TW200823991A - Microwave plasma source and plasma processing apparatus - Google Patents

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200823991 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關微波電漿源及使用彼之電漿處理裝置。 【先前技術】

V 在半導體裝置或液晶顯示裝置的製造工程中，爲了對 半導體晶圓或玻璃基板等被處理基板施以蝕刻處理或成膜 • 處理等的電漿處理，而使用電漿蝕刻裝置或電漿CVD成 膜裝置等的電漿處理裝置。 就電漿處理裝置之電漿的發生方法而言，例如有在配. 置平行平板電極的處理室内供給處理氣體，對此平行平板: 電極供給所定的電力，而藉由電極間的電容耦合來使電漿 - 發生的方法，或藉由利用微波而發生的電場及利用配置於 處理室外的磁場發生裝置而發生的磁場來加速電子，使該 電子與處理氣體的中性分子衝突而電離中性分子，藉此使 • 電漿發生的方法等。 在利用後者的微波所產生的電場及磁場發生裝置所產 生的磁場之磁控管（magnetron )效果的方法時，是使所 定電力的微波通過導波管/同軸管來供給至處理室内所配 置的天線，由天線來使微波放射至處理室内的處理空間。 以往一般的微波導入裝置是具備微波振盪器，該微波 振盪器具有：輸出被調整成所定電力的微波之磁控管、及 對磁控管供給直流的陽極（anode )電流之微波發生電源 ，使能夠經由天線來將從該微波振盪器所輸出的微波放射 -4- 200823991 至處理室内的處理空間。 但，由於磁控管的壽命短約半年，因此在使用如此的 磁控管之微波導入裝置中，有裝置成本及維修成本高等的 問題。又，由於磁控管的振盪安定性約1 %，且輸出安定 ♦ 性爲3 %程度偏差大，因此難以振盪安定的微波。 於是，在日本特開2004-1 28 1 41號公報中記載有以使 用半導體放大元件的放大器、所謂固體電路放大器（solid φ state amPlifier )來放大低電力的微波而生成必要的大電 力之微波，延長裝置壽命，取得輸出之安定的微波之技術 。此技術是以分配器來分配微波之後，用固體電路放大器 來放大從分配器所輸出的微波，且將各固體電路放大器中 所被放大的微波合成於合成器。 並且，在日本特開2004- 1 28 1 4 1號公報的技術中，由 於在合成器被要求精密的阻抗（impedance)整合，且因: 爲從合成器所輸出的大電力之微波會被傳送至隔離器（ 馨 isolator ) ’所以隔離器必須爲大型者，甚至在天線的面 内無法調整微波的輸出分布，因此作爲解決該等的技術而 言，如在特開2004- 1 283 8 5號公報中提案一以分配器來將 微波分配成複數之後在放大器放大，然後不在合成器合成 ，從複數的天線放射微波，合成於空間之技術。 然而，如此的技術必須在所被分配的各頻道中裝入2 個以上規模大的調諧短線（stub tuner )，而進行不整合 部的調諧（tuning )，因此裝置不得不形成複雜。又，亦 有無法以高精度來進行不整合部的阻抗調整之問題。 -5- 200823991 【發明內容】 本發明的目的是在於提供一種可迴避裝置的大型化及 複雜化，可以高精度來使阻抗整合之微波電漿源。 又，本發明的其他目的是在於提供一種使用如此的微 波電漿源之電漿處理裝置。 本發明的第1觀點，係提供一種微波電漿源，係用以 Φ 在處理室内形成微波電漿的微波電漿源，其特徵係具備： 微波輸出部，其係用以輸出微波； 放大器部，其係具有放大微波的放大器； 天線部，其係具有將所被放大的微波放射至上述處理 室内的天線；及 調諧器（tuner )，其係進行微波的傳送路之阻抗調整 又，上述調諧器係與上述天線部一體設置，接近於上 • 述放大器而設置。 在上述第1觀點中，上述天線可使用呈平面狀，形成 有複數的細縫者。 本發明的第2觀點，係提供一種微波電漿源，係供以 在處理室内形成微波電漿的微波電漿源，其特徵係具備： 微波輸出部，其係將微波分配成複數的狀態下輸出； 及 複數的天線模組，其係將分配成複數的狀態下輸出的 微波引導至上述處理室内， -6- 200823991 又，上述各天線模組具備： 放大器部，其係具有放大微波的放大器； 天線部，其係具有將所被放大的微波放射至上述處理 室内的天線；及 調諧器，其係進行微波的傳送路之阻抗調整， 又，上述調諧器係與上述天線部一體設置，接近於上 述放大器而設置。 在上述第2觀點中，經由上述各天線模組來引導至上 述處理室内的微波可構成合成於上述處理室内的空間。又 ，上述放大器部可具有調整微波的相位之相位器。又，上 述天線可使用呈平面狀，形成有複數的細縫者。如此形成 有複數的細縫時，上述放大器部可具有調整微波的相位之 相位器，該情況，以隣接的天線模組間細縫能夠錯開90° 的方式來配置上述複數的天線模組，且藉由上述相位器來 使隣接的天線模組間相位能夠錯開90°，藉此實現圓偏波

