TWI523584B - Electromagnetic wave feeding mechanism and microwave introduction mechanism - Google Patents

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Description

電磁波供電機構及微波導入機構
本發明，係有關於電磁波供電機構及微波導入機構。
在半導體裝置或者是液晶顯示裝置之製造工程中，為了對於半導體晶圓或玻璃基板之類的被處理基板施加蝕刻處理或成膜處理等之電漿處理，係使用有電漿蝕刻裝置或者是電漿CVD成膜裝置等之電漿處理裝置。
近年來，作為此種電漿處理裝置，能夠以高密度而均一地形成低電子溫度之表面波電漿的RLSA(Radial Line Slot Antenna)微波電漿處理裝置係受到矚目(例如，日本特開2007-109457號公報)。
RLSA微波電漿處理裝置，係在腔之上部設置以特定之圖案而被形成有溝槽之平面天線(Radial Line Slot Antenna)，並將從微波產生源而通過同軸構造之導波路所導引而來之微波，從平面天線之溝槽來輻射至腔內，並藉由微波電場來將被導入至腔內之氣體電漿化，而對於半導體晶圓等之被處理體進行電漿處理。
又，係提案有下述之微波電漿處理裝置：亦即是，係具備有微波電漿源，其係將微波分配為複數，並藉由固態放大器來作放大，再透過具備有同軸構造之導波路和上述一般之被形成有溝槽的平面天線之複數的天線模組，來將微波導引至腔內，並在腔內將微波作空間合成(國際公開第2008/013112號小冊)。
為了將如同微波電力一般之電磁波電力供電至同軸構造之導波路處，如同在上述專利文獻2中亦有所記載一般，通常係在同軸構造之導波路的軸之延長線上設置供電埠，並從該處來供電。
然而，在裝置的設計上，亦會有想要在與同軸構造之導波路的軸之延長線相對應的部分處而設置有驅動機構或其他之構件的情況，而在該種情況下之有效的供電方式，係並不存在。
本發明之目的，係在於提供一種；就算是在無法從同軸構造之導波路的軸之延長線上來將電磁波電力作供電的情況時，亦能夠有效地將電磁波電力對於同軸構造之導波路作供電的電磁波供電機構、以及使用有該種電磁波供電機構之微波導入機構。
若依據本發明之第1觀點，則係提供一種電磁波供電機構，其係為對於同軸構造之導波路供給電磁波電力之電磁波供電機構，其特徵為，具備有：電力導入埠，係被設置在前述同軸構造之導波路的側部，並被連接有供電線；和供電天線，係與前述供電線作連接，並對於前述導波路之內部輻射電磁波電力，前述供電天線，係具備有：天線本體，係具有與前述供電線作連接之第1極、和與前述導波路之內側導體相接觸之第2極；和反射部，係從前述天線本體之兩側起沿著前述內側導體之外側而延伸，並形成為環狀，藉由入射至前述天線本體之電磁波和以前述反射部所反射了的電磁波，來形成駐波，並藉由以該駐波所產生之感應磁場以及感應電場的連鎖作用，來使電磁波電力在前述導波路作傳導。
在上述第1觀點中，亦可設為下述之構成：亦即是，係更進而具備有被設置在與前述導波路之供電方向相反側處的反射板，將從前述供電天線所供給而來之電磁波電力藉由前述反射板而反射並在前述導波路作傳導。又，亦可設為更進而具備有被設置在前述反射板和前述供電天線之間的慢波材，以將電磁波之實效波長縮短。
若依據本發明之第2觀點，則係提供一種微波導入機構，其係為在用以於腔內形成表面波電漿之表面波電漿源中所使用的微波導入機構，其特徵為，具備有：導波路，係成為同軸構造；和電力導入埠，係被設置在前述同軸構造之導波路的側部，並連接有供電線；和供電天線，係被與前述供電線作連接，並對於前述導波路之內部輻射電磁波電力；和天線部，係具備有將被供給至前述導波路處之微波輻射至前述腔內之微波輻射天線，前述供電天線，係具備有：天線本體，係具備有被與前述供電線作連接之第1極、和與前述導波路之內側導體相接觸之第2極；和反射部，係從前述天線本體之兩側起沿著前述內側導體之外側而延伸，並形成為環狀，藉由入射至前述天線本體之電磁波和以前述反射部所反射了的電磁波，來形成駐波，並藉由以該駐波所產生之感應磁場以及感應電場的連鎖作用，來使電磁波電力在前述導波路作傳導。
在上述第2觀點中，係亦可設為下述之構成：亦即是，係更進而具備有：被設置在前述導波路處，並根據通過前述導波路之微波中的朝向前述腔之入射波和藉由反射而返回之反射波的其中一者來將電流取出之方向性耦合器；和具備有將前述方向性耦合器所取出之電流檢測出來的檢測器之入射波反射波監測器。於此情況，較理想，前述方向性耦合器，係具備有：被形成在前述同軸構造之導波路的外側導體處之細縫；和被設置在前述細縫內之板狀導體；和將在前述板狀導體中流動之電流取出的一對之導電銷；和在前述外側導體之外側處，以與前述板狀導體相對向的方式並且以能夠對於其與前述板狀導體間之距離作調整的方式而作了設置的由導電體所成之調整器，前述細縫，係成為使與前述調整器相對向之部分與前述調整器相對應地而作了擴廣的形狀。又，係可設為下述之構成：亦即是，係更進而具備有：被設置在前述電力導入埠與前述天線部之間，並將前述腔內之負載的阻抗整合為被搭載於前述表面波電漿源處之微波電源的特性阻抗之調諧器，前述調諧器，係具備有被設置在前述外側導體和前述內側導體之間，並可沿著內側導體之長邊方向而移動，且成為環狀之由介電質所成的塊體，前述方向性耦合器，係被設置在前述電力導入埠與前述塊體之間、或/以及前述塊體與前述天線部之間。
以下，參考所添附之圖面，針對本發明之實施型態作詳細說明。
〈表面波電漿處理裝置之構成〉
