200809911 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關藉由微波來使氣體電漿化而電漿處理被 處理體之電漿處理裝置及電漿處理方法。更詳細言之,本 發明是關於利用所望的波長可變物質來使導波管的長度適 當化之電漿處理裝置及電漿處理方法。 【先前技術】 如圖7所示,以往有使導波管90分歧於A1〜A3的各 地點(在圖7是π分岐),在被分岐的複數根導波管91a〜 9 1 f的下部等間隔設置複數個縫隙92,更在縫隙92的下 部設置電介質9 3,藉此將微波供給至電漿處理裝置的處理 室内之技術(例如參照專利文獻1 )。根據如此的給電方法 ,微波是由微波發生器94射出,經由調整器(tuner)95來 傳播於導波管90,一邊分岐一邊從各導波管91的入口附 近例如縫隙92a起依序通至縫隙92e,分別透過各縫隙下 部的電介質93而射入處理室内。供給至處理室的氣體是 藉由如此射入的微波的電場能量來使電漿化,藉此電漿處 理被處理體。 此給電方法是如在圖7的II-II剖面切斷電漿處理裝 置之圖8(a)所示,微波每次從導波管91a的入口附近的縫 隙92a往位於其後面的縫隙92b —92C —92d —92e依序通過 時,行進於導波管91a的微波與反射於導波管的端面C的 反射波的合成波亦即駐波T的振幅會變小。因此,通過各 200809911 (2) 縫隙92射入處理室内的微波的電場能量亦如圖8(b)的電 場能量Emax所示,越接近導波管的入口的縫隙92a下方 的處理室内Ua越強,越接近導波管的前端的縫隙92e下 方的處理室内Ue越弱。其結果,電漿密度越接近各導波 ' 管的入口越高,越接近各導波管的前端越低。如此一來, ' 一旦電漿在導波管的長度方向形成不均一,則會無法精度 佳地電漿處理被處理體。 φ 於是,想到以下那樣的對策,而使通過複數個縫隙92 來射入處理室内的微波的電場能量能夠形成均一。亦即, 縫隙92e是以從端面C到最短的縫隙92e之物理特性上的 距離能夠形成微波的管内波長Xg的1 /4之方式定位,縫 隙92a〜縫隙92d是以越接近導波管91的入口,相隣的縫 隙92間之物理特性上的距離越會偏離管内波長Xg的1/2 之方式分別定位。 藉此,在縫隙92e,由於駐波的腹部的位置Pe與縫隙 ® 92e的中央的位置Se —致(W1=0),因此通過縫隙92e而 被供給至處理室的位置‘ Ue之微波的電場能量會形成等於 該位置的最大能量Emax。另一方面,從縫隙92d到縫隙 92a,越接近導波管91的入口,各縫隙的中央與駐波的腹 部的位置的偏差越會變大(W5>W4>W3>W2>W1),此偏差 越大,越會使得從縫隙92供給至處理室的各位置Ud、Uc ,Ub,Ua的微波的電場能量比該位置的最大能量來得小 。其結果,如圖8(b)的線E所示,可使經由縫隙92a〜92e 來射入處理室的微波的電場能量大致形成相同。 -5- 200809911 (3) 〔專利文獻1〕特開2004-200646號公報 【發明內容】 (發明所欲解決的課題) ~ 但,近年來隨著基板的大型化,被配置於縫隙上 導波管91亦大型化,其長度方向的長度爲lm以上的 也有可能產生。因此,排列於導波管9 1的長度方向 • 隙數量爲20個以上的情況非常多。如此導波管9 1的 及縫隙的個數越多,即使根據以往的方法對策,也難 微波的電場能量控制成從各縫隙92均等地供給,所 的電漿會在導波管30的長度方向形成不均一。 如此一來,若從各縫隙92輸出的微波的電場能 生不均,則由於電漿爲導體,所以電漿内的 (impedance)會變動。針對如此的阻抗變動,雖設有用 得阻抗整合的調整器,但若電漿内的阻抗經常變動, ^ 阻抗整合會形成不安定的狀態,越來越難以使從各縫 輸出的微波的電場能量形成大致相同。其結果,在處 型基板的電漿處理裝置中,只靠以往的方法對策,是 解除在導波管的長度方向所產生的電漿不均一。 爲了解決上述問題,本發明係提供一種利用所望 長可變物質來使導波管的長度適當化,藉此生成均一 漿之嶄新的電漿處理裝置及電漿處理方法。 (用以解決課題的手段) 部的 情況 的縫 長度 以將 生成 里産 阻抗 以取 則此 隙92 理大 難以 的波 的電 -6 - (4) 200809911 亦即,爲了解決上述課題,本發明係提供一種電漿處 理裝置,其特徵係具備: 導波管,其係使微波傳播; 縫隙天線,其係具有鄰接於上述導波管的複數個縫隙 ,使傳播於上述導波管的微波通過上述複數個縫隙; 第1波長可變物質,其係充塡於上述導波管的内部, 使微波的管内波長Xg變化成第1波長; # 第2波長可變物質,其係從反射微波的上述導波管的 端面到最接近該端面的縫隙中央之間替換上述第1波長可 變物質而揷入,使傳播於該揷入部份的微波的管内波長Xg 變化成比第1波長更短的第2波長; 複數片的電介質,其係鄰接於上述縫隙天線而配置, 使通過上述縫隙天線的複數個縫隙之微波透過;及 處理室,其係藉由透過上述複數片的電介質之微波來 使氣體電漿化而電槳處理被處理體。 ® 若根據該構成,則在導波管的内部充塡有第1波長可 變物質的同時,從反射微波的導波管的端面到最接近該端 面的縫隙中央之間,替換第1波長可變物質而插入第2波 長可變物質,藉此可使傳播於第2波長可變物質的揷入部 份之微波的管内波長Xg變化成比第1波長更短的第2波 長。其結果,可將從導波管的端面到最接近該端面的縫隙 中央之物理特性上的距離(亦即,微波的管内波長)保持於 所望的長度不動,縮短其間的機械性距離(亦即,實際的 視覺性距離)。 (5) (5)200809911 如此一來,與以往在導波管的内部只充塡單一的波長 可變物質時相較之下,可縮短從導波管的端面到最接該端 面的縫隙中央之間的機械性長度,結果可將產生於導波管 的端面的下方附近的無效空間(參照圖4(a)的無效空間D) 壓制到最小限度(參照圖4(b))。藉此,在形成無效空間D 之導波管的端面的下方附近亦可配設電介質。其結果,可 對處理室的頂部全面,在鄰接於縫隙的狀態下等間隔配置 複數片的電介質。其結果,經由各縫隙來透過各電介質的 微波可對處理室的頂面均一地供給,在處理室的頂面下方 生成均一的電漿。藉此,可精度佳地對被處理體實施所望 的電漿處理。 上述第2波長可變物質,係使傳播於上述揷入部份的 微波的管内波長Xg變化成比第1波長更短的第2波長, 藉此可一邊將從上述導波管的端面到最接近該端面的縫隙 中央之間的物理特性上的長度保持於管内波長Xg的1 /4, 一邊使其間的導波管的機械性長度縮短成所望的長度。 若根據該構成,則導波管的端面與最接近該端面的縫 隙中央之間的物理特性上的距離會被保持於微波的管内波 長Xg的1 /4。藉此,由於微波的駐波的腹部位於離導波管 的端面最短的縫隙中央,因此通過該最短縫隙來供給至處 理室的微波的電場能量是形成該位置的最大能量。其結果 ,藉由在該位置具有最大値的微波的電場能量,可均一地 生成電漿密度高的電漿。 上述導波管可具備複數根,各導波管係以其端面對向 -8- (6) 200809911 於其他任一個導波管的端面而配置。 近年來,如圖7所示,若將複數根的導波管鄰接配置 於縫隙的上部,則隨著基板的大型化(730mmx920mm以上 ),導波管的長度方向形成1 m以上的情況會發生。因此, 位於同一導波管下部的縫隙數成20個以上的情況非常多 ,因前述的理由,非常難以將通過各縫隙的微波的電場能 量控制成同樣。 • 相對的,若根據本發明,則例如圖2所例示,各導波 管的端面是對向於其他任一導波管的端面來配置。藉此, 可使各導波管的長度方向的長度形成以往的1 /2。藉此, 排列於其長度方向的縫隙的個數亦可形成以往的1 /2。其 結果,可容易將從排列於長度方向的各縫隙所供給的微波 的電場能量控制成同樣。 另外,圖2所示的電漿處理裝置是藉由從各4台對向 設置的8台微波發生器(34)所輸出的微波功率來處理 β 1 100mmxl 3 00mm(G5基板尺寸)的基板G。相對的,處理 73 0mmx920mm(G4.5基板尺寸)的基板G之裝置雖未圖示 ,但實際是具有在中央縱方向將圖2的電漿處理裝置分割 成一半的構成、亦即導波管(30)、調整器(3 8)及微波發生 器(3 4)成圖2的電漿處理裝置的一半的構成。藉由從此裝 置中各2台對向設置的4台微波發生器34所輸出的微波 功率來處理G4.5基板尺寸的基板G。 另一方面,即使如此對向配置各導波管,如前述,若 根據本發明,則可藉由在導波管的端部附近插入第2波長 -9 - (7) (7)200809911 可變物質,一邊將從導波管的端面到最短縫隙中央之間的 物理特性上的長度保持於管内波長Xg的1 /4,一邊縮短其 間的機械性距離(參照圖4(b))。其結果,可使從最接近對 向配置的一方導波管的端部之縫隙到最接近另一方導波管 的端部之縫隙的機械性(實際的視覺性)的長度大致與位於 同一導波管的下部之縫隙間的機械性(實際的視覺性)的距 離一致,且可使通過該最短縫隙而供給至處理室的微波的 電場能量成爲該位置的最大能量。 