在上述第1、第2觀點的微波電漿源中，當上述天線 爲呈平面狀，形成有複數的細縫時，上述細縫最好爲扇形 者。此情況，上述天線部可使用具有：透過自上述天線放 射的微波之由介電體所構成的頂板、及設置於與上述天線 的頂板相反側，縮短到達上述天線的微波的波長之由介電 體所構成的慢波材者，藉由調整上述慢波材的厚度，可調 整微波的相位。又，上述頂板較理想爲四角形狀，更理想 是在中央被2分割。 200823991 在上述第1、第2觀點的微波電漿源中，上述調諧器 與上述天線可構成集總常數電路（Lumped Constant Circuit )，且上述調諧器與上述天線可具有作爲共振器的 機能。又，上述調諧器可使用具有由介電體所構成的2個 鐵芯之鐵芯調諧器。 上述放大器可適用具有半導體放大元件者。又，上述 調諧器及上述天線部較理想是配置於共通的框體内而一體 Φ 化，上述放大器較理想是藉由從上述框體延伸至上方的連 接器（connector )來經上述調諧器串聯至上述天線部，或 直接安裝於上述框體的上面。又，上述放大器部可更具有’ :從上述放大器輸出至上述天線的微波内，分離反射微波 的隔離器。 在上述第1、第2觀點的微波電漿源中，可更具有： 用以從上述放大器適當地供應微波電力給上述調諧器的給; 電變換部。 ® 上述給電變換部可爲具有進行經由介電體及天線的非 接觸給電之給電激勵構件的構成。 上述給電激勵構件可構成具有：由形成於介電體的微 帶傳輸線（open-stub)所構成的微帶線（Microstripline) 、及用以從上述放大器來給電至上述微帶線的連接器、及 透過來自上述微帶線的微波電力，作爲共振器機能的介電 體構件、及供以將透過介電體構件的微波放射至上述調諧 器的細縫天線（s 1 〇 t a n t e η n a )。此情況，上述給電變換部 可具有複數的上述連接器及上述微帶線，於各連接器連接 -8 - 200823991 放大器，來自該等放大器的微波電力會經由各微帶線來空 間合成。 又，上述給電激勵構件可具有：形成於介電體的片型 天線（patch antenna)、及從上述放大器來給電至上述片 鳜 型天線的連接器、及透過自上述片型天線放射的微波電力 後放射至上述調諧器的介電體構件。此情況，具有複數的 上述連接器及上述片型天線，於各連接器連接放大器，來 Φ 自該等放大器的微波電力會經由各片型天線來空間合成。 上述給電激勵構件可更具有：設置於與其微波電力放 射面相反側的面之反射微波電力的反射板。 本發明的第3觀點，係提供一種電漿處理裝置，係具. 備： 處理室，其係收容被處理基板； 氣體供給機構，其係對上述處理室内供給氣體； 微波電漿源，其係藉由微波來使供給至上述處理室内 ψ的氣體電漿化， 藉由電漿來對上述處理室内的被處理基板實施處理之 微波電漿處理裝置， 其特徵爲： 上述微波電漿源具有： 微波輸出部，其係用以輸出微波； 放大器部，其係具有放大微波的放大器； 天線部，其係具有將所被放大的微波放射至上述處理 室内的天線；及 -9 - 200823991 調諧器，其係進行微波的傳送路之阻抗調整， 又，上述調諧器係與上述天線部一體設置，接近於上 述放大器而設置。 本發明的第4觀點’係提供一種電漿處理裝置’係具 備· 處理室，其係收容被處理基板； 氣體供給機構’其係對上述處理室内供給氣體； 微波電漿源，其係藉由微波來使供給至上述處理室内 的氣體電漿化， 藉由電漿來對上述處理室内的被處理基板實施處理之:·· 微波電漿處理裝置， 其特徵爲： 上述微波電漿源具有： 微波輸出部，其係將微波分配成複數的狀態下輸出； 及 複數的天線模組，其係將分配成複數的狀態下輸出的 微波引導至上述處理室内， 又，上述各天線模組具備： 放大器部，其係具有放大微波的放大器； 天線部，其係具有將所被放大的微波放射至上述處理 室内的天線；及 調諧器，其係進行微波的傳送路之阻抗調整， 又’上述調諧器係與上述天線部一體設置，接近於上 述放大器而設置。 -10- 200823991 在上述第3或第4觀點中，上述氣體供給機構可使用 具有：導入電漿生成用氣體的第1氣體供給機構、及導入 處理氣體的第2氣體供給機構，最初來自上述第1氣體供 給機構的電漿生成用氣體會藉由微波來電漿化，來自上述 第2氣體供給機構的處理氣體會藉由該電漿來電漿化者。 ^ 本發明是在用以於處理室内形成微波電漿的微波電漿 源中，將調諧器與天線部一體設置，因此與該等個別設置 • 時更能夠大幅度小型化，使微波電漿源本身顯著小型化。 並且，藉由接近設置放大器、調諧器及天線，可於存在阻 抗不整合的天線安裝部份藉由調諧器來高精度調諧，可艇 實解消反射的影響。 【實施方式】 以下，參照圖面來詳細說明有關本發明的實施形態。 圖1是表示搭載有本發明的一實施形態的微波電漿源之電 • 漿處理裝置的槪略構成剖面圖，圖2是表示本實施形態的 微波電漿源的構成圖。 電漿處理裝置1 00是對晶圓施以電漿處理例如蝕刻處 理的電漿鈾刻裝置，具有：氣密構成由鋁或不鏽鋼等的金 屬材料所構成大略圓筒狀接地之處理室1、及供以在處理 室1内形成微波電漿之微波電漿源2。在處理室1的上部 形成有開口部1 a，微波電漿源2是設成由開口部1 a來面 臨處理室1的内部。 在處理室1内供以水平支持被處理體亦即晶圓W的 -11 - 200823991 基座π是藉由在處理室1的底部中央隔著絶縁構件i2a 而立設的筒狀支持構件〗2來支持的狀態下設置。構成基 座1 1及支持構件1 2的材料，例如可爲對表面施以防触鈍 化鋁（alumite )處理（陽極氧化處理）的鋁等。 