圖1，係為對於具備被適用有本發明之其中一種實施形態的電磁波供電機構之微波導入機構的表面波電漿處理裝置之概略構成作展示之剖面圖，圖2，係為對於作為表面波電漿源而具備有微波導入機構的微波電漿源的構成作展示之構成圖。
表面波電漿處理裝置100，係作為對於晶圓而施加身為電漿處理之例如蝕刻處理的電漿蝕刻裝置而構成，並具備有構成為氣密之由鋁或者是不鏽鋼等之金屬材料所成的略圓筒狀之被接地的腔1、和用以在腔1內而形成微波電漿之微波電漿源2。在腔1之上部，係被形成有開口部1a，微波電漿源2，係以從此開口部1a來面臨著腔1之內部的方式來作設置。
在腔1內，用以將身為被處理體之晶圓W水平地作支持的支持器11，係以藉由在腔1之底部中央處隔著絕緣構件12a而立起設置的筒狀之支持構件12來作支持的狀態，而被作設置。作為構成支持器11以及支持構件12的材料，係可例示有將表面作了氧皮鋁處理(陽極氧化處理)之鋁等。
又，雖並未圖示，但是，在支持器11處，係被設置有用以將晶圓W作靜電吸附之靜電吸盤、溫度控制機構、對於晶圓W之背面供給熱傳導用之氣體的氣體流路、以及為了搬送晶圓W而升降之升降銷等。進而，在支持器11處，係透過整合器13而被與高頻偏壓電源14作電性連接。藉由從此高頻偏壓電源14來對於支持器11供給高頻電力，電漿中之離子係被拉入至晶圓W側。
在腔1之底部，係被連接有排氣管15，於此排氣管15處，係被連接有包含真空幫浦之排氣裝置16。而，藉由使此排氣裝置16作動，腔1內係被排氣，並成為能夠高速地將腔1內減壓至特定之真空度。又，在腔1之側壁，係被設置有用以將晶圓W作搬入搬出之搬入搬出口17，和將此搬入搬出口17作開閉之閘關18。
在腔1內之支持器11的上方位置處，係被水平地設置有將用以進行電漿蝕刻之處理氣體朝向晶圓W來吐出的噴淋板20。此噴淋板20，係具備有被形成為格子狀之氣體流路21、和被形成於此氣體流路21處之多數的氣體吐出孔22，格子狀的氣體流路21之間，係成為空間部23。在此噴淋板20之氣體流路21處，係被連接有在腔1之外側而延伸之配管24，在此配管24處，係被連接有處理氣體供給源25。
另一方面，在腔1之噴淋板20的上方位置處，係沿著腔壁而被設置有環狀之電漿氣體導入構件26，在此電漿氣體導入構件26處，係於內周而被設置有多數之氣體吐出孔。在此電漿氣體導入構件26處，係透過配管28而被連接有供給電漿氣體之電漿氣體供給源27。作為電漿產生氣體，係適合使用Ar氣體等。
從電漿氣體導入構件26而被導入至腔1內之電漿氣體，係藉由從微波電漿源2所導入至腔1內之微波而被電漿化，此電漿係將通過噴淋板20之空間部23並從噴淋板20之氣體吐出孔22所吐出的處理氣體激勵，並形成處理氣體之電漿。
微波電漿源2，係藉由被設置在腔1之上部的支持環29而被作支持，此些之間係被作氣密密封。如圖2中所示一般，微波電漿源2，係具備有分配成複數路徑地而將微波輸出之微波輸出部30、和用以將從微波輸出部30所輸出之微波作傳輸並輻射至腔1內之微波供給部40。
微波輸出部30，係具備有電源部31、和微波振盪器32、和將所振盪之微波放大的放大器33、以及將放大後的微波分配為複數的分配器34。
微波振盪器32，係例如PLL振盪出特定頻率(例如915MHz)之微波。在分配器34處，係以不會產生微波之損失的方式，而一面取得輸入側和輸出側之阻抗整合一面將藉由放大器33所放大了的微波作分配。另外，作為微波之頻率，除了915MHz以外，亦可使用700MHz～3GHz之範圍內者。
微波供給部40，係具備有主要將藉由分配器34所分配了的微波放大的複數之放大部42、以及被與複數的放大部42分別作了連接的微波導入機構41。
放大部42，係具備有相位器45、和可變增益放大器46、和構成固態放大器之主放大器47、以及隔離器48。
相位器45，係構成為能夠使微波之相位改變，並能夠藉由對此作調整來使輻射特性調變。例如，藉由對於各天線模組之每一者而進行相位之調整，係能夠控制指向性並使電漿分布改變、或者是如同後述一般而設為在相鄰之天線模組處而各作90°之相位偏移而得到圓偏波。又，相位器45，係可對於放大器內之零件間的延遲特性作調整，並以調諧器內之空間合成作為目的來使用。但是，當並不需要進行此種輻射特性之調變或者是放大器內之零件間的延遲特性之調整的情況時，係並不需要設置相位器45。
可變增益放大器46，係為對於輸入至主放大器47處之微波的電力準位作調整，並用以對於各個的天線模組之偏差作調整或者是對於電漿強度作調整。經由使可變增益放大器46在各天線模組之每一者處作改變，亦能夠在所產生之電漿中作出分布。
構成固態放大器之主放大器47，例如，係可設為具備有輸入整合電路和半導體放大元件和輸出整合電路以及高Q共振電路之構成。
隔離器48，係為將在微波導入機構41處而反射並朝向主放大器47之反射微波分離者，並具備有循環器(Circulator)和擬似負載(同軸終端器)。循環器，係將後述之在微波導入機構41的天線部43處所反射了的微波導引至擬似負載處，而擬似負載係將經由循環器所導引而來之反射微波變換成熱。
接著，針對微波導入機構41作詳細說明。
圖3，係為微波導入機構41之縱剖面圖，圖4，係為對於微波導入機構41之供電機構作展示的橫剖面圖。微波導入機構41，係具備有傳輸微波之同軸構造的導波路44、和將導波路所傳輸而來之微波輻射至腔1內之天線部43。而後，從微波導入機構41所輻射至腔1內之微波，係在腔1內之空間中而被合成，並成為在腔1內而形成表面波電漿。
導波路44，係為將筒狀之外側導體52以及被設置於其之中心處的棒狀之內側導體53配置為同軸狀所構成者，在導波路44之前端處，係被設置有天線部43。導波路44，其內側導體53係成為供電側，外側導體52係成為接地側。外側導體52以及內側導體53之上端，係成為反射板58。
