專利名稱：微波導入機構、微波等離子體源和微波等離子體處理裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及向進行等離子體處理的腔室內導入微波的微波導入機構、使用這樣的微波導入機構的微波等離子體源，和微波等離子體處理裝置。
背景技術：
半導體設備或液晶顯示裝置的制造工序中，為了對半導體晶片或玻璃基板這樣的被處理基板實施蝕刻處理或成膜處理等的等離子體處理，使用等離子體蝕刻裝置或等離子體CVD成膜裝置等的等離子體處理裝置。最近，作為這樣的等離子體處理裝置，能夠均勻形成高密度、低電子溫度的等離子體的RLSA (Radial Line Slot Antenna)微波等離子處理裝置受到關注(例如，專利文獻I)。·RLSA微波等離子體處理裝置在腔室的上部設置以規定的圖案形成多個縫隙的平面天線(Radial Line Slot Antenna),從微波發生源導入的微波從平面天線的縫隙被發射，并且經由在其下設置的電介體形成的微波透過板發射到保持為真空的腔室內，通過該微波電場使得導入腔室內的氣體等離子體化，通過如此形成的等離子體處理半導體晶片等的被處理體。此外，提案有微波等離子體處理裝置，其具有將微波分配為多個、經由具有上述平面天線的多個天線組件將微波導入腔室內、在腔室內空間合成微波的微波等離子體源(專利文獻2)。這種微波等離子體處理裝置中，為了進行負荷(等離子體)的阻抗的調整，需要阻抗匹配部(調諧器)。作為這樣的阻抗匹配部，已知有使用具有多個芯部件的芯部件調諧器(專利文獻3等)。芯部件調諧器，通過管狀的外部導體和設置于外部導體內的內部導體形成同軸狀的微波傳送路徑，由在外部導體的內面與內部導體的外面之間的縫隙內設置有沿著內部導體的長度方向自由移動的至少2個電介體形成的芯部件，這些芯部件通過驅動機構移動，由此，進行阻抗調整。由此，能夠實現小型、低損失的調諧器。現有技術文獻專利文獻I :日本特開2007-109457號公報專利文獻2 :日本國際公開第2008/013112號小冊子專利文獻3 :日本特開2003-347808號公報
發明內容
但是，這樣的微波等離子體源，當投入的微波的電力增大，由于等離子體的熱量輸入和微波的損失所致的熱量，會使得天線或微波透過板的溫度升高，由于該熱量，芯部件調諧器中的芯部件的移動性有可能受到影響。在此，本發明的目的在于，提供一種能夠抑制對于芯部件(slug)移動性的熱的影響的微波導入機構、微波等離子體源和微波等離子體裝置。本發明的第一觀點為一種微波導入機構，其設置于微波傳送路徑，將微波導入腔室內，其中，微波傳送路徑傳送從用于在腔室內形成微波等離子體的微波等離子體源的微波輸出部輸出的微波，該微波導入機構的特征在于，包括天線部，其具有經由所述微波傳送路徑將微波發射到所述腔室內的平面天線；調諧器，其設置在所述微波傳送路徑，調整所述微波傳送路徑的阻抗；和將所述天線部的熱進行散熱的散熱機構，所述調諧器，包括主體，其為微波傳送路徑的一部分，具有呈筒狀的外側導體和在外側導體中同軸地設置的呈筒狀的內側導體；芯部件，其設置于所述外側導體與所述內側導體之間，并沿內側導體的長度方向能夠移動，呈環狀且包含電介體；和使所述芯部件移動的驅動機構，所述散熱機構，包括熱管，其具有熱量輸入端和散熱端，所述熱量輸入端位于所述天線部，將所述天線部的熱從所述熱量輸入端輸送到所述散熱端；和散熱部，其設置在所述熱管的所述散熱端，將所述散熱端的熱進行散熱。上述第一觀點中，所述熱管優選設置在所述內側導體內。此外，所述散熱部優選包 括散熱器或冷卻部件。此外，所述驅動機構包括施加驅動力的驅動部；將來自驅動部的驅動力傳達至所述芯部件的驅動傳達部；引導所述芯部件的移動的驅動引導部；和將所述芯部件保持在所述驅動傳達部的保持部，所述驅動傳達部、所述驅動引導部和所述保持部被收容在所述內側導體的內部。這種情況下，所述驅動機構嵌入所述芯部件的內部，以與所述內側導體的內周接觸的狀態在所述內側導體的內部滑動移動，所述驅動機構包括具有螺紋孔的滑動部件；和在所述內側導體的內部沿長度方向設置的、由與所述芯部件的所述滑動部件的螺紋孔螺合的螺紋棒形成的芯部件移動軸，通過所述芯部件移動軸和所述滑動部件構成包括螺紋機構的驅動傳達部，通過所述滑動部件和所述內側導體的內周面構成包括滑動引導機構的驅動引導部，所述滑動部件構成所述保持部，所述驅動部具有使所述芯部件移動軸旋轉的電動機，通過所述電動機使所述芯部件移動軸旋轉，由此使得被所述滑動部件保持的所述芯部件，以所述滑動部件在所述內側導體的內周被滑動引導的狀態被驅動。作為所述滑動部件優選包含具有滑動性的樹脂。所述滑動部件通過固定用螺栓被固定于所述芯部件。所述滑動部件的螺紋孔，優選在與由所述固定用螺栓固定的部位對應的部分未形成螺紋。所述滑動部件，在其兩端部的外周具有壓入用突起，通過壓入被固定于所述芯部件，所述滑動部件的螺紋孔在與所述壓入用突起對應的部分未形成螺紋。所述熱管優選被設置為在所述內側導體的內部插入貫通(插通)所述滑動部件。根據本發明的第二觀點，提供一種微波等離子體源，其包括輸出微波的微波輸出部、將輸出的微波傳送的微波傳送路徑和設置于所述微波傳送路徑并將被傳送的微波導入腔室內的微波導入機構，所述微波等離子體源將微波導入所述腔室內并將供給至所述腔室內的氣體等離子體化，所述微波等離子體源的特征在于所述微波導入機構包括天線部，其具有經由所述微波傳送路徑將微波發射到所述腔室內的平面天線；調諧器，其設置在所述微波傳送路徑，調整所述微波傳送路徑的阻抗；和將所述天線部的熱進行散熱的散熱機構，所述調諧器，包括主體，其為微波傳送路徑的一部分，具有呈筒狀的外側導體和在外側導體中同軸地設置的呈筒狀的內側導體；和芯部件，其設置于所述外側導體與所述內側導體之間，并沿內側導體的長度方向能夠移動，呈環狀且包含電介體；和使所述芯部件移動的驅動機構，所述散熱機構，包括熱管，其具有熱量輸入端和散熱端，所述熱量輸入端位于所述天線部，將所述天線部的熱從所述熱量輸入端輸送到所述散熱端；和散熱部，其設置在所述熱管的所述散熱端并將所述散熱端的熱進行散熱。