又’雖未圖示’但實際在基座n設有用以静電吸附 晶圓W的静電吸盤、温度控制機構、對晶圓w的背面供 給熱傳達用氣體的氣體流路、及爲了搬送晶圓W而昇降 ® 的昇降銷等。更在基座1 1經由整合器1 3來電性連接高頻 偏壓電源1 4。由此高頻偏壓電源1 4來對基座n供給高頻 電力，藉此離子會被引入晶圓W側。 在處理室1的底部連接有排氣管15，在此排氣管]5 連接包含真空泵的排氣裝置16。然後，藉由該排氣裝置 16的作動，可對處理室1内進行排氣，而使處理室1内高 速減壓至所定的真空度。並且，在處理室1的側壁設有： 供以進行晶圓W的搬出入的搬出入口 1 7、及開閉該搬出 _ 入口 1 7的閘閥1 8。 在處理室1内的基座11的上方位置，水平設有使電 漿蝕刻用的處理氣體往晶圓W吐出的淋浴板20。此淋浴 板20具有形成格子狀的氣體流路2 1、及形成於該氣體流 路2 1的多數個氣體吐出孔22，格子狀的氣體流路2 1之間 是形成空間部23。在此淋浴板20的氣體流路21連接有延 伸至處理室1外側的配管24，在此配管24連接處理氣體 供給源2 5。 另一方面，在處理室1的淋浴板2 0的上方位置，環 -12 - 200823991 狀的電漿氣體導入構件26會沿著處理室壁而設置，在此 電漿氣體導入構件26内周設有多數個氣體吐出孔。在此 電漿氣體導入構件26經由配管28連接用以供給電漿氣體 的電漿氣體供給源27。電漿氣體可適用Ar氣體。 從電漿氣體導入構件26導入處理室1内的電漿氣體 是藉由從微波電漿源2導入至處理室1内的微波來電漿化 ，該Ar電漿會通過淋浴板20的空間部23，激勵從淋浴 # 板20的氣體吐出孔22吐出的處理氣體，形成處理氣體的 電漿。 微波電漿源2是藉由設置於處理室1上部的支持環29! 所支持，該等之間爲氣密。如圖2所示，微波電漿源2具 有：分配成複數路徑而輸出微波的微波輸出部30、及用以 將微波輸出部3 0所輸出的微波導至處理室1放射於處理 室1内的天線單元4〇。 微波輸出部30具有：電源部31、微波振盪器32、放 ® 大被振盪的微波之放大器33、及將被放大的微波分配成複 數的分配器34。 微波振盪器32是使所定頻率（例如、2.45GHz)的微 波例如PLL振盪。在分配器34，以微波的損失儘可能不 發生的方式，一邊取輸入側與輸出側的阻抗整合，一邊分 配在放大器33所被放大的微波。另外，微波的頻率，除 了 2.45GHz 以外，還可使用 8.35GHz、5.8GHz、1.98GHz 等。 天線單元40具有引導在分配器34所被分配的微波之 -13- 200823991 複數的天線模組4 1。各天線模組4 1具有： 分配的微波之放大器部42、及供以使阻抗 43、及將所被放大的微波放射至處理室1内 然後，如此從複數的天線模組4 1的天線部 至處理室1内，而得以在處理室内空間合成 ^ 放大器部42具有：相位器45、可變增 構成固體電路放大器的主放大器47、及隔離 φ 相位器45是構成可藉由鐵芯調諧器（： 使微波的相位變化，藉由此調整，可使放射 如，依各天線模組調整相位，藉此控制指向 布變化，或如後述般在相隣的天線模組中各 ，可取得圓偏波。但，如此放射特性的調變 必設置相位器45。 可變增益放大器46是調整輸入至主放^ 的電力位準，供以調整各個天線模組的不均 • 整的放大器。藉由使可變增益放大器46變 組，亦可在所發生的電漿中產生分布。 ^ 構成固體電路放大器的主放大器47，例 可形成具有輸入整合電路61、半導體放大i 整合電路63、及高Q共振電路64的構成。 件62可使用能成爲E級動作的GaAs HEMT LD-MOS。特S!J是半導體放大元件62爲使用 ，可變增益放大器是形成一定値，將E級動 源電壓設爲可變，進行功率控制。 主要放大所被 整合的調諧器 的天線部44。 44來放射微波 微波。 益放大器46、 器48。 slug tuner )來 特性調變。例 性來使電漿分 錯開9 0 °相位 不需要時，不 k器47的微波 或電漿強度調 化於各天線模 ί如圖3所示， 疋件62、輸出 半導體放大元 、GaNHEMT、 GaNHEMT 時 I作放大器的電 -14· 200823991 隔離器48是用以分離在天線部44反射後朝向主放大 器4 7的反射微波者，具有循環器（c i r c u 1 a t 〇 r )及假負載 (dummy load)(同軸終端器）。循環器是在於將反射於 天線部44後的微波引導至假負載，假負載是在於將藉由 循環器所引導的反射微波變換成熱。 • 由於本實施形態是設置複數的天線模組41，將自各天 線模組的天線部44所放射後的微波予以空間合成，因此 Φ 隔離器4 8可爲小型者，可鄰接於主放大器4 7而設置。 調諧器43與天線部44，如圖4所示，爲構成一體的 單元，具有共通的框體50。在框體50的下部配置天線部; 44，在上部配置調諧器43。框體50爲金屬製，形成圓筒 狀，構成同軸管的外側導體。 天線部44具有平面細縫天線51，該平面細縫天線5 1· 是呈平面狀具有細縫51 a，從此平面細縫天線5 1往上方 呈同軸管的内側導體的金屬棒52會垂直延伸。 ® 在框體50的上端安裝有給電變換部53，在給電變換 部53的上端安裝有同軸連接器（N形連接器）65。然後 ，上述主放大器47是經由同軸電纜66來連接至此同軸連 接器65。