在導波路44之基端側處，係被設置有供電微波(電磁波)之供電機構54。供電機構54，係具備有被設置在導波路44(外側導體52)之側面處的用以導入微波電力之微波電力導入埠55。在微波電力導入埠55處，係作為用以從放大部42來將放大後之微波作供給的供電線，而被連接有由內側導體56a以及外側導體56b所成的同軸線路56。而，在同軸線路56之內側導體56a的前端處，係被連接有朝向外側導體52之內部而水平地延伸之供電天線90。
供電天線90，例如，係在身為印刷基板之PCB基板上作為微帶線而形成之。在從反射板58起直到供電天線90為止之間，係被設置有用以將反射波之實效波長縮短的由TEFLON(登記商標)等之介電質所成的慢波材59。另外，當使用有2.45GHz等之頻率為高之微波的情況時，係亦可並不設置慢波材59。此時，藉由將從供電天線90所輻射而來之電磁波藉由反射板58來反射，能夠將最大的電磁波電送至同軸構造之導波路44內。於此情況，從供電天線90起直到反射板58為止的距離，設定為約λg/4的半波長倍。但是，在頻率為低之微波的情況時，由於徑方向上之限制，亦會有無法滿足此條件的情況。於此情況，就算是將從天線起直到反射板58為止的距離，設定為約λg/4的半波長倍，亦無法傳輸電磁波。於此情況，較理想，係以藉由供電天線90所產生之電磁波的波腹成為並非在供電天線90處而是在供電天線90之下方而被激勵的方式，來將供電天線之形狀作最適化。
供電天線90，係如圖4中所示一般，具備有：天線本體91，係在微波電力導入埠55處而被與同軸線路56之內側導體56a作連接，並且具備有被供給微波(電磁波)之第1極92以及將被供給之微波(電磁波)輻射出去之第2極93；和反射部94，係從天線本體91之兩側起而沿著內側導體53之外側延伸，並成為環狀，該供電天線90，係構成為藉由入射至天線本體91處之電磁波和藉由反射部94所反射了的電磁波來形成駐波。天線本體91之第2極93，係與導波路44之內側導體53相接觸。
藉由使供電天線90輻射出微波(電磁波)，在外側導體52和內側導體53之間的空間中係被供電有微波電力。而，被供給至供電機構54處之微波電力，係朝向天線部43而傳播。
又，在導波路44處，係被設置有調諧器60。調諧器60，係為將腔1內之負載(電漿)的阻抗整合為微波輸出部30處之微波電源的特性阻抗者，並具備有：在外側導體52和內側導體53之間而上下移動之2個的塊體61a、61b；和被設置在反射板58之外側(上側)處的塊體驅動部70。
在此些塊體中，塊體61a係被設置在塊體驅動部70側處，塊體61b係被設置在天線部43側處。又，在內側導體53之內部空間中，係沿著其之長邊方向而被設置有例如由被形成為梯形螺桿之螺棒所成的塊體移動用之2根的塊體移動軸64a、64b。
塊體61a，係如圖5中所示一般，由介電質所成，並呈圓環狀，於其之內側，係被嵌入有由具備滑動性之樹脂所成的滑動構件63。在滑動構件63處，係被設置有使塊體移動軸64a作螺合之螺桿孔65a、和使塊體移動軸64b作插通之插通孔65b。另一方面，塊體61b，係與塊體61a相同的，具備有螺桿孔65a和插通孔65b，但是，與塊體61a相反的，螺桿孔65a係被與塊體移動軸64b作螺合，而插通孔65b則係成為被插通有塊體移動軸64a。藉由此，經由使塊體移動軸64a旋轉，塊體61a係作升降移動，經由使塊體移動軸64b作旋轉，塊體61b係作升降移動。亦即是，藉由由塊體移動軸64a、64b和滑動構件63所成的螺桿機構，塊體61a、61b係作升降移動。
如圖6中所示一般，在內側導體53處，係沿著長邊方向以等間隔形成有3個的細縫53a。另一方面，滑動構件63，係以與此些細縫53a相對應的方式而被等間隔地設置有3個的突出部63a。而，在使此些之突出部63a抵接於塊體61a、61b之內周上的狀態下，滑動構件63係被嵌入至塊體61a、61b之內部。滑動構件63之外周面，係成為與內側導體53之內周面無空隙地作接觸，藉由使塊體移動軸64a、64b旋轉，滑動構件63係成為在內側導體53處作滑動並作升降。亦即是，內側導體53之內周面，係作為塊體61a、61b之滑動導引部而起作用。另外，細縫53a之寬幅，係以設為5mm以下為理想。藉由此，能夠將使如同後述一般地而漏洩至內側導體53之內部的微波電力實質性地去除，而能夠將微波電力之輻射效率維持為高。
作為構成滑動構件63之樹脂材料，係可合適列舉出具有良好之滑動性並且加工較為容易之樹脂，例如聚苯硫(PPS)樹脂。
上述之塊體移動軸64a、64b，係貫通反射板58並延伸至塊體驅動部70處。在塊體移動軸64a、64b和反射板58之間，係被設置有軸承(未圖示)。又，在內側導體53之下端處，係被設置有由導體所成之軸承部67，塊體移動軸64a、64b之下端，係被此軸承部67作軸支。
塊體驅動部70，係具備有框體71，塊體移動軸64a以及64b，係在框體71內延伸，在塊體移動軸64a以及64b之上端處，係分別被安裝有齒輪72a以及72b。又，在塊體驅動部70處，係被設置有使塊體移動軸64a作旋轉之馬達73a、和使塊體移動軸64b作旋轉之馬達73b。在馬達73a之軸上，係被安裝有齒輪74a，在馬達73b之軸上，係被安裝有齒輪74b，齒輪74a係與齒輪72a相咬合，齒輪74b係與齒輪72b相咬合。故而，藉由馬達73a，塊體移動軸64a係透過齒輪74a以及72a而旋轉，藉由馬達73b，塊體移動軸64b係透過齒輪74b以及72b而旋轉。另外，馬達73a、73b，例如係為步進馬達。
另外，塊體移動軸64b係較塊體移動軸64a而更長，並到達更上方處，故而，齒輪72a以及72b之位置，係被作上下偏位，馬達73a以及73b，亦係被作上下偏位。藉由此，能夠將馬達以及齒輪等之動力傳導機構的空間縮小，而成為能夠將收容此些構件的框體71設為與外側導體52相同之直徑。