藉此,設置於縫隙下部的複數片電介質會在處理室的 頂部全面等間隔配置。其結果,可將通過各縫隙的同一且 大功率的微波予以均一地供給於處理室的頂部全面,藉此 ,可在處理室的頂部全面均一且安定地生成電漿。其結果 ,可精度佳地對被處理體實施所望的電漿處理。 上述第2波長可變物質及上述第1波長可變物質爲電 介質,上述第2波長可變物質係具有比上述第1波長可變 物質更高的介電常數。 微波的管内波長Xg是以Xg = Xc/(s)1/2的式子來表示。 在此,Xc是自由空間的波長,ε是電介質的介電常數。若 根據此式,則電介質的介電常數ε越高,管内波長Xg會 變短。因此,藉由將具有比第1波長可變物質更高的介電 常數之電介質亦即第2波長可變物質插入至從導波管的端 面到最短縫隙中央之間,與以往在導波管的内部只充塡第 1波長可變物質時相較之下,可將其間的物理特性上的長 度保持於微波的管内波長的1 /4不變,縮短其間的機 -10- (8) (8)200809911 械性長度。藉此,可消除在導波管的端部下所產生的無效 空間D,彼此等間隔配置複數片的電介質。 上述各導波管,係鄰接於與其長度方向平行的軸上排 列的20個以内的縫隙,上述縫隙與縫隙之間隔(亦即物理 特性上的長度)爲管内波長Xg的1/2。 若根據該構成,則排列於同一導波管的長度方向的縫 隙數爲20個以下。因此,可容易將從排列於其長度方向 的各縫隙所供給的微波的電場能量控制成同樣。加上,縫 隙間的物理特性上的長度會形成微波的管内波長Xg的1 /2 。因此,微波的駐波的腹部會位於各縫隙的中央。藉此, 通過各縫隙供給至處理室的微波的電場能量是形成各縫隙 的位置之最大能量。其結果,可藉由具有各縫隙的位置之 最大値的微波的電場能量來生成電漿密度高且均一的電漿 〇 在上述複數片的電介質中,在與被處理體對向的面形 成有凹部或凸部的至少任一個。 若根據該構成,則可藉由形成於各電介質的凹部或凸 部來使在各電介質下面傳播表面波時的電場能量的損失増 加。藉此,可壓制表面波的傳播,抑止駐波的發生,生成 更均一的電漿。 又,爲了解決上述課題,本發明係提供一種電漿處理 方法,係使用電漿處理裝置來電漿處理被處理體的電漿處 理方法,該電漿處理裝置係具備:在内部充塡有第1波長 可變物質的導波管、及具有鄰接於上述導波管的複數個縫 -11 - (9) (9)200809911 隙的縫隙天線、及鄰接於上述縫隙天線而配置的複數片電 介質。 此電漿處理方法,係藉由被充塡於上述導波管内部的 第1波長可變物質,一邊使微波的管内波長Xg變化成第1 波長,一邊使微波傳播,且藉由在從上述導波管的端面到 最接近該端面的縫隙中央之間替換上述第1波長可變物質 而揷入的第2波長可變物質,一邊使傳播於該揷入部份的 微波的管内波長Xg變化成比第1波長更短的第2波長, 一邊使微波傳播,使經由上述導波管而通過上述複數個縫 隙的微波透過於上述複數片的電介質,藉由透過上述複數 片的電介質之微波來使氣體電漿化而電漿處理被處理體。 若根據該構成,則可使用電漿處理裝置(替換充塡於 導波管内部的第1波長可變物質,在從導波管的端面到最 短縫隙中央之間插入第2波長可變物質)來使傳播於第2 波長可變物質的揷入部份之微波的管内波長Xg變化成比 第1波長更短的第2波長。其結果,與以往導波管的内部 只被充塡第1波長可變物質時相較之下,可一邊將從導波 管的端面到最短縫隙中央之間的物理特性上的長度保持於 所望的値,一邊縮短其間的機械性長度。藉此,可消除以 往在導波管的端面下方所產生的無效空間D,將複數片的 電介質等間隔配置於處理室的頂部全面。其結果,可將通 過各縫隙之同一功率的微波予以均一地供給至處理室的頂 部全面,藉此,可在處理室的頂部全面均一且安定地生成 電漿。 -12- (10) (10)200809911 〔發明的效果〕 如以上説明,若利用本發明,則可利用所望的波長可 變物質來使導波管的長度適當化,而生成均一的電漿。 【實施方式】 以下,一邊參照附圖,一邊詳細說明有關本發明的較 佳實施形態。另外,在以下的説明及附圖中,有關具有相 同的構成及機能的構成要素是賦予同一符號,而省略重複 説明。 (第1實施形態) 首先,一邊參照圖1及圖2 —邊説明有關本發明的第 1實施形態之電漿處理裝置的構成。