根據本發明的第三觀點，提供一種微波等離子體處理裝置，其包括收容被處理基板的腔室；向所述腔室內供給氣體的氣體供給機構；和微波等離子體源，其將微波導入所述腔室內，并將供給至所述腔室內的氣體等離子體化，具有生成微波的微波生成機構、將輸出的微波傳送的微波傳送路徑和設置于所述微波傳送路徑并將被傳送的微波導入腔室內的微波導入機構，所述微波等離子體處理裝置通過等離子體對所述腔室內的被處理基板實施處理，所述微波等離子體處理裝置的特征在于所述微波導入機構包括天線部，其具有經由所述微波傳送路徑將微波發射至所述腔室內的平面天線；調諧器，其設置于所述微波傳送路徑并調整所述微波傳送路徑的阻抗；和將所述天線部的熱進行散熱的散熱機構，所述調諧器，包括主體，其為微波傳送路徑的一部分，具有 呈筒狀的外側導體和在外側導體中同軸地設置的呈筒狀的內側導體；芯部件，其設置于所述外側導體與所述內側導體之間并沿內側導體的長度方向能夠移動，呈環狀且包含電介體；和使所述芯部件移動的驅動機構，所述散熱機構，包括熱管，其具有熱量輸入端和散熱端，所述熱量輸入端位于所述天線部，將所述天線部的熱從所述熱量輸入端輸送至所述散熱端；和散熱部，其設置于所述熱管的所述散熱端并將所述散熱端的熱進行散熱。
圖I為表示搭載具有本發明的一實施方式的微波導入機構的微波等離子體源的等離子體處理裝置的概略結構的截面圖。圖2為表示圖I的微波等離子體源的結構的構成圖。圖3為表不本發明的一實施方式的微波導入機構的縱截面圖。圖4為表示調諧器的主體中的芯部件和滑動部件的水平截面圖。圖5為表示調諧器的主體中的內側導體的立體圖。圖6為表示搭載在微波導入機構的平面天線的平面圖。圖7為表不本發明的一實施方式中微波導入機構使用的熱管的結構的模式圖。圖8為表示滑動部件固定在芯部件上的狀態的水平截面圖。圖9為表示滑動部件固定在芯部件上的狀態的截面圖。圖10為擴大表示滑動部件和芯部件的安裝部的圖。圖11為表示滑動部件在芯部件上的固定方法的其它例的截面圖。圖12為表示本發明的其它實施方式的具有微波導入機構的微波等離子體源的構成圖。圖13為表示本發明的其它實施方式的微波導入機構的縱截面圖。圖14為圖13的AA’線的橫截面圖。
具體實施例方式以下，參照附圖對本發明的實施方式詳細說明。圖I為表示搭載具有本發明的一實施方式的微波導入機構的微波等離子體源的等離子體處理裝置的概略結構的截面圖。圖2為表示圖I的微波等離子體源的結構的構成圖。 等離子體處理裝置100作為對晶片實施等離子體處理例如實施蝕刻處理的等離子體蝕刻裝置而構成，具有氣密地構成的鋁或不銹鋼等的金屬材料形成的大致圓筒狀的接地的腔室I、在腔室I內形成微波等離子體用的微波等離子體源2。腔室I的上部形成有開口部la，微波等離子體源2設置成從該開口部Ia朝向腔室I的內部。在腔室I內水平支承作為被處理體的晶片W用的基座11，設置為由經由絕緣部件12a立設于腔室I的底部中央的筒狀的支承部件12支承的狀態。構成基座11和支承部件12的材料，可以示例表面經過氧化鋁膜處理(陽極氧化處理)的鋁等。此外，雖然未圖示，但在基座11設置有靜電吸附晶片W用的靜電卡盤、溫度控制機構、在晶片W的背面供給熱傳遞用的氣體的氣體流路和用于搬送晶片W而進行升降的升降銷等。在基座11上經由匹配器13電連接高頻偏置電源14。從該高頻偏置電源14向基座11供給高頻電力，由此，在晶片W側引入等離子體中的離子。腔室I的底部連接排氣管15，該排氣管15連接包括真空泵的排氣裝置16。通過使得該排氣裝置16動作，腔室I內被排氣，腔室I內能夠高速減壓到規定的真空度。此外，在腔室I的側壁設置有進行晶片W的搬入搬出用的搬入搬出口 17和開閉該搬入搬出口 17的門閥18。在腔室I內的基座11的上方位置，水平設置有向晶片W噴出等離子體蝕刻用的處理氣體的噴淋板(shower plate) 20。該噴淋板20具有形成為格子狀的氣體流路21和在該氣體流路21形成的多個氣體噴出孔22，格子狀的氣體流路21之間為空間部23。在該噴淋板20的氣體流路21連接有在腔室I的外側延伸的配管24，在該配管24連接有處理氣體供給源25。另一方面，在腔室I的噴淋板20的上方位置，沿著腔室壁設置有環狀的等離子體生成導入部件26，在該等離子體生成導入部件26的內周設置有多個氣體噴出孔。在該等離子體生成導入部件26，經由配管28連接有供給等離子體生成氣體的等離子體生成氣體供給源27。作為等離子體生成氣體，優選使用Ar氣體等。從等離子體生成氣體導入部件26導入腔室I內的等離子體生成氣體通過從微波等離子體源2導入腔室I內的微波等離子體化，如此生成的等離子體，激發例如Ar等離子體通過噴淋板20的空間部23，從噴淋板20的氣體噴出孔22噴出的處理氣體，生成處理氣體的等離子體。微波等離子體源2通過設置在腔室I的上部的支承環29而被支承，這些之間被氣密地密封。如圖2所示，微波等離子體源2具有分配為多個路徑來輸出微波的微波輸出部30、將微波導入腔室I用的微波導入部40、從微波輸出部30輸出的微波供給到微波導部40的微波供給部50。微波輸出部30輸出的微波傳送到微波傳送路徑，經過微波供給部50和微波導入部40，被導入腔室I內。