在馬達73a以及73b之上，係以與此些之輸出軸直接連結的方式，而分別被設置有用以將塊體61a以及61b之位置檢測出來的增數型之編碼器75a以及75b。使用增數型之編碼器，而藉由以下之操作程序來掌握絕對性之位置。首先，使塊體移動軸64a緩慢作旋轉，並一面對於編碼器75a之計數器作觀察一面使塊體61a以一定之速度而移動。若是塊體61a到達了機械自停部(未圖示)，則馬達73a係失調並停止。馬達停止一事，係可藉由編碼器75a之計數器並未變化一事而檢測出來，將此時之塊體61a的位置或者是從該處起而作了特定脈衝量的偏位之位置，設為原點。藉由將此原點位置作為基準並對於從原點起之脈衝數作計數，係能夠檢測出塊體61a之絕對性的位置。塊體61b，亦同樣的可藉由對於原點作掌握而檢測出絕對性之位置。
塊體61a以及61b之位置，係藉由塊體控制器68而被作控制。具體而言，係根據以未圖示之阻抗檢測器所檢測出之輸入端的阻抗值、和藉由編碼器75a以及75b所檢測出之塊體61a以及61b的位置資訊，來使塊體控制器68對於馬達73a以及73b送出控制訊號，並對於塊體61a以及61b之位置作控制，藉由此，而成為對於阻抗作調整。塊體控制器68，係以使終端成為例如50Ω的方式來實行阻抗整合。若是僅使2個的塊體中之其中一方移動，則係描繪出通過史密斯阻抗圖的原點之軌跡，若是同時移動兩者，則係僅有相位會旋轉。
天線部43，係作為微波輻射天線而起作用，並具備有成平面狀且具備溝槽81a之平面溝槽天線81。天線部43，係具備有被設置在平面溝槽天線81之上面的慢波材82。在慢波材82之中心，由導體所成之圓柱構件82a係作貫通並與軸承部67和平面溝槽天線81作連接。故而，內側導體53係透過軸承部67以及圓柱構件82a而被與平面溝槽天線81作連接。另外，外側導體52之下端，係在平面溝槽天線81間而延伸，慢波材82之周圍，係被外側導體52所覆蓋。又，平面溝槽天線81以及後述之頂板83的周圍，係被被覆導體84所覆蓋。
慢波材82，係具備有較真空更大之介電率，例如，係藉由石英、陶瓷、聚四氟乙烯等之氟系樹脂或者是聚醯亞胺系樹脂所構成，由於在真空中微波之波長係變長，因此係具備有將微波之波長縮短並將天線縮小之功能。慢波材82，係可藉由其之厚度來調整微波之相位，並以使平面溝槽天線81成為駐波之「波腹」的方式來對於其之厚度作調整。藉由此，係可設為使反射成為最小並使平面溝槽天線81之輻射能量成為最大。
又，在平面溝槽天線81之更進而前端側處，係被配置有用以進行真空密封之介電質構件，例如係被配置有由石英或者是陶瓷等所成的頂板83。而後，藉由主放大器47所放大了的微波，係通過內側導體53和外側導體52的周壁之間並從平面溝槽天線81之溝槽81a來透過頂板83而輻射至腔1內之空間中。溝槽81a，係以如圖7中所示一般之扇形者為理想，並以設置圖示之2個或者是4個為理想。藉由此，係能夠將微波以TEM模式來有效率地作傳導。
在本實施形態中，係將主放大器47和調諧器60以及平面溝槽天線81作近接配置。而，由於調諧器60和平面溝槽天線81係構成存在於1/2波長內之集中常數電路，並且平面溝槽天線81、慢波材82、頂板83之合成阻抗係被設定為50Ω，因此，調諧器60係成為對於電漿負載而直接作調和，而能夠以良好效率來對於電漿傳導能量。
在表面波電漿處理裝置100中之各構成部，係成為藉由具備有微處理器之控制部110而被作控制。控制部110，係具備有將身為表面波電漿處理裝置100之製程序列以及控制參數的製程配方作記憶的記憶部、和輸入手段以及顯示器等，並成為依據所選擇了的製程配方來對於電漿處理裝置作控制。
〈表面波電漿處理裝置之動作〉
接著，針對如同上述一般所構成之表面波電漿處理裝置100的動作作說明。
首先，將晶圓W搬入至腔1內，並載置在支持器11上。而後，一面從電漿氣體供給源27來透過配管28以及電漿氣體導入構件26而將電漿氣體(例如Ar氣體)導入至腔1內，一面從微波電漿源2來將微波導入至腔1內並產生表面波電漿。
在如此這般而產生了表面波電漿後，將處理氣體、例如Cl2氣體等之蝕刻氣體，從處理氣體供給源25來透過配管24以及噴淋板20而吐出至腔1內。被吐出之處理氣體，係藉由通過噴淋板20之空間部23之電漿而被激勵並電漿化，藉由此處理氣體之電漿，而對於晶圓W施加電漿處理(例如蝕刻處理)。
在產生上述表面波電漿時，在微波電漿源2處，從微波輸出部30之微波振盪器32所振盪出之微波電力，係在藉由放大器33而作了放大後，再藉由分配器34而被分配為複數，被作了分配的微波電力，係被導引至微波供給部40處。在微波供給部40處，如此這般而被分配為複數之微波電力，係藉由構成固態放大器之主放大器47而被個別地放大，並被供電至微波導入機構41之導波路44處，再藉由調諧器60而使阻抗被作自動整合，而在實質性地不存在有電力反射的狀態下，透過天線部43之平面溝槽天線81以及頂板83來輻射至腔1內並被作空間合成。
此時，在與同軸構造之導波路44的軸之延長線上相對應的部分處，由於係被設置有塊體驅動部70，因此，對於導波路44之微波電力的供電，係無法從通常所進行之導波路44的軸之延長線上來進行。
因此，在本實施形態中，係設置了供電機構54，該供電機構54，係具備有被設置在導波路44之側面處的微波電力導入埠55、和從被與微波電力導入埠55作了連接之供電用的同軸線路56之內側導體56a來將電磁波輻射至導波路44之內部的供電天線90。