在同軸電纜66的途中介在隔離器48。主放大器 47爲功率放大器處理大電力，因此進行E級等高效率的 動作，但因爲其熱相當於數十〜數百kW，所以基於放熱 的觀點直列裝於天線部44。給電變換部5 3爲了傳送微波 ，而從同軸連接器65到框體50爲止，傳送路會形成慢慢 地擴大。 -15- 200823991 框體5 0的上面爲了接地而形成金屬面，但若在微波 的傳送方式下工夫，亦可在框體50的上面直接安裝主放 大器47。藉此，可構築更小型且放熱特性良好的天線模組 〇 另外，隔離器48是鄰接於主放大器47而設置。並且 ，在與給電變換部53上端的金屬棒52接觸的部份設有絶 縁構件54。 天線部44具有設置於平面細縫天線5 1上面的慢波材 55。慢波材55是具有比真空更大的介電常數，例如藉由 石英、陶瓷、聚四乙烯（Polytetrafluoroethylene)等的· 氟系樹脂或聚醯亞胺系樹脂所構成，在真空中微波的波長 會變長，因此具有縮短微波的波長來調整電漿的機能。慢 波材5 5可依其厚度來調整微波的相位，以平面細縫天線 5 1可形成駐波的「腹部」之方式來調整其厚度。藉此，可 使反射最小，平面細縫天線5 1的放射能量形成最大。 並且，在平面細縫天線5 1的下面，配置有真空密封 用的介電體構件，例如由石英或陶瓷等所構成的頂板56。 然後，在主放大器47所被放大的微波會通過金屬棒52與 框體50的周壁之間，從平面細縫天線51的細縫51a透過 頂板5 6來放射至處理室1内的空間。 此刻的細縫5 1 a，如圖5所示，較理想是扇形者，設 置圖示的2個、或4個。並且，頂板56，如圖6所示，較 理想是四角形狀（長方體）。藉此，可使微波以TE模式 來有效率地傳達。又，如圖7所示，更理想是以間隔板5 7 -16- 200823991 來2分割四角頂板。藉此，假Τ E波可傳達於頂板56中 ，因此可更擴大調諧範圍。 調諧器43是在比框體50的天線部44更上部份具有2 個鐵芯58,構成鐵芯調諧器。鐵芯58是由介電體所構成 的板狀體，在金屬棒52與框體50的外壁之間設成圓環狀 ~ 。然後，根據來自控制器60的指令，藉由驅動部59來使 該等鐵芯5 8上下動，藉此可調整阻抗。控制器60是以終 Φ 端例如可形成5 0Ω的方式來實行阻抗調整。若只使2個鐵 芯的其中一方作動，則描繪通過史密斯圓圖（Smith chart )的原點之軌跡，若雙方同時作動，則僅相位旋轉。 在本實施形態中，主放大器47、調諧器43及平面細 縫天線5 1是接近配置。然後，調諧器43與平面細縫天線 51是構成存在於一波長内的集總常數電路，且該等具有作 爲共振器的機能。 電漿處理裝置100的各構成部可藉由具備微處理器的 • 控制部70來控制。控制部70具備記憶製程處方的記憶部 、輸入手段及顯示器等，可按照所被選擇的處方來控制電 ^ 漿處理裝置。 ， 其次，說明有關以上那樣構成的電漿處理裝置的動作 〇 首先，將晶圓W搬入處理室1内，載置於基座1 1上 。然後，一面從電漿氣體供給源27經由配管28及電漿氣 體導入構件26來將電漿氣體、例如A I*氣體導入至處理 室1内，一面從微波電漿源2來將微波導入至處理室1内 -17- 200823991 而形成電漿。 其次，處理氣體、例如Cl2氣體等的餽刻氣體會從處 理氣體供給源25經由配管24及淋浴板20來吐出至處理 室1内。所被吐出的處理氣體是藉由通過淋浴板20的空 間部23的電漿來激勵而電漿化，藉由如此形成之處理氣 ^ 體的電漿來對晶圓W施以電漿處理、例如蝕刻處理。 此情況，在微波電漿源2中，從微波輸出部30的微 φ 波振盪器32所被振盪的微波是在放大器33被放大之後， 藉由分配器34來分配成複數，所被分配的微波是在天線 單元40中被引導至複數的天線模組41。在天線模組41中 ，是以構成固體電路放大器的主放大器47來個別放大如 此被分配成複數的微波，使用平面細縫天線51來個別放 射後合成於空間，因此不需要大型的隔離器或合成器。又 ，由於天線部44與調諧器43是在同一框體内成一體設置 ，因此形成極小型。所以，微波電漿源2本身與以往相較 Φ 之下可顯著小型化。又，主放大器47、調諧器43及平面 細縫天線5 1會被接近設置，特別是調諧器43與平面細縫 ^ 天線5 1構成集總常數電路，且具有作爲共振器的機能， 藉此可於存在阻抗不整合的平面細縫天線安裝部份藉由調 諧器43來高精度調諧，可確實解消反射的影響。 又，藉由如此調諧器43與平面細縫天線5 1接近，構 成集總常數電路且具有作爲共振器的機能，可高精度解消 至平面細縫天線5 1爲止的阻抗不整合，可實質地將不整 合部份作爲電漿空間，因此可藉由調諧器43來形成高精 -18- 200823991 度的電漿控制。又，藉由使安裝於平面細縫天線5 1的頂 板5 6形成四角狀，可將微波作爲TE波來高效率放射，更 以間隔板57來2分割四角狀的頂板56，藉此假TE波可 傳達於頂板56中，因此可更擴大調諧範圍，使電漿的控 制性形成更良好。 ^ 又，藉由相位器來使各天線模組的相位變化，可進行 微波的指向性控制，可容易進行電漿等的分布調整。又， φ 如圖8所示，以隣接的天線模組間細縫5 1 a能夠錯開90° 的方式來配置複數的天線模組4 1，且藉由相位器，45來使 隣接的天線模組間相位能夠錯開90°，藉此可實現圓偏波 。