微波輸出部30,具有電源部31、微波振蕩器32、對振蕩的微波進行增幅的放大器33、將增幅的微波多個分配的分配器34。微波振蕩器32對規定頻率(例如2. 45GHz )的微波進行例如PLL振蕩。分配器34以盡可能不引起微波的損失的方式對進行輸入側和輸出側的阻抗匹配，并對在放大器33增幅的微波進行分配。其中，作為微波的頻率，除了 2. 45GHz，可以使用8. 35GHz、5. 8GHz、I. 98GHz。微波供給部50具有主要將在分配器34分配的微波增幅的多個放大器部42。放大器部42具有相位器45、可變增益放大器46、構成固態放大器(solid state amplifier)的主放大器47、隔離器48。相位器45構成為通過芯部件調諧器能夠使得微波的相位變化，通過對其調整，能夠改變發射特性。例如，通過對各天線組件逐一調整相位，能夠控制指向性，使得等離子體分布變化，以及如后述能夠在相鄰的天線組件中每90°逐一錯開相位來得到圓偏振波。此夕卜，相位器45調整放大器內的部件間的延遲特性，能夠作為在調諧器內的空間合成目的而使用。但是，在不需要這種發射特性的改變或放大器內的部件間的延遲特性的調整的情況下不需要設置相位器45。 可變增益放大器46用于調整輸入主放大器47的微波的電力水平，調整各個天線組件的差異或調整等離子體強度。通過使得可變增益放大器46以每個天線組件逐一變化，能夠在生成的等離子體產生分布。構成固態放大器的主放大器47，例如，能夠構成為具有輸入匹配電路、半導體增幅元件、輸出匹配電路、高Q共振電路。隔離器48為將在微波導入部40反射并向著主放大器47的反射微波進行分離的部件，具有循環器和虛擬載荷(同軸終端器)。循環器將在后述的天線部80反射的微波導入虛擬載荷，虛擬載荷將通過循環器導入的反射微波轉換為熱。微波導入部40,如圖2所不，具有多個微波導入機構41。分別從兩個放大器部42向各微波導入機構41上供給微波電力,各微波導入機構41將其合成,發射到腔室I內。圖3為表示微波導入機構41的截面圖。如圖3所示，微波導入機構41具有調諧器60和天線部80，這些一體地構成。此外，微波導入機構41還具有將天線部80的熱釋放的散熱機構90。調諧器60調整微波傳送路徑的阻抗，將腔室I內的負荷(等離子體)的阻抗與微波輸出部30中的微波電源的特性阻抗匹配，具有呈筒狀的外側導體52和外側導體52中同軸設置的呈筒狀的內側導體53，還具有成為微波傳送路徑的一部分的主體51。主體51的基端側成為供電·電力合成部54。此外，調諧器60具有設置在供電·電力合成部54上的芯部件驅動部70。供電·電力合成部54具有設置在外側導體52的側面的導入微波電力用的2個微波電力導入端口 55。在微波電力導入端口 55連接有供給來自放大器部42的被增幅的微波用的同軸線路56。同軸線路56的內側導體57的前端連接有向著主體51的外側導體52的內部水平延伸的供電天線58。供電天線58的上下由石英等的電介體形成的電介體部件59a、59b夾持。從2個供電天線58發射微波(電磁波)，由此，在外側導體52與內側導體53之間的空間被供電，并且從2個供電天線58發射的微波電力被合成。在供電·電力合成部54空間合成的微波電力向著天線部80傳播。主體51的供電·電力合成部54的天線部80側(下方側)，由電介體形成的、呈圓環狀的2個芯部件61a、61b以能夠上下移動的方式設置在外側導體52與內側導體53之間。這些芯部件中，芯部件61a設置在驅動部70側，芯部件61b設置在天線部80側。此外，在內側導體53的內部空間，沿著其長度方向(垂直方向)設置有例如由形成有梯形螺紋的螺紋棒組成的芯部件移動用的2根芯部件移動軸64a、64b。芯部件61a、61b的內側嵌入具有滑動性的樹脂形成的滑動部件63而被固定。如圖4所示，在嵌入芯部件61a的滑動部件63設置有螺合芯部件移動軸64a的螺紋孔65a和插入貫通芯部件移動軸64b的通孔65b。另一方面，在嵌入芯部件61b的滑動部件63也同樣設置有螺紋孔65a和通孔65b。只是，嵌入芯部件61b中的滑動部件63與嵌入芯部件61a中的滑動部件63相反，螺紋孔65a與芯部件移動軸64b螺合，芯部件移動軸64a插入貫通通孔65b。如此，通過使芯部件移動軸64a旋轉，芯部件61a升降移動，通過使芯部件移動軸64b旋轉，芯部件61b升降移動。即，芯部件移動軸64a、64b和滑動部件63組成的螺紋機構使得芯部件6la、6Ib升降移動。如圖4和圖5所示，在內側導體53上沿著長度方向等間隔地形成有3個狹長切口(slit) 53a。滑動部件63以與這些狹長切口 53a對應的方式等間隔地設置有3個突出部63a。這些突出部63a以與芯部件61a、61b的內周抵接的狀態滑動部件63嵌入芯部件61a、61b的內部、并被固定。滑動部件63的外周面與內側導體53的內周面不留縫隙地接觸，芯部件移動軸64a、64b旋轉，由此，滑動部件63在內側導體53滑動升降。S卩，內側導體53的·內周面作為芯部件61a、61b的滑動引導起作用。其中，狹長切口 53a的寬度優選為5_以下。由此，如后所述，能夠實質上消除微波電力向內側導體53的內部的泄漏，能夠維持高的微波電力發射效率。作為構成滑動部件63的樹脂材料，可以舉出具有良好的滑動性、加工比較容易的樹脂，例如聚苯硫醚(PPS)樹脂(商品名 7 U — AS5000 (NTN株式會社制造)。如圖3所示，主體51的上部設置有遮蔽上部開口的遮蔽板66。芯部件移動軸64a、64b貫穿該遮蔽板66和后述的散熱機構90的散熱部92，延伸至芯部件驅動部70。芯部件移動軸64a、64b和遮蔽板66之間設置軸承(未圖不)。