於此情況，從同軸線路56所傳播而來之微波(電磁波)，若是在微波電力導入埠55處而到達了供電天線90之第1極92處，則微波(電磁波)係沿著天線本體91而傳播，並從天線本體91之前端的第2極93來輻射微波(電磁波)。又，在天線本體91處傳播之微波(電磁波)，係藉由反射部94而被反射，並藉由使其與入射波作合成，而產生駐波。若是在供電天線90之配置位置處而產生駐波，則係沿著內側導體53之外壁而產生感應磁場，並進而被此所感應地而產生感應電場。藉由此些之連鎖作用，微波(電磁波)係在導波路44內傳播，並被導引至天線部43處。
如此這般，就算是在無法從同軸構造之導波路44的軸之延長線上來將微波(電磁波)電力作供電的情況時，亦能夠在導波路44處而供電微波(電磁波)電力。
亦即是，若依據本實施形態，則由於係設置具備有被設置在導波路44之側面的身為電力導入埠之微波電力導入埠55和從被與微波電力導入埠55作連接之作為供電線的同軸線路56來對於導波路44之內部輻射微波電力(電磁波電力)之供電天線90的供電機構54，並將供電天線90，設為具備：有具備被與作為供電線之同軸線路56的內側導體56a作連接之第1極92、和與導波路44之內側導體53相接觸之第2極93的天線本體91、和從天線本體91之兩側起而延伸並沿著內側導體53之外側來形成為環狀之反射部94的構造，而藉由入射至天線本體91之微波(電磁波)和以反射部所反射了的微波(電磁波)，來形成駐波，並藉由以該駐波所產生之感應磁場以及感應電場的連鎖作用，來使電磁波電力在前述導波路作傳導，因此，就算是在無法從同軸構造之導波路的軸之延長線上來將電磁波電力作供電的情況時，亦能夠對於導波路供電電磁波電力。
此時，由於供電天線90之第2極93係與導波路44之內側導體53相接，並且，反射部94係成為環狀，因此，係並沒有接縫，而不會有在接縫處而產生強電場的情況。故而，係能夠將微波(電磁波)電力以良好效率來均一地作供給。
又，在導波路44處，雖然係可藉由將從供電天線90所輻射出之微波(電磁波)以反射板58來作反射一事，來將最大之微波(電磁波)電力傳輸至同軸構造之導波路44處，但是，於此情況，為了有效地進行其與反射波之間的合成，係只要使從供電天線90起直到反射板58為止的距離成為約λg/4之半波長倍即可。
然而，在頻率為低之微波的情況時，由於徑方向之限制，亦會有無法滿足此的情況，但是，於此種情況時，例如，係能夠以使藉由供電天線90所產生之電磁波的波腹成為並非在供電天線90處而是在供電天線90之下方而被激勵的方式，來將供電天線之形狀作最適化，並藉由此來將從供電天線起直到反射板為止的距離縮短。又，當微波之頻率為低的情況時，藉由在供電天線90和反射板58之間設置由TEFLON(登記商標)等之介電質所成的慢波材59，來將實效波長縮短一事，係為有效。
若是對其中一例作展示，則如圖8中所示一般，將導波路44之外側導體52的直徑設為45mm，將從反射板58起直到供電天線90為止的距離設為32.3mm，並為了將實效波長縮短，而於該處設置了TEFLON(登記商標)製之慢波材59。而後，從同軸線路56來透過供電天線90而將頻率915MHz之微波作了導入。如此這般，藉由低頻率之微波，係能夠從1個場所而將充分之電力的微波作供電。
電磁場解析之結果，如同圖9中所示一般，在如此這般之頻率為低的情況時，就算是設為使從供電天線90起直到反射板58為止的距離成為約λg/4之半波長倍，亦無法有效率地將微波作傳輸，但是，於此例中，從供電天線90所傳輸而來之電磁波的波腹，係成為產生於距供電天線90而約λg/8上部處，慢波材59中之實效波長係成為約λg/8，從電磁波之波腹起直到反射板58為止的長度，係成為約λg/4。藉由此，在反射板58處之反射係成為最大，而成為將最大之電力傳輸至導波路44處。
在本實施形態中，係將被分配為複數之微波，藉由構成固態放大器之主放大器47來個別地作放大，並使用平面溝槽天線81來個別地作輻射，之後再於腔1內作合成，因此，係成為不需要大型的隔離器或者是合成器。
又，微波導入機構41，由於係與天線部43和調諧器60成為一體，因此，係極為緊緻化(compact)。故而，係能夠將微波電漿源2本身緊緻化。進而，係將主放大器47、調諧器60以及平面溝槽天線81作近接設置，而特別是能夠將調諧器60和平面溝槽天線81作為集中常數電路來構成之，並且，藉由將平面溝槽天線81、慢波材82、頂板83之合成阻抗設計為50Ω，係能夠藉由調諧器60來以高精確度而對於電漿負載作調和。又，由於係將調諧器60構成為能夠僅藉由移動2個的塊體61a、61b便可進行阻抗整合的塊體調諧器，因此，係為緊緻化且為低損失。
進而，藉由如此這般地使調諧器60和平面溝槽天線81近接，並構成集中常數電路，且作為共振器而起作用，由於係能夠將直到到達平面溝槽天線81為止的阻抗失配以高精確度來消除，並實質性地將失配部分設為電漿空間，因此，係成為能夠藉由調諧器60來進行高精確度之電漿控制。
更進而，藉由以相位器45來使各天線模組之相位作改變，係能夠進行微波之指向性控制，而能夠容易地進行電漿等之分布的調整。
又更進而，由於係將相當於驅動傳導部、驅動導引部、保持部之物設置在內側導體53之內部，因此，相較於將此些設置在外側導體52之外部的情況，係能夠將機械要素之重量以及力矩縮小，並且，係並不需要在外側導體52處設置用以使保持機構移動之細縫，而成為不需要用以防止電磁波漏洩之密封機構。因此，係能夠將塊體61a、61b之驅動機構相較於先前技術而更加小型化，而能夠將微波導入機構41小型化。
又，在塊體61a、61b自身上，係被安裝有由具備滑動性之樹脂所成的滑動構件63，在此滑動構件63之螺桿孔65a處螺合塊體移動軸64a或者是64b，而構成螺桿機構，並以馬達73a、73b來使塊體移動軸64a、64b旋轉，藉由此，滑動構件63之外周係以在內側導體53之內周滑動的方式而被作導引，而塊體61a、61b係移動，因此，滑動構件63以及塊體移動軸64a、64b係成為兼備有驅動傳導機構、驅動導引機構、保持機構之3種功能，而能夠將驅動機構顯著地緊緻化，並能夠將調諧器60更進一步小型化。