圖1是在縱方向(垂 直於y軸的方向)切斷電漿處理裝置的剖面圖,圖2是表 示電漿處理裝置的處理室的頂面圖。另外,在本實施形態 中,電漿處理裝置之一例爲舉利用微波的功率來使氣體電 漿化,藉此對玻璃基板(以下稱爲基板)實施電漿處理之微 波電漿處理裝置。 (微波電漿處理裝置的構成) 微波電漿處理裝置100是具備處理容器10及蓋體20 。處理谷搭1〇疋具有其上部開口的有底立方體形狀。處 理容器1 〇及蓋體20是例如由鋁等的金屬所構成,被電性 接地。 -13- (11) (11)200809911 在處理容器10中設有用以在其內部載置基板G的試 料台11 (載置台)。試料台11是例如由氮化鋁所構成,在 其内部設有給電部1 1 a及加熱器1 1 b。 在給電部1 la經由整合器12a(例如、電容器)而連接 高頻電源12b。並且’在給電部1 la經由線圏(coi 1)1 3a而 連接高壓直流電源l3b。整合器12a、高頻電源12b、線圈 13a及高壓直流電源13b是被設置於處理容器1G的外部。 而且,高頻電源1 2 b及高壓直流電源1 3 b會被接地。 給電部11a可藉由從高頻電源12b所輸出的高頻電力 在處理容器1 〇的内部施加所定的偏壓電壓。並且’給電 部1 1 a可藉由從高壓直流電源1 3 b所輸出的直流電壓來静 電吸附基板G。 在加熱器lib連接被設於處理容器1〇的外部的交流 電源1 4,而藉由從交流電源1 4輸出的交流電壓來將基板 G保持於所定的温度。 處理容器1 0的底面是被開口成筒狀,波紋管 (Bell〇ws)15的一端會被裝著於其外部周緣。並且,波紋 管15的另一端是固著於昇降板16。如此一來,處理容器 1 〇底面的開口部份是藉由波紋管1 5及昇降板1 6來密閉。 試料台1 1是被支持於昇降板1 6上所配設的筒體17, 與昇降板16及筒體17形成一體而昇降,藉此’可將試料 台11調整成對應於製程的高度。並且’在試料台11的周 圍設有用以將處理室U的氣流控制成較理想的狀態之檔板 (baffle)l 8。 -14- 200809911 (12) 在處理容器1 〇的底部備有設於處理容器1 0的外部的 真空泵(未圖示)。真空泵是經由氣體排出管19來排出處理 容器10内的氣體,藉此將處理室U減壓至所望的真空度 〇 在蓋體20設有蓋本體21、導波管30、及具有複數個 ' 縫隙3 1的縫隙天線(Slot Antenna)32、以及複數片的電介 質33。在蓋本體21的下面外周部與處理容器10的上面外 φ 周部的接合面配設有〇型環25。處理容器10與蓋體20 是藉由〇型環25來密閉,藉此形成實施電漿處理的處理 室U 〇 導波管3 0是其剖面形狀爲矩形狀,如圖2所示,在 其一端經由調整器38來連接微波發生器34。調整器38( 例如,調諧短線(stub tuner))是對電漿内的阻抗變動取其 整合(匹配)。導波管30會被分歧成叉狀,形成2根的導波 管,以能夠終端於處理室U的頂面中央之方式配置於蓋本 ® 體2 1。如此一來,在蓋本體2 1的内部,於X軸方向排列 配置有8根的導波管3 0的同時,同一構成的導波管3 0、 調整器38及微波發生器34會在相反側也被配置(與頂面 中央的X軸平行的軸)。藉此,1 6根的導波管3 0是以2 根的導波管30能夠在其端面相向的方式來各8根排列配 置,且8台的微波發生器34會各4台對面設置。在如此 構成的微波電漿處理裝置1 〇 〇的處理室U中,如前述,處 理 1 1 OOmmx 1 3 00mm(腔體内的直徑:1 4 7 0 mm χ 1 5 9 0mm)的 基板G(G5基板尺寸)。另外,在本實施形態中,雖是使一 -15- 200809911 (13) 個的導波管分歧成二,但並非限於此,例如亦可對一個的 微波發生器34,1對1連結導波管30。 如在圖2的I-Ι剖面切斷微波電漿處理裝置100的圖 3所示,在對向的導波管30a、30b的端面Ca、Cb之間設 有反射板Μ。反射板Μ是由鋁等的金屬所構成,而使行進 ' 於導波管3 0内的微波能夠反射於其端面C。 在各導波管3的内部充塡有氟樹脂(例如鐵氟龍(註冊 _ 商標);PTFE(Polytetrafluoroethylene)、_土(八12〇3)、石 英等的介電構件,而藉由此介電構件來使微波的管内波長 Xg能夠控制成λ§ = λ(:/(ε)1/2所示的値。在此,λ(:爲自由空 間的波長,ε爲介電構件的介電常數。在本實施形態中, 充塡於導波管内的介電構件爲舉鐵氟龍3 5 (參照圖1 )來説 明。 