此外，內側導體53的下端設置有導體形成的底板67。芯部件移動軸64a、64b的下端為了吸收驅動時的振動，通常設置為開放端，從這些芯部件移動軸64a、64b的下端隔開2 5mm左右設置底板67。此外,底板67也可以作為軸支承芯部件移動軸64a、64b的軸承部件起作用。芯部件驅動部70具有框體71，芯部件移動軸64a和64b在框體71內延伸，芯部件移動軸64a和64b的上端分別安裝有齒輪72a和72b。此外，在芯部件驅動部70設置有使得芯部件移動軸64a旋轉的電動機73a和使得芯部件移動軸64b旋轉的電動機73b。電動機73a的軸安裝有齒輪74a，電動機73b的軸安裝有齒輪74b，齒輪74a和齒輪72a嚙合，齒輪74b和齒輪72b嚙合。因此，電動機73a通過齒輪74a和72a使得芯部件移動軸64a旋轉，電動機73b通過齒輪74b和72b使得芯部件移動軸64b旋轉。電動機73a、73b例如為步進電動機。芯部件移動軸64b比芯部件移動軸64a長，達到更上方，因此，齒輪72a和72b的位置在上下偏移，電動機73a和73b在上下偏移。由此，電動機和齒輪等的動力傳達機構的空間能夠變小，收容這些的框體71與外側導體52能夠為相同直徑。電動機73a和73b上，以直接連結這些的輸出軸的方式，設置分別檢測芯部件61a和61b的位置用的增量型的編碼器75a和75b。增量型的編碼器通常僅能檢測與移動方向相對位置關系，但在本實施方式中，由此能夠把握絕對的位置。順序如下所述。
首先，緩慢轉動芯部件移動軸64a，以一定速度將芯部件61a —邊觀察編碼器75a的計算器一邊移動。芯部件61a到達機械止動器(mechanical stop)(未圖示)時，電動機73a失步，停止。停止是能夠檢測到編碼器75a的計算器不變化，此時的芯部件61a的位置或者從此偏移規定的脈沖的位置為原點。該原點位置為基準，計算離開原點的脈沖數，由此能夠檢測芯部件61a的絕對位置。芯部件61b也通過把握原點檢測絕對位置。由此，不需要位置檢測用的傳感器。芯部件61a和61b的位置通過芯部件控制器68控制。具體來說，基于未圖示的阻抗檢測器檢測的輸入端的阻抗值和通過編碼器75a和75b檢測的芯部件61a和61b的位置信息，芯部件控制器68向電動器73a和73b輸送控制信號,控制芯部件61a和61b的位置，由此調整阻抗。芯部件控制器68執行阻抗匹配，使得終端例如為50 Ω。只動2個芯部件的一個，描繪通過史密斯圓圖的原點的軌跡，兩者同時動則只有相位旋轉。芯部件移動軸64a、64b具有梯形螺紋的情況下，有可能因為間隙(back lash)降低芯部件61a和61b的位置精度，但是，這種情況下，在芯部件61a和61b例如通過線圈 彈簧施加力能夠消除間隙的影響。天線部80作為微波發射天線起作用，具有呈平面狀的具有縫隙(slot)81a的平面天線81。此外，天線部80具有設置在平面天線81的上表面的滯波件82和設置在平面天線81的最前端側的用于真空密封的電介體部件例如石英和陶瓷等構成的頂板83。導體形成的圓柱部件82a貫穿滯波件82的中心，連接底板67和平面天線81。因此，內側導體53經由底板67和圓柱部件82a與平面天線81連接。此外，構成調諧器60的主體51的外側導體52的下端延伸至平面天線81，滯波件82的周圍被外側導體52覆蓋。此外，平面天線81和頂板83的周圍被覆蓋導體84覆蓋。滯波件82具有比真空大的介電常數，例如，由石英、陶瓷、聚四氟乙烯等的氟類樹脂或聚酰亞胺類樹脂構成，在真空中，微波的波長變長，因此具有縮短微波的波長縮小天線的功能。滯波件82能夠通過其厚度調整微波的相位，調整其厚度以使得平面天線81成為駐波的“腹”。由此，能夠使得反射最小，平面天線81的發射能量最大。在主放大器47被增幅的微波通過內側導體53與外側導體52的周壁之間從平面天線81的縫隙81a透過頂板83被發射到腔室I內的空間。如圖6所示，縫隙81a優選為扇形，優選設置圖示的2個或4個。由此，微波能夠以TEM模式有效地傳遞。本實施方式中，主放大器47、調諧器60和平面天線81接近配置。調諧器60和平面天線81構成1/2波長內存在的集總常數電路，并且平面天線81、滯波件82、頂板83的合成阻抗設定為50 Ω，因此，調諧器60相對于等離子體負荷能夠直接調整，能夠有效地向等離子體傳遞能量。散熱機構90具有釋放天線部80的熱的功能，如圖3、4所示，在調諧器60的內側導體53的內部具有沿著其長度方向直線狀設置的2根熱管91，和將熱管91從天線部80奪取的熱釋放的散熱部92。散熱部92設置在遮蔽板66的上側，例如，由散熱器(heat sink)構成。散熱器可以內置風扇。此外，散熱部92由冷卻部件構成，使得冷卻水等的冷卻介質循環。熱管91，一端位于天線部80，另一端貫穿遮蔽板66，達到散熱部92的內部，具有將天線部80的熱輸送到散熱部92的功能。本實施方式中，熱管91的一端貫穿底板67，到達設置在滯波件82的中心的圓柱部件82a的內部。熱管91的天線部80側的一端為熱量輸入端，散熱部92側的一端為散熱端。熱管91，如圖7所示，具有閉塞兩端的筒狀的由金屬、例如銅或銅合金形成的作為殼體部件的殼體(container) 94、設置在其內周壁的由多孔質部件或網狀部件構成的燈芯(wick) 95，具有其中填充水等的工作液的密閉結構。燈芯95利用毛細管現象具有移動工作液的功能。熱管91，利用內部填充的工作液的蒸發現象和冷凝現象，具有從一端到另一端容易輸送大量的熱的功能。