進而，由於係在滑動構件63處設置通孔65b，並將並不與螺桿孔65a螺合之一方的塊體移動軸插通於此通孔65b中，因此，係能夠在內側導體53內而設置分別用以驅動塊體61a以及61b之2個的塊體移動軸64a以及64b，而成為能夠藉由螺桿機構來使2個的塊體61a以及61b獨立地移動。更進而，在塊體驅動部70處，由於係將馬達73a以及73b還有身為動力傳導機構之齒輪72a以及72b在上下方向作了偏位，因此，係能夠將馬達以及齒輪等之動力傳導機構的空間縮小，而成為能夠將收容此些構件的框體71設為與外側導體52相同之直徑。故而，係能夠將調諧器60更進一步緊緻化。
又更進而，由於係以與馬達73a、73b之輸出軸直接連結的方式來設置增數型之編碼器75a、75b，而進行塊體61a、61b之位置檢測，因此，係成為不需要在先前技術中所使用之用以進行位置檢測的感測器，且亦不需要使用高價之絕對(absolute)型編碼器，故而係為低價。
〈設置有入射波反射波監測器之實施形態〉
接著，針對設置有入射波反射波監測器之實施形態作說明。
入射波反射波監測器，係為對於從微波供給部40所導引至腔1中之入射波和並未對於電漿之產生有所助益而藉由反射所回到微波供給部40處之反射波進行監測者，通常，在使用有微波之電漿處理裝置中，係會被設置。如圖10中所示一般，在本實施形態中，入射波反射波監測器120，係具備有能夠將由入射波和反射波之其中一方的微波所致的電流取出之方向性耦合器121、和將方向性耦合器121所取出之電流檢測出來的檢測器122。
被使用在此種入射波反射波監測器中之方向性耦合器，在先前技術中，一般而言係為獨立之構件，並在裝置完成時而被作連結，但是，於此種情況時，構件之數量係會變多，而成為有違小型化之要求。另一方面，方向性耦合器，係為被設置在微波之導波路處者，而亦可在微波導入機構41之導波路44處作設置。因此，在本實施形態中，係將方向性耦合器121組入至微波導入機構41中並一體化，而解決上述問題。
參考圖11，針對方向性耦合器121之具體性構成作說明。如圖11中所示一般，方向性耦合器121，係具備有：被形成在微波導入機構41之外側導體52處的細縫124、和被設置在此細縫124內並具備有約λg/4之長度的矩形狀之板狀導體125、和分別被連接於板狀導體125之長邊方向的兩端部近旁處並朝向外側導體52的外方向延伸之2個的導電銷126a、126b、以及在此些導電銷126a、126b之間而以可相對於板狀導體125來藉由螺桿而進行位置調節的方式所設置之由導電體所成的調整器127。而後，經由在導波路44處所傳輸之入射波以及反射波，而形成感應磁場，藉由該感應磁場所產生之電流，係在板狀導體125中流動。在檢測出反射波的情況時，係設為以經由在板狀導體125和調整器127處而形成之週期性的電場所產生的磁場，來將由入射波所致之電流抵消，而成為主要流動由反射波所致之電流。另一方面，在檢測出入射波的情況時，係設為以經由在板狀導體125和調整器127處而形成之週期性的電場所產生的磁場，來將由反射波所致之電流抵消，而成為主要流動由入射波所致之電流。
在板狀導體125處所流動之電流，係在導電銷126a、126b處而被取出，該電流係被檢測器122檢測出來。藉由檢測器122所檢測出之電流值，係被變換為電壓訊號並被送至控制部110處。藉由對於反射波作監測，係能夠將從電漿而來之反射電力檢測出來。同樣的，藉由對於入射波作監測，係能夠將實際輸入至電漿中之入射電力檢測出來。進而，藉由對於入射波和反射波之訊號作演算，係能夠將反射係數之值和相位計算出來，藉由將此送至控制部110並反饋至塊體控制器68處，而進行阻抗匹配。另外，當藉由檢測器122所算出之反射係數成為了特定值、特定時間以上的情況時，控制部110係能夠對於微波振盪器32送出輸出停止訊號而停止微波之供給。
在對於入射波作監測的情況時，如圖10中所示一般，藉由將方向性耦合器121設置在外側導體52之微波電力導入埠55和塊體61a之間的部分處，係能夠在外部攪亂因素為少的狀態下而進行阻抗匹配。另一方面，在反射波之監測的情況時，雖然方向性耦合器121亦可位於圖10之位置處，但是，藉由設置在塊體61b和天線部43之間，由於係能夠對從電漿而來之反射直接性地作監測，因此係能夠以高精確度來檢測出反射波。亦可設為在圖10之位置處設置入射波監測用之方向性耦合器，並在塊體61b和天線部43之間設置反射波監測用之方向性耦合器。
另外，調整器127，係為了將入射波反射波監測器之安裝誤差或設計誤差抵消，而成為能夠從外部來藉由螺桿而對於其與板狀導體間之距離D作調整，但是，在先前技術中，調整幅度係為狹窄，亦即是係有著衰減率(attenuation rate)為小之問題。在對於其理由作了檢討後，其結果，如圖12A中所示一般，而得知了係起因於：在先前技術之方向性耦合器121’的情況時，被形成於外側導體處之細縫124’，係具備有與板狀導體125’，略對應之長度以及寬幅，而無法充分地取得感應磁場和調整器127’之間的耦合之故。
因此，在本實施形態中，係如圖12B中所示一般，將細縫124設為使與調整器127相對向之部分成為以對應於調整器127的方式而作了擴廣的形狀。藉由此，係能夠將感應磁場和調整器127之間的耦合部分增加，並將由調整器127所進行之距離D之調整所導致的感應電流之變動幅度增大，而成為能夠將由調整器27所致的調整幅度擴廣。但是，由於若是細縫124之寬幅過廣，則漏洩電流會增多，而並不理想，因此，係有必要設為不會使細縫124之與調整器127相對應的部分變得過大。