圖1所示的縫隙天線32是在各導波管30的下部與蓋 本體2 1 —體形成。縫隙天線3 2是由鋁等的非磁性體的導 ^ 電性材料所形成。在縫隙天線3 2中,於各導波管3 0的下 面,同一導波管30(例如,圖2的導波管30a或導波管 30b)中26個的縫隙31(開口)會在各導波管30的長度方向 排成2列而各設1 3個。在各縫隙3 1的内部充塡有氟樹脂 、礬土(A 1 203)、石英等的介電構件。各縫隙31是以同一 導波管内的長度方向的縫隙間的間隔(物理特性上的距離) 能夠形成管内波長Xg的大致1/2之方式來定置。另外, 形成於各導波管30的下面之縫隙31的個數只要是20個 以内即可,並非限於上述個數。 -16- (14) (14)200809911 在縫隙天線32的下部,對同一導波管30形成瓷磚狀 (tile)的13片電介質33是以其長度方向能夠對各導波管 30的長度方向形成大略垂直之方式來等間隔配置。在各電 介質3 3的上部分別設有2個的縫隙。藉由以上的構成, 在處理室U的頂面設有全部208片(=13x16)的電介質33。 複數片的電介質33是藉由石英玻璃、AIN、Al2〇3、 藍寶石、SiN、陶瓷等的介電材料所形成。另外,雖未圖 示,但在各電介質3 3中,亦可在與基板G對向的面上分 別形成有凹凸。藉由如此在各電介質3 3設置凹部或凸部 的至少一方,當生成於電介質下部的表面波傳播於各電介 質3 3的表面時,可其電場能量的損失増加,藉此抑止表 面波的傳播。其結果,可抑止駐波的發生,而生成均一的 電漿。 各電介質33是藉由形成格子狀的樑36來分別支持於 其周緣。樑3 6是以鋁等的非磁性體的導電性材料所形成 。如圖1所示,樑3 6是具有貫通於其内部的複數個氣體 導入管37。 在冷卻水配管40連接被配置於微波電漿處理裝置1 〇〇 的外部的冷卻水供給源4 1,從冷卻水供給源4 1供給的冷 卻水會循環於冷卻水配管40内而回到冷卻水供給源4 1, 藉此蓋本體2 1可保持於所望的温度。 氣體供給源42是與質量流控制器43及閥44連結, 更經由氣體線路45來連接至複數的氣體導入管37。氣體 供給源42是藉由分別控制質量流控制器43的開度及閥44 -17- (15) (15)200809911 的開閉,使所望濃度的氣體能夠從氣體線路45經由複數 的氣體導入管37來供給至處理室U内。 藉由以上説明的構成,從圖2所示的8個微波發生器 34輸出之例如2.45GHZx8的微波會傳播於各導波管30, 通過各縫隙31,更透過各電介質33來射入處理室UR。 藉由如此射入之微波的電場能量從氣體供給源42供給的 氣體會被電漿化,藉此成膜等的電漿處理可實施於基板G (隨基板G的大型化產生的問題) 近年來,基板G的尺寸大型化成730mmx920mm以上 ,隨之產生必須將長度方向的長度爲lm以上的導波管30 配置於蓋本體2 1之情況。因此,配置於導波管3 0下部的 縫隙31的數量也會在導波管3 0的長度方向排列配置20 個以上。一旦如此地導波管3 0大型化,縫隙3 1的個數形 成非常多,如圖8所示,因爲駐波的腹部位置與縫隙中央 的位置錯開,所以就算藉由使電場能量形成均一的以往技 術也會非常難以進行給電控制,其控制會產生不均,不易 使由各縫隙3 1輸出的微波的電場能量形成大致相同,所 被生成的電漿會在導波管30的長度方向形成不均一。 如此一來,一旦從各縫隙31輸出的微波的電場能量 產生不均,則會因電漿爲導體,所以電漿内的阻抗會變動 。針對如此的阻抗變動,雖設有用以取得阻抗整合的調整 器3 8,但若電漿内的阻抗經常變動,則此阻抗整合會形成 -18- 200809911 (16) 不安定的狀態,越來越難以使由各縫隙3 1輸出的微波的 電場能量形成大致相同。其結果,特別是在導波管3 0的 長度方向,所被生成的電漿會形成不均一。 (導波管的配置) 爲了解決此間題,本發明者,如前述,使1 m以下的 導波管3 0以其端面對向而排列配置複數個。如此一來, 本發明者是將控制微波的給電之單位分成圖2的B1〜B8 所示的8個區塊(亦即,從1個微波發生器3 4射出的微波 所傳播的範圍)。藉此,如圖2及圖3所示,各導波管3 0 的長度是形成以往的一半。 又,本發明者是在導波管下部於導波管30的長度方 向設置1 3個的縫隙3 1,且在該等的縫隙3 1下部設置13 片的電介質33。