具體來說，來自等離子體的熱量輸入和微波的損失造成的高溫的天線部80上配置的熱量輸入端，通過來自天線部80的熱量輸入使得工作液蒸發、成為蒸汽流向散熱部92配置的散熱端高速移動，蒸汽流的熱在散熱端與散熱部92進行熱交換，蒸汽流被冷卻成為冷凝液。冷凝液通過燈芯95的毛細管現象返回熱量輸入端。如圖4所示，在上述滑動部件63形成有插入貫通熱管91的2個插入貫通孔93。插入貫通孔93具有不與熱管91接觸的程度的大小的直徑。但是，熱管91與插入貫通孔93的內周也可以沒有縫隙地接觸。這種情況下，熱管91能夠作為滑動部件63的引導部件起 作用。滑動部件63，如圖8 10所示，通過固定用螺栓120固定于芯部件61a。對于芯部件61b同樣利用固定用螺栓120固定。固定用螺栓120為陶瓷或樹脂等的電介體，優選由與芯部件61a (61b)相同的組成的材料構成，如圖8所示，在對應于3個突出部63a的位置設置3根。該固定用螺栓120，如圖9所示，與在對應于芯部件61a的突出部63a的位置從外側向內側貫穿的方式設置的螺紋孔121螺合，通過緊固3個固定用螺栓120，這些的前端與滑動部件63抵接，滑動部件63被均勻固定。由此，芯部件61a即使受到熱影響也能夠可靠地保持滑動部件63。固定用螺栓120以不與外側導體52接觸的方式，其頭部設置在比芯部件61a (61b)的外周面更位于內側的位置。圖8為了方便，省略了滑動部件63內部的結構。這種情況下，在螺紋孔65a全部形成螺紋(螺紋牙和螺紋槽)，受到熱影響的情況下，通過固定用螺栓120對緊固部分施加的壓力，阻止芯部件移動軸64a的旋轉，芯部件61a有可能不動。為了防止這樣，如圖9所示，優選，螺紋孔65a的固定用螺栓120所固定的部位對應的部分132 (包括含有3根固定用螺栓120的軸的平面和螺紋孔65a交叉的部分，接受固定用螺栓120的緊固的影響的部分)不形成螺紋，在其它部分131形成螺紋。此外，通過固定用螺栓120來固定滑動部件63，即使由于熱變形等，如圖10所示，滑動部件63與芯部件6Ia之間形成間隙122，通過螺栓也能夠可靠地固定滑動部件63和芯部件61a。此外,通過壓入能夠將滑動部件63固定在芯部件61a (61b)。這種情況下,如圖11所示，在滑動部件63的突出部63a的軸方向兩端部設置壓入用突起63b，向滑動部件63施加壓入的壓力，壓入芯部件61a內。由此，通過從壓入用突起63b施加到芯部件61a的內面的壓力來固定滑動部件63。這種情況下，在螺紋孔65a全部形成螺紋(螺紋牙和螺紋槽)，受到熱影響的情況下，由于施加到壓入的滑動部件63的壓入用突起63b上的壓力，存在螺紋孔65a變形，芯部件移動軸64a的旋轉被阻止，芯部件61a不動的可能。為了防止這樣，如圖11所示，優選螺紋孔65a的壓入用突起63b對應的兩端部142不形成螺紋，在其它部分141形成螺紋。
等離子體處理裝置100中的各構成部分通過具備微處理器的控制部110進行控制。控制部Iio具備存儲等離子體處理裝置100的工序程序和作為控制參數的工序方法的存儲部、輸入單元和顯示器等，依照選擇的工序方法控制等離子體處理裝置。接著，對以上構成的等離子體處理裝置100的動作進行說明。首先，晶片W搬入腔室I內，載置在基座11上。從等離子體生成氣體供給源27經由配管28和等離子體生成氣體導入部件26向腔室I內導入等離子體生成氣體,例如Ar氣體，并從微波等離子體源2向腔室I內導入微波，生成等離子體。如此生成等離子體之后，處理氣體、例如Cl2氣體等的蝕刻氣體從處理氣體供給源25經由配管24和噴淋板20排出到腔室I內。排出的處理氣體通過噴淋板20的空間部23的等離子體被激發，等離子體化或自由基化，通過該處理氣體的等離子體或自由基對晶片W實施等離子體處理例如蝕刻處理。生成上述微波等離子體時，微波等離子體源2，從微波輸出部30的微波振蕩器32 被振蕩的微波在放大器33被增幅，之后，通過分配器34分配為多個，分配的微波經由微波供給部50導入微波導入部40。為了構成微波導入部40的各微波導入機構41獲得充分的輸出，從2個放大器部42經由同軸線路56經過在供電·電力合成部54設置的2個微波電力導入端口 55和供電天線58向主體51內供給微波電力并被合成。由此,能夠抑制發熱，并極簡單地進行電力合成。此外,來自一個放大器部42的電力充分的情況下，能夠省略上述電力合成。此外，也可以同樣的微波電力導入端口 55設置3個以上，合成來自3個以上的放大器部42的電力。在微波導入機構41的調諧器60，阻抗自動匹配，在實質上沒有電力反射的狀態下，微波電力經由天線部80的平面天線81和頂板83發射到腔室I內。如此，分配為多個的微波在構成固態放大器的主放大器47分別增幅，使用平面天線81分別發射之后，在腔室I內合成，因此不需要大型的隔離器或合成器。此外，微波導入機構41為天線部80和調諧器60設置在主體51內的構造，因此極其緊湊。因此，微波等離子體源2本身能夠小型化。并且，主放大器47、調諧器60和平面天線81接近設置，特別是調諧器60和平面天線81能夠作為集總常數電路構成。因此，平面天線81、滯波件82、頂板83的合成阻抗設置為50 Ω，通過調諧器60能夠以高精度調整等離子體的負荷。此外，調諧器60構成為只移動2個芯部件61a、61b就能夠進行阻抗匹配的芯部件調諧器，小型并且低損失。如此，調諧器60與平面天線81接近，構成集總常數電路，并且作為共振器起作用，由此，達到平面天線81的阻抗不匹配被高精度的消除，實質上不匹配部分能夠成為等離子體空間，因此通過調諧器60能夠高精度的等離子體控制。此外，通過相位器45使得各天線組件的相位變化，由此能夠進行微波的指向性控制，容易進行等離子體等的分布的調整。