實際上，係將本實施形態之入射波反射波監測器和先前技術之入射波反射波監測器安裝在導波路處，並對於將1000W之微波輸入至導波路處時的由入射波以及反射波所致之監測電流以及衰減率作了測定。圖13A～13D，係為對於使用了圖12B之本實施形態的入射波反射波監測器之結果作展示者，圖13A，係為對於入射波以及反射波之相位和電流值的關係作展示之圖，圖13B，係為將圖13A之反射波的一部份作擴大展示之圖，圖13C，係為將入射波以及反射波之距離D和監測電流間的關係作展示之圖，圖13D，係為對於距離D和衰減率間之關係作展示之圖。圖14A～14D，係為對於使用了圖12A之先前技術的入射波反射波監測器之結果作展示者，圖14A，係為對於入射波以及反射波之相位和電流值的關係作展示之圖，圖14B，係為將圖14A之反射波的一部份作擴大展示之圖，圖14C，係為將入射波以及反射波之距離D和監測電流間的關係作展示之圖，圖14D，係為對於距離D和衰減率間之關係作展示之圖。在此些圖中，A係為入射波之電流值，B係為反射波之電流值。又，當將A之電流值以IA來表示，將B之電流值以IB來表示時，衰減率γ係藉由下式來表現。
γ=-20log(IA/IB)
如此些之圖中所示一般，在本實施形態之情況中，相較於先前技術，在對於調整器127和板狀導體125間之距離D作了變更時的衰減比之變動幅度係變大，而確認到由調整器所致之調整幅度係顯著地擴廣。
〈其他適用〉
另外，本發明係並不被限定於上述之實施形態，在本發明之思想的範圍內，係可作各種之變更。例如，微波輸出部30之電路構成或者是微波供給部40、主放大器47之電路構成等，係並不被限定於上述之實施形態。具體而言，當並不需要進行從平面溝槽天線所輻射而來之微波的指向性控制、或者是不需要設為圓偏波的情況時，係不需要相位器。又，微波供給部40，係並非一定需要藉由複數之微波導入機構41來構成，微波導入機構41係亦可為1個。進而，雖係針對作為平面溝槽天線81之溝槽81a而設置2個或者是4個扇形溝槽的情況而作了展示，但是，係並不被限定於此，而可因應於條件來採用各種的溝槽圖案。
進而，在上述實施形態中，作為電漿處理裝置，雖係例示有蝕刻處理裝置，但是，係並不被限定於此，亦可使用在成膜處理、氧氮化膜處理、灰化處理等之其他的電漿處理中。又，被處理基板係並不被限定於半導體晶圓，亦可為以LCD(液晶顯示器)用基板為代表之FPD(平面面板顯示器)基板、或者是陶瓷基板等之其他的基板。
1．．．腔
1a．．．開口部
2．．．微波電漿源
11．．．支持器
12．．．支持構件
12a．．．絕緣構件
13．．．整合器
14．．．高頻偏壓電源
15．．．排氣管
16．．．排氣裝置
17．．．搬入搬出口
18．．．閘閥
20．．．噴淋板
21．．．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
30．．．微波輸出部
31．．．電源部
32．．．微波振盪器
33．．．放大器
34．．．分配器
40．．．微波供給部
41．．．微波導入機構
42．．．放大部
43．．．天線部
44．．．導波路
45．．．相位器
46．．．可變增益放大器
47．．．主放大器
48．．．隔離器
52．．．外側導體
53．．．內側導體
53a．．．細縫
54．．．供電機構
55．．．微波電力導入埠
56．．．同軸線路
56a．．．內側導體
56b．．．外側導體
58．．．反射板
59．．．慢波材
60．．．調諧器
61a．．．塊體
61b．．．塊體
63．．．滑動構件
63a．．．突出部
64a．．．塊體移動軸
64b．．．塊體移動軸
65a．．．螺桿孔
65b．．．插通孔
67．．．軸承部
68．．．塊體控制器
70．．．塊體驅動部
71．．．框體
72a．．．齒輪
72b．．．齒輪
73a．．．馬達
73b．．．馬達
74a．．．齒輪
74b．．．齒輪
75a．．．編碼器
75b．．．編碼器
81．．．平面溝槽天線
81a．．．溝槽
82．．．慢波材
82a．．．圓柱構件
83．．．頂板
84．．．被覆導體
90．．．供電天線
91．．．天線本體
92．．．第1極
93．．．第2極
94．．．反射部
100．．．表面波電漿處理裝置
110．．．控制部
120．．．入射波反射波監測器
121．．．方向性耦合器
121’．．．方向性耦合器
122．．．檢測器
124．．．細縫
124’．．．細縫
125．．．板狀導體
125’．．．板狀導體
126a．．．導電銷
126b．．．導電銷
127．．．調整器
127’．．．調整器
D．．．距離
W．．．晶圓
[圖1]對於具備被適用有本發明之其中一種實施形態的電磁波供電機構之微波導入機構的表面波電漿處理裝置之概略構成作展示之剖面圖。
[圖2]對於具備有圖1之微波導入機構的微波電漿源的構成作展示之構成圖。
[圖3]對於圖1之微波導入機構作展示的剖面圖。
[圖4]對於微波導入機構之供電機構作展示的橫剖面圖。
[圖5]對於調諧器之本體處的塊體和滑動構件作展示的平面圖。
[圖6]對於在調諧器之本體處的內側導體作展示之立體圖。
[圖7]對於被搭載於微波導入機構處的平面溝槽天線作展示之平面圖。
[圖8]作為本發明之電磁波供電機構的其中一例而對於用以導入頻率為915MHz之微波的構成例作展示之模式圖。
[圖9]對於使用有圖8之電磁波供電機構的情況時之電磁場解析的結果作展示之圖。
[圖10]對於搭載有入射波反射波監測器之微波導入機構作展示的剖面圖。
[圖11]對於在入射波反射波監測器中所使用之方向性耦合器的構造作模式性展示之剖面圖。
[圖12A]對於先前技術之方向性耦合器作模式性展示的正面圖。
[圖12B]對於圖11之方向性耦合器作模式性展示的正面圖。