藉此,導波管30的長度方向的長度可爲 1 m以下,排列於同一導波管的長度方向之縫隙3 1的數量 可爲20個以下。其結果,可在能夠容易將從排列於同一 導波管3 0的長度方向的複數個縫隙3 1所供給的微波的電 場能量控制成相同的每個單位配置各導波管3 0及各縫隙 (在對向的導波管的端面所產生的問題) 但,若如此以其端面對向的方式來配置各導波管3 0, 則如圖3的導波管3 0的端部附近的擴大圖亦即圖4中的 圖4(a)所示,會產生無法在各導波管30的端面下方配置 -19- (17) (17)200809911 縫隙3 1及電介質3 3的無效空間D。其理由在以下敘述。 另外,圖4(a)(b)的上圖是導波管30的平面圖,圖4(a)(b) 的下圖是導波管30、縫隙天線32、電介質33的剖面圖。 從導波管3 0 a、3 0 b的端面(反部)C a、C b到最接近各 端面Ca、Cb的縫隙31al、31bl的中央之物理特性上的長 度必須保持於微波的管内波長Xg的1/4。這是因爲藉由使 微波的行進波與其反射波的合成波亦即駐波的腹部位於縫 隙3 1 a 1、3 1 b 1的中央,可使通過縫隙3 1 a 1、3 1 b 1,且透 過位於其下部的電介質3 3 a 1、3 3 b 1而供給至處理室u的 微波的電場能量成爲該位置的最大能量。 在此,在導波管30的内部,如圖4(a)所示,只被塡 鐵氟龍35。如前述,微波的管内波長Xg是以λ8 = λε/(ε)1/2 來表示。在此,λε是自由空間(真空狀態)的波長,ε是電 介質的介電常數。鐵氟龍35的介電常數爲2,自由空間的 波長λε爲12 0mm,因此在導波管30的内部只充塡鐵氟龍 35時的管内波長Xgl是以式(1)來求取。
Agl = 120/(2)1/2 ·· · (1) 藉此,Xg/4 = Xgl /4 = 21.3mm,因此在導波管 30a、30b 的端面Ca、Cb的下方會產生無法配置縫隙31及電介質 3 3的無效空間D。 一但如此的無效空間D存在於各導波管的端面C下方 ,則無效空間D下方的電漿密度會比處理室的頂面的其他 -20- 200809911 (18) 部份的電漿密度更低,所被生成的電漿會形成不均一。這 是因爲無法在無效空間D的下方配置縫隙及電介質的緣故 ,所以無法使微波透過無效空間D所致。 更詳細説明,排列於同一導波管3 0的長度方向,例 如縫隙3 1 a 1〜3 1 a4、縫隙3 1 b 1〜3 1 b4的各縫隙間爲等間 隔,相對的,離導波管30a、30b的兩端Ca、Cb最短的縫 隙3 1al、3 1bl之間會因爲無效空間D的存在而比其他縫 # 隙間的間隔更長。其結果,例如電介質33al〜33a4、電介 質33bl〜33 b4的各電介質33雖是在各縫隙31的下部平 行於導波管3 0的長度方向的軸上等間隔配置,但在無效 空間D中無法配置電介質,僅電介質33al與電介質33bl 的間隔比其他的電介質彼此間的間隔還要分離。藉此,無 法使微波透過於無效空間D,因此無效空間D下方的電漿 密度會形成比處理室的頂面的其他部份的電漿密度更極端 的低。其結果,所被生成的電漿會形成不均一。如此一來 ^ ,一旦所被生成的電漿產生不均一,則會無法對大型化的 基板G例如實施良質的成膜處理等的電漿處理。 . (導波管的機械性長度的適當化) 於是,爲了解除如此在導波管端部附近的電漿不均一 ,本發明者想到藉由在從導波管30a、30b的端面Ca、Cb 到最接近該端面C a、C b的縫隙3 1 a 1、3 1 b 1的中央之間的 任一部份(在圖4(b)爲導波管30的端部)替換鐵氟龍35而 插入礬土 50,或許可對處理室的頂部全面以等間隔配置電 -21 - 200809911 (19) 介質33。此爲藉由將傳播於插入礬土 50的導波管30之微 波的管内波長Xg2形成比傳播於充塡鐵氟龍3 5的導波管 30之微波的管内波長Xgl更短,而一邊將從導波管30的 端面C到最接近該端面的縫隙中央之物理特性上的長度保 持於管内波長Xg的1/4,一邊縮短其間的導波管30的機 械性長度,藉此對頂部全面等間隔配置電介質3 3之構想 。具體而言,充塡礬土 50時之導波管30的管内波長Xg2 • 對充塡鐵氟龍 35時之導波管 30的管内波長 λ§1( = λα/(2)1/2)如式(2)所示般變短。 λ@2 = λο/(9)1/2 …(2) 根據此構想,本發明者進行了有關到底在導波管的端 面C附近要充塡何等程度的量(寬)的礬土 50才可對處理 ^ 室U的頂面等間隔配置208片的電介質33之模擬。