称的构造，不破坏微波电磁场的轴对称性地使消除反射波的波产生，能均匀性良好地加热被处理物。

在图4示出本实施例所涉及的加热装置400。本实施例所涉及的加热装置400具备微波的振荡器(微波产生源)0401、隔离器0402、匹配器0403、矩形波导管0404、测定器0405、圆矩形变换器0406、圆形波导管0407、圆偏振波产生器0408、反射波产生器0409、加热室0410、载置样品0411的载置台0412。

在这样的结构中，加热装置400使得在微波产生源0401产生频率2.45GHz的微波，经由隔离器0402、匹配器0403通过矩形波导管0404进行传输。矩形波导管0404使用了以最低阶模即TE₁₀模动作的内侧截面109.2mm×54.6mm的波导管。作为微波产生源0401而使用磁控管。隔离器0402发挥防止来自负载侧的反射波回到微波产生源0401而破损的情况。匹配器0403发挥消除因负载的阻抗不匹配而产生的反射波的作用。作为匹配器0403而使用手动的3短截线调谐器，但也可以使用自动匹配器。

进而，将微波经由圆矩形变换器0406而通过圆形波导管0407导入加热室0410。圆形波导管0407使用以最低阶模即TE₁₁模动作的内径90mm的波导管。圆矩形变换器0406兼具使微波的行进方向直角弯曲的作用。

在圆形波导管0407内有圆偏振波产生器0408，将作为直线偏振波而入射的微波变换成圆偏振波。进而，在圆偏振波产生器0408的负载侧有反射波产生器0409，具有使反射波产生的功能。该反射波产生器0409不阻碍圆偏振波。即，在从入射侧连接圆偏振波的情况下，反射波以及透过波成为圆偏振波。反射波产生器0409具有与形成于实施例1中使用图3A到图3C说明的波导管0201的内部的构成不连续部的反射波产生器0202(a)到(c)相同的构造，能得到相同作用以及效果。

在加热室0410内有载置样品0411的载置台0412和样品0411。加热室0410大致为圆筒状，载置台0412与该圆筒状的加热室0410的中心轴大致同轴配置。进而，圆形波导管0407与加热室0410的中心轴同轴地连接。在圆偏振波产生器0408生成的圆偏振波被投入加热室0410内，加热样品0411。

在这样的结构中，关于由圆偏振波产生器0408产生的圆偏振波，由于偏振面以微波的频率旋转，因此，在相对于圆形波导管0407的中心轴的方位角方向上在1周期期间将吸收电力平滑化。即，能通过圆偏振波来实现方位角方向上均匀的吸收电力分布。由此，能减少样品0411的方位角方向的加热不均。

此外，与实施例1中说明同样地，通过将反射波产生器0409的反射波的大小和相位调整成与负载的反射系数相应的最优值，能减少反射波而将投入电力有效地用在样品0411的加热中。此外，能减少匹配器0403的负担。

进而，如前述那样，在较多情况下圆偏振波产生器0408相对于匹配负载被最优化，在不匹配的负载的情况下有时轴比变差，但通过使用反射波产生器0409，能防止圆偏振波产生器0408的动作不良。

根据本实施例，通过构成为在波导管内的给定的位置具备使所期望的反射波产生的不连续部，利用在该不连续部生成的反射波来消除从波导管的负载侧产生的反射波，由此，能对成为加热对象的构件效率良好且均匀地供给微波电力。

以上基于实施例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。此外，关于各实施例的结构的一部分，能进行结构的追加、删除、置换。

附图标记的说明

100、200等离子处理装置

0101、0401微波的振荡器

0102、0402隔离器

0103自动匹配器

0104、0404矩形波导管

0105、0405光学地进行观察的测定器

0106、0406圆矩形变换器

0107、0201、0407圆形波导管

0108、0408圆偏振波产生器

0109静磁场的产生装置

0110空腔部

0111电介质窗

0112簇射板

0113被处理基板

0114等离子处理室

0115、0412载置台

0202、0202(a)、0202(b)、0202(c)、0409反射波产生器0301、0302缺口

0403匹配器

0410加热室

0411样品

0501圆形波导管

0502形成不连续部的圆形波导管

0503圆形波导管

0504端口1

0505端口2。

Claims (8)

1.一种等离子处理装置，具备：

处理室，其对样品进行等离子处理；

高频电源，其经由圆形波导管供给微波的高频电力；

监视装置，其经由所述圆形波导管光学监视等离子状态；

圆偏振波生成器，其配置于所述圆形波导管的内部，生成圆偏振波；和

样品台，其载置所述样品，

所述等离子处理装置的特征在于，还具备：

反射波生成器，其配置于所述圆偏振波生成器与所述处理室之间且所述圆形波导管的内部，

所述反射波生成器生成不阻碍圆偏振波地消除从所述处理室传播的反射波的反射波，

在所述反射波生成器形成用于光学监视所述等离子状态的光路。

2.根据权利要求1所述的等离子处理装置，其特征在于，

所述反射波生成器的中心轴与所述圆形波导管的中心轴相同。

3.根据权利要求1所述的等离子处理装置，其特征在于，

所述反射波生成器的内径根据负载的反射系数来规定。

4.根据权利要求1所述的等离子处理装置，其特征在于，

所述反射波生成器的中心轴的方向上的所述反射波生成器的位置根据负载的反射系数来规定。

5.根据权利要求3所述的等离子处理装置，其特征在于，

所述反射波生成器的中心轴的方向上的所述反射波生成器的位置根据负载的反射系数来规定。

6.根据权利要求1所述的等离子处理装置，其特征在于，

所述反射波生成器具有多个缺口部。

7.根据权利要求6所述的等离子处理装置，其特征在于，

所述缺口部形成为相对于所述圆偏振波的偏振面成为相同位置。

8.一种加热装置，具备：

加热室，其对样品进行加热；

高频电源，其经由圆形波导管供给微波的高频电力；和

圆偏振波生成器，其配置于所述圆形波导管的内部，生成圆偏振波，

所述加热装置的特征在于，还具备：

反射波生成器，其配置于所述圆偏振波生成器与所述加热室之间且所述圆形波导管的内部，

所述反射波生成器生成不阻碍圆偏振波地消除从所述加热室传播的反射波的反射波。