在此，圖8是表示天線單元40的一部份。 其次，說明有關從主放大器47往調諧器43傳送微波 電力的方式的其他例。 在上述實施形態中，從主放大器47往調諧器43之微 波電力的傳送（給電）是經由同軸連接器65利用同軸構 Φ 造的給電變換部5 3來進行，但此情況，必須慢慢地擴大 給電變換部5 3的傳送路，因此無法充分謀求裝置的小型 ’ 化。並且，在上述實施形態中是形成往調諧器43連接1 個放大器的形態，但此會發生無法取得充分的輸出之情況 〇 爲了改良如此的點，如圖9所示，可使用進行經由介 電體及天線的非接觸給電之給電激勵板80作爲給電變換 部。給電激勵板80是將自主放大器47所傳送的微波電力 予以放射供給至調諧器43者，具有：在介電體板75形成 •19- 200823991 有微帶線76而成的印刷配線基板（PCB) 71、及 PCB71下介質耦合的介電體構件72、及設於介 72下面的細縫天線73、及設於印刷配線基板（ 上面的反射板74。另外，在圖9中，對與圖4相 同樣的符號，而省略其説明。 ’ PCB71是如圖10所示，在介電體板75的背 由Cu等的導體所構成的微帶線76，且在對應於 φ 75的周面的微帶線76的部份安裝有連接器78。 是作爲微帶傳輸線來形成，與其細縫天線的位置 計成電流密度最大値會在細縫中心。連接器7 8 76是各設2個，可連接2個放大器。從該等2 7 8給電時，是在共振部份被電力合成（空間合成 給至調諧器43。另外，連接器78及微帶線76可 3個以上，3個以上時也是與2個時同樣，所被 波會被空間合成。 ® 介電體構件72是例如以石英所構成，與細^ 一起具有作爲共振器的機能，如圖1 1所示，在 通有至細縫天線7 3的中心導體7 7。 細縫天線7 3是例如由C u所構成，如圖12 介電體構件72的背面例如藉由電鍍所形成者， 有扇形的細縫7 3 a。細縫7 3 a如圖示設置2個， 形成l/2xXg。另外，細縫亦可爲其他的形狀。又 非限於2個，例如可設置4個。又，亦可消除細 ’當作波長爲 l/4xXg的單極（monopole)天線 設成可在 電體構件 PCB ) 71 同者賦予 面形成有 介電體板 微帶線76 關係是設 及微帶線 個連接器 )放射供 爲1個或 供給的微 睫天線73 其中心貫 所示，在 例如形成 其長度約 ^細縫並 縫天線7 3 來進行電 -20- 200823991 力供給。 反射板74是例如由Cu所構成，在PCB71的上面例 如藉由電鍍所形成，使微波電力反射來防止微波電力藉由 輻射而漏出。 在如此構成的給電激勵板8 0中，來自主放大器4 7的 ’ 微波是經由連接器78來供給至PCB71的微帶線76，經由 介電體構件72來到達細縫天線73，從在此形成的細縫 φ 73a來放射供給至調諧器43。 此情況的給電方式是與以往使用同軸電纜者相異，爲 經由介電體及天線的非接觸給電，使用介電體作爲共振器 ，因此可使給電變化部亦即給電激勵板80小型化。並且 ，藉由設置2個以上連接器78及微帶線76，可從複數的 主放大器來給電，在共振部份被電力合成而放射供給至調 . 諧器43，此情況的合成爲空間合成，與在基板上合成時相 較之下，可擴大合成容量，且可使給電變換部53形成非 # 常小型。並且，只要設置複數個連接器78及微帶線76便 可電力合成，因此可爲極簡易的構造。 在圖9的微波電漿源中，到調諧器爲止的電路的阻抗 是例如形成50Ω。並且，調諧器與天線間的電氣長是形成 1/2波長以内，其間取匹配（matching )，所以視爲集總 常數電路（lumped constant circuit )，駐波（Standing Wave)的發生形成最小。 從主放大器47往調諧器43傳送微波電力的另外其他 方法，可舉圖1 3所示利用片型天線的給電激勵板者。圖 -21 - 200823991 1 3的給電激勵板90是與上述給電激勵板8 0同樣進行經由 介電體及天線的非接觸給電者，將從主放大器47所傳送 的微波放射供給至調諧器43。此給電激勵板90是具有： 在介電體板84形成有片型天線8 5而成的印刷配線基板（ PCB) 81、及設成可在PCB81下介質耦合的介電體構件82 ’ 、及設於PCB81上面的反射板83。另外，在圖13中，對 與圖4相同者賦予同樣的符號，而省略其説明。 Φ 在PCB8 1的上面安裝有給電用的2個連接器87，如 圖14所示，PCB81上面的連接器87以外的部份爲反射板 83所覆蓋。如圖15所示，在對應於PCB81的背面的2個 連接器87之位置，扇狀的片型天線85會分別從介電體板 84突出設置，經由連接器87來給電至片型天線85。往片 型天線85的給電點85a是形成偏離中心位置的位置。在2 個連接器87可分別連接主放大器，使能夠從主放大器經 由連接器87來給電至各片型天線85。另外，連接器87及 • 片型天線85可爲1個或3個以上。 介電體構件82是例如以石英所構成，具有透過自片 型天線8 5所放射的電力而放射至調諧器43的機能。此時 微波的波長，根據介電體構件82的比介電常數sr，縮短 成λ8 = λ/εΓ 1/2。在其中心貫通有至金屬棒52的中心導體86 〇 反射板83是例如由Cii所構成，在PCB81的上面例 如藉由電鍍所形成，使微波電力反射來防止微波電力藉由 輻射而漏出。 -22- 200823991 在如此構成的給電激勵板90中，來自主放大器47的 微波是經由連接器87來供給至PCB81的片型天線85，在 片型天線85共振，經由介電體構件82來放射供給至調諧 器43 〇 此情況的給電方式是與以往使用同軸電纜者相異，爲 經由介電體及天線的非接觸給電，使用片型天線8 5及介 電體作爲共振器，因此可使給電變化部亦即給電激勵板90 # 小型化。並且，在介電體構件82中，微波的波長是縮短 成λ; = λ/εΓ1/2，因此可縮小片型天線85。而且，藉由設置 2個以上連接器87及片型天線85，可從複數的主放大器 來給電，在共振部份被電力合成而放射供給至調諧器4 3， 此情況的合成爲空間合成，與在基板上合成時相較之下， 可擴大合成容量，且可形成非常小型。並且，只要設置複 數個連接器87及片型天線85便可電力合成，因此可爲極 簡易的構造。 • 其次，說明有關模擬結果。 在此，如圖16所示，在平面細縫天線5 1設置2個扇 形的細縫5 1 a，可藉調諧器43的2個鐵芯58來改變距離 L1，L 2，使圖中的A〜F最適化，更針對設置四角狀的頂 板時進行模擬。在此，A是從給電點到細縫5 ! a的距離， B是細縫5 1 a的角度，C是從細縫5 1 a到天線端的距離， D是天線51的外徑尺寸，E是從天線51到内側導體端部 的距離，F是鐵芯5 8的厚度。例如，a = 1 5 m m、B = 7 8度、 C = 2 0 m m、D = 9 0 m m、E = 1 7 2 m m、F = 1 5 m m。 -23- 200823991 其結果爲圖17所示。在圖17中，橫軸是頂板56的 寬，縱軸是s ! 1 (反射係數）的最大可用功率增益（M A G * Maximum Available Power Gain)。根據圖 17 可確言忍出 S! 1的最大可用功率增益下降至0.2dB附近，電磁波會被 有效率地放射，對頂板尺寸而言爲安定，可使ΤΈ 1 0模式 ^ 安定傳達。但，只使頂板形成四角狀，調諧範圍並非一定 夠充分，因此如圖7所示，在頂板5 6的中央放入間隔板 • 而同樣進行模擬的結果，只使鐵芯5 8的一方移動時的極 性圖及史密斯圓圖是形成圖18A、圖18B所示般，使雙方 移動時的極性圖及史密斯圓圖是形成圖19A及圖19B所示 般，SWWR可調諧至20水準。 另外，本發明並非限於上述實施形態，可在本發明的 思想範圍内實施各種的變形。例如，微波輸出部3 0的電 路構成或天線單元4 0、主放大器4 7的電路構成等，並非 限於上述實施形態。具體而言，不必進行從平面細縫天線 # 放射之微波的指向性控制或形成圓偏波時，不需要相位器 。又，天線單元40並非一定要以複數的天線模組4 1來構 成，如遠程電漿（Remote Plasma )等較小的電漿源即夠 充分時，1個天線模組便足夠。又，主放大器47中，半導 體放大元件的個數亦可爲複數。 形成於平面細縫天線5 1的細縫，爲了能夠縮短其本 身的長度且小型化，較理想是扇形，但並非限於此。而且 ，細縫的數目也並非限於上述實施形態。例如圖2 0所示 可適用設置4個細縫5 1 b的平面細縫天線5 Γ。在此圖中 -24 - 200823991 雖各細縫5 1 b爲直線狀，但當然亦可爲扇形。 又，上述實施形態中，電漿處理裝置爲蝕刻處理裝置 ，但並非限於此，亦可利用於成膜處理、氧氮化膜處理、 灰化處理等的其他電漿處理。又，被處理基板並非限於半 導體晶圓W ’亦可爲以L C D (液晶顯不器）用基板爲代表 的F P D (平面直角顯示器（F1 a t P a n e 1 D i s p 1 a y ))基板、 或陶瓷基板等其他的基板。 【圖式簡單說明】 圖1是表示搭載有本發明的一實施形態的微波電漿源 之電漿處理裝置的槪略構成剖面圖。 圖2是用以說明本發明的一實施形態的微波電漿源的 槪略構成方塊圖。 圖3是表示主放大器的電路構成圖。 圖4是表示圖1的裝置之調諧器及天線部的剖面圖。 • 圖5是表示平面細縫天線的較佳形態的平面圖。 圖6是表示具有四角狀的頂板之天線部的立體圖。 圖7是表示以間隔板來2分割四角狀的頂板的狀態的 天線部的立體圖。 圖8用以說明發生圓偏波時的複數個天線模組的配置 例之天線單元的一部份的底面圖。 圖9是表示從主放大器來給電至調諧器時的給電變換 部的其他例之給電激勵板的剖面圖。 圖1 〇是表示圖9的給電激勵板的印刷配線基板的背 -25- 200823991 面圖。 圖1 1是表示圖9的給電激勵板的介電體構件的背面 圖。 圖1 2是表示圖9的給電激勵板的細縫天線的底面圖 〇 圖1 3是表示從主放大器來給電至調諧器時的給電變 換部的另外其他例的其他給電激勵板的剖面圖。 • 圖1 4是表示圖1 3的給電激勵板的平面圖。 圖1 5是表示圖1 3的給電激勵板的印刷配線基板的背 面圖。 圖1 6是用以說明模擬用的天線部及調諧器部的構成 圖。 圖1 7是表示模擬結果。 圖18A是表示模擬結果。 _ 18B是表示模擬結果。 < 圖19A是表示模擬結果。 、 _ 19B是表示模擬結果。 