就此 刻的模擬模式(simulation model)而言,其模式如圖 5 (a) (b)所示,導波管30的短邊方向的寬爲1 8mm,縫隙 、 3 1的短邊方向的寬爲1 6mm,縫隙3 1的長度方向的寬爲 20 · 8mm,充塡於導波管3 0的端部的礬土 5 0的端部形狀爲 R3(半徑3mm)。又,如圖4(a)(b)所示,導波管30的高度 爲8 2mm,縫隙31的高度爲22mm。並且,從導波管30的 端部C到最短縫隙3 1中央的長度爲2 1 .3 mm。因此,從端 面C到最短縫隙的最短距離爲1〇.9卜21.3-20.8/2)mm。 如圖5(a)所示,當導波管30只充塡鐵氟龍35時,表 -22- 200809911 (20) 示對自由空間的機械性長度1 0 · 9mm之物理特性上的長度 之微波的管内波長Xgtl(由微波來看的長度)是以其次的式 子來求取。 λ§ΐ1 = 1〇·9/(2)1/2 …(3) 在此,從對自由空間的1波長Xc之自由空間的端面 C到最短縫隙3 1的距離10.9mm的比(機械性長度的比)是 與從對由傳播於導波管内的微波所見的1波長(管内波長 )Xg之端面C到最短縫隙的管内波長Xgtl的比(物理特性 上的長度比)相等。藉此,由於Xgtiag=10.9Ac,因此若 予以代入式(3),則 Xgtl=(10.9ac)xXg· · .(4) 若將式(4)代入式(3),貝!] 10.9 = (2)1/2xXgtl = (2)1/2χ(10.9/λο xXg) = ((2)1/2χ 1 0.9/1 2 0) xXg …(5) 在此,若從加工上的問題來考量導波管端部的形狀或 縫隙的形狀具有若干的圓弧,則式(5)變成其次那樣。 10.9 与 O.limg· · .(6) 其次,如圖5(b)所示,在導波管30的端部替換鐵氟 龍35而插入礬土 50時,對插入礬土 50(在自由空間)的機 -23- (21) (21)200809911 械性長度3.807mm之物理特性上的長度(微波的管内波長 Xga)是如其次那樣求取。
Xga = 3.807/(9) 172 藉此,3.8 07 = 3 4ga = 3 x(3.8 07ac xXg)...(7) 若從加工上的問題來考量礬土 5 〇的端部形狀具有R3 的圓弧等,則式(7)會變成其次那樣。 3.807 = 0.0775Xg· · *(8) 並且,對充塡鐵氟龍3 5 (在自由空間)的機械性長度 3mm之物理特性上的長度(微波的管内波長Xgt2)是如其次 那樣求取。
Xgt2 = 3/(2)W2 ·. · (9) 若將式(9)變形,則 3=(2)1/2xXgt2 = (2)1/2x(3/Xc xlg) · · · (1〇) 若考量加工上的問題,則式(10)變成其次那樣。 3 = 0.0294Xg---(11) -24- (22) (22)200809911 在此,從導波管3 0的端面C到最短縫隙3 1中央之物 理特性上的長度’在插入礬土 5 0時亦保持於管内波長λ g 的1/4。藉此’利用式(6)、式(8)及式(11)來算出其次的式 子。 〇.l〇7Xg(只充塡鐵氟龍時)= 〇.〇775Xg + 0.0294Xg(充塡鐵氟龍 及礬土時)·· ·〇2) = 0A07Xg 如此一來,本發明者是以式(12)的右邊與左邊一致(換 言之,將從端面C到最短縫隙3 1中央之物理特性上的長 度保持於管内波長Xg的1/4)爲前提條件,爲了在處理室 的頂部全面等間隔配置複數片的電介質3 3,而取得將自由 空間的礬土長度設爲3.8 07mm,將自由空間的鐵氟龍長度 設爲3mm即可的模擬結果。 如此,藉由在導波管 30的端部附近充塡礬土 3.807mm、鐵氟龍 3mm,將導波管 30 的端部予以 4.093mm(= 1 0.9-3.807-3 )縮短時之導波管的各位置的電場 能量爲圖6的實線所示。並且,只充塡鐵氟龍35時爲圖6 的點線所示。藉此可知充塡鐵氟龍及礬土時(實線)與只充 塡鐵氟龍(點線),在導波管的端部附近的位置(圖6的Q) 之電場能量的變位是大致一致。藉此,本發明者確認出只 鐵氟龍35被充塡於導波管3〇時’或3mm的鐵氟龍35及 3.8 0 7mm的礬土 50被充塡於導波管30的端部附近時,微 -25- 30 (23) 200809911 波之各相異的電介質的管内波長Xg是大致一致。 