[圖13A]對於在使用有實施形態之入射波反射波監測器的情況時之入射波以及反射波的相位和電流值之關係作展示的圖。
[圖13B]對於圖13A之反射波的一部份作擴大展示之圖。
[圖13C]對於在使用有實施形態之入射波反射波監測器的情況時之入射波以及反射波的距離D和監測電流之關係作展示的圖。
[圖13D]對於在使用有實施形態之入射波反射波監測器的情況時之距離D和衰減率間的關係作展示的圖。
[圖14A]對於在使用有先前技術之入射波反射波監測器的情況時之入射波以及反射波的相位和電流值之關係作展示的圖。
[圖14B]對於圖14A之反射波的一部份作擴大展示之圖。
[圖14C]對於在使用有先前技術之入射波反射波監測器的情況時之入射波以及反射波的距離D和監測電流之關係作展示的圖。
[圖14D]對於在使用有先前技術之入射波反射波監測器的情況時之距離D和衰減率間的關係作展示的圖。
41．．．微波導入機構
43．．．天線部
44．．．導波路
52．．．外側導體
53．．．內側導體
54．．．供電機構
55．．．微波電力導入埠
56．．．同軸線路
56a．．．內側導體
56b．．．外側導體
58．．．反射板
59．．．慢波材
60．．．調諧器
61a、61b．．．塊體
63．．．滑動構件
64a、64b．．．塊體移動軸
67．．．軸承部
68．．．塊體控制器
70．．．塊體驅動部
71．．．框體
72a、72b．．．齒輪
73a、73b．．．馬達
74a、74b．．．齒輪
75a、75b．．．編碼器
81．．．平面溝槽天線
81a．．．溝槽
82．．．慢波材
82a．．．圓柱構件
83．．．頂板
84．．．被覆導體
90．．．供電天線
91．．．天線本體
92．．．第1極
93．．．第2極
94．．．反射部

Claims (9)

  1. 一種電磁波供電機構，係為對於同軸構造之導波路供給電磁波電力之電磁波供電機構，具備有：電力導入埠，係被設置在前述同軸構造之導波路的側部，並被連接有供電線；和供電天線，係與前述供電線作連接，並對於前述導波路之內部輻射電磁波電力，前述供電天線，係具備有：天線本體，係具有與前述供電線作連接之第1極、和與前述導波路之內側導體相接觸之第2極；和反射部，係從前述天線本體之兩側起沿著前述內側導體之外側而延伸，形成無產生強電場之接縫的環狀，藉由入射至前述天線本體之電磁波和以前述反射部所反射了的電磁波，來形成駐波，並藉由以該駐波所產生之感應磁場以及感應電場的連鎖作用，來使電磁波電力在前述導波路作傳導。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之電磁波供電機構，其中，係更進而具備有被設置在與前述導波路之供電方向相反側處的反射板，將從前述供電天線所供給而來之電磁波電力藉由前述反射板而反射並在前述導波路作傳導。
  3. 如申請專利範圍第2項所記載之電磁波供電機構，其中，係更進而具備有被設置在前述反射板和前述供電天線之間的慢波材，用於縮短電磁波的實效波長。
  4. 一種微波導入機構，係為在用以於腔內形成表面波電漿之表面波電漿源中所使用的微波導入機構，具備有：導波路，係成為同軸構造；和電力導入埠，係被設置在前述同軸構造之導波路的側部，並被連接有前述同軸線路；和供電天線，係被與前述同軸線路之內側導體作連接，並對於前述導波路之內部輻射電磁波電力；和天線部，係具備有將被供給至前述導波路處之微波輻射至前述腔內之微波輻射天線，前述供電天線，係具備有：天線本體，係具有被與前述供電線作連接之第1極、和與前述導波路之內側導體相接觸之第2極；和反射部，係從前述天線本體之兩側起沿著前述內側導體之外側而延伸，形成無產生強電場之接縫的環狀，藉由入射至前述天線本體之電磁波和以前述反射部所反射了的電磁波，來形成駐波，並藉由以該駐波所產生之感應磁場以及感應電場的連鎖作用，來使電磁波電力在前述導波路作傳導。
  5. 如申請專利範圍第4項所記載之微波導入機構，其中，係更進而具備有被設置在與前述導波路之供電方向相反側處的反射板，將從前述供電天線所供給而來之電磁波電力藉由前述反射板而反射並在前述導波路作傳導。
  6. 如申請專利範圍第5項所記載之微波導入機構， 其中，係更進而具備有被設置在前述反射板和前述供電天線之間的慢波材，用於縮短電磁波的實效波長。
  7. 如申請專利範圍第4項所記載之微波導入機構，其中，係更進而具備有：被設置在前述導波路處，並根據通過前述導波路之微波中的朝向前述腔之入射波和藉由反射而返回之反射波的其中一者來將電流取出之方向性耦合器；和具備有將前述方向性耦合器所取出之電流檢測出來的檢測器之入射波反射波監測器。
  8. 如申請專利範圍第7項所記載之微波導入機構，其中，前述方向性耦合器，係具備有：被形成在前述同軸構造之導波路的外側導體處之細縫；和被設置在前述細縫內之板狀導體；和將在前述板狀導體中流動之電流取出的一對之導電銷；和在前述外側導體之外側處，以與前述板狀導體相對向的方式並且以能夠對於其與前述板狀導體間之距離作調整的方式而作了設置的由導電體所成之調整器，前述細縫，係成為使與前述調整器相對向之部分與前述調整器相對應地而作了擴廣的形狀。
  9. 如申請專利範圍第7項所記載之微波導入機構，其中，係更進而具備有：被設置在前述電力導入埠與前述天 線部之間，並將前述腔內之負載的阻抗整合為被搭載於前述表面波電漿源處之微波電源的特性阻抗之調諧器，前述調諧器，係具備有被設置在前述外側導體和前述內側導體之間，並可沿著內側導體之長邊方向而移動，且成為環狀之由介電質所成的塊體，前述方向性耦合器，係被設置在前述電力導入埠與前述塊體之間、或/以及前述塊體與前述天線部之間。
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