圖20是表示平面細縫天線的其他較佳形態的平面圖 〇 [$要元件符號說明】 1 :處理室 U :開口部 2 :微波電漿源 11 :基座 -26- 200823991 1 2 :支持構件 12a :絶緣構件 13 :整合器 1 4 :局頻偏壓電源 15 :排氣管 1 6 :排氣裝置 17 :搬出入口 1 8 :閘閥 2 0 :淋浴板 2 1 :氣體流路 22 :氣體吐出孔 23 :空間部 24 :配管 25 :處理氣體供給源 26 :電漿氣體導入構件 27 :電漿氣體供給源 28 :配管 29 :支持環 3 0 :微波輸出部 3 1 :電源部 32 :微波振盪器 33 :放大器 34 :分配器 40 :天線單元 -27 200823991 41 :天線模組 42 :放大器部 43 :調諧器 44 :天線部 45 :相位器 46 :可變增益放大器 47 :主放大器 48 :隔離器 50 :框體 51 :平面細縫天線 51a :細縫 5 2 :金屬棒 5 3 :給電變換部 54 :絶緣構件 5 5 :慢波材 5 6 :頂板 5 7 :間隔板 5 8 :鐵芯 5 9 :驅動部 6〇 :控制器 61 :輸入整合電路 62 :半導體放大元件 63 :輸出整合電路 64 :高Q共振電路 -28 - 200823991 65 :同軸連接器 66 :同軸電纜 70 :控制部 71 :印刷配線基板（PCB) 72 :介電體構件 73 :細縫天線 73a ：細縫 74 :反射板 75 :介電體板 76 :微帶線 77 :中心導體 78 :連接器 80 :給電激勵板 81 :印刷配線基板（PCB ) 82 :介電體構件 83 :反射板 84 :介電體板 85 :片型天線 8 5 a :給電點 86 :中心導體 87 :連接器 90 :給電激勵板 100 :電漿處理裝置 W :晶圓 -29-

Claims (1)

1. 200823991 十、申請專利範圍 1 ·-種微波電漿源，係用以在處理室内形成微波電漿 的微波電漿源，其特徵係具備： 微波輸出部，其係用以輸出微波； 放大器部’其係具有放大微波的放大器； $線部’其係具有將所被放大的微波放射至上述處理 室内的天線；及 • 調諧器’其係進行微波的傳送路之阻抗調整， 又’上述調諧器係與上述天線部一體設置，接近於上 述放大器而設置。 2.如申請專利範圍第1項之微波電漿源，其中，上述 天線係呈平面狀，形成有複數的細縫。 3 .如申請專利範圍第2項之微波電漿源，其中，上述 細縫係具有扇形。 4·如申請專利範圍第2項之微波電漿源，其中，上述 • 天線部係具有：透過自上述天線放射的微波之由介電體所 構成的頂板、及設置於與上述天線的頂板相反側，縮短到 達上述天線的微波的波長之由介電體所構成的慢波材。 5·如申請專利範圍第4項之微波電漿源，其中，藉由 調整上述慢波材的厚度來調整微波的相位。 6. 如申請專利範圍第4項之微波電漿源，其中，上述 頂板爲四角形狀。 7. 如申請專利範圍第6項之微波電漿源，其中，上述 頂板係於中央被2分割。 -30- 200823991 8. 如申請專利範圍第1項之微波電漿源，其中，上述 調諧器與上述天線係構成集總常數電路。 9. 如申請專利範圍第1項之微波電漿源，其中，上述 調諧器與上述天線係具有作爲共振器的機能。 10. 如申請專利範圍第1項之微波電漿源，其中，上 述調諧器爲具有由介電體所構成的2個鐵芯之鐵芯調諧器 〇 φ 11.如申請專利範圍第1項之微波電漿源，其中，上 述放大器係具有半導體放大元件。 12. 如申請專利範圍第1項之微波電漿源，其中，上 述調諧器及上述天線部係配置於共通的框體内而一體化。 13. 如申請專利範圍第12項之微波電漿源，其中，上 述放大器係藉由從上述框體延伸至上方的連接器來經上述 調諧器串聯至上述天線部。 14·如申請專利範圍第12項之微波電漿源，其中，上 ® 述放大器係直接安裝於上述框體的上面。 1 5·如申請專利範圍第1項之微波電漿源，其中，上 述放大器部更具有：從上述放大器輸出至上述天線的微波 内，分離反射微波的隔離器。 16·如申請專利範圍第1項之微波電漿源，其中，更 具有：用以從上述放大器適當地供應微波電力給上述調諧 器的給電變換部。 17.如申請專利範圍第16項之微波電漿源，其中，上 述給電變換部具有··進行經由介電體及天線的非接觸給電 -31 - 200823991 之給電激勵構件。 18·如申請專利範圔第17項之微波電漿源，其中，上 述給電激勵構件具有··由形成於介電體的微帶傳輸線所構 成的微帶線、及用以從上述放大器來給電至上述微帶線的 連接器、及透過來自上述微帶線的微波電力，作爲共振器 * 機能的介電體構件、及供以將透過介電體構件的微波放射 至上述調諧器的細縫天線。 φ 19·如申請專利範圍第18項之微波電漿源，其中，具 有複數的上述連接器及上述微帶線，於各連接器連接放大 器，來自該等放大器的微波電力會經由各微帶線來空間合 .成。 20.如申請專利範圍第23項之微波電漿源，其中，上 述給電激勵構件具有：形成於介電體的片型天線、及從上 述放大器來給電至上述片型天線的連接器、及透過自上述 片型天線放射的微波電力後放射至上述調諧器的介電體構 • 件。 2 1 .如申請專利範圍第1 7項之微波電漿源，其中，具 ^ 有複數的上述連接器及上述片型天線，於各連接器連接放 大器，來自該等放大器的微波電力會經由各片型天線來空 間合成。 22.如申請專利範圍第17項之微波電漿源，其中，上 述給電激勵構件更具有：設置於與其微波電力放射面相反 側的面之反射微波電力的反射板。 