此外，調諧器60中，驅動阻抗匹配的芯部件61a、61b用的驅動機構，現有技術中需要設置在調諧器60的主體部分的外側，電動機等的驅動部、滾珠螺桿(ball screw)等的驅動傳達部、LM引導等的驅動引導部、支架等的保持部，其本身大型，并且需要在外側導體設置為了保持部移動的縫隙，為了防止從該縫隙泄漏電磁波，需要非常大的屏蔽機構，電動機也需要大型化，包括驅動機構和屏蔽機構成為大型的機構。與此相對，本實施方式中，在內側導體53的內部設置驅動相當于傳達部、驅動引導部、保持部的部件，能夠縮小機械元件的重量和力矩，此外，不需要在外側導體52設置保持機構移動用的縫隙，因此不需要用于防止電磁波泄漏的屏蔽機構。因此，芯部件61a、61b的驅動機構與現有相比能夠小型化，并且調諧器60整體能夠小型化。此外，芯部件61a、61b本身安裝有具有滑動性的樹脂形成的滑動部件63，該滑動部件63的螺紋孔65a上螺合有芯部件移動軸64a或64b，構成螺紋機構，通過電動機73a、73b使芯部件移動軸64a、64b旋轉，滑動部件63的外周以在內側導體53的內周滑動的方式被引導，芯部件6la、6Ib移動，滑動部件63和芯部件移動軸64a、64b兼有驅動傳達機構、驅動引導機構、保持機構的3個功能，因此，能夠顯著縮小驅動機構，調諧器60能夠進一步小型化。但是，這樣的等離子體處理時，從微波輸出部30投入大電力密度的微波，如此，由于來自等離子體的熱量輸入和微波的損失所致的熱使得天線部80特別是平面天線81和電介體部件形成的頂板83的溫度非常高。在不存在散熱機構90的結構中，天線部80的熱只 能傳至內側導體53，內側導體53的溫度就非常高。內側導體53的溫度變高，由于內側導體53的熱變形、來自內側導體53的傳熱所致的芯部件61a、61b的熱膨脹等，使得沿內側導體53移動的芯部件61a、61b的移動性下降。特別是，本實施方式的情況下，滑動部件63的外周面與內側導體53的內周面無間隙的接觸，因此，這樣的內側導體53的熱變形等的影響大。本實施方式中，設置散熱機構90，通過熱管91將天線部80的熱散熱到散熱部92，因此能夠解除這些缺陷。即，熱管91在高溫的天線部80配置熱量輸入端，設置在遮蔽板66的上表面的散熱部92配置散熱端，因此，在熱量輸入端來自天線部80的熱被熱量輸入，工作液蒸發，成為蒸汽流，高速移動到配置在散熱部92的散熱端，蒸汽流的熱在散熱端與散熱部92熱交換，由此冷卻的蒸汽流成為冷凝液。因此，大量的熱能夠從天線部80輸送到散熱部。因此，能夠抑制天線部80的熱傳遞到內側導體53，能夠抑制內側導體53的熱變形或芯部件的熱膨脹，因此對芯部件61a、61b的移動性的熱影響被抑制，這些的移動性能夠保持良好。此外，內側導體53內部設置有熱管91，微波傳送路徑傳送的微波不會受到影響，天線部80的熱能夠傳遞到散熱部92。此外，滑動部件63通過固定用螺栓120均等地固定在芯部件61a (61b)，芯部件61a受到熱影響，例如即使滑動部件63的突出部63a與芯部件61a之間存在間隙的情況下，也能夠可靠地保持滑動部件63。此時，固定用螺栓120使用與芯部件61a(61b)組成相同的材料，由此能夠縮小熱膨脹差，能夠減少熱影響。此外，固定用螺栓120與芯部件61a(61b)使用組成相同的材料，能夠幾乎消除由于固定用螺栓120所致的介電常數的變動。此外，在螺合有芯部件移動軸64a的螺紋孔65a中，在與固定用螺栓120對應的部分132不形成螺紋，由此，受到熱影響的情況下，能夠防止由于固定用螺栓120向緊固部分施加的壓力會阻止芯部件移動軸64a的旋轉，芯部件61a不動的情況發生。如此，通過固定用螺栓120來固定滑動部件63，由此，能夠緩和熱影響，因此即使不設置散熱機構90也能夠回避由于熱對芯部件的移動性的影響。通過壓入來將滑動部件63固定在芯部件61a (6lb)的情況下，在螺紋孔65a的壓入用突起63b對應的兩端部142不形成螺紋，由此，在受到熱的影響的情況下，能夠防止由于波及至被壓入的滑動部件63的壓入用突起63b的壓力而阻止芯部件移動軸64a的旋轉，芯部件61a不動的情況的發生。這種情況下，能夠緩和熱的影響，因此，即使不設置散熱機構90也能夠回避熱對芯部件的移動性產生的影響。上述結構中，在滑動部件63設置通孔65b，沒有螺合于螺紋孔65a的那個芯部件移動軸穿通該通孔65b，在內側導體53內設置分別驅動芯部件61a和61b用的2個芯部件移動軸64a、64b，通過螺紋機構2個芯部件61a和61b能夠獨立移動。此外，芯部件驅動部70中，電動機73a和73b以及作為動力傳送機構的齒輪72a和72b上下偏移，因此能夠縮小電動機和齒輪等的動力傳遞機構的空間，收容這些的框體71能夠與外側導體52為相同的直徑。因此，能夠使得調諧器60進一步小型化。此外，芯部件6la、61b，由于滑動部件63在內側導體53滑動移動，移動負荷小，因此，芯部件移動軸64a、64b的螺紋可以為梯形螺紋，便宜。此時所擔心的由于螺紋的間隙所致的位置精度降低的問題也能夠通過設置線圈彈簧等的施力單元來消除。