根據以上説明的模擬,本發明者證明了在從導波管 的端面c到最接近該端面c的縫隙31之間所被充塡的 土 50及鐵氟龍35的最適値爲3.807mm及3mm。 其結果,可根據藉由一邊將從導波管30的端面C 最接近該端面的縫隙中央之物理特性上的長度保持於管 波長的1 /4,一邊將其間的導波管3 0的機械性長度 短成最適的長度,來對頂部全面等間隔配置電介質33 巧妙構想,與以往導波管3 0的内部只被充塡鐵氟龍3 5 相較之下,可一邊將從導波管3 0的端面C到最短縫隙 的中央之物理特性上的長度保持於管内波長Xg的1 /4, 邊將其間的機械性長度縮短約4.1 mm。藉此,可消除以 在導波管3 0的端面C下方產生的無效空間D,將複數 的電介質3 3等間隔配置於處理室U的頂部全面。 其結果,可將通過各縫隙3 2的同一功率的微波予 均一地供給至處理室U的頂部全面,藉此,可在處理室 的頂部全面均一且安定地生成電漿。藉此,可對基板G 度佳地實施良質的成膜處理等所望的電漿處理。 另外,以上説明的鐵氟龍35乃爲使微波的管内波 Xg變化成第1波長的第1波長可變物質之一例。又,礬 5〇乃爲使微波的管内波長Xg變化成第2波長的第2波 可變物質之一例。因此,第1及第2波長可變物質並非 於鐵氟龍35及攀土 50,只要是具有第2波長可變物質 具有比第1波長可變物質更高介電常數E的電介質之關 礬 到 内 縮 的 時 3 1 往 片 以 U 精 長 土 長 限 爲 係 -26- (24) (24)200809911 ,任何物質皆可。 並且,使用微波電漿處理裝置1 0 0來施以電漿處理的 基板G的尺寸,只要是730mm><920mm以上即可。例如前 述,圖2所示的微波電漿處理裝置1 〇 〇是藉由從各4台對 向設置的8台微波發生器34所輸出的微波功率來電漿處 理 1 100mmxl 300mm(腔體内的直徑:1 470mmxl 590mm)的 基板G(G5基板尺寸)。但,並非限於此,亦可使用具有在 中央縱方向將圖2的電漿處理裝置分割成一半的構成、亦 即導波管30、調整器38及微波發生器34成圖2的電漿處 理裝置的一半的構成之電漿處理裝置,藉由從各2台對向 設置的4台微波發生器3 4所輸出的微波功率來電漿處理 73 0mm x920mm(腔體内的直徑:lOOOmmxl 190mm)的基板 G(G4.5基板尺寸)。 在上述實施形態中,各部的動作是互相關連,可一邊 考量彼此的關連,一邊置換一連的動作。然後,可藉由如 此地置換,將電漿處理裝置的發明實施形態當作使用該電 漿處理裝置來電漿處理被處理體之電漿處理方法的實施形 態。 以上,一邊參照附圖一邊說明有關本發明的較佳實施 形態,但當然本發明並非限於該例。只要是該當業者,便 可在申請專利範圍所記載的範疇内,想到各種的變更例或 修正例,當然該等亦隸屬本發明的技術的範圍。 例如,在本發明的電漿處理裝置中可實施成膜處理、 擴散處理、触刻處理、灰化處理等所有的電漿處理。 -27- (25) 200809911 【圖式簡單說明】 圖1是表示與本發明之一實施形態的電漿處理裝置的 y軸垂直的縱剖面圖。 圖2是表不同實施形態的電漿處理裝置的處理室内部 的頂面。 圖3是表示在圖2的I-Ι面切斷電漿處理裝置時之蓋 本體附近的縱剖面圖。 Φ 圖4(a)是表示只被充塡的導波管端部附近的圖,圖 4(b)是表示被充塡鐵氟龍及礬土的導波管端部附近的圖。 圖5 (a)是表示在導波管中只被充塡鐵氟龍時的模擬模 式及模擬結果,圖5(b)是表示在導波管中被充塡鐵氟龍及 礬土時的模擬模式及模擬結果。 圖6是用以證明在導波管中只被充塡鐵氟龍時及在導 波管中被充塡鐵氟龍及礬土時管内波長一致的圖表。 圖7是表示配置於關連的電漿處理裝置的頂面之導波 # 管的一例。 圖8(a)是表示在圖7的π-ll面切斷電漿處理裝置時 的縱剖面,圖8(b)是表示處理室内的各位置之電場能量的 狀態。 【主要元件符號說明】 100 :微波電漿處理裝置 1 1 :試料台 21 :蓋本體 -28- (26) 200809911
30、30a、 3 1 :縫隙 32 :縫隙 33 :電介 34 、 94 : 35 :鐵氟 3 6 ··樑 37 :氣體 3 8 :調整 42 :氣體 50 :礬土 90、9 1 ·· 92 :縫隙 9 3 :電介 U :處理g Μ :反射| C :導波f 30b :導波管 天線 質 微波發生器 龍 導入管 器 供給源 導波管 質 的端面 -29-