2 3.—種微波電漿源，係供以在處理室内形成微波電 -32- 200823991 漿的微波電漿源，其特徵係具備： 微波輸出部，其係將微波分配成複數的狀態下輸出； 及 複數的天線模組，其係將分配成複數的狀態下輸出的 微波引導至上述處理室内， 又，上述各天線模組具備： 放大器部，其係具有放大微波的放大器； 天線部，其係具有將所被放大的微波放射至上述處理 室内的天線；及 調諧器，其係進行微波的傳送路之阻抗調整， 又’上述調諧器係與上述天線部一體設置，接近於上 述放大器而設置。 24·如申請專利範圍第23項之微波電漿源，其中，經 由上述各天線模組來引導至上述處理室内的微波係合成於 上述處理室内的空間。 25·如申請專利範圍第23項之微波電漿源，其中，上 述放大器部係具有調整微波的相位之相位器。 26·如申請專利範圍第23項之微波電漿源，其中，上 述天線係呈平面狀，形成有複數的細縫。 27·如申請專利範圍第26項之微波電漿源，其中，上 述放大器部係具有調整微波的相位之相位器。 28·如申請專利範圍第25項之微波電漿源，其中，以 隣接的天線模組間細縫能夠錯開90°的方式來配置上述複 數的天線模組，且藉由上述相位器來使隣接的天線模組間 -33- 200823991 相位能夠錯開90°。 2 9.如申請專利範圍第23項之微波電漿源，其中，上 述調諧器及上述天線部係配置於共通的框體内而一體化。 3 0.如申請專利範圍第29項之微波電漿源，其中，上 述放大器係藉由從上述框體延伸至上方的連接器來經上述 " 調諧器串聯至上述天線部。 3 1 .如申請專利範圍第29項之微波電漿源，其中，上 • 述放大器係直接安裝於上述框體的上面。 3 2·如申請專利範圍第23項之微波電漿源，其中，更 具有：用以從上述放大器適當地供應微波電力給上述調諧 器的給電變換部。 3 3.如申請專利範圍第32項之微波電漿源，其中，上 述給電變換部具有：進行經由介電體及天線的非接觸給電 之給電激勵構件。 3 4.如申請專利範圍第33項之微波電漿源，其中，上 • 述給電激勵構件具有：由形成於介電體的微帶傳輸線所構 成的微帶線、及用以從上述放大器來給電至上述微帶線的 連接器、及透過來自上述微帶線的微波電力，作爲共振器 機能的介電體構件、及供以將透過介電體構件的微波放射 至上述調諧器的細縫天線。 3 5·如申請專利範圍第34項之微波電漿源，其中，具 有複數的上述連接器及上述微帶線，於各連接器連接放大 器’來自該等放大器的微波電力會經由各微帶線來空間合 成。 -34- 200823991 3 6·如申請專利範圍第33項之微波電漿源，其中，上 述給電激勵構件具有：形成於介電體的片型天線、及從上 述放大器來給電至上述片型天線的連接器、及透過自上述 片型天線放射的微波電力後放射至上述調諧器的介電體構 件。 3 7 .如申請專利範圍第3 6項之微波電漿源，其中，具 有複數的上述連接器及上述片型天線，於各連接器連接放 Φ 大器，來自該等放大器的微波電力會經由各片型天線來空 間合成。 3 8·如申請專利範圍第33項之微波電漿源，其中，上 述給電激勵構件更具有：設置於與其微波電力放射面相反 側的面之反射微波電力的反射板。 39.—種電漿處理裝置，係具備： 處理室，其係收容被處理基板； 氣體供給機構，其係對上述處理室内供給氣體；及 • 微波電漿源，其係藉由微波來使供給至上述處理室内 的氣體電漿化， 藉由電漿來對上述處理室内的被處理基板實施處理之 微波電漿處理裝置， 其特徵爲： 上述微波電漿源具有： 微波輸出部，其係用以輸出微波； 放大器部，其係具有放大微波的放大器； 天線部，其係具有將所被放大的微波放射至上述處理 -35- 200823991 室内的天線；及 調諧器’其係進行微波的傳送路之阻抗調整， 又，上述調諧器係與上述天線部一體設置，接近於上 述放大器而設置。 4〇·如申請專利範圍第39項之電漿處理裝置，其中， 上述氣體供給機構具有··導入電漿生成用氣體的第1氣體 供給機構、及導入處理氣體的第2氣體供給機構，最初來 Φ 自上述第1氣體供給機構的電漿生成用氣體會藉由微波來 電漿化，來自上述第2氣體供給機構的處理氣體會藉由該 電漿來電漿化。 41. 一種電漿處理裝置，係具備： 處理室，其係收容被處理基板； 氣體供給機構，其係對上述處理室内供給氣體； 微波電漿源，其係藉由微波來使供給至上述處理室内 的氣體電漿化， ® 藉由電漿來對上述處理室内的被處理基板實施處理之 微波電漿處理裝置， 其特徵爲： 上述微波電漿源具有： 微波輸出部，其係將微波分配成複數的狀態下輸出； 及 複數的天線模組，其係將分配成複數的狀態下輸出的 微波引導至上述處理室内， 又，上述各天線模組具備： -36- 200823991 放大器部，其係具有放大微波的放大器； 天線部，其係具有將所被放大的微波放射至上述處理 室内的天線；及 調諧器，其係進行微波的傳送路之阻抗調整， 又’上述調諧器係與上述天線部一體設置，接近於上 ^ 述放大器而設置。 42·如申請專利範圍第41項之電漿處理裝置，其中， Φ 上述氣體供給機構具有：導入電漿生成用氣體的第1氣體 供給機構、及導入處理氣體的第2氣體供給機構，最初來 自上述第1氣體供給機構的電漿生成用氣體會藉由微波來 電漿化，來自上述第2氣體供給機構的處理氣體會藉由該 電漿來電漿化。 -37-