此外，以與電動機73a、73b的輸出軸直接連結的方式設置增量型編碼器75a、75b，進行芯部件61a、61b的位置檢測，因此，不需要現有技術中使用的位置檢測用的傳感器，能夠回避系統復雜化，設置傳感器的空間大型化。此外，增量型編碼器比絕對型編碼器便宜。因此，不提高成本而能夠實現小型且高精度的調諧器。此外，在內側導體53設置有滑動部件63的突出部63a移動用的縫隙53a，存在從該縫隙53a向內側導體53的內部泄露微波電力產生電力損失的擔憂，但是通過將縫隙53a的寬度設置在5mm以下，能夠實質上消除向內側導體53的內部泄露微波電力，維持高效的微波電力發射效率。接著，對微波導入機構41的其它實施方式進行說明。上述實施方式中，表不了將從2個微波電力導入端口 55向微波導入機構41導入的微波進行空間合成，將微波傳遞到天線部80的例子，本實施方式中表示從I個位置導入微波的例子。圖12為具有本發明的其它實施方式的微波導入機構的微波等離子體源的結構圖，圖13為表示本發明的其它實施方式的微波導入機構的縱截面圖，圖14為圖13的AA’線的橫截面圖。其中，本實施方式中，與先前的實施方式相同的部件付以相同的符號，省略說明。本實施方式中，如圖12所示，微波等離子體源2將在微波供給部50的一個放大器部42被增幅的微波供給到一個微波導入機構41。如圖13所示，在微波導入機構41中的調諧器60的外側導體52的基端側設置有供給微波的供電機構154。供電機構154具有在外側導體52的側面設置的導入微波電力用的微波電力導入端口 155。微波電力導入端口 155連接有由內側導體156a和外側導體156b構成的同軸線路156，其用作供給由放大器部42被增幅的微波的供電線。在同軸線路156的內側導體156a的前端連接有向著外側導體52的內部水平延伸的供電天線160。供電天線160例如將鋁等的金屬板進行切削加工之后，嵌入特氟隆(Teflon)(注冊商標)等的電介體部件的模具中形成。從反射板158到供電天線160之間設置縮短反射波的實際波長用的Teflon (注冊商標)等的電介體形成的滯波件159。其中，使用2. 45G等的頻率高的微波的情況下，可以不設置滯波件159。此時，從供電天線160發射的電磁波在反射板158被反射，由此最大的電磁波傳遞到同軸結構的主體51內。這種情況下，從供電天線160到反射板158之間的距離設定為約λ g/4的半波長倍。但是，頻率低的微波，由于徑方向的制約，也存在不適用于此的情況。這種情況下,通過供電天線160產生的電磁波的腹不是在供電天線160，而是以在供電天線160的下方感應的方式優選將供電天線160的形狀最優化。供電天線160，如圖14所示，在微波電力導入端口 155中，與同軸線路156的內側導體156a連接，具有 具有供給電磁波的第一極162和發射供給的電磁波的第二極163的天線主體161 ;從天線主體161的兩側沿著內側導體53的外側延伸、呈環狀的反射部164，入射到天線主體161的電磁波和在反射部164反射的電磁波形成為駐波而構成。天線主體161的第二極163接觸內側導體53。供電天線160發射微波，由此，向外側導體52和內側導體53之間的空間供給微波電力。供給到供電機構154的微波電力向著天線部80傳播。此外，本發明不限于上述實施方式，在本發明的思想范圍內能夠進行各種變形。例如，微波輸出部30的電路結構、微波導入部40、主放大器47的電路結構等，不限于上述實施方式。具體來說，不需要進行從平面天線發射的微波的指向性控制，成為圓偏振波的情況下，不需要相位器。此外，微波導入部40，不一定必須由多個微波導入機構41構成，微波導入機構41也可以為I個。示例了平面天線81的切口 81a為扇形設置2個或4個的情況，但不限于此，根據條件能夠采用各種的切口圖案。此外，上述實施方式中，示例了設置2個芯部件的例子，但芯部件數可以多于2個，在限定預定調整范圍的情況下也可以為I個。上述實施方式中，示例了芯部件的驅動機構包括將來自驅動部的驅動力傳遞到芯部件61a、61b的驅動傳達部、引導芯部件的移動的驅動引導部、將芯部件61a、61b保持在所述驅動傳達部的保持部收容在內側導體53的內部的結構，但是不限于此，也可以具有這些設置在調諧器60的主體部分的外側的驅動機構。此外，上述實施方式中，作為芯部件的驅動機構，使用包括組合具有梯形螺紋的芯部件移動軸和與其螺合的滑動部件的螺紋機構的部件，但是不限于此，作為螺紋能夠使用三角螺紋、直角螺紋、鋸齒螺紋等。此外，芯部件移動軸和滑動部件不直接螺合，使用滾珠螺桿也可以，作為驅動傳達機構能夠使用齒輪機構、帶(belt)機構等的其它機構。此外，作為驅動引導機構，不限于滑動機構，能夠使用LM引導等的其它引導。此外，電動機和芯部件移動軸之間的動力傳遞通過齒輪機構進行，但是不限于此，也可以通過帶機構等其它機構進行。此外，上述實施方式中，示例了散熱機構使用2根熱管的例子，但不限于此，熱管的根數可以對應于天線部產生的熱適宜選擇。此外，熱管的熱量輸入端的位置如果能夠有效對天線部的熱進行散熱，就不限于上述實施方式的位置。此外，熱管不一定必須配置在內側導體，散熱部的位置也不限于上述實施方式記載的位置。此外，上述實施方式中，作為等離子體處理裝置示例了蝕刻處理裝置，但不限于此，也能夠在成膜處理、氧氮化膜處理、灰化處理等的其它的等離子體處理中使用。此外，被處理基板不限于半導體晶片，也可以是LCD (液晶顯示器)用基板為代表的FPD (平板顯示器)基板、陶瓷基板等的其它基板。
權利要求
1.一種微波導入機構，其設置于微波傳送路徑，將微波導入腔室內，其中，微波傳送路徑傳送從用于在腔室內形成微波等離子體的微波等離子體源的微波輸出部輸出的微波，該微波導入機構的特征在于，包括 天線部，其具有經由所述微波傳送路徑將微波發射到所述腔室內的平面天線； 調諧器，其設置在所述微波傳送路徑，調整所述微波傳送路徑的阻抗；和 將所述天線部的熱進行散熱的散熱機構， 所述調諧器，包括 主體，其為微波傳送路徑的一部分，具有呈筒狀的外側導體和在外側導體中同軸地設置的呈筒狀的內側導體； 芯部件，其設置于所述外側導體與所述內側導體之間，并沿內側導體的長度方向能夠移動，呈環狀且包含電介體；和使所述芯部件移動的驅動機構， 所述散熱機構，包括 熱管，其具有熱量輸入端和散熱端，所述熱量輸入端位于所述天線部，將所述天線部的熱從所述熱量輸入端輸送到所述散熱端；和 散熱部，其設置在所述熱管的所述散熱端，將所述散熱端的熱進行散熱。
2.如權利要求I所述的微波導入機構，其特征在于 所述熱管設置于所述內側導體內。
3.如權利要求I所述的微波導入機構，其特征在于 所述散熱部包括散熱器或冷卻部件。
4.如權利要求I所述的微波導入機構，其特征在于 所述驅動機構包括施加驅動力的驅動部；將來自驅動部的驅動力傳達至所述芯部件的驅動傳達部；引導所述芯部件的移動的驅動引導部；和將所述芯部件保持在所述驅動傳達部的保持部， 所述驅動傳達部、所述驅動引導部和所述保持部被收容在所述內側導體的內部。
5.如權利要求4所述的微波導入機構，其特征在于 所述驅動機構嵌入所述芯部件的內部，以與所述內側導體的內周接觸的狀態在所述內側導體的內部滑動移動，所述驅動機構包括具有螺紋孔的滑動部件；和在所述內側導體的內部沿長度方向設置的、由與所述芯部件的所述滑動部件的螺紋孔螺合的螺紋棒形成的芯部件移動軸，通過所述芯部件移動軸和所述滑動部件構成包括螺紋機構的驅動傳達部，通過所述滑動部件和所述內側導體的內周面構成包括滑動引導機構的驅動引導部，所述滑動部件構成所述保持部，所述驅動部具有使所述芯部件移動軸旋轉的電動機，通過所述電動機使所述芯部件移動軸旋轉，由此使得被所述滑動部件保持的所述芯部件，以所述滑動部件在所述內側導體的內周被滑動弓I導的狀態被驅動。
6.如權利要求5所述的微波導入機構,其特征在于 所述滑動部件包含具有滑動性的樹脂。
7.如權利要求5所述的微波導入機構，其特征在于 所述滑動部件通過固定用螺栓被固定于所述芯部件。
8.如權利要求7所述的微波導入機構，其特征在于所述滑動部件的螺紋孔，在與由所述固定用螺栓固定的部位對應的部分未形成螺紋。
9.如權利要求5所述的微波導入機構，其特征在于 所述滑動部件，在其兩端部的外周具有壓入用突起，通過壓入被固定于所述芯部件，所述滑動部件的螺紋孔在與所述壓入用突起對應的部分未形成螺紋。
10.如權利要求5所述的微波導入機構，其特征在于 所述熱管被設置為在所述內側導體的內部插入貫通所述滑動部件。
11.如權利要求10所述的微波導入機構，其特征在于 所述天線部與所述調諧器一體地構成。
12.—種微波等離子體源，其包括輸出微波的微波輸出部、將輸出的微波傳送的微波傳送路徑和設置于所述微波傳送路徑并將被傳送的微波導入腔室內的微波導入機構， 所述微波等離子體源將微波導入所述腔室內并將供給至所述腔室內的氣體等離子體化，所述微波等離子體源的特征在于 所述微波導入機構包括 天線部，其具有經由所述微波傳送路徑將微波發射到所述腔室內的平面天線； 調諧器，其設置在所述微波傳送路徑，調整所述微波傳送路徑的阻抗；和 將所述天線部的熱進行散熱的散熱機構， 所述調諧器，包括 主體，其為微波傳送路徑的一部分，具有呈筒狀的外側導體和在外側導體中同軸地設置的呈筒狀的內側導體；和 芯部件，其設置于所述外側導體與所述內側導體之間，并沿內側導體的長度方向能夠移動，呈環狀且包含電介體；和使所述芯部件移動的驅動機構， 所述散熱機構，包括 熱管，其具有熱量輸入端和散熱端，所述熱量輸入端位于所述天線部，將所述天線部的熱從所述熱量輸入端輸送到所述散熱端；和 散熱部，其設置在所述熱管的所述散熱端并將所述散熱端的熱進行散熱。
13.—種微波等離子體處理裝置，其包括收容被處理基板的腔室； 向所述腔室內供給氣體的氣體供給機構；和 微波等離子體源，其將微波導入所述腔室內，并將供給至所述腔室內的氣體等離子體化，具有生成微波的微波生成機構、將輸出的微波傳送的微波傳送路徑和設置于所述微波傳送路徑并將被傳送的微波導入腔室內的微波導入機構， 所述微波等離子體處理裝置通過等離子體對所述腔室內的被處理基板實施處理，所述微波等離子體處理裝置的特征在于 所述微波導入機構包括 天線部，其具有經由所述微波傳送路徑將微波發射至所述腔室內的平面天線； 調諧器，其設置于所述微波傳送路徑并調整所述微波傳送路徑的阻抗；和 將所述天線部的熱進行散熱的散熱機構， 所述調諧器，包括 主體，其為微波傳送路徑的一部分，具有呈筒狀的外側導體和在外側導體中同軸地設置的呈筒狀的內側導體； 芯部件，其設置于所述外側導體與所述內側導體之間并沿內側導體的長度方向能夠移動，呈環狀且包含電介體；和 使所述芯部件移動的驅動機構， 所述散熱機構，包括 熱管，其具有熱量輸入端和散熱端，所述熱量輸入端位于所述天線部，將所述天線部的熱從所述熱量輸入端輸送至所述散熱端；和 散熱部，其設置于所述熱管的所述散熱端并將所述散熱端的熱進行散熱。·
全文摘要
微波導入機構(41)包括具有將微波發射到腔室內的平面天線(81)的天線部(80)、匹配阻抗用的調諧器(60)、用于將天線部(80)的熱散熱的散熱機構(90)，調諧器(60)包括具有呈筒狀的外側導體(52)和內側導體(53)成為微波傳遞路徑的一部分的主體(51)、在外側導體(52)與內側導體(53)之間能夠移動的設置的芯部件(61a、61b)、使得芯部件移動的芯部件驅動部(70)，散熱機構(90)具有熱量輸入端和位于天線部(80)、從熱量輸入端向散熱端輸送天線部(80)的熱的熱管(91)和設置于散熱端的散熱部(92)。
文檔編號H05H1/46GK102918932SQ20118002698
公開日2013年2月6日 申請日期2011年8月25日 優先權日2010年9月9日
發明者池田太郎, 長田勇輝, 河西繁, 宮下